【摘 要】高家堡矿井一、二盘区排水系统采用集中联合布置方式，通过在二盘区各工作面最低点下方施工泄水巷的方式，将二盘区工作面涌水集中排放到一盘区排水系统内，两个盘区共用一套排水系统。为增强矿井盘区抗灾排水能力，满足201工作面回采期间排大水的需要；同时为确保矿井顺利通过上级部门各项竣工验收工作，必须加快盘区正式排水系统形成速度。
【关键词】高家堡矿井 水仓布置方案 断层 设计优化
一、项目立项的背景及其目的、意义
一、二盘区集中水仓是盘区排水系统的重要组成部分，2016年1月进入水仓通道施工期间，掘进迎头揭露断层，该断层落差2.5m、倾角55°，断层破碎带较宽，围岩岩性以砂质泥岩为主，并出现较大淋水，导致巷道顶板破碎、压力大，出现严重离层下沉现象。为确保施工安全和施工速度，经综合分析研究，不再过断层掘进，对内外水仓的布置方案进行了多次设计优化，以避开断层影响区域，保证了施工安全并加快了施工速度。
二、项目实施的基本情况
（一）设计情况
一、二盘区集中水仓及通道原设计总工程量561.2m，其中水仓入口处交岔点24.4m、内水仓200m、外水仓336.8m；主掘进断面10.3m2，均采用锚网索喷支护型式；内外水仓入口处通道方位角215°、下山斜巷段巷道坡度均为-20°；调向拐弯处巷道曲率半径均为14.1m，共6处调向，详见附图一。布置方案设计优化后总工程量562.8m，水仓入口处交岔点取消，改为穿尖交叉形式，长度25.6m，其中内水仓206.2m、外水仓314.8m；同时总工程量不变的前提下，设计施工了内、外水仓临时联络巷，长度16.2m，以减少掘进施工期间皮带运输环节，早日具备内、外水仓同时施工条件；内外水仓入口处通道方位角改为305°，避开了断层影响区域；入口处下山斜巷段巷道坡度均减小为-15°、调向拐弯处巷道曲线段改为直交，以便于皮带运输，同时调向次数由6次减少为5次。
经以上布置方案设计优化，一是取消了水仓入口处交岔点设计，优化为穿尖交叉型式，减少掘进体积量13m3；二是避免了外水仓两次过断层掘进施工，减少架设U29型钢棚约80架、充填水泥背板约4000条、消耗固定锚杆800套；三是内外水仓下山斜巷段坡度由-20°减小为-15°、平巷段调向拐弯处由曲率半径为9m的曲线全部改为直交型式，为掘进施工期间采用皮带实现矸石连续化运输创造了有利条件，提高了矸石运输效率；四是总工程量不变的前提下，增加了内外水仓临时联络巷，为早日实现内外水仓同时掘进施工创造了条件，并减少了2部皮带的投入，进一步提高了掘进效率和矸石连续化运输效率。
（二）施工情况
一、二盘区集中水仓于2015年12月25日正式开工，采用普掘施工工艺、台阶法施工，2016年1月13日施工至外水仓入口下山斜巷段起坡点附近时，迎头遇到一条落差2.5m、倾角55°的断层，为确保施工安全和施工速度，经综合分析研究，不再过断层掘进，对内外水仓的布置方案进行了设计优化，避开了断层影响区域，并于1月15日按优化设计后的方案重新开门口施工水仓通道，2月5日已完成内外水仓临时联络巷的施工，具备内外水仓同时掘进施工条件，3月24日完成内水仓掘进，进入泵房配水巷施工，平均日进尺5.3m；4月11日外水仓与泵房潜水井实现贯通，平均日进尺5.6m；4月13日外水仓剩余反掘段恢复施工，4月30日与水仓通道实现贯通，平均日进尺5.4m。
若按原设计施工，一是水仓入口处交岔点工期将延长约6天；二是外水仓将两次过断层掘进施工，采用小循环作业方式，并通过架设U29型钢棚、充填水泥背板等加强支护，工期将延长29天；三是无内外水仓临时联络巷且内水仓多1个调向拐弯，共计需增加皮带2部，内外水仓各增加一部，运输环节增多，耗用人工增加，矸石运输效率降低；四是预计外水仓5月12日完成掘进施工，内水仓3月28日完成掘进施工，工期将延长16天。
三、现场效果及产生的经济效益
（一）现场效果
一、二盘区集中水仓已按优化后的布置方案施工完毕，并于6月25日投入使用，实践证明优化后的布置方案完全避开了断层影响区域，为保证现场施工安全和施工速度奠定了基础。
（二）经济效益分析
1、取消水仓入口处交岔点施工
原设计交岔点长度24.4m，掘进断面14.3～24.2m3，掘进体积量382m3；优化设计后改为穿尖交叉形式，巷道长度25.6m，掘进断面14.4m3，掘进体积量369m3。根据《煤炭建设井巷工程消耗量定额（2007基价）》测算，原设计交岔点单价1216元/m3，总造价46.5万元，优化设计后巷道单价9350元/m，总造价23.9万元，则节约建设投资46.5-23.9=22.6万元。
2、避开断层影响区域，减少两次过断层掘进施工
原设计布置方式将存在两次过断层掘进施工，优化设计后完全避开了断层影响区域，巷道围岩稳定，减少架设U29型钢棚约80架、充填水泥背板约4000条、消耗固定锚杆800套。根据《煤炭建设井巷工程消耗量定额（2007基价）》测算，每架U型钢棚造价约5100元（含背板消耗及人工费），则节约建设投资5100×80=40.8万元。
3、施工工期对比
一是取消水仓入口处交岔点施工，改为巷道穿尖交叉型式，工期提前约6天；二是外水仓掘进施工期间避免两次过断层架棚掘进约40m，工期提前约29天；三是总工程量不变的前提下，通过设计施工内外水仓临时联络巷、减小水仓入口斜巷段坡度、优化平巷段调向拐弯处曲率半径并减少内水仓1个调向拐弯等方式，为采用皮带运矸创造了有利条件，并减少投入2部皮带，实现掘进矸石连续化高效运输，大大提高了掘进效率，工期提前约16天。
共计工期提前约51天。
综上所述，通过此次一、二盘区集中水仓布置方案设计优化项目共的实施，共计节约建设投资22.6+40.8=63.4万元，缩短施工工期51天。在保证施工安全的同时，创造了较高的经济和社会效益，更为一、二盘区集中排水系统的早日形成奠定了基础。
四、存在的问题及推广应用
本次一、二盘区集中水仓布置方案设计优化项目的成功实施，产生巨大经济和社会效益同时，更为高家堡矿井后续相似地质条件下其他巷道布置方案的调整提供了参考依据，积累了宝贵经验，值得下一步推广应用。
论文作者:杨军伍
论文发表刊物:《低碳地产》2016年8月第16期
论文发表时间:2016/11/7
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