奧陶系突水高壓水閘墻設(shè)計(jì)與施工的若干問題

奧陶系突水高壓水閘墻設(shè)計(jì)與施工的假設(shè)干問題——徐州三河尖煤礦21102任務(wù)面突水綜合防治隋旺華資源與地球科學(xué)學(xué)院

水文地質(zhì)部分專題二主要內(nèi)容1、礦井水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件2、國內(nèi)外現(xiàn)狀及研討內(nèi)容3、前期搶險救災(zāi)任務(wù)4、治理方案確實(shí)定5、水閘墻設(shè)計(jì)6、水閘墻施工組織7、工程運(yùn)用效果1、礦井水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件1.1地質(zhì)條件：地層——井田內(nèi)鉆孔揭露的地層由老到新為：奧陶系、石炭系、二疊系、侏羅—白堊系、第三系、第四系。三河尖煤礦地層綜合柱狀圖地質(zhì)構(gòu)造——三河尖井田位于滕魚背斜向西南的延伸部分。經(jīng)地震測線控制、鉆孔穿過及消費(fèi)揭露的大中型斷層有30條，其中孫氏店斷層、F1/斷層和F24斷層為井田邊境斷層。三河尖井田構(gòu)造綱要圖1.2水文地質(zhì)條件三河尖煤礦位于半封鎖的滕縣背斜儲水構(gòu)造水文地質(zhì)單元的西南側(cè)。根據(jù)含水層巖性特征，空隙性質(zhì)及地下水埋藏條件，可劃分為三種類型的含水層組：孔隙潛水-承壓含水層組裂隙承壓含水層組巖溶裂隙承壓含水層組1.3工程地質(zhì)條件主要研討21102任務(wù)面本次防治水工程21煤及其頂?shù)装宓闹饕こ痰刭|(zhì)類型的工程地質(zhì)性質(zhì)。1.421102任務(wù)面突水情況21102任務(wù)面概略——位于太原組西一、西二采區(qū)，該任務(wù)面為三河尖煤礦太原組首采任務(wù)面。任務(wù)面走向長1m，傾斜長85m，采深為-770.8至-831.2m，煤層傾角16°-20°，煤厚1.1-1.8m，煤層直接頂板為十二灰，厚度5.2m，老頂為泥巖，厚15m；直接底板為泥巖，厚0.7-1.1m，老底為細(xì)砂巖，厚2.7m。21煤層底板距奧灰45.62m，間隔富水的奧灰馬家溝組約為200m。21102任務(wù)面在回采過程中涌水量不斷在2m3/h左右，至突水時任務(wù)面回采330m。21102任務(wù)面突水經(jīng)過——于2002年10月26日8：40發(fā)生突水，短時間內(nèi)最大涌水量達(dá)2170m3/h，后逐漸衰減。至今水量穩(wěn)定在后不斷穩(wěn)定在1020m3/h，水溫50.5℃。涌水量變化曲線圖2、國內(nèi)外現(xiàn)狀及本課題

研討內(nèi)容2.1現(xiàn)狀綜述突水的預(yù)測和防治——煤礦開采技術(shù)的一個重要組成部分水閘墻〔防水門〕——礦山巷道隔水構(gòu)筑物注漿堵水——煤礦防治水中運(yùn)用廣泛的工程技術(shù)突水的預(yù)測和防治

——煤礦開采技術(shù)的一個重要組成部分由于煤礦水害而給國家和人民帶來的人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失極為繁重。在我國煤礦重特大事故中，水害事故在死亡人數(shù)上僅次于瓦斯事故，居第2位；在發(fā)生次數(shù)上，也緊隨瓦斯和頂板事故之后，居第3位。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在過去的20多年里，有250多個礦井被水淹沒，死亡1700多人，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)350多億元人民幣。上世紀(jì)80年代中期是我國煤礦水害最為嚴(yán)重的時期，當(dāng)時在開灤、肥城、焦作等礦區(qū)延續(xù)發(fā)生了多期災(zāi)難性突水淹井事故。隨著兩期工業(yè)性實(shí)驗(yàn)研討和政府對防治任務(wù)監(jiān)管力度的加大，我國煤礦水害事故呈現(xiàn)出逐年減少的趨勢。突水的預(yù)測和防治

