矿井巷道挡水墙设计及施工技术
2021-03-16徐兆鹏李少刚
徐兆鹏 李少刚
摘要：在矿井的生产活动中，会有各种水源通过各种过水通道涌入矿井;矿井水害按照不同的地质条件，划分为顶板水、底板水、老空水、地表水等多种。矿井水害是威胁生产安全的重要隐患，具有突发性强、危害范围大的特点，依据矿井水害来源及原因分析，针对性地对矿井水害采取预防措施是矿井采掘活动的重要工作;分析不同的水害类型，提出不同的解决方案，对有突水危险的区域设立防水隔离设施，防止发生突水。本次主要探讨设计挡水墙，用以堵截邻近矿井老空水通过巷道，防范其对矿井造成水害。井下挡水墙可以堵截与本矿其他开采空间连通的巷道，彻底切断水害采区与其他开采空间的水力联系，能防止邻近矿井的老空水涌入，减轻矿井排水压力;通过采取裂隙注浆加固措施，增加挡水墙的抗压能力，提高矿井安全级别。
关键词：矿井巷道;挡水墙设计;施工技术;分析
中图分类号：TD745
1概况
某矿井-330m水平的22采区已停止采掘活动6年，与北部邻近矿井的防水煤柱在局部区段小于规范要求厚度，且邻近矿井因资源枯竭，将于近几年闭坑。邻近矿井涌水量为200m3/h，目前水位标高-210m，临近矿井关闭后，区域水位上升到+125m，静水压力将达到4.55MPa，防水煤柱可能失衡。这部分水源在闭坑后水位逐渐抬高的情况下，有可能压垮22采区的防水煤柱薄弱带而突入矿井。依据《煤矿防治水细则》规定，“水文地质类型复杂、极复杂或者有突水淹井危险的矿井，应当在井底车场周围设置防水闸门，或者在正常排水系统基础上另外安设地面直接供电控制、且排水能力不小于最大涌水量的潜水泵排水系统。有突水危险的采区，应当在其附近设置防水闸门”。因此，决定对矿井22采区的巷道设计永久性挡水墙，即封堵22采区胶带、轨道、运输大巷等6处巷道，堵截邻近矿井突水到22采区后下流到其他采区的通道。
2设计依据
2.1静水压力
堵水点为井下联通巷道，目前周边矿井水位为-210m，静水压力1.20MPa，防水煤柱处在安全状态;一旦周边煤矿停产，区域水位上升到+125m，静水压力可达到4.55MPa。
2.2工作面侧向突水分析预测
侧帮防止突水的理论静水压力采用《专门水文地质学》斯列萨列夫公式：P理安=（4/3）×Kp×（A/L）2（1）式中，P理安为侧帮承受含水层的静水压力;Kp为防水煤柱平均抗张强度，采用井下实测数据3.74×105Pa;A为煤柱宽度，取最小值15m（每侧工作面压裂破坏2m）;L为工作面开采煤层高度，取煤层平均厚度5.20m。将数据代入公式计算得，P理安=4.15MPa。（1）P实=1.20MPa。P实
3挡水墙技术要求
（1）防水闸墙施工必须严格按照《煤矿安全规程》《煤矿防治水细则》《矿山井巷工程施工验收规范》有关条款规定执行。（2）挡水墙位置必须选在围岩稳定的地方，由技术人员现场确定后，方可施工。（3）巷道挑顶、扩帮、卧底时应采用风镐施工，禁止放炮掏槽，以保证围岩稳定、完整;先挑顶，确认安全后再扩帮和卧底。（4）挡水墻硐室应布置在坚硬的岩层中，四周要留设足够的安全保护煤（岩）柱，严禁受采动影响。（5）掏槽后底部、两帮、顶部围岩必须清理干净，并用水冲洗水闸墙硐室，且应形成粗糙面，浇筑混凝土时四周墙帮必须先刷洗干净，方可浇筑。四周掏槽后插锚杆，墙体内锚杆长度均为3.00～4.00m，墙体外露锚杆长度均为1.50m，止浆墙扎钢筋网时将其压入墙体内。（6）止浆墙内铺设2道钢筋网，间排距为300mm×300mm，用箍筋扎紧，并一次注浆浇筑成型;两面止浆墙内侧均预埋×1200mm弯钩钢筋，间、排距均为300mm，使两面止浆墙与中间挡水墙形成一个整体，增加整体抗压强度。（7）最外侧防水闸墙加固。为了增加挡水墙抗剪切力，设计在挡水墙与巷道顶、底及侧方施工mm×3000mm圆钢，选用Q345型圆钢，巷道周围均匀布置圆钢，排距为1.00m，每排22根，顶底面各6根，两侧面各5根，布设6排;垂直巷道轮廓线布置。（8）为了增强挡水墙的墙体抗压和抗剪强度，设计在挡水墙体内加布钢筋和废旧钢轨;钢筋选用φ18mm螺纹钢，分6道编网，间排距为300mm×300mm，施工时用10号铁丝扎紧;废旧钢轨可利用矿方现有的11kg/m或18kg/m，轨面向迎水方向，横向均匀布置3面道轨，2个楔形处各布置3排2列共12根钢轨，中间再布置2排1列共2根钢轨。（9）止浆墙浇筑。先浇筑迎水侧混凝土止浆墙，之后施工中部挡水墙钢筋笼，再浇筑背水侧混凝土止浆墙（顶部预留0.50m通道）。顶部浇筑或捣固较困难，应分段施工，与岩帮的填实、壁基的浇筑尤为重要。为不影响浇筑混凝土，在保证支护安全的前提下，根据施工工艺，可一次或分段浇筑。（10）中部挡水墙浇筑。墙体充满后，向墙体内注单液水泥浆，为保证水泥浆与围岩充分接触，注浆过程中不允许加入任何化学添加剂。采用间歇式注浆，每注1～2h或注1层时停20min左右，让浆液充分沉淀，保证上部充分注满。（11）挡水墙浇筑时，提前安设观测水压的装置，定期观测，雨季加密观测，发现异常及时处理。（12）浇筑后，必须有专人定期喷水对水闸墙进行养护。
4结论
此次井下挡水墙设计施工，依据《煤炭矿井防治水设计规范》《煤矿井下车场及硐室设计规范》，通过合理的计算和抗剪验算，为了增加挡水墙体的抗剪能力，还设计了圆钢加固方法，能满足抵抗水害的能力;且考虑到墙体与围岩的关系，提出了合理的壁后抗渗注浆方法。依据此次挡水墙计算设计及关键技术要求，对类似矿井的挡水墙构建有参考和借鉴作用，挡水墙严格按照要求构建后，可提高矿井的抗水害能力，为矿井安全生产提供有利条件。
参考文献
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[2]许国柱，王文昭.专门水文地质学[M].北京：地质出版社，1985.
[3]张荣立，何国纬，李铎.采矿工程设计手册[M].北京：煤炭工业出版社，2003.
1443501186366
