特殊复杂条件下沉淀池的模块化施工方法

1、特殊复杂条件下沉淀池的模块化施工方法 摘 要：神宁煤业集团双马煤矿筹建处边界泄水巷乙水仓沉淀池，采用模块化施工方法，代替传统的混凝土预制块砌筑施工方法，不仅大大缩短施工工期，增加了沉淀池的强度、稳定性和可靠性、减少劳动强度，而且克服了巷道涌水大、空间小等特殊复杂条件下施工技术难题，同时提高了施工及使用安全系数，取得了较好安全和经济效益。 关键词：煤矿 水仓沉淀池 模块化 施工方法 一、工程概况 1.1设计位置、尺寸及用途 边界泄水巷乙水仓沉淀池设计位置在泄水通道下口处，沉淀池设计施工长宽深=17.41.217m。传统设计支护方式为混凝土预制块砌筑，外墙采用水泥砂浆抹面。砌筑施工至沉淀池上口时预

2、埋11#矿用工字钢，预埋工字钢上表面与沉淀池上沿齐平，并在工字钢上铺设松木板。水沟规格为500500mm，浇筑100mm。沉淀池施工完毕后用于沉淀从03工作面泄水通道溜下来的涌水，确保涌水进入水仓前经过沉淀，减少水仓淤泥。 1.2施工岩性 沉淀池在4-1煤层底板中施工，煤层底板岩性以泥岩为主，灰黑色，薄层状，具滑面，节理发育，易风化，厚度约为1.9m。爆破开挖1.7m后，围岩破裂产生缓坡、遇水软化、欠稳定性边坡，边坡宽度可达0.6m左右。 二、施工方式 沉淀池采用人工钻眼爆破法开挖，人工出渣至无轨脚轮车，再由无轨胶轮车运至溜子，最后由溜子转至皮带运至地面。 三、施工条件复杂 沉淀池位于泄水通道

3、下口处，此段巷宽3.6m，上帮水沟及水沟沿宽0.7m，施工沉淀池时同时要施工下帮水沟，再减去开挖边坡宽度0.6m，开挖段与上帮水沟仅剩0.5米宽，开挖后沉淀池内涌水量大，如何施工？施工后如何保证沉淀池的强度、确保车辆安全通行？ 3.1巷道内涌水大 从泄水通道下来的水流量达到360m?/h，水流漫过巷道北帮水沟。施工爆破后，渣堵塞水沟，水沟内的水便立即沿着爆破产生的裂隙流入开挖后的沉淀池内，渣为泥岩遇水泥化影响施工。 3.2施工巷道空间狭小，出渣运输困难 巷道净宽3.6m，沉淀池开挖段与上帮水沟仅剩0.5m宽，车辆无法通行，出渣困难。 3.3沉淀池强度要求高 沉淀池施工完成后，强度要满足辅助运输

4、胶轮车及边界泄水巷综掘机回撤时安全通行。 四、施工方案确定 如平面图所示，共提出三种施工方案。 4.1方案一：一次开挖，一次砌筑 从a边向b边，在距离a边8m之外按15下坡开挖一条斜槽，胶轮车可以直接从该斜槽开下去进行装渣，一次性开挖完毕，然后再从b边向a边方向，按传统设计支护方式进行砌筑。 优点：一次性开挖，胶轮车下去人工装渣相对容易，一次性砌筑，施工工序简单。 缺点：治水困难，爆破后，渣将上帮水沟堵塞，涌水立即漫延到巷道底板，随后涌入沉淀池开挖槽内，渣被涌水泥化，造成出渣困难；开挖斜槽，增加额外开挖工程量；混凝土预制块水泥砂浆砌筑后，强度满足不了车辆安全通行要求，存在安全隐患；砌筑墙因涌水

5、冲刷，容易出现砂浆抹面脱落，预制块被水冲刷破损，时间一长，沉淀池需要维修。 4.2方案二：分段开挖，分段砌筑 从b边向a边方向，分三段进行开挖，从a向b方向，按传统设计支护方式进行支护一段。 优点：分段开挖，胶轮车后退式出渣相对容易，且不用增加额外开挖斜槽工程量。 缺点：分段进行混凝土预制块水泥砂浆砌筑后，下一段开挖爆破后造成上一段砌筑墙受损严重，需要返工处理；沉淀池支撑强度满足不了车辆安全通行要求，同样存在安全隐患。 4.3方案三：分段开挖，分段浇筑，模块化施工 从b边向a边方向，每3m为一段，分六段进行开挖，每开挖一段浇筑一段，即每3m为一个模块进行施工，从模块1模块6进行施工。胶轮车在巷

6、道底板上，人工先将渣转至巷道底板上，然后再装入胶轮车。开挖完毕后，马上下放提前加工好的11#矿用工字钢支架，立好模板，使用搅拌好的混凝土进行浇筑，浇筑时必须使用振动棒振捣严实，即“模块化”施工。支护完毕后，在沉淀池上面敷设10mm厚的钢板。工字钢支架规格为长宽高=311.7m，由4条1.7m长的腿子、3根3m长的纵梁、2根1m长的横梁焊接而成。钢板规格为120060010mm。浇筑混凝土强度等级为c30。 图1 沉淀池模块化施工平面示意图 图2 d-d断面示意图 优点： 4.3.1治水及出渣简单 分段开挖工程量小，爆破后可在短时间内将水沟疏通，有效防止大量流水涌入沉淀池内，减少渣被泥化的程度，

7、出渣相对容易。 4.3.2施工工期短、无需维护 避免下一段开挖爆破后造成上一段支护受损，无需返工处理，施工工期短；混凝土浇筑墙比砂浆抹面耐水冲刷，使用时间长，无需担心出现后期维修问题。 4.3.3车辆通行安全 模块化施工，将传统的混凝土预制块水泥砂浆砌筑支护改为11#矿用工字钢支架+混凝土浇筑支护。施工安全，可行性强，支护强度高，施工后满足车辆安全可靠通行。 11#矿用工字钢支架承受重力验算如下： p=*4wx/l=4204113.43=63504（kg）=63.5t 式中：p是物体重量，单位是kg，是材料抗拉强度，一般工字钢材质为q235，抗拉强度可按420mpa考虑，wx是11号工字钢截面

8、模数，在采矿工程设计手册中可以查到是113.4，l是工字钢长度3m。 掘进使用的ebz-160型综掘机总重45.4t，辅助运输使用的无轨胶轮车总重7.5t额定载重3t。 胶轮车通行的最小安全系数为k1=63.5*2/（7.5+3）=12 综掘机通行的最小安全系数为k2=63.5*2/45.4=1.3，综掘机回撤时可以增加纵梁的根数，则安全系数成倍增加。 以上计算为集中承载压力，而实际车辆通行时工字钢均承受分布压力，则安全系数可以大大增加，从而确保车辆通行安全。 综上所述，方案一治水、出渣困难，增加额外开挖工程量，支护强度低，可行性差；方案二治水难，施工工期长，支护强度低，可行性一般；方案三治水、出渣相对容易，施工工期短，支护强度高，安全系数高，可行性强。故确定方案三为最优施工方案。 五、结束语 沉淀池按照方案三采用模块化施工完毕后，在边界泄水巷甲水仓改造、边界泄水巷段掘进施工过程中，运输材料及水泵的无轨胶轮、综掘机等车辆安全通行，没有出现过任何影响行车的问题。因此，取得了一定的实用效果和经济效益，安全