羅河鐵礦井下水倉結構分析及設計改進

何曉文

（安徽馬鋼羅河礦業有限責任公司，安徽合肥231562）

1 技術背景

安徽馬鋼羅河鐵礦開采規模300萬t/a，正常地下水涌水量4 809 m3/d。井下水倉由2組獨立的巷道組成，1#水倉容積為2 920 m3、2#水倉容積為3 796 m3，總容積為6 716m3。水倉之間巖柱≥8 m，且不得漏水。原設計時，水倉結構實際由6個獨立結構組成，進水平巷、聯絡平巷、絞車硐室布置在零水平，2組獨立的沉淀池、水倉及水泵房配水巷布置在5個負水平。水倉平面布置結構如圖1所示。

2 存在問題

在水倉系統中，僅有沉淀池及水倉本體工程具有沉淀、貯水主體功能，其他輔助工程都是為施工、維護、清理配套服務。傳統水倉存在無效工程量較大、結構分散的缺陷，施工難度大，工期長，投資較高。如4條下山斜巷，有效容積率僅為50%，聯絡平巷、4個絞車硐室等無沉淀、貯水功能。

3 設計改進

在保證水倉本質功能與安全的前提下，對水倉結構進行集約化設計改進，將原6個獨立結構優化為2個，即：進水平巷、聯絡平巷、絞車硐室構成“零水平結構”，沉淀池、水倉及配水巷構成“負水平結構”，對負水平結構的巷道采用工程隔斷，形成各自獨立的沉淀區、貯水區、配水巷。

3.1 平面布置

整體劃分為±0 m、-5 m兩個水平進行設計規劃：±0 m水平布置進水平巷、排泥硐室、絞車硐室、水溝等輔助工程；-5 m水平經2組沉淀池溢水墻、水倉隔墻、泵房隔墻等隔斷后形成5個獨立的平巷，布置沉淀池、水倉、水泵房配水巷等工程；為連接±0 m、-5 m兩個水平，僅設置1個沉淀池斜巷至負平面結構最低點（沉淀池8）。集約式整體結構水倉平面 布置示意如圖2所示。

3.2 縱向布置

±0 m平面縱向設計：自井底車場1→沉淀池斜巷7入口處的流水坡度設計為5‰，礦坑水通過總水溝、2條支水溝自流進入沉淀池8、12。

-5 m平面縱向設計：以水倉端部泵房隔墻15處底板標高-4.6 m為基準點，水倉9、11→沉淀池8、12的流水坡度設計為3‰。為適應機械化施工，-5 m平面巷道凈斷面推薦值≥寬4 550 mm×高3 100 mm。當水倉容積較大時，在滿足工程地質條件下，優先擴大水倉寬度，增加有效貯水量。負平面底板標高不宜過低，巷道斷面不宜過高，否則將導致水泵吸程較大，影響排水能耗。集約式整體結構水倉縱向布置如圖3所示。

3.3 施工順序

施工順序是集約式整體結構水倉的關鍵技術。因為只有1條沉淀池斜巷連接零水平和負平面，必須將負平面所有巷道、支護、安裝等工程綜合考慮，編制施工方案，再完成“測量放線→掘進→出渣→鉆孔→安裝錨桿→錨桿注漿→掛網→噴漿→巷道起底→巷道底找平→巷道地面抹灰”等工程施工及驗收后，后退式進行“泵房隔墻澆筑及閘閥安裝→內倉沉淀池溢水墻砌筑及噴漿封閉→水倉隔墻澆筑→外倉沉淀池溢水墻砌筑及噴漿封閉→內、外倉沉淀池吊橋安裝→斜道踏步澆筑→總水溝及支溝澆筑→動力、通信、照明等線纜敷設→軌道敷設→壓濾系統安裝”等工程施工。

在水倉隔墻17施工前，必須完成內倉所有工程的施工、整改及工程驗收。在外沉淀池溢水墻18施工前，必須完成外倉所有工程的施工、整改及工程驗收。

3.4 功能分割

功能分割是集約式整體結構水倉的核心技術。-5 m平面的平巷工程包含5個部分，即：水泵房配水系統、內倉沉淀區、內倉貯水區、外倉沉淀區和外倉貯水區。

水泵房配水系統與傳統結構水倉一致，設置泵房隔墻15，并預埋無縫鋼管及配套閘閥，任一組水倉可獨立、也可合并向泵房配水巷進水，主排水泵通過配水小井抽水排出坑外。

內、外水倉在水倉聯巷10近內倉側設置水倉隔墻17，水倉隔墻為完全不透水結構墻，磚砌結構，墻厚0.5 m，C15砂漿內外粉刷，周邊巷道≥8 m內噴射防滲混凝土支護處理。

同組沉淀池、水倉之間設置沉淀池溢水墻16、18。溢水墻墻體不透水，磚砌結構，墻厚0.5 m，C15砂漿內外粉刷。墻上方留出1.8 m凈空高度，上口居中設置溢水槽口，槽口寬×高=1 000 mm×500 mm，閘板調節溢水高度。墻底部居中設置排泥孔，并在沉淀池側孔口設計抽出式閘板，正常時閘板為常閉狀態。

沉淀池最高水位上方懸空設置沉淀池吊橋21，寬度1.5 m，橋面上方拱頂凈空≥1.8 m，橋身設計采用玻璃鋼或PVC等耐腐蝕材料制作，間隔2～3 m布置玻璃鋼錨桿，錨桿與橋面連接件采用玻璃鋼或PVC型材，螺栓緊固連接，橋面敷設網格狀玻璃鋼或PVC板。

3.5 維護清理

集約式整體結構具有極其便于維護清理的優點，也是其主要創新點之一。

清理維護沉淀池時，只需將排泥泵放入集泥小井，即可進行正常清理；清理維護水倉時，先清理維護沉淀池，待溢水墻底部排泥孔露出后，抽出閘板，水倉內淤泥可自流進入沉淀池，繼續排泥工作。

通過沉淀池吊橋，人員可以進行水倉觀測檢查、溢水槽口檢查及調節，沉淀池內漂浮物清理等日常維護工作。

4 實施效果

（1）減小基建投資。在保證水倉有效容積的前提下，傳統水倉（I）與整體結構水倉（II）進行對比：減少基建工程量（I-II）1 477.71 m3；增加吊橋2座、隔水墻1道、溢水墻2道等支護安裝工程量88.44 m3。整體結構水倉可減小基建投資約85萬元。具體見表1。

（2）減小維護清理成本。與原設計相比，沉淀池需加深約2 m，有效容積擴大66.7%，清理周期延長。水倉清理時，排泥泵不需移位。綜合成本可降低8萬元/a。

（3）縮短施工工期。僅需施工1個斜巷，縮短施工工期約2個月。

5 創新點

（1）采用集約式整體結構設計理念。

（2）適用自動化平巷施工工藝。

（3）可采用全自動排泥工藝。

6 結論

（1）減少基建工程量，節省工程投資。

（2）結構簡單，便于施工，縮短工期。

（3）維護清理方便，降低生產成本。

（4）遵循水倉設計的本質安全。

（5）本設計改進在馬鋼羅河鐵礦推廣應用，效果良好。已授權實用新型專利（專利號ZL 2017 2 1539516.9）。