鹤煤公司九矿-420m水平集约化泵房维修改造设计

摘 要：鹤煤集团第九煤矿-420 m水平泵房配水井井壁、吸水井隔墙受损破坏，严重影响泵房的正常运转和矿井排水系统的正常运行。由于该泵房吸水井采用集约化设计，无法在泵房正常运转的情况下进行维修，因此拟对泵房吸水井、水仓的布置结构进行改造优化，保证在泵房正常运转的情况下完成维修工作，并对配水井井壁、吸水井隔墙采用安装井圈、浇注砼、壁后注浆、锚杆支护等综合加固技术，保证支护强度。

关键词：集约化泵房;吸水井;维修改造

中图分类号：TD21 文献标识码：A 文章编号：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

煤炭开采经常伴随着地下水涌水，一旦涌水不能及时排至地面，就会对矿井正常開采造成严重影响，危及矿井生产安全。矿井排水系统承担着排出井下涌水的重要任务，矿井主排水泵房能否安全、可靠、有效运行，关系到整个矿井的安全。鹤煤集团第九煤矿（以下简称九矿）-420 m水平泵房是该矿的主要排水泵房，采用吸水井集约化设计。受压高地应力、集中应力等因素的影响，配水井井壁、吸水井隔墙受损严重，泵房无法正常工作。此外，由于泵房吸水井采用集约化设计且受损严重，因此无法在泵房运转的情况下进行维修。通过对泵房配水井、吸水井布置结构进行改造，使泵房在配水井、吸水井维修期间能正常运行并加强支护，以保证维修后泵房能够良好运行。

1 水泵房概况

1.1 水泵房结构

九矿-420 m水平泵房位于新副井井底车场，是矿井的主要排水泵房。泵房内布置4台水泵，其中1台工作、1台检修、2台备用。泵房采用吸水井单侧布置，吸水井采用集约化设计。该布置方式不再设配水巷，只在泵房一侧设1个配水井。配水井内布置“十”字形隔墙将配水井分割为4个吸水井，内、外水仓分别与最外侧的两个吸水小井连接。隔墙与井壁上设置有阀门，通过阀门控制各个吸水井水量，以保证吸水井内、外水仓的清淤及水泵检修工作正常进行[1-2]。

1.2 水泵房受损情况

-420 m水平泵房本次受损部位为配水井井壁及吸水井隔墙。受外力影响，井壁、隔墙脱皮掉渣严重，出现多处裂缝、钢筋外露等情况，导致吸水井与吸水井之间、配水井与内外水仓之间渗水、漏水严重。即使关闭配水井、吸水井全部阀门，仍无法排干井水，导致吸水井、内外水仓清淤工作难以进行，同时无法正常检修水泵，严重影响水泵房的正常运转。

1.3 配水井井壁、吸水井隔墙支护方式

配水井井口断面形状为近似正方形。净断面尺寸为4.8 m×4.8 m，深度为5.6 m，内设隔墙，将配水井分为4个吸水井。原设计支护方式为配水井井壁支护厚度0.4 m，采用锚网喷+底角锚杆+浇筑双层钢筋混凝土支护形式;吸水井隔墙支护厚度0.4 mm，采用浇筑双层钢筋混凝土支护方式。水泵房结构及受损位置如图1所示。

2 受损破坏原因分析及维修难点

2.1 深部高地应力的影响

泵房位于矿井深部，周围岩体属中生代地层，形成时间长，一般存在构造应力场或残余构造应力场，两种应力场叠加后形成高地应力。另外，水泵房埋深约为660 m，围岩的自重应力大于20 MPa，大于岩体的抗压强度，易使井壁、隔墙产生变形、开裂现象。

2.2 围岩应力集中的影响

泵房硐室在开挖过程中使围岩应力发生变化，产生大于30 MPa的集中应力，再加上泵房硐室布置密集，各硐室产生的工程应力相互影响，加剧了应力集中现象，严重影响泵房硐室的稳定性[3-4]。

2.3 泵房围岩性质的影响

泵房周围岩石主要为砂质泥岩。该岩石岩性软、强度低、受力性能差，加之泵房受力复杂，最终造成泵房配水井井壁及吸水井隔墙受损变形、开裂严重。

2.4 吸水井维修设计难点

①泵房吸水井、配水井均为混凝土结构，正常维修方案为关闭部分阀门，排干需维修的吸水井井水，在泵房运转情况下施工，待维修完毕投入使用后再依次维修其他吸水井。由于吸水井之间、吸水井与内外水仓之间漏水、渗水严重，阀门关闭后井水无法排干且水位较高，导致混凝土施工无法进行。

