何曉文
(安徽馬鋼羅河礦業(yè)有限責(zé)任公司,安徽合肥231562)
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。
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。
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。
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。
±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。
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。
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。
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。
(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。
(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。
(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)。