鶴煤公司九礦-420m水平集約化泵房維修改造設計

摘 要：鶴煤集團第九煤礦-420 m水平泵房配水井井壁、吸水井隔墻受損破壞，嚴重影響泵房的正常運轉和礦井排水系統的正常運行。由于該泵房吸水井采用集約化設計，無法在泵房正常運轉的情況下進行維修，因此擬對泵房吸水井、水倉的布置結構進行改造優化，保證在泵房正常運轉的情況下完成維修工作，并對配水井井壁、吸水井隔墻采用安裝井圈、澆注砼、壁后注漿、錨桿支護等綜合加固技術，保證支護強度。

關鍵詞：集約化泵房;吸水井;維修改造

中圖分類號：TD21 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）23-0076-03

Abstract： Hemei Group Ninth Coal Mine-420 m horizontal pump house distribution well wall and suction well partition wall were severely damaged， which seriously affected the normal operation of the pump house and the normal operation of the mine drainage system. Since the suction well of the pump house adopts an intensive design， it cannot be repaired under the normal operation of the pump house. Therefore， the layout structure of the pump house’s suction well and sump has been modified and optimized in this design to ensure the normal operation of the pump house. Under the circumstances， complete the maintenance work， and adopt comprehensive reinforcement technologies such as installation of well circle， pouring concrete， grouting behind the wall， and bolt support for the wall of the water distribution well and the partition wall of the suction well to ensure the support strength.

Keywords： intensive pump room;suction well;maintenance and renovation

煤炭開采經常伴隨著地下水涌水，一旦涌水不能及時排至地面，就會對礦井正常開采造成嚴重影響，危及礦井生產安全。礦井排水系統承擔著排出井下涌水的重要任務，礦井主排水泵房能否安全、可靠、有效運行，關系到整個礦井的安全。鶴煤集團第九煤礦（以下簡稱九礦）-420 m水平泵房是該礦的主要排水泵房，采用吸水井集約化設計。受壓高地應力、集中應力等因素的影響，配水井井壁、吸水井隔墻受損嚴重，泵房無法正常工作。此外，由于泵房吸水井采用集約化設計且受損嚴重，因此無法在泵房運轉的情況下進行維修。通過對泵房配水井、吸水井布置結構進行改造，使泵房在配水井、吸水井維修期間能正常運行并加強支護，以保證維修后泵房能夠良好運行。

1 水泵房概況

1.1 水泵房結構

九礦-420 m水平泵房位于新副井井底車場，是礦井的主要排水泵房。泵房內布置4臺水泵，其中1臺工作、1臺檢修、2臺備用。泵房采用吸水井單側布置，吸水井采用集約化設計。該布置方式不再設配水巷，只在泵房一側設1個配水井。配水井內布置“十”字形隔墻將配水井分割為4個吸水井，內、外水倉分別與最外側的兩個吸水小井連接。隔墻與井壁上設置有閥門，通過閥門控制各個吸水井水量，以保證吸水井內、外水倉的清淤及水泵檢修工作正常進行[1-2]。

1.2 水泵房受損情況

-420 m水平泵房本次受損部位為配水井井壁及吸水井隔墻。受外力影響，井壁、隔墻脫皮掉渣嚴重，出現多處裂縫、鋼筋外露等情況，導致吸水井與吸水井之間、配水井與內外水倉之間滲水、漏水嚴重。即使關閉配水井、吸水井全部閥門，仍無法排干井水，導致吸水井、內外水倉清淤工作難以進行，同時無法正常檢修水泵，嚴重影響水泵房的正常運轉。

1.3 配水井井壁、吸水井隔墻支護方式

配水井井口斷面形狀為近似正方形。凈斷面尺寸為4.8 m×4.8 m，深度為5.6 m，內設隔墻，將配水井分為4個吸水井。原設計支護方式為配水井井壁支護厚度0.4 m，采用錨網噴+底角錨桿+澆筑雙層鋼筋混凝土支護形式;吸水井隔墻支護厚度0.4 mm，采用澆筑雙層鋼筋混凝土支護方式。水泵房結構及受損位置如圖1所示。

2 受損破壞原因分析及維修難點

2.1 深部高地應力的影響

泵房位于礦井深部，周圍巖體屬中生代地層，形成時間長，一般存在構造應力場或殘余構造應力場，兩種應力場疊加后形成高地應力。另外，水泵房埋深約為660 m，圍巖的自重應力大于20 MPa，大于巖體的抗壓強度，易使井壁、隔墻產生變形、開裂現象。

2.2 圍巖應力集中的影響

泵房硐室在開挖過程中使圍巖應力發生變化，產生大于30 MPa的集中應力，再加上泵房硐室布置密集，各硐室產生的工程應力相互影響，加劇了應力集中現象，嚴重影響泵房硐室的穩定性[3-4]。

2.3 泵房圍巖性質的影響

泵房周圍巖石主要為砂質泥巖。該巖石巖性軟、強度低、受力性能差，加之泵房受力復雜，最終造成泵房配水井井壁及吸水井隔墻受損變形、開裂嚴重。

2.4 吸水井維修設計難點

①泵房吸水井、配水井均為混凝土結構，正常維修方案為關閉部分閥門，排干需維修的吸水井井水，在泵房運轉情況下施工，待維修完畢投入使用后再依次維修其他吸水井。由于吸水井之間、吸水井與內外水倉之間漏水、滲水嚴重，閥門關閉后井水無法排干且水位較高，導致混凝土施工無法進行。

②如按原設計結構進行維修，需將配水井井壁和吸水井隔墻全部拆除，維修期間吸水井將無法使用，泵房將停止運行。舊礦涌水量大，為保證礦井安全，維修期間要求泵房保持正常運行，不能停機。

