羅河鐵礦井下水倉(cāng)結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)改進(jìn)

何曉文

（安徽馬鋼羅河礦業(yè)有限責(zé)任公司，安徽合肥231562）

1 技術(shù)背景

安徽馬鋼羅河鐵礦開(kāi)采規(guī)模300萬(wàn)t/a，正常地下水涌水量4 809 m3/d。井下水倉(cāng)由2組獨(dú)立的巷道組成，1#水倉(cāng)容積為2 920 m3、2#水倉(cāng)容積為3 796 m3，總?cè)莘e為6 716m3。水倉(cāng)之間巖柱≥8 m，且不得漏水。原設(shè)計(jì)時(shí)，水倉(cāng)結(jié)構(gòu)實(shí)際由6個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)組成，進(jìn)水平巷、聯(lián)絡(luò)平巷、絞車(chē)硐室布置在零水平，2組獨(dú)立的沉淀池、水倉(cāng)及水泵房配水巷布置在5個(gè)負(fù)水平。水倉(cāng)平面布置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 存在問(wèn)題

在水倉(cāng)系統(tǒng)中，僅有沉淀池及水倉(cāng)本體工程具有沉淀、貯水主體功能，其他輔助工程都是為施工、維護(hù)、清理配套服務(wù)。傳統(tǒng)水倉(cāng)存在無(wú)效工程量較大、結(jié)構(gòu)分散的缺陷，施工難度大，工期長(zhǎng)，投資較高。如4條下山斜巷，有效容積率僅為50%，聯(lián)絡(luò)平巷、4個(gè)絞車(chē)硐室等無(wú)沉淀、貯水功能。

3 設(shè)計(jì)改進(jìn)

在保證水倉(cāng)本質(zhì)功能與安全的前提下，對(duì)水倉(cāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行集約化設(shè)計(jì)改進(jìn)，將原6個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)優(yōu)化為2個(gè)，即：進(jìn)水平巷、聯(lián)絡(luò)平巷、絞車(chē)硐室構(gòu)成“零水平結(jié)構(gòu)”，沉淀池、水倉(cāng)及配水巷構(gòu)成“負(fù)水平結(jié)構(gòu)”，對(duì)負(fù)水平結(jié)構(gòu)的巷道采用工程隔斷，形成各自獨(dú)立的沉淀區(qū)、貯水區(qū)、配水巷。

3.1 平面布置

整體劃分為±0 m、-5 m兩個(gè)水平進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃：±0 m水平布置進(jìn)水平巷、排泥硐室、絞車(chē)硐室、水溝等輔助工程；-5 m水平經(jīng)2組沉淀池溢水墻、水倉(cāng)隔墻、泵房隔墻等隔斷后形成5個(gè)獨(dú)立的平巷，布置沉淀池、水倉(cāng)、水泵房配水巷等工程；為連接±0 m、-5 m兩個(gè)水平，僅設(shè)置1個(gè)沉淀池斜巷至負(fù)平面結(jié)構(gòu)最低點(diǎn)（沉淀池8）。集約式整體結(jié)構(gòu)水倉(cāng)平面 布置示意如圖2所示。

3.2 縱向布置

±0 m平面縱向設(shè)計(jì)：自井底車(chē)場(chǎng)1→沉淀池斜巷7入口處的流水坡度設(shè)計(jì)為5‰，礦坑水通過(guò)總水溝、2條支水溝自流進(jìn)入沉淀池8、12。

-5 m平面縱向設(shè)計(jì)：以水倉(cāng)端部泵房隔墻15處底板標(biāo)高-4.6 m為基準(zhǔn)點(diǎn)，水倉(cāng)9、11→沉淀池8、12的流水坡度設(shè)計(jì)為3‰。為適應(yīng)機(jī)械化施工，-5 m平面巷道凈斷面推薦值≥寬4 550 mm×高3 100 mm。當(dāng)水倉(cāng)容積較大時(shí)，在滿足工程地質(zhì)條件下，優(yōu)先擴(kuò)大水倉(cāng)寬度，增加有效貯水量。負(fù)平面底板標(biāo)高不宜過(guò)低，巷道斷面不宜過(guò)高，否則將導(dǎo)致水泵吸程較大，影響排水能耗。集約式整體結(jié)構(gòu)水倉(cāng)縱向布置如圖3所示。

3.3 施工順序

施工順序是集約式整體結(jié)構(gòu)水倉(cāng)的關(guān)鍵技術(shù)。因?yàn)橹挥?條沉淀池斜巷連接零水平和負(fù)平面，必須將負(fù)平面所有巷道、支護(hù)、安裝等工程綜合考慮，編制施工方案，再完成“測(cè)量放線→掘進(jìn)→出渣→鉆孔→安裝錨桿→錨桿注漿→掛網(wǎng)→噴漿→巷道起底→巷道底找平→巷道地面抹灰”等工程施工及驗(yàn)收后，后退式進(jìn)行“泵房隔墻澆筑及閘閥安裝→內(nèi)倉(cāng)沉淀池溢水墻砌筑及噴漿封閉→水倉(cāng)隔墻澆筑→外倉(cāng)沉淀池溢水墻砌筑及噴漿封閉→內(nèi)、外倉(cāng)沉淀池吊橋安裝→斜道踏步澆筑→總水溝及支溝澆筑→動(dòng)力、通信、照明等線纜敷設(shè)→軌道敷設(shè)→壓濾系統(tǒng)安裝”等工程施工。