②如按原设计结构进行维修，需将配水井井壁和吸水井隔墙全部拆除，维修期间吸水井将无法使用，泵房将停止运行。旧矿涌水量大，为保证矿井安全，维修期间要求泵房保持正常运行，不能停机。

③泵房主体与配水井、吸水井、内水仓和外水仓相互连接，该区域硐室、巷道密集、留设岩柱小、围岩应力集中且稳定性差，同时受高地应力影响，导致配水井、吸水井易产生变形破坏，按常规锚网+砌碹方式支护效果较差。

3 水泵房维修改造方案

3.1 水泵房结构优化及施工顺序

3.1.1 水泵房结构优化。通过对泵房进行实际观测并分析相关图纸和资料，决定在3#泵与4#泵之间的位置新掘壁龛、吸水井，吸水井下部新掘内水仓通道与内水仓相连接，吸水井与内水仓通道间安装阀门。该吸水井完工后供3#泵、4#泵使用，待新掘吸水井投入使用后再对原配水井进行维修，以保证泵房能够正常运行。

3.1.2 配水井维修改造方案。①将受损吸水井隔墙及配水井前、后井壁拆除;②重新浇筑配水井井壁及吸水井隔墙，配水井净尺寸由4.8 m×4.8 m改为4 m×4 m，吸水井隔墙由“十”字形改为“Ⅰ”形，吸水井数量由原来的4个减少为2个，2个吸水井之间、吸水井与内外水仓之间安装阀门。改造后，该井供1#泵、2#泵使用[5-6]。维修改造后水泵房结构如图2所示。

3.2 吸水井及配水井支护

为减少维修后硐室变形量，延长硐室使用寿命，新掘吸水井、新掘内水仓通道及维修配水井根据不同情况采用不同的联合支护方式。

①新掘吸水井采用“砌碹+钢筋网+壁后注浆”联合支护，钢筋网为单层，采用[Φ]16 mm圆钢，间距为0.3 m×0.3 m，砌碹厚度为0.3 m，砼标号为C30。支护完成后，进行壁后注浆加固。

②新掘内水仓通道采用“锚杆+金属网+砌碹+壁后注浆”联合支护。锚杆采用[Φ]20 mm树脂锚杆，长度为2 m，排距为0.7 m×0.7 m，预紧力不小于80 kN;金属网采用[Φ]6 mm点焊网，网孔为0.1 m×0.1 m，砌碹厚度为0.3 m，砼标号为C30。支护完成后，进行壁后注浆加固[7-8]。

③配水井井壁采用“井圈+锚杆+砌碹+壁后注浆”联合支护，支护厚度为0.3 m;井圈采用10号槽钢制作，每圈4节，采用连接板焊接连接，层间距为0.3 m;井圈之间采用槽钢立柱焊接连接，立柱高度为0.3 m，每圈8根;井圈焊接缝及立柱层与层间均匀错开布置。井圈与井壁间由短锚杆固定，每节井圈固定短锚杆3根，每圈井圈固定短锚杆12根。短锚杆采用[Φ]20 mm树脂锚杆，长度为1 m，排距为0.4 m。井圈与井圈之间的井壁上采用长锚杆进行加强支护，长锚杆采用[Φ]20 mm树脂锚杆，长度为2 m，排距为0.8 m。以上支护完成后浇筑混凝土井壁，砌碹厚度为0.3 m，砼标号为C30。待配水井维修施工完成后，对配水井四周进行壁后注浆加固。

④吸水井隔墙采用“砌碹+钢筋网”联合支护，钢筋网为单层，采用[Φ]16 mm圆钢，间距为0.3 m×0.3 m，砌碹厚度为0.3 m，砼标号为C30。

⑤由于吸水井、配水井与附近巷道、硐室之间岩柱较小，为防止岩柱受压破坏后向配水井内渗水，故对内、外水仓靠近配水井、吸水井处大于15 m范围内巷道进行注浆加固。

4 结语

通过对泵房结构进行优化，使集约化吸水井在泵房不用停止运行的情况下完成配水井、吸水井维修施工，以保证矿井正常生产，对以后的集约化吸水井维修具有一定的借鉴意义。采用井圈、锚网、砌碹以及壁后注浆等方式联合支护，增强了配水井、吸水井的支护强度和抗压性，满足了在复杂应力条件下的支护需求。维修工程完成后，通过对配水井、吸水井的支护效果进行观测，发现硐室支护后的稳定时间、位移变形量与原支护方式相比大大改善，取得了良好的安全效益。

参考文献：

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