——煤礦開采技術(shù)的一個重要組成部分近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的提高，煤礦消費(fèi)與建立過程中的配備、工藝、技術(shù)都有了極大的提高，但煤礦突水事故卻頻繁發(fā)生。特別是2000年以來，煤礦水害事故又呈現(xiàn)出上升的趨勢。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從2000年到目前為止，共發(fā)生重特大水害事故152起，死亡970人，失蹤340人。此外，礦井水害事故對煤礦正常消費(fèi)的影響也非常大，特別是對一些高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井影響極大。這些礦井一旦發(fā)生水害事故，即使不淹井不死人，也能夠呵斥綜采機(jī)械設(shè)備不能正常任務(wù)，停產(chǎn)一天都會呵斥宏大的經(jīng)濟(jì)損失。目前我國水害壓煤超越100億噸，隨著開采條件的復(fù)雜化，一些特殊礦井水害問題也日益嚴(yán)重。如近松散層采煤的水砂突涌問題、大型水體下采煤的平安開采上限問題、西部缺水地域的保水采煤問題等。這些問題的研討目前尚不夠深化，需求進(jìn)展專門攻關(guān)。突水的預(yù)測和防治

——煤礦開采技術(shù)的一個重要組成部分顯而易見，在加強(qiáng)監(jiān)管同時進(jìn)一步開展礦井水害綜合防治研討，有效遏制礦井水害事故的發(fā)生，已成為保證礦井平安消費(fèi)的非常迫切的需求，具有艱苦的社會意義和經(jīng)濟(jì)意義。關(guān)鍵技術(shù)加強(qiáng)礦井水害防治根底實(shí)際研討研討建立礦井水害自動監(jiān)測預(yù)告預(yù)警系統(tǒng)研討開發(fā)礦井水害救災(zāi)快速反響指揮系統(tǒng)研討高性能注漿資料及注漿工藝處理特殊礦井水害問題突水的預(yù)測和防治

——實(shí)例與閱歷礦山防治水技術(shù)程度也得到了不斷提高，從簡單的單純排水開展到復(fù)雜的預(yù)先人工降低地下水位的疏干；從簡單的堵漏開展到現(xiàn)代的注漿和構(gòu)筑防滲墻技術(shù)，已使許多過去因水害而不能開發(fā)的礦床得以平安開采，嚴(yán)重的水害礦山得以根治。突水的預(yù)測和防治

——實(shí)例與閱歷焦作礦區(qū)“立足礦井，預(yù)防為主，疏堵結(jié)合，分類治理〞的防治水方針，采取綜合治理的防治水技術(shù)與措施。主要技術(shù)措施有：〔1〕加強(qiáng)水文地質(zhì)預(yù)測、預(yù)告堅(jiān)持月、季、年的水情水害預(yù)測、預(yù)告任務(wù)，對礦井消費(fèi)地域進(jìn)展逐頭、逐面分析。及時、準(zhǔn)確的水文地質(zhì)預(yù)告任務(wù)，一方面為消費(fèi)部署提供了可行的地質(zhì)根據(jù)，防止了盲目采掘，另一方面可減少突水和降低突水強(qiáng)度，保證平安消費(fèi)。〔2〕堅(jiān)持有疑必探，防止巷道誤揭斷層突水為防止采掘巷道誤揭落差大于5m的斷層，制定了有疑必探、超前探水的詳細(xì)有疑規(guī)范。另外，根據(jù)斷層落差和水壓大小，留設(shè)足夠的防水煤柱；而巷道必需穿過斷層時，要采取加固措施，降低礦壓對圍巖的破壞，有效防止斷層滯后突水?！?〕合理疏堵，減少礦井涌水量控放方法有兩種，第一種是鉆孔控放，在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)向灰?guī)r含水層打放水鉆孔，孔口加截水閥，必要時可以封鎖或控制流量；第二種方法是建控放站，在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)向灰?guī)r含水層掘進(jìn)巷道，在揭露灰?guī)r前建立防水閘門，然后沿灰?guī)r含水層開掘巷道放水，利用水閘門按采掘工程進(jìn)度及突水規(guī)律控放，經(jīng)消費(fèi)驗(yàn)證效果較好。對已回采終了的采區(qū)采用防水閘門(墻)封鎖是消費(fèi)礦井減少水量的另一有效途徑。突水的預(yù)測和防治

