大涌水软岩条件下特高压水闸门硐室施工技术

1、大涌水软岩条件下特高压水闸门硐室施工技术摘 要 本文重点介绍岱庄煤矿在施工-580m水平1160采区胶带上山水闸硐室过程中遇到泥岩、页岩等软岩和十下灰岩承受含水层大涌水等不利地质条件下，采用锚网(索)喷和配筋方式加固硐壁，铁皮配双注浆和围岩注浆帷幕隔离涌水点等特殊处理措施，建成岱庄煤矿5.8MPa特高压防水闸门硐室，总结了施工中采取的关键技术措施。关键词 大涌水 软岩 特高压 水闸门硐室 施工 岱庄煤矿当前正在开拓-580m二水平，开采下组16、17较薄煤层。由于16、17煤层为受奥灰水威胁煤层，下组煤实行分区隔离开采，1160采区为-580m水平首采区，需要分别在1160采区轨道上山、116

2、0采区胶带上山设置防水闸门硐室，防止突水淹井。目前矿井设置的防水闸门硐室多为小于4MPa的中低压防水闸门硐室，且多为设置在水文地质条件稳定的坚硬岩层中；由于受到采矿地质条件的限制，岱庄煤矿在施工1160采区胶带上山防水闸门硐室过程中，揭露的岩性有泥岩、十下灰、粉砂岩、粘土质泥岩等，层位岩性比较复杂，硐室底板十下灰岩承压含水层出现了大涌水，积极采用特殊施工工艺，建成了井下5.8MPa特高压防水闸门硐室并一次性试压成功，为今后我国大涌水软岩特高压防水闸门硐室施工提供了技术支持。1工程概况1.1工程位置 1160采区胶带上山防水闸门硐室布置在-580m水平煤仓中心以北75m处的1l60采区胶带上山的

3、平巷中，硐室底板标高-547.4m，奥灰水的静水位标高为+36.54m。1.2水文地质条件 防水闸门硐室底板下距十三灰32.3m，距奥灰85m，距16煤层顶板7m；16煤层顶板为厚5.5m的十下灰岩，十下灰岩以上为厚l.3m的页岩和厚0.6m的十上灰岩，十上灰岩以上为总厚达到20m的由页岩、泥岩等软质岩体组成的软弱岩层。揭露十下灰时初始涌水量为48.5 m3h，稳定后涌水量为45 m3h。1.3工程结构形式 根据防水闸门承受的最大水头压力P=5.8MPa，水压大于1.6MPa，同时考虑到围岩实际揭露状况及方便于施工等因素，硐室采用倒截锥形结构形式，由前室、主体硐室、后室三大部分构成，硐室全长1

4、7.5m，其中前室后室各为5m，主体硐室7.5m，设计静水压力5.8MPa。前室和后室荒断面为19.2m2，主体硐室荒断面为36.71m2，断面均采用半圆拱形(见囤1、图2)。2施工工艺1160采区胶带上山防水闸门硐室采用如下施工工艺流程(见图3)。2.l施工顺序 1160采区胶带上山防水闸门硐室是沿1160采区胶带上山底板掘进完成硐室上部施工的。在构筑施工的过程中，首先根据硐室设计的荒断面尺寸，按照“由外向里，自上而下”的顺序小循环窄打宽刷完成上山底板以上部分的施工，并及时采用锚网喷跟迎头进行一次支护，接着按照“先前室后后室，自上而下”的顺序完成上山底板以下部分的施工，并在前室以里掘砌一个比

5、主体硐室底板深的蓄水池，然后对出水点开挖沟槽将涌水引排到前室以里施工好的水池里，按照“先前室后后室，自上而下”的顺序分段支膜、配筋绑扎、预埋底部注浆管、浇筑混凝土进行二次支护成型。 在浇注混凝土硐壁时，应先浇注前室两墙和后室两墙，然后浇注前室碹拱和后室碹拱，但前、后室必须各预留出至少l.5 m长的空间与主体硐室同时浇筑，确保形成整体性钢筋混凝土体。然后由里向外抹硐室底板，抹底完毕后，再浇注主体硐室。2.2硐室锚网(索)喷工艺2.2.1临时支护 在硐室开宽施工时，采用喷浆跟迎头作为临时支护，喷层厚度3040mm，循环进尺为0.8m。2.2.2锚网(索)喷一次支护。 锚杆支护。锚杆选用18

