浅部矿井采区、水平大巷封闭收作设计研究

吴晓东

摘 要：文章针对浅部井采区、水平大巷封闭设计与施工，叙述了出水点处理、深浅部井巷道隔断、采区巷道封闭、水平巷道封闭等流程，开展了挡水墙及隔断墙参数和封闭墙参数设计理论计算。现场应用取得了良好效果。

关键词：矿井封闭；挡水墙设计；隔断墙设计；封闭墙设计

中图分类号：X936 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）14-0098-03

Abstract： In view of the shaft enclosure design and construction of shallow well mining area and horizontal roadway， this paper describes the processes of water point treatment， deep and shallow shaft roadway partition， mining area roadway closure， and horizontal roadway closure， etc. The theoretical calculation of the parameters of the water proof wall and the partition wall and the parameters of the closed wall are carried out. And good results have been achieved in the field application.

Keywords： shaft closure； water proof wall design； partition wall design； closed wall design

引言

近年來，受经济增速放缓、能源结构调整等因素影响，煤炭需求大幅下降，供给能力持续过剩，供求关系严重失衡，对经济发展、职工就业和社会稳定造成了不利影响。根据国家能源战略要求，为化解煤炭行业过剩产能、推动煤炭企业实现脱困发展，对部分矿井实施关闭退出[1-8]。本文针对浅部井采区、水平大巷封闭工作开展分析研究，共分为4个部分，分别为出水点处理、深浅部井巷道隔断、采区巷道封闭、水平巷道封闭。本文对类似的浅部矿井采区、水平大巷封闭收作设计和施工具有一定的借鉴和指导意义。

1 工程概况

谢一矿位于安徽省淮南市西部，淮河南岸的八公山东北麓，行政区划隶属淮南市谢家集区管辖。其东北距淮南市洞山约12km，西北距凤台县城20km左右。谢一矿采用斜井、立井、主要石门（大巷）综合开采开拓方式，共有-660、-820和-960m共计3个生产水平，其中，-660m水平以浅为浅部井开采范围，以深为深部井开采范围。浅部井共有井筒8个，其中立井3个，分别为小立井、二九风井、中央风井，斜井5个，分别为一号井、二号井、三号井、箕斗井和皮带机井。浅部井经过60余年的开采，仅剩余中央斜井保护煤柱（46采区-320～-660m）资源。

2 出水点处理

受地面水影响，井下在-320m、-480m水平共有3处出水点，设计1#挡水墙将-320m采空区出水点出水控制在隔断墙以南，出水通过斜井进入-660m水平，然后通过-660m隔断墙放水管进入-660m水平南部水仓。设计2#、3#挡水墙将-480m两处出水点出水汇集于-480m灰岩放水巷内，出水通过放水管进入-660m南部水仓；并对46个放水钻孔进行注浆封堵。

3 井巷隔断及采区巷道封闭流程

为了防止突然溃水对深部井造成安全威胁，对深浅部井进行隔断，共设隔断墙17道。4641B4、4641A3工作面正在回采，4661B4、4671A3工作面已准备完毕，在采区内部收作位置施工双瓦石+混凝土充填墙封闭，共11道封闭墙。在浅部井收作过程中，对逐步失去功能的水平巷道进行封闭，共设双瓦石+混凝土充填墙20道，另外，对-660m水平深浅部井隔断墙外的联巷也进行封闭，共设双瓦石+混凝土充填墙18道。

4 挡水墙、隔断墙与封闭墙设计

4.1 挡水墙及隔断墙设计

4.1.1 承受水压

隔断墙承受水压按下式计算：

P=γgh

式中：P-水压，MPa；γ-水的视密度，取1000kg/m3；g-重力加速度，为9.8N/kg；h-隔断墙位置距地面垂高，井下标高为-660m，地面最大标高为+30.5m，所以，垂高为690.5m。

计算得隔断墙最大承受水压为6.8MPa。

4.1.2 墙体结构选择及计算

由于隔断墙作用和功能与井下防水闸门硐室相似，所以，本设计隔断墙参照防水闸门硐室的设计方法进行设计。其结构形式主要分为圆柱形、楔形和倒截锥形，圆柱形和楔形适用条件为墙体承受水压不大于1.6MPa，倒截锥形条件为墙体承受水压大于1.6MPa。由于本次设计浅部井挡水墙与隔断墙均在-320～-660m标高之间，承受压力大于1.6MPa，所以，设计选择墙体结构形式为倒截锥形（如图1），计算公式如下：

式中：L-墙体长度，m；Li-隔断墙体应力衰减段长度，本次对应充填体，m；ln-自然对数符号；γd-取1.2～2.0，水压大、硐室净断面积大时取大值，取2.0m；ft-混凝土轴心抗拉强度设计值，N/mm2，按不小于C30取值，为1.65；fcc-混凝土轴心抗压强度设计值，设计值fc值乘以系数0.95确定，N/mm2，不小于C35取值，为17.5×0.95=16.6；L0-墙体应力回升段长度，取1.0～2.0m，取2.0m；S2-墙体承压侧最大掘进断面积，m2；γsd-作用不定性系数，取1.2～2.0，水压大、围岩抗压强度较低者取大值，取2.0m；E-墙体嵌入围岩深度（含砌壁厚），m；h3-隔断墙墙体处前、后巷道墙高，m，取最大值1.5m；β-不小于50°；γ-一般取20°；l-围岩较软时所设的平直段，其值为0.5～1.0m，墙体长度长时取大值，墙体长度短时取小值；γ0-结构的重要性系数，取1.1；γf-作用的分项系数，取1.3；S-墙体前、后巷道净断面积，m2，取最大值为19.5；P-隔断墙体设计承受的水压，N/mm2，取6.8MPa；B-隔断墙墙体处前、后巷道净宽度，m，取最大值5.4m。

计算得：

隔断墙体应力衰减段长度：Li=6.2m；墙体长度：L=8.2m；墙体承压侧最大掘进断面积S2=65m2；墙体嵌入围岩深度E=1.9m。

由于计算承压侧掘进断面过大，极不便于施工，设计取最大掘进断面为44m2，嵌入围岩深度E取1.2m，为了保证安全性，通过增加墙体长度（L取10.5m）、全范围充填混凝土、墙体全断面布设24kg/m型钢轨等手段保证承压力。

4.2 封闭墙设计

封闭墙采用双墙充填密闭结构形式，挡墙采用双层瓦石，两道挡墙之间留不小于1m的距离，并用混凝土带压充填密实，外露墙面进行抹面处理，厚度不小于10mm，并安装检测管、放水管及防灭火备用管。封闭墙结构如图2-图3所示。

5 结束语

本文分析了浅部井采区、水平大巷封闭设计与施工，分别叙述了出水点处理、深浅部井巷道隔断、采区巷道封闭、水平巷道封闭等流程，并通过理论计算开展了挡水墙及隔断墙参数和封闭墙设计。并在现场进行了工程应用，取得了良好的效果。

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