——實(shí)例與閱歷〔4〕改革巷道布設(shè)，減少惡性突水焦作礦區(qū)礦井程度大巷，采區(qū)上下山布置隨開采程度加深和對水文地質(zhì)條件的認(rèn)識程度閱歷了三個階段。第一階段將巷道布置在煤層頂板巖石中，其弊端在于留設(shè)維護(hù)煤柱大，維護(hù)困難，呵斥煤炭回收率低，第二階段將巷道設(shè)計(jì)在底板巖石中，其優(yōu)點(diǎn)是減少煤柱損失，有利疏水降壓。隨開采深度添加各含水層水壓相對升高，二灰、奧灰突水日趨嚴(yán)重，掘進(jìn)巷道時突水次數(shù)增多，突水量增大，淹井、淹采區(qū)事故愈來愈多。在總結(jié)上述兩個階段的正反兩方面閱歷和教訓(xùn)，認(rèn)識到焦作礦區(qū)的巷道布置要決議于水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度，在高水壓(>2.0MPa)地域或八灰水疏放效果不好的地域，主要巷道布置在頂板巖石中，不做或少做底板巖巷，待防排水系統(tǒng)構(gòu)成后，再行控放。在水文地質(zhì)條件相對簡單，八灰接受補(bǔ)給不明顯的地域，將主要巷道布置在煤層底板巖石中。〔5〕建立、完善礦井防排水系統(tǒng)建立防水閘門(墻)主要是防止奧灰突水淹井。由于奧灰突水具有水量大、來勢猛的特點(diǎn)，且其涌水量難準(zhǔn)確估計(jì)，假設(shè)按突水量布置排水設(shè)備技術(shù)難度大，經(jīng)濟(jì)上也不合理。所以按水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度，采取分翼、分程度或分區(qū)設(shè)置防水閘門(墻)進(jìn)展隔離防水，可防止因一處突大水而呵斥礦井被淹沒的后果。各消費(fèi)礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜的地域根本實(shí)現(xiàn)了單獨(dú)隔離?！?〕推行運(yùn)用新技術(shù)利用業(yè)已成熟的井下直流電法探測技術(shù)、瑞利波探測技術(shù)和任務(wù)面坑道透視技術(shù)對消費(fèi)區(qū)進(jìn)展探測。查明消費(fèi)區(qū)底板巖溶含水層富水情況，確定消費(fèi)過程中發(fā)生突水的機(jī)率，提出相應(yīng)的防治措施；突水的預(yù)測和防治

——實(shí)例與閱歷義馬礦務(wù)局新安煤礦于1999年11月5日發(fā)生了突水量達(dá)4257m3/h的特大型奧灰突水災(zāi)禍，并于當(dāng)月7日礦井被淹。后根據(jù)實(shí)踐水文地質(zhì)條件，采用了“上阻，中攔，下堵〞的立體堵水方法，封堵了突水信道，解放被淹礦井，堵水效果良好。所謂上阻，即在突水巷道和破碎帶進(jìn)展固料填充和注漿，設(shè)置阻水妨礙，添加對地下水涌入巷道的阻力；中攔，即在中間L1-3灰?guī)r段經(jīng)過注灰砂漿攔截下部O2灰?guī)r水的信道或經(jīng)過L1-3灰?guī)r含水層的間接涌出；下堵，即在O2灰?guī)r含水層或斷層破碎帶地段進(jìn)展充填和注漿，徹底切斷O2灰?guī)r水對突水點(diǎn)的補(bǔ)給通道。

突水的預(yù)測和防治

——實(shí)例與閱歷徐州礦區(qū)礦井水災(zāi)比較嚴(yán)重，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自解放以來，全區(qū)共發(fā)生水災(zāi)事故66起，嚴(yán)重影響了礦井消費(fèi)，呵斥宏大經(jīng)濟(jì)損失。從水源看，水災(zāi)類型主要有：地表水水災(zāi)、沖積層水水災(zāi)、頂板砂巖水水災(zāi)、石灰?guī)r巖溶水水災(zāi)、老窯老空水水災(zāi)、鉆孔水水災(zāi)、斷層水水災(zāi)、陷落柱水水災(zāi)等。地面防水，井下防水，探放水，留設(shè)防水煤柱，設(shè)置水閘墻或水閘門，礦井排水及注漿堵水。