③泵房主體與配水井、吸水井、內水倉和外水倉相互連接，該區域硐室、巷道密集、留設巖柱小、圍巖應力集中且穩定性差，同時受高地應力影響，導致配水井、吸水井易產生變形破壞，按常規錨網+砌碹方式支護效果較差。

3 水泵房維修改造方案

3.1 水泵房結構優化及施工順序

3.1.1 水泵房結構優化。通過對泵房進行實際觀測并分析相關圖紙和資料，決定在3#泵與4#泵之間的位置新掘壁龕、吸水井，吸水井下部新掘內水倉通道與內水倉相連接，吸水井與內水倉通道間安裝閥門。該吸水井完工后供3#泵、4#泵使用，待新掘吸水井投入使用后再對原配水井進行維修，以保證泵房能夠正常運行。

3.1.2 配水井維修改造方案。①將受損吸水井隔墻及配水井前、后井壁拆除;②重新澆筑配水井井壁及吸水井隔墻，配水井凈尺寸由4.8 m×4.8 m改為4 m×4 m，吸水井隔墻由“十”字形改為“Ⅰ”形，吸水井數量由原來的4個減少為2個，2個吸水井之間、吸水井與內外水倉之間安裝閥門。改造后，該井供1#泵、2#泵使用[5-6]。維修改造后水泵房結構如圖2所示。

3.2 吸水井及配水井支護

為減少維修后硐室變形量，延長硐室使用壽命，新掘吸水井、新掘內水倉通道及維修配水井根據不同情況采用不同的聯合支護方式。

①新掘吸水井采用“砌碹+鋼筋網+壁后注漿”聯合支護，鋼筋網為單層，采用[Φ]16 mm圓鋼，間距為0.3 m×0.3 m，砌碹厚度為0.3 m，砼標號為C30。支護完成后，進行壁后注漿加固。

②新掘內水倉通道采用“錨桿+金屬網+砌碹+壁后注漿”聯合支護。錨桿采用[Φ]20 mm樹脂錨桿，長度為2 m，排距為0.7 m×0.7 m，預緊力不小于80 kN;金屬網采用[Φ]6 mm點焊網，網孔為0.1 m×0.1 m，砌碹厚度為0.3 m，砼標號為C30。支護完成后，進行壁后注漿加固[7-8]。

③配水井井壁采用“井圈+錨桿+砌碹+壁后注漿”聯合支護，支護厚度為0.3 m;井圈采用10號槽鋼制作，每圈4節，采用連接板焊接連接，層間距為0.3 m;井圈之間采用槽鋼立柱焊接連接，立柱高度為0.3 m，每圈8根;井圈焊接縫及立柱層與層間均勻錯開布置。井圈與井壁間由短錨桿固定，每節井圈固定短錨桿3根，每圈井圈固定短錨桿12根。短錨桿采用[Φ]20 mm樹脂錨桿，長度為1 m，排距為0.4 m。井圈與井圈之間的井壁上采用長錨桿進行加強支護，長錨桿采用[Φ]20 mm樹脂錨桿，長度為2 m，排距為0.8 m。以上支護完成后澆筑混凝土井壁，砌碹厚度為0.3 m，砼標號為C30。待配水井維修施工完成后，對配水井四周進行壁后注漿加固。

④吸水井隔墻采用“砌碹+鋼筋網”聯合支護，鋼筋網為單層，采用[Φ]16 mm圓鋼，間距為0.3 m×0.3 m，砌碹厚度為0.3 m，砼標號為C30。

⑤由于吸水井、配水井與附近巷道、硐室之間巖柱較小，為防止巖柱受壓破壞后向配水井內滲水，故對內、外水倉靠近配水井、吸水井處大于15 m范圍內巷道進行注漿加固。

4 結語

通過對泵房結構進行優化，使集約化吸水井在泵房不用停止運行的情況下完成配水井、吸水井維修施工，以保證礦井正常生產，對以后的集約化吸水井維修具有一定的借鑒意義。采用井圈、錨網、砌碹以及壁后注漿等方式聯合支護，增強了配水井、吸水井的支護強度和抗壓性，滿足了在復雜應力條件下的支護需求。維修工程完成后，通過對配水井、吸水井的支護效果進行觀測，發現硐室支護后的穩定時間、位移變形量與原支護方式相比大大改善，取得了良好的安全效益。

參考文獻：

[1]何滿潮，孫曉明.中國煤礦軟巖巷道工程支護設計與施工指南[M].北京：科學出版社，2004：106-109.

[2]何滿潮，謝和平，彭蘇萍，等.深部開采巖體力學研究[J].巖石力學與工程學報，2005（16）：2803-2813.

[3]孫曉明，郭志飚，蔡峰，等.深部泵房硐室群破壞原因及控制對策研究[J].煤炭工程，2009（5）：28-30.

[4]郭平業，趙菲菲，林萬旭，等.深部硐室群破壞機理及其穩定性控制[J].煤炭工程，2009（8）：87-89.

[5]李明遠，王連國，易恭猷，等.軟巖巷道錨注理論與實踐[M].北京：北京煤炭工業出版社，2001：87-89.

[6]魏樹群，張吉雄，張文海，等.高應力硐室群錨注聯合支護技術[J].采礦與安全工程學報，2008（3）：281-285.

[7]張群英.軟巖泵房吸水井系統的優化設計[J].中州煤炭，2009（5）：13-14.

[8]李世杰，張明杰，張大千，等.鶴煤公司深部水泵房優化設計與支護技術[J].煤礦開采，2015（3）：69-72.