在水倉(cāng)隔墻17施工前，必須完成內(nèi)倉(cāng)所有工程的施工、整改及工程驗(yàn)收。在外沉淀池溢水墻18施工前，必須完成外倉(cāng)所有工程的施工、整改及工程驗(yàn)收。

3.4 功能分割

功能分割是集約式整體結(jié)構(gòu)水倉(cāng)的核心技術(shù)。-5 m平面的平巷工程包含5個(gè)部分，即：水泵房配水系統(tǒng)、內(nèi)倉(cāng)沉淀區(qū)、內(nèi)倉(cāng)貯水區(qū)、外倉(cāng)沉淀區(qū)和外倉(cāng)貯水區(qū)。

水泵房配水系統(tǒng)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)水倉(cāng)一致，設(shè)置泵房隔墻15，并預(yù)埋無(wú)縫鋼管及配套閘閥，任一組水倉(cāng)可獨(dú)立、也可合并向泵房配水巷進(jìn)水，主排水泵通過(guò)配水小井抽水排出坑外。

內(nèi)、外水倉(cāng)在水倉(cāng)聯(lián)巷10近內(nèi)倉(cāng)側(cè)設(shè)置水倉(cāng)隔墻17，水倉(cāng)隔墻為完全不透水結(jié)構(gòu)墻，磚砌結(jié)構(gòu)，墻厚0.5 m，C15砂漿內(nèi)外粉刷，周邊巷道≥8 m內(nèi)噴射防滲混凝土支護(hù)處理。

同組沉淀池、水倉(cāng)之間設(shè)置沉淀池溢水墻16、18。溢水墻墻體不透水，磚砌結(jié)構(gòu)，墻厚0.5 m，C15砂漿內(nèi)外粉刷。墻上方留出1.8 m凈空高度，上口居中設(shè)置溢水槽口，槽口寬×高=1 000 mm×500 mm，閘板調(diào)節(jié)溢水高度。墻底部居中設(shè)置排泥孔，并在沉淀池側(cè)孔口設(shè)計(jì)抽出式閘板，正常時(shí)閘板為常閉狀態(tài)。

沉淀池最高水位上方懸空設(shè)置沉淀池吊橋21，寬度1.5 m，橋面上方拱頂凈空≥1.8 m，橋身設(shè)計(jì)采用玻璃鋼或PVC等耐腐蝕材料制作，間隔2～3 m布置玻璃鋼錨桿，錨桿與橋面連接件采用玻璃鋼或PVC型材，螺栓緊固連接，橋面敷設(shè)網(wǎng)格狀玻璃鋼或PVC板。

3.5 維護(hù)清理

集約式整體結(jié)構(gòu)具有極其便于維護(hù)清理的優(yōu)點(diǎn)，也是其主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)之一。

清理維護(hù)沉淀池時(shí)，只需將排泥泵放入集泥小井，即可進(jìn)行正常清理；清理維護(hù)水倉(cāng)時(shí)，先清理維護(hù)沉淀池，待溢水墻底部排泥孔露出后，抽出閘板，水倉(cāng)內(nèi)淤泥可自流進(jìn)入沉淀池，繼續(xù)排泥工作。

通過(guò)沉淀池吊橋，人員可以進(jìn)行水倉(cāng)觀測(cè)檢查、溢水槽口檢查及調(diào)節(jié)，沉淀池內(nèi)漂浮物清理等日常維護(hù)工作。

4 實(shí)施效果

（1）減小基建投資。在保證水倉(cāng)有效容積的前提下，傳統(tǒng)水倉(cāng)（I）與整體結(jié)構(gòu)水倉(cāng)（II）進(jìn)行對(duì)比：減少基建工程量（I-II）1 477.71 m3；增加吊橋2座、隔水墻1道、溢水墻2道等支護(hù)安裝工程量88.44 m3。整體結(jié)構(gòu)水倉(cāng)可減小基建投資約85萬(wàn)元。具體見(jiàn)表1。

（2）減小維護(hù)清理成本。與原設(shè)計(jì)相比，沉淀池需加深約2 m，有效容積擴(kuò)大66.7%，清理周期延長(zhǎng)。水倉(cāng)清理時(shí)，排泥泵不需移位。綜合成本可降低8萬(wàn)元/a。

（3）縮短施工工期。僅需施工1個(gè)斜巷，縮短施工工期約2個(gè)月。

5 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）采用集約式整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念。

（2）適用自動(dòng)化平巷施工工藝。

（3）可采用全自動(dòng)排泥工藝。

6 結(jié)論

（1）減少基建工程量，節(jié)省工程投資。

（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于施工，縮短工期。

（3）維護(hù)清理方便，降低生產(chǎn)成本。

（4）遵循水倉(cāng)設(shè)計(jì)的本質(zhì)安全。

（5）本設(shè)計(jì)改進(jìn)在馬鋼羅河鐵礦推廣應(yīng)用，效果良好。已授權(quán)實(shí)用新型專(zhuān)利（專(zhuān)利號(hào)ZL 2017 2 1539516.9）。