突水的預(yù)測和防治

——實(shí)例與閱歷自1954年以來，鄭州礦區(qū)因奧灰、寒灰突水呵斥淹井達(dá)6次，隨著礦井向深部的開采，奧灰-寒武灰?guī)r含水層突水的危險性將越來越大，是礦區(qū)防治水任務(wù)的重點(diǎn)。主要防治對策與技術(shù)如下：(1)進(jìn)一步查清水文地質(zhì)條件，建立健全地下水長觀系統(tǒng)。(2)實(shí)行分區(qū)隔離，完善防排水系統(tǒng),正確留設(shè)平安防隔水煤柱。對水文地質(zhì)條件復(fù)雜，有突水危險的區(qū)域，采取分區(qū)隔離的開采方案，在適當(dāng)?shù)奈恢媒⑾鄳?yīng)的水閘門，防止突大水。(3)注漿封堵奧灰、寒灰突水點(diǎn)。(4)預(yù)注漿加固斷層帶和底板薄弱帶。水閘墻〔防水門〕

——功能礦山巷道隔水構(gòu)筑物，主要指水閘墻和防水門。水閘墻在我國稱號不一，目前有隔水墻、堵水墻、水閘墻和防水墻之稱。其主要功能有以下幾點(diǎn)[17]：〔1〕堵水巷道掘進(jìn)中假設(shè)出現(xiàn)突水，其涌水量大于本中段現(xiàn)有排水才干或礦井總排水才干，對礦井平安已構(gòu)成要挾，在這種情況下可構(gòu)筑水閘墻，以解除突水帶來的要挾。〔2〕控制放水為進(jìn)展地下疏干建水閘墻；當(dāng)向富水地域掘進(jìn)巷道時，假設(shè)遇到涌出的地下水對礦井平安構(gòu)成要挾，水閘墻對地下涌水進(jìn)展控制放干措施，假設(shè)遇到停電或排水設(shè)備出現(xiàn)缺點(diǎn)，封鎖放水閘門，以確保礦井平安，有些水閘墻雖非為疏干而建，當(dāng)?shù)叵滤唤档?，危險期過后，放水閘門翻開，用于疏干，或作他用。〔3〕節(jié)能巷道掘進(jìn)中，假設(shè)遇到從孤立通道中涌出的地下水或舊礦井水，這些新增涌水量對礦井平安雖不構(gòu)成要挾，但無疏干的必要，只能添加礦井排水費(fèi)用，在這種情況下，構(gòu)筑水閘墻只是為了節(jié)能堵水。水閘墻〔防水門〕

——功能〔4〕加速排水速度在恢復(fù)淹井排水過程中，當(dāng)突水中段出露后，立刻在該中段突水點(diǎn)附近構(gòu)筑水閘墻給予封鎖，其目的在于減少礦井總涌水量，加快排水速度，以求早日使淹井恢復(fù)消費(fèi)?！?〕作為地下水庫井下消費(fèi)中所用的清水，如：鑿巖，噴霧、噴漿等用水，可從上部中段已有的水閘墻中引出水管降到下部中段，供消費(fèi)用水。也可以從專門建造的水源隔水墻中引出水管，假設(shè)水質(zhì)符合飲用規(guī)范，也可作礦區(qū)生活用水。水閘墻〔防水門〕

——位置選擇水閘墻位置應(yīng)選擇在巷道圍巖工程地質(zhì)良好的地段；水閘墻位置原那么上應(yīng)盡量接近涌水點(diǎn)，使水淹區(qū)控制在最小范圍內(nèi)，尤其是接近采場或采孔區(qū)地段。由于密閉巷道內(nèi)水淹區(qū)越長，溝通采場或相鄰巷道的能夠性也愈大。應(yīng)留意水閘墻和采場之間的關(guān)系，即：隔水墻和內(nèi)側(cè)的水淹巷道應(yīng)在采場和采空區(qū)巖體挪動或采動影響范圍之外；水閘墻外側(cè)不應(yīng)該出現(xiàn)和墻內(nèi)水淹巷道相連通的泄水點(diǎn)，巖溶礦區(qū)尤其要留意這個問題；由于水閘墻建成后，墻體內(nèi)的封鎖巷道普通不再運(yùn)用，故水閘墻不宜建在主干巷道內(nèi)；原那么上應(yīng)該選擇再巷道斷面較小處，以減少工程量。同時適當(dāng)思索施工條件水閘墻〔防水門〕

