北皂煤礦海域擴(kuò)大區(qū)延深巷道設(shè)計(jì)與實(shí)踐

北皂煤礦海域擴(kuò)大區(qū)延深巷道設(shè)計(jì)與實(shí)踐

龍口礦業(yè)集團(tuán)北棗煤礦位于山東省北部，北鄰渤海。經(jīng)過勘探,靠近海岸線的東西長5km、南北寬3km區(qū)域內(nèi)埋藏有豐富的煤炭資源。根據(jù)《北皂煤礦海域擴(kuò)大區(qū)延深初步設(shè)計(jì)》,海域擴(kuò)大區(qū)由陸地區(qū)域以三條暗斜井向海域進(jìn)行延深,延深水平標(biāo)高為-350m。在-350m水平井底車場大巷一側(cè)設(shè)中央變電所和水泵房硐室,二者聯(lián)合布置。硐室斷面形狀為馬蹄形,一次支護(hù)為錨、網(wǎng)、噴,二次支護(hù)為鋼筋混凝土澆注。變電所硐室斷面凈寬4430mm、凈高3596mm,水泵房硐室斷面凈寬4565mm、凈高4266mm。1泵房和供水泵室的原始設(shè)計(jì)不足結(jié)合北皂煤礦海域工程施工的實(shí)際情況,發(fā)現(xiàn)水泵房、變電所原設(shè)計(jì)存在一定的不足。1.1巷道圍巖結(jié)構(gòu)水泵房、變電所位于-350m大巷導(dǎo)線點(diǎn)HA48→HA46段的左側(cè),與-350m大巷的凈巖柱只有24m。從-350m大巷在該段的施工情況來看,由于海域地質(zhì)勘探不十分清楚,該段巷道巷頂位于煤1及油2層內(nèi),而巷底位于油2底板的含油泥巖中,巖層傾角左傾8°～10°,巷道斷面形狀為直墻半圓拱形,凈寬3800mm、凈高3200mm。盡管采用了高強(qiáng)度的料石碹和鋼筋混凝土澆注對巷道進(jìn)行聯(lián)合支護(hù),仍然發(fā)生了嚴(yán)重的破壞。首先是巷道底鼓,繼而是兩幫內(nèi)收失穩(wěn),變形量達(dá)到300mm以上,致使整個巷道破壞,實(shí)踐證明,油2底板的含油泥巖層是很難支護(hù)的層位,在實(shí)際設(shè)計(jì)和施工巷道時,要盡量避開該層位。根據(jù)-350m大巷HA48→HA46段揭露的巖層,預(yù)計(jì)水泵房和變電所的底板(從軌面向下)正好位于油2底板的含油泥巖中。鑒于水泵房、變電所的特殊用途和使用要求,必須一次性施工維護(hù)好,否則,一旦破壞,將對整個海域工程造成重大影響,因此,必須對水泵房和變電所的層位進(jìn)行調(diào)整。變電所、水泵房分別與-350m大巷相通,特別是變電所的通道位于油2底板4m以下,將非常難以支護(hù);另外在-350m大巷過多開門口施工其它巷道,對大巷的維護(hù)不利。1.2道間距小,巷道破壞程度高根據(jù)北皂煤礦多年來的巷道布置和施工經(jīng)驗(yàn),如果兩平行巷道間距過小,一條巷道破壞返修勢必影響到另一條巷道。原設(shè)計(jì)中由于水泵房、變電所與-350m大巷的凈巖柱間距只有24m,它們之間相互影響,難以實(shí)現(xiàn)對二者進(jìn)行完好支護(hù)。1.3外水倉層位方面,地層內(nèi)、外水倉的層位應(yīng)符合以下條件與水泵房相通的海域中央內(nèi)、外水倉,分別長150m、180m,其中外水倉與水泵房的平面距離達(dá)到50m,根據(jù)巖層傾角和水泵房所處層位推測,外水倉將有80m巷道揭露煤1層上方20m處的泥巖夾泥灰?guī)r互層,這是海域的一個主要含水層,含水量大,一旦揭露該層,必將造成突水事故,所以,必須改變內(nèi)、外水倉的層位,避免突水威脅。