北皂煤矿海域扩大区延深巷道设计与实践

北皂煤矿海域扩大区延深巷道设计与实践

龙口矿业集团北枣煤矿位于山东省北部，北邻渤海。经过勘探,靠近海岸线的东西长5km、南北宽3km区域内埋藏有丰富的煤炭资源。根据《北皂煤矿海域扩大区延深初步设计》,海域扩大区由陆地区域以三条暗斜井向海域进行延深,延深水平标高为-350m。在-350m水平井底车场大巷一侧设中央变电所和水泵房硐室,二者联合布置。硐室断面形状为马蹄形,一次支护为锚、网、喷,二次支护为钢筋混凝土浇注。变电所硐室断面净宽4430mm、净高3596mm,水泵房硐室断面净宽4565mm、净高4266mm。1泵房和供水泵室的原始设计不足结合北皂煤矿海域工程施工的实际情况,发现水泵房、变电所原设计存在一定的不足。1.1巷道围岩结构水泵房、变电所位于-350m大巷导线点HA48→HA46段的左侧,与-350m大巷的净岩柱只有24m。从-350m大巷在该段的施工情况来看,由于海域地质勘探不十分清楚,该段巷道巷顶位于煤1及油2层内,而巷底位于油2底板的含油泥岩中,岩层倾角左倾8°～10°,巷道断面形状为直墙半圆拱形,净宽3800mm、净高3200mm。尽管采用了高强度的料石碹和钢筋混凝土浇注对巷道进行联合支护,仍然发生了严重的破坏。首先是巷道底鼓,继而是两帮内收失稳,变形量达到300mm以上,致使整个巷道破坏,实践证明,油2底板的含油泥岩层是很难支护的层位,在实际设计和施工巷道时,要尽量避开该层位。根据-350m大巷HA48→HA46段揭露的岩层,预计水泵房和变电所的底板(从轨面向下)正好位于油2底板的含油泥岩中。鉴于水泵房、变电所的特殊用途和使用要求,必须一次性施工维护好,否则,一旦破坏,将对整个海域工程造成重大影响,因此,必须对水泵房和变电所的层位进行调整。变电所、水泵房分别与-350m大巷相通,特别是变电所的通道位于油2底板4m以下,将非常难以支护;另外在-350m大巷过多开门口施工其它巷道,对大巷的维护不利。1.2道间距小,巷道破坏程度高根据北皂煤矿多年来的巷道布置和施工经验,如果两平行巷道间距过小,一条巷道破坏返修势必影响到另一条巷道。原设计中由于水泵房、变电所与-350m大巷的净岩柱间距只有24m,它们之间相互影响,难以实现对二者进行完好支护。1.3外水仓层位方面,地层内、外水仓的层位应符合以下条件与水泵房相通的海域中央内、外水仓,分别长150m、180m,其中外水仓与水泵房的平面距离达到50m,根据岩层倾角和水泵房所处层位推测,外水仓将有80m巷道揭露煤1层上方20m处的泥岩夹泥灰岩互层,这是海域的一个主要含水层,含水量大,一旦揭露该层,必将造成突水事故,所以,必须改变内、外水仓的层位,避免突水威胁。2修改后的中央变结合-350m水平施工揭露的地质情况以及-250m水平中央变电所、水泵房的设计施工经验,对-350m水平中央变电所、水泵房原设计进行了修改。2.1巷道底拱和地面采空储层将变电所、水泵房的平面位置沿-350m大巷向里平移80m,同时将它们与-350m大巷的净岩柱距离由24m增大至36.85m。这样,变电所和水泵房的层位将位于煤1顶板3m左右,而巷道底拱将位于煤1及油2中,这部分岩层是比较容易维护的层位,巷道将一次性施工支护成功。相应地将水仓的位置向里移动了30m,将水仓层位调整为煤1附近,间距改为20m。由于层位好,没有断层等地质构造,再加上在施工中采取手(风)镐掘进等措施,避免放炮震动影响,保证水仓支护成功。2.2两帮及顶拱部分原设计中变电所、水泵房的永久支护断面形状为马蹄形,两帮和顶拱为钢筋砼浇注支护,而底拱却为支护强度较低的料石底拱;一次支护(锚网喷)也仅在两帮及顶拱部分。整个硐室的支护结构普遍强度不高。根据“三软”地层支护宜“先柔后刚”的特点,将变电所、水泵房的支护分为三次,初次支护为锚网喷(作用是使巷道前期充分变形、释放压力),全断面一次支护为料石砌碹支护,料石厚度400mm;永久支护为钢筋混凝土浇注,混凝土厚度300mm。永久支护断面形状为直墙半圆拱形(带反底拱),变电所净断面宽度3900mm、高度3100mm,水泵房净断面宽度3900mm、高度4000mm。2.3调管口与水泵房端头位置将水泵房与变电所的位置互换,去掉了水泵房直接与-350m大巷联系的通道,将管子道的位置由位于水泵房和变电所之间调至水泵房端头。这样,管子道和变电所通道均位于煤1及煤1顶板,容易维护。由于变电所、水泵房的平面位置及通道的修改,从而减少了一套密闭门、硐室,及一套栅栏门,去掉了两个矿车转盘。3钢筋混凝土浇注试验硐室首先采用锚网喷进行了初次支护,施工9天后,开始发生强烈的变形,两帮平均移近量983mm,变化速率11.7mm/d;顶底板移近量2112mm,变化速率25.2mm/d,导致硐室破坏,打设“井”字形木垛和木点柱临时维护。80d后,硐室达到了充分释放压力的目的。然后,开始由外向里扩刷,进行料石砌碹一次支护和钢筋混凝土永久支护。钢筋混凝土浇注迎头滞后于料石砌碹迎头20～25m,具体视现场情况确定,一般在料石砌碹之后,发现碹体开始变形时进行钢筋混凝土浇注,达到抑制料石碹体变形的目的。通过观测,砌碹后,两帮平均移近速率6.3mm/d,顶底板平均移近速率2.4mm/d;钢筋混凝土浇注后,初期两帮平均移近速率0.5mm/d,目前为0.03mm/d。4次施工支护成功率设计修改后,把水泵房、变电所调至容易维护的岩层中,并且远离-350m大巷,避免了与-350m大巷之间的相互扰动,保证了一次性施工支护成功;避免了由于巷道相互影响破坏而导致的多