6、5;1800mm的等强度全螺纹钢式树脂锚杆，锚杆间排距为800×800mm，每根锚杆采用2支树脂锚固剂锚固，锚固剂型号为MSCK2350，锚杆预紧力矩不小于200 N·m，锚固力不小于85kN。锚杆外端使用锚杆托牌和标准螺纹锚杆帽紧固，锚杆外露长度1030 mm；铁托盘用235号钢板压制成弧形，规格为长×宽×厚140×140×10mm。金属网由6.5mm的圆钢焊接制作，规格为1700×900mm，网格为100×100mm，巷道全断面挂网，墙部挂网至底板以下400mm，网片搭接长度不小于100mm，金属网边缘圆钢逐一

7、弯钩使网片间搭接联成一个整体。 锚索支护。锚索间距1200mm，锚索排距2500mm锚索线采用17.8mm低松驰钢绞线制作，顶板拱部锚索线长为6500mm，两墙锚索线长为4500mm；锚索梁采用矿用12#工字钢制作，长1500mm，索孔直径为22mm，孔间距为1000mm，居中对称布置，两梁端长250mm；工字钢梁上锚索索孔两侧需焊接长×宽×厚150×90×20mm的钢板加固；锚索线采用3支MSCK2350树脂锚固锚固 喷射混凝土支护。强度等级为C20，厚度为200mm；其中硐窒初喷100mm，金属网到岩面间的喷厚不小于50mm，锚索支护后复喷喷100m

8、m。喷射混凝土使用P.042.5R普通硅酸盐水泥，砂为纯净的河砂，石子粒径为15mm，并用水冲洗干净。配合比为水泥：砂：石子=1：2：(2-2.5)(重量比)，水灰比为0.450.5。混凝土抗拉强度为l.6Mha抗压强度22 MPa，正常情况下避免使用速凝剂型。当对出水点喷浆处理时，可酌情加大掺入少量J85型速凝剂，掺入量为水泥重量的23，喷拱部时取上限，速凝剂必须在喷浆机上料口均匀加入。 锚网(索)喷一次支护后，前室和后室荒断面为17.5m2，主体硐室荒断面为34.36 m2。2.3浇筑混凝土支护水闸门硐室采用混凝土浇筑进行二次支护，浇筑混凝土厚度400mm，混凝土强度等级为C30，轴心抗压

9、强度不低于20MPa，抗拉强度不低于2MPa。C30混凝土材料配比(见)。 硐室开宽刷大完毕，经质检部门验收合格，达到设计轮廓后，方可浇筑混凝土。在浇筑混凝土的同时，依次按照设计要求摆设、固定防水闸门及各种管路。在浇筑前室和后室两墙混凝土时，采用8×1800m等强度全螺纹钢式树脂锚杆配合矿用12#工字钢半圆拱形旋胎支架固定模板。主室浇筑混凝土时采用矿用12#工字钢矩形支架，相邻框形棚间要打设拉杆和撑杆，防止在浇筑时支架受力不均而变形。在浇筑混凝土施工前，要使用铁丝将模板与支架绑扎牢固。主室与前室和后室之间的连接处，必须连续浇筑并预埋注浆管，保证主室与前室和后室结合成一个整体。前室和后

10、室必须备预留至少1.5 m长度的碹体与主室同时浇筑。3特殊处理措施3.l涌水赴理 在硐室施工过程中，当揭露十下灰时的初始涌水量为48.5m3h，稳定后涌水量为45 m3h。为了不影响混凝土浇筑施工的进度，保证工程质量，在浇筑施工前，利用风镐对涌水点进行开槽引排，在主硐室内施工一个蓄水池，将所有涌水汇聚到蓄水池内，然后在引水槽内预埋3根114×7mm热扎无缝耐高压钢管铁将涌水引排到前室以里水窝内，在使用排水泵将水排出。值得注意的是，水槽内必须使用粒径为2040的石子填满，并使用铁皮覆盖严实，防止在浇筑混凝土过程中出现漏浆堵水现象，并便于在硐室构筑完成后通过114×7mm热扎无