2修改后的中央變結(jié)合-350m水平施工揭露的地質(zhì)情況以及-250m水平中央變電所、水泵房的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn),對-350m水平中央變電所、水泵房原設(shè)計(jì)進(jìn)行了修改。2.1巷道底拱和地面采空儲層將變電所、水泵房的平面位置沿-350m大巷向里平移80m,同時將它們與-350m大巷的凈巖柱距離由24m增大至36.85m。這樣,變電所和水泵房的層位將位于煤1頂板3m左右,而巷道底拱將位于煤1及油2中,這部分巖層是比較容易維護(hù)的層位,巷道將一次性施工支護(hù)成功。相應(yīng)地將水倉的位置向里移動了30m,將水倉層位調(diào)整為煤1附近,間距改為20m。由于層位好,沒有斷層等地質(zhì)構(gòu)造,再加上在施工中采取手(風(fēng))鎬掘進(jìn)等措施,避免放炮震動影響,保證水倉支護(hù)成功。2.2兩幫及頂拱部分原設(shè)計(jì)中變電所、水泵房的永久支護(hù)斷面形狀為馬蹄形,兩幫和頂拱為鋼筋砼澆注支護(hù),而底拱卻為支護(hù)強(qiáng)度較低的料石底拱;一次支護(hù)(錨網(wǎng)噴)也僅在兩幫及頂拱部分。整個硐室的支護(hù)結(jié)構(gòu)普遍強(qiáng)度不高。根據(jù)“三軟”地層支護(hù)宜“先柔后剛”的特點(diǎn),將變電所、水泵房的支護(hù)分為三次,初次支護(hù)為錨網(wǎng)噴(作用是使巷道前期充分變形、釋放壓力),全斷面一次支護(hù)為料石砌碹支護(hù),料石厚度400mm;永久支護(hù)為鋼筋混凝土澆注,混凝土厚度300mm。永久支護(hù)斷面形狀為直墻半圓拱形(帶反底拱),變電所凈斷面寬度3900mm、高度3100mm,水泵房凈斷面寬度3900mm、高度4000mm。2.3調(diào)管口與水泵房端頭位置將水泵房與變電所的位置互換,去掉了水泵房直接與-350m大巷聯(lián)系的通道,將管子道的位置由位于水泵房和變電所之間調(diào)至水泵房端頭。這樣,管子道和變電所通道均位于煤1及煤1頂板,容易維護(hù)。由于變電所、水泵房的平面位置及通道的修改,從而減少了一套密閉門、硐室,及一套柵欄門,去掉了兩個礦車轉(zhuǎn)盤。3鋼筋混凝土澆注試驗(yàn)硐室首先采用錨網(wǎng)噴進(jìn)行了初次支護(hù),施工9天后,開始發(fā)生強(qiáng)烈的變形,兩幫平均移近量983mm,變化速率11.7mm/d;頂?shù)装逡平?112mm,變化速率25.2mm/d,導(dǎo)致硐室破壞,打設(shè)“井”字形木垛和木點(diǎn)柱臨時維護(hù)。80d后,硐室達(dá)到了充分釋放壓力的目的。然后,開始由外向里擴(kuò)刷,進(jìn)行料石砌碹一次支護(hù)和鋼筋混凝土永久支護(hù)。鋼筋混凝土澆注迎頭滯后于料石砌碹迎頭20～25m,具體視現(xiàn)場情況確定,一般在料石砌碹之后,發(fā)現(xiàn)碹體開始變形時進(jìn)行鋼筋混凝土澆注,達(dá)到抑制料石碹體變形的目的。通過觀測,砌碹后,兩幫平均移近速率6.3mm/d,頂?shù)装迤骄平俾?.4mm/d;鋼筋混凝土澆注后,初期兩幫平均移近速率0.5mm/d,目前為0.03mm/d。4次施工支護(hù)成功率設(shè)計(jì)修改后,把水泵房、變電所調(diào)至容易維護(hù)的巖層中,并且遠(yuǎn)離-350m大巷,避免了與-350m大巷之間的相互擾動,保證了一次性施工支護(hù)成功;避免了由于巷道相互影響破壞而導(dǎo)致的多