——實(shí)例直墻式水閘墻[18]，像磚石墻體一樣，與巷道的四周圍巖構(gòu)成密封整體，普通不用掏槽，可節(jié)省工程量，為涌水量大的礦井或采區(qū)平安開采提供有力保證。該方法與普通防水墻設(shè)計(jì)方法不同的是:利用資料力學(xué)中的剪切強(qiáng)度條件原理，結(jié)合井下防水墻的詳細(xì)要求，導(dǎo)出墻體厚度計(jì)算公式，利用公式進(jìn)展承載才干驗(yàn)證和墻體厚度計(jì)算。該方法設(shè)計(jì)施工簡單易懂；可以不掏槽，節(jié)省工程量，從而節(jié)省工程費(fèi)用開支；施工工期短，為搶險堵水提供可靠保證；特別是頂板不掏槽，不破壞頂板，提高了擋水墻的平安性。水閘墻〔防水門〕

——實(shí)例大流量碟閥防水閘墻[19]處理了涌水量到達(dá)1000m3/h以上時，巷道建起的防水閘門和防水閘墻硐室排水管排泄不及的問題。經(jīng)過在巷道建碟閥防水閘墻，改善了環(huán)境條件，做到了涌水1000m3/h不影響消費(fèi)，而且防水閘墻設(shè)計(jì)先進(jìn)、施工簡單、造價低、操作平安可靠，是一種新型的平安隔離設(shè)備，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益?！卜食恰乘l墻〔防水門〕

——實(shí)例大流量碟閥防水閘墻[19]處理了涌水量到達(dá)1000m3/h以上時，巷道建起的防水閘門和防水閘墻硐室排水管排泄不及的問題。經(jīng)過在巷道建碟閥防水閘墻，改善了環(huán)境條件，做到了涌水1000m3/h不影響消費(fèi)，而且防水閘墻設(shè)計(jì)先進(jìn)、施工簡單、造價低、操作平安可靠，是一種新型的平安隔離設(shè)備，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益?！卜食恰乘l墻〔防水門〕

——實(shí)例在任務(wù)面兩幫為煤巖硬度小、承壓才干差、裂隙發(fā)育的情況下。為添加墻體單向抗壓阻力，兩道水閘墻均選用“V〞形擋水面楔形墻，錨桿基座，兩組“井〞字形工字鋼骨架，跟頂、底、兩幫緊合混凝土澆灌全封鎖巷道，并與圍巖體構(gòu)成整體[21]?！残熘荨乘l墻〔防水門〕

