鶴煤公司九礦-420m水平集約化泵房維修改造設(shè)計

摘 要：鶴煤集團(tuán)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(yán)重影響泵房的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和礦井排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。由于該泵房吸水井采用集約化設(shè)計，無法在泵房正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行維修，因此擬對泵房吸水井、水倉的布置結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造優(yōu)化，保證在泵房正常運(yùn)轉(zhuǎn)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(hù)等綜合加固技術(shù)，保證支護(hù)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：集約化泵房;吸水井;維修改造

中圖分類號：TD21 文獻(xiàn)標(biāo)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(jīng)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(yán)重影響，危及礦井生產(chǎn)安全。礦井排水系統(tǒng)承擔(dān)著排出井下涌水的重要任務(wù)，礦井主排水泵房能否安全、可靠、有效運(yùn)行，關(guān)系到整個礦井的安全。鶴煤集團(tuán)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(shè)計。受壓高地應(yīng)力、集中應(yīng)力等因素的影響，配水井井壁、吸水井隔墻受損嚴(yán)重，泵房無法正常工作。此外，由于泵房吸水井采用集約化設(shè)計且受損嚴(yán)重，因此無法在泵房運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行維修。通過對泵房配水井、吸水井布置結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，使泵房在配水井、吸水井維修期間能正常運(yùn)行并加強(qiáng)支護(hù)，以保證維修后泵房能夠良好運(yùn)行。

1 水泵房概況

1.1 水泵房結(jié)構(gòu)

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(nèi)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(cè)布置，吸水井采用集約化設(shè)計。該布置方式不再設(shè)配水巷，只在泵房一側(cè)設(shè)1個配水井。配水井內(nèi)布置“十”字形隔墻將配水井分割為4個吸水井，內(nèi)、外水倉分別與最外側(cè)的兩個吸水小井連接。隔墻與井壁上設(shè)置有閥門，通過閥門控制各個吸水井水量，以保證吸水井內(nèi)、外水倉的清淤及水泵檢修工作正常進(jìn)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(yán)重，出現(xiàn)多處裂縫、鋼筋外露等情況，導(dǎo)致吸水井與吸水井之間、配水井與內(nèi)外水倉之間滲水、漏水嚴(yán)重。即使關(guān)閉配水井、吸水井全部閥門，仍無法排干井水，導(dǎo)致吸水井、內(nèi)外水倉清淤工作難以進(jìn)行，同時無法正常檢修水泵，嚴(yán)重影響水泵房的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.3 配水井井壁、吸水井隔墻支護(hù)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(nèi)設(shè)隔墻，將配水井分為4個吸水井。原設(shè)計支護(hù)方式為配水井井壁支護(hù)厚度0.4 m，采用錨網(wǎng)噴+底角錨桿+澆筑雙層鋼筋混凝土支護(hù)形式;吸水井隔墻支護(hù)厚度0.4 mm，采用澆筑雙層鋼筋混凝土支護(hù)方式。水泵房結(jié)構(gòu)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(yīng)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(gòu)造應(yīng)力場或殘余構(gòu)造應(yīng)力場，兩種應(yīng)力場疊加后形成高地應(yīng)力。另外，水泵房埋深約為660 m，圍巖的自重應(yīng)力大于20 MPa，大于巖體的抗壓強(qiáng)度，易使井壁、隔墻產(chǎn)生變形、開裂現(xiàn)象。

2.2 圍巖應(yīng)力集中的影響

泵房硐室在開挖過程中使圍巖應(yīng)力發(fā)生變化，產(chǎn)生大于30 MPa的集中應(yīng)力，再加上泵房硐室布置密集，各硐室產(chǎn)生的工程應(yīng)力相互影響，加劇了應(yīng)力集中現(xiàn)象，嚴(yán)重影響泵房硐室的穩(wěn)定性[3-4]。

2.3 泵房圍巖性質(zhì)的影響

泵房周圍巖石主要為砂質(zhì)泥巖。該巖石巖性軟、強(qiáng)度低、受力性能差，加之泵房受力復(fù)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(yán)重。

2.4 吸水井維修設(shè)計難點

①泵房吸水井、配水井均為混凝土結(jié)構(gòu)，正常維修方案為關(guān)閉部分閥門，排干需維修的吸水井井水，在泵房運(yùn)轉(zhuǎn)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(nèi)外水倉之間漏水、滲水嚴(yán)重，閥門關(guān)閉后井水無法排干且水位較高，導(dǎo)致混凝土施工無法進(jìn)行。

②如按原設(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)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(yùn)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(yùn)行，不能停機(jī)。

③泵房主體與配水井、吸水井、內(nèi)水倉和外水倉相互連接，該區(qū)域硐室、巷道密集、留設(shè)巖柱小、圍巖應(yīng)力集中且穩(wěn)定性差，同時受高地應(yīng)力影響，導(dǎo)致配水井、吸水井易產(chǎn)生變形破壞，按常規(guī)錨網(wǎng)+砌碹方式支護(hù)效果較差。

3 水泵房維修改造方案

3.1 水泵房結(jié)構(gòu)優(yōu)化及施工順序

3.1.1 水泵房結(jié)構(gòu)優(yōu)化。通過對泵房進(jìn)行實際觀測并分析相關(guān)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(nèi)水倉通道與內(nèi)水倉相連接，吸水井與內(nèi)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(jìn)行維修，以保證泵房能夠正常運(yùn)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?dāng)?shù)量由原來的4個減少為2個，2個吸水井之間、吸水井與內(nèi)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(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.2 吸水井及配水井支護(hù)

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(nèi)水倉通道及維修配水井根據(jù)不同情況采用不同的聯(lián)合支護(hù)方式。

①新掘吸水井采用“砌碹+鋼筋網(wǎng)+壁后注漿”聯(lián)合支護(hù)，鋼筋網(wǎng)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(biāo)號為C30。支護(hù)完成后，進(jìn)行壁后注漿加固。

②新掘內(nèi)水倉通道采用“錨桿+金屬網(wǎng)+砌碹+壁后注漿”聯(lián)合支護(hù)。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(yù)緊力不小于80 kN;金屬網(wǎng)采用[Φ]6 mm點焊網(wǎng)，網(wǎng)孔為0.1 m×0.1 m，砌碹厚度為0.3 m，砼標(biāo)號為C30。支護(hù)完成后，進(jìn)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(lián)合支護(hù)，支護(hù)厚度為0.3 m;井圈采用10號槽鋼制作，每圈4節(jié)，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(jié)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(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，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(hù)完成后澆筑混凝土井壁，砌碹厚度為0.3 m，砼標(biāo)號為C30。待配水井維修施工完成后，對配水井四周進(jìn)行壁后注漿加固。

④吸水井隔墻采用“砌碹+鋼筋網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)，鋼筋網(wǎng)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(biāo)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(nèi)滲水，故對內(nèi)、外水倉靠近配水井、吸水井處大于15 m范圍內(nèi)巷道進(jìn)行注漿加固。

4 結(jié)語

通過對泵房結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使集約化吸水井在泵房不用停止運(yùn)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(chǎn)，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(wǎng)、砌碹以及壁后注漿等方式聯(lián)合支護(hù)，增強(qiáng)了配水井、吸水井的支護(hù)強(qiáng)度和抗壓性，滿足了在復(fù)雜應(yīng)力條件下的支護(hù)需求。維修工程完成后，通過對配水井、吸水井的支護(hù)效果進(jìn)行觀測，發(fā)現(xiàn)硐室支護(hù)后的穩(wěn)定時間、位移變形量與原支護(hù)方式相比大大改善，取得了良好的安全效益。

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