11、缝耐高压钢管对水路进行注浆加固；同时采取对硐室围岩进行注浆帷幕隔离，效果更好。3.2 软岩处理 由于1160采区胶带上山防水闸门硐室整体处于泥岩和页岩等软弱岩层中，硐室断面比较大，为了保证施工安全和防水闸门硐室耐特高压及密封功能的稳定性，采用锚网(索)喷结合配筋方式加固硐壁措施后，确保了防水闸门硐室竣工后一次性试压成功，没有发生泄露现象，工程质量达到优良。3.3混凝土的生产及输送 为提高机械化水平，降低工人劳动强度，提高工效，缩短工期，在1160采区胶带上山防水闸门硐室构筑施工过程中，应用了JZC-350防爆型搅拌机和S150T型桥式皮带输送机及SJJ-800型皮带输送机，实现了混凝土生产和输

12、送的机械化，使工期缩短了15d以上。4混凝土浇筑 (1)前室和后室按照“先两墙、再碹帽、最后抹底”的顺序进行施工。主体按照“先抹底，再两墙，最后拱顶”的顺序施工；在浇筑两墙时要同步均匀进行，拱部要从两侧均匀向正拱基浇筑，并随浇筑随捣固。 (2)硐室开挖后的荒断面规格尺寸、锚网(索)喷支护及配筋有关参数必须经质检查部门验收合格后，方可进行水闸门硐室的混凝土浇筑施工。 (3)防水闸门主室及前室和后室，从铺底开始，必须自下而上连续浇筑混凝土，严禁出现与巷道方向一致的施工缝。超挖部分，一律用混凝土灌满捣实。 (4)水闸门硐室与前室和后室的接茬处，混凝土必须新茬相接，使之接合严密，以防注浆加固时跑浆和注

13、水打压时出现漏水现象。 (5)水闸门硐室部分浇灌混凝土前，应由矿总工程师指定专人对刷帮、起底和挑顶基础的实际尺寸等进行检查验收。确认符合设计规定要求后，方可固定门框。竖门框时，必须检查中线、腰线、竖直度及门框平面与巷道中心线的垂直度。门框应与水平面垂直，其顺水流方向仰斜不超过0.5。确认符合设计并经矿总工程师批准，方可立模浇筑混凝土。模板与混凝土的接触面必须刨光，砌水闸门硐室用模板厚度不小于40mm，井有横向支撑加固，以免出现移动变形现象。 (6)用于砌碹防水闸门硐室及其前后巷道的混凝土标号不得低于设计值。要严格控制水泥、石子、砂的配比与水质及水灰比。不准使用杂质超限的砂石，不准用速凝剂。每浇

14、灌300 mm的高度必须反复捣固一遍，严禁出现蜂窝麻面、狗洞和漏筋等现象。每批水泥搅拌的混凝土须留一组(每组3块)试块，与硐室同样条件下养护28 d后试压。 (7)防水闸门硐室及前室和后室巷道进行混凝土砌筑时，应连续浇筑并及时按照设计规定要求预理注浆管。保证紧密接合，防止出现漏水现象。其来水方向5 m内的巷道底板应铺设混凝土地面，并不得高于其附近的巷道底板。5技术经济效益 针对岱庄煤矿1160采区胶带上山防水闸门硐室工程揭露的岩性有泥岩、十下灰、粉砂岩、粘土质泥岩等多层位，岩性比较复杂，在揭露十下灰时初始滞水量达到48.5 m3h，稳定涌水量为45 m3h的复杂条件，通过科学优化施工工艺流程和组织管理，该工程比同矿以往同类工程提前了20d竣工，按照每班10个人工每个人工130元计算，节约费用2.6万元，为加快采区开拓进度赢得了宝贵的时间。 同时，该工程有针对性地采用了锚网(索)喷和配筋方式加固硐壁、铁皮配双注浆管注浆和围岩注浆帷幕隔离涌水点等特殊处理措施，建成岱庄煤矿5.8MPa特高压防水闸门硐室，为类似条件下施工防水闸门硐室提供了关键技术支持。参考文献1张万淮 等.复杂地质条件下防水闸门硐室的设计与加固J.西部探矿工程，2005(12)：26-30.2吴铁军 等