——實(shí)例王俊臣[20]等對高壓防水閘門硐室設(shè)計(jì)進(jìn)展了研討，得出：高壓防水閘門硐室承載水壓，以壓、剪應(yīng)力為主；硐室破壞的機(jī)理是壓剪應(yīng)力引起的拉伸破壞；水壓并非由幾段錐形體平均承當(dāng)，而是端部第一段錐形體承當(dāng)75%的水壓；硐室場內(nèi)應(yīng)力呈非均勻分布，在迎水端部為高應(yīng)力區(qū)，自端頭向尾部各截面上的應(yīng)力逐漸衰減，硐室達(dá)一定長度，應(yīng)力值漸趨于零；屬于彈性實(shí)際中半無限平面邊境上受均布荷載與楔體頂部受集中力疊加的應(yīng)力解?！步棺鳌?.2研討內(nèi)容、目的及技術(shù)道路研討內(nèi)容：在查明礦井水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件根底上，分析21102任務(wù)面突水的緣由，經(jīng)過查閱和調(diào)研國內(nèi)外有關(guān)防治水資料和工程實(shí)際，研討前期救災(zāi)、治水方案確定、水閘墻設(shè)計(jì)、注漿防滲、水閘墻施工組織及質(zhì)量保證等詳細(xì)方案，綜合采用先進(jìn)技術(shù)和閱歷，探求突水綜合防治技術(shù)。詳細(xì)研討內(nèi)容有：〔1〕礦井水文地質(zhì)條件研討；〔2〕21煤頂?shù)装骞こ痰刭|(zhì)條件研討；〔3〕水閘墻設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性分析；〔4〕水閘墻施工組織；〔5〕實(shí)踐施工驗(yàn)證。研討的總體目的：三河尖礦21102任務(wù)面突水治理工程的難度之大、施工條件之惡劣在國內(nèi)外采礦界是稀有的，本次研討將為類似條件下的水害治理提供一個范例。建立惡劣環(huán)境下水害防治的綜合技術(shù)體系，從水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、采礦工程、建立工程、平安工程等學(xué)科相互結(jié)合的角度，研討水害治理的方案、技術(shù)措施并實(shí)施驗(yàn)證。在水害搶險、水閘墻施工、注漿防滲等各個方面獲得新的認(rèn)識和閱歷。為類似工程提供自創(chuàng)。研討的技術(shù)道路：本文采用傳統(tǒng)的地質(zhì)分析方法、工程閱歷類比如法、工程設(shè)計(jì)方法和現(xiàn)代力學(xué)計(jì)算方法相結(jié)合，首先對對礦區(qū)地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件進(jìn)展分析勘測和調(diào)研，采取相關(guān)巖樣、煤樣進(jìn)展物理力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)以獲得巖石和煤的物理力學(xué)性質(zhì)目的，親密關(guān)注國內(nèi)外一樣領(lǐng)域的研討成果和研討方向，檢索相關(guān)文獻(xiàn)資料，在此根底上，采用力學(xué)分析和工程設(shè)計(jì)規(guī)范研討水閘墻的設(shè)計(jì)和施工方案、防滲注漿方案，實(shí)踐工程實(shí)施和驗(yàn)證。3、前期搶險救災(zāi)任務(wù)3.1出水緣由簡要分析21102任務(wù)面突水水源分析——突水點(diǎn)水源為奧陶系灰?guī)r巖溶水；21102任務(wù)面導(dǎo)水通道的判別——由于回采擾動影響，破壞原底板的整體性，致使隱伏的垂直導(dǎo)水通道溝通奧陶系馬家溝灰?guī)r富含水層。3.2搶險救災(zāi)任務(wù)三河尖煤礦21102任務(wù)面10月26日發(fā)生突水，至今涌水量堅(jiān)持在1020m3/h，較為穩(wěn)定，至2003年4月30日，水位標(biāo)高為-833.18m，總出水量4491565m3。突水后礦井西二下山采區(qū)很快被淹沒，因及時擴(kuò)展礦井排水才干，把水位控制在礦井主程度-700m以下，沒有呵斥淹井事故。水害治理過程分為：擴(kuò)、疏、導(dǎo)、追、穩(wěn)、砌、升七個階段?！苍敿?xì)〕水閘墻工程完成以后的任務(wù)——安裝引水管至-700程度。利用水閘墻管路上的閘閥及壓力表實(shí)施有控制放水。恢復(fù)并擴(kuò)展-860泵房的排水才干。應(yīng)急預(yù)案〔詳細(xì)〕〔1〕穩(wěn)水期間2h以上缺點(diǎn)的應(yīng)急預(yù)案；〔2〕當(dāng)水閘墻不能到達(dá)預(yù)期效果時的預(yù)案。4、治理方案確實(shí)定21102任務(wù)面發(fā)生突水以后，采取了以強(qiáng)排水為主的搶險措施，防止了淹井，如何進(jìn)一步治理水害，對以下治水方案進(jìn)展了研討。方案一：強(qiáng)排疏水；方案二：砌筑水閘墻堵疏結(jié)合；方案三：地面打鉆注漿堵水。水害治理方案比較5、水閘墻設(shè)計(jì)5.1水閘墻位置的選擇水閘墻位置選擇的原那么〔1〕從整個礦井平安思索，應(yīng)將21102任務(wù)面突水封堵在盡量小的范圍，比如限定在該任務(wù)面兩道以內(nèi)。〔2〕水閘墻盡能夠設(shè)在鞏固、穩(wěn)定、完好致密的巖層中。水閘墻有關(guān)參數(shù)確實(shí)定〔1〕水壓：運(yùn)輸邊水閘墻的設(shè)計(jì)水壓取8.32MPa，資料邊水閘墻設(shè)計(jì)水壓取8.0MPa。〔2〕防程度安煤巖柱厚度：驗(yàn)算得到84.62m，小于21煤至9煤的最小間距159.56m，所以21煤與9煤之間的巖層可以接受住8.32MPa的壓力，21102的承壓水不會從9煤的底板中突出。水閘墻位置方案方案一：水閘墻位置選擇在21102任務(wù)面兩道開口內(nèi)的全巖巷道內(nèi)方案二：水閘墻設(shè)在任務(wù)面聯(lián)絡(luò)巷以外60m的運(yùn)輸巷和資料巷內(nèi)選擇：兩方案相比，方案二的突出優(yōu)點(diǎn)在后續(xù)的補(bǔ)救措施更靈敏，同時突水封堵在較小范圍，對整個礦井更有利。因此，確定選擇方案二，。水閘墻位置表示圖5.2水閘墻硐室設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)根據(jù)：根據(jù)<煤礦礦井井底車場硐室設(shè)計(jì)規(guī)范>〔MT/T5026-1999〕，倒截錐形構(gòu)造宜用于接受的水壓為1.6MPa以上的防水閘門硐室。本水閘墻設(shè)計(jì)水壓8.32MPa，采用倒截錐形構(gòu)造方式及計(jì)算公式相對較有根據(jù)。防水閘墻構(gòu)造設(shè)計(jì)：根據(jù)倒截錐形構(gòu)造計(jì)算公式的計(jì)算結(jié)果是，運(yùn)輸?shù)浪l墻墻體構(gòu)造長度L=9.29m，資料道水閘墻墻體長度L=9.19m。水閘墻主要技術(shù)參數(shù)表5.3水閘墻穩(wěn)定性的數(shù)值模擬針對三河尖礦21102任務(wù)面突水后砌筑水閘墻的工程地質(zhì)條件和力學(xué)特征，采用巖膂力學(xué)彈塑性模型有限元分析和低拉力分析原理相耦合的方法，借助計(jì)算機(jī)以加載方式模擬靜水壓力條件下水閘墻的應(yīng)力、應(yīng)變和變形規(guī)律。此次研討的對象是水閘墻及其周邊的巖體，研討范圍走向長度25m，巖層高度為16m，至上而下分別為泥巖、十二灰?guī)r、細(xì)砂巖、十三灰?guī)r、22煤、泥巖、灰?guī)r。采用取一個具有代表性的垂直剖面〔Y-Z〕，來研討水閘墻及其周邊巖體的應(yīng)力應(yīng)變情況。邊境約束條件本次計(jì)算將計(jì)算剖面劃分為6個單元組，整個剖面共包括11250個節(jié)點(diǎn)，3523個有限單元。原始網(wǎng)格剖分有限元計(jì)算模型應(yīng)力應(yīng)變分析水閘墻的應(yīng)力矢量呈現(xiàn)較為明顯的分區(qū)性，煤層上方泥巖和12灰?guī)r內(nèi)應(yīng)力分布相對均勻；水閘墻周邊應(yīng)力集中，特別是頭尾兩道墻體內(nèi)應(yīng)力較大，中間墻體內(nèi)部應(yīng)力較小，此外在水閘墻和周邊巖體的交接處，應(yīng)力集中景象比較明顯，為變形破壞的薄弱環(huán)節(jié)；水閘墻下方泥巖和灰?guī)r部分區(qū)域內(nèi)應(yīng)力集中明顯。水閘墻及其周圍巖體應(yīng)力矢量圖水閘墻及其周圍巖體應(yīng)變矢量圖水閘墻的應(yīng)變矢量分布規(guī)律與應(yīng)力矢量分布規(guī)律總體上一致。即在水閘墻體和周圍巖體交接處應(yīng)變較大，但在強(qiáng)度較大的頂板灰?guī)r內(nèi)應(yīng)變值很小，在強(qiáng)度較小的頂板泥巖內(nèi)應(yīng)變分布范圍廣，應(yīng)變值大。水閘墻周圍巖體YY應(yīng)力色譜圖水閘墻周圍巖體YY向應(yīng)力，程度方向應(yīng)力值整體上分布比較小，只是在背水閘墻腳踵處，產(chǎn)生程度應(yīng)力集中景象。從ZZ方向的應(yīng)力色譜圖可以看出，上山方向垂直應(yīng)力都為壓應(yīng)力，但在水閘墻頂部和腳踵部與脆弱夾層相銜接的地方出現(xiàn)了拉應(yīng)力，壓應(yīng)力值通常小于18MPa。水閘墻周圍巖體ZZ應(yīng)力色譜圖水閘墻周圍最大主應(yīng)力色譜圖水閘墻內(nèi)大部分都為壓應(yīng)力，只是在凹形迎水面下方出現(xiàn)拉應(yīng)力，應(yīng)力值普通小于12MPa，水閘墻正上方巖層也遭到拉應(yīng)力，而且分布范圍較廣。水閘墻周圍巖體最小主應(yīng)力以壓應(yīng)力為主，在水閘墻下方巖層和背水巷道出現(xiàn)微小的拉應(yīng)力區(qū)域。水閘墻周圍巖體最小主應(yīng)力色譜圖整個模型區(qū)域內(nèi)，剪應(yīng)力分布比較均勻，應(yīng)力值在10～20MPa之間，少有大面積的剪應(yīng)力集中景象，只是在背水閘墻腳踵處，產(chǎn)生剪應(yīng)力集中景象。水閘墻周圍巖體最大剪應(yīng)力色譜圖變形分析從程度位移色譜圖，可以看出，水閘墻垂直上方巖體出現(xiàn)了向下山方向的程度位移，最大值到達(dá)1cm，圖中右上角，巖體產(chǎn)生向上山方向的程度位移，位移值為2.5mm；迎水第一道閘墻的挪動趨勢是向下山方向挪動，程度挪動的最大值為4mm；中間閘墻的挪動趨勢是上部向下山方向挪動，下部向上山方向挪動，程度挪動的最大值為-4mm～2.5mm；背水閘墻的挪動趨勢是朝著上山方向挪動，程度挪動的最大值為-6mm；反映了水閘墻左右兩側(cè)同時受壓的特點(diǎn)。水閘墻周圍巖體Y位移色譜圖從水閘墻周圍巖體垂直方向位移圖，可以看出，以水閘墻凹形迎水面為中心，向左右兩側(cè)，垂直位移值增大，其中凹形迎水面垂直下沉值最小，為4mm，水閘墻背水段垂直下沉值較大，為3cm左右，水閘墻下方巖體受影響較小，下沉值趨于零。水閘墻周圍Z位移色譜圖由本節(jié)數(shù)值模擬結(jié)果可以知道，水閘墻開工以后升壓以后，在8.32MPa靜水壓力下，可以保證整體穩(wěn)定性和正常運(yùn)用，但是在迎水凹面下方墻角會出現(xiàn)一定范圍的拉應(yīng)力區(qū)，是相對薄弱的環(huán)節(jié)需求在施工中加強(qiáng)該部位的強(qiáng)度，在背水面水閘墻下方也會出現(xiàn)較小范圍的拉應(yīng)力區(qū)，也應(yīng)留意補(bǔ)強(qiáng)。6、水閘墻施工組織6.1概述由于水閘墻施工區(qū)域巷道環(huán)境溫度高、濕度大，地下水經(jīng)過21102運(yùn)輸?shù)缹?dǎo)入-835運(yùn)輸石門，故此工程不僅是座鋼筋混凝土擋水墻工程，還包含施工前〔中〕的環(huán)境保證工程。把水閘墻混凝土工程和其施工環(huán)境工程統(tǒng)稱為水閘墻工程。水閘墻工程的劃分環(huán)境保證工程運(yùn)輸?shù)缹?dǎo)水工程物料運(yùn)輸工程井巷工程水閘墻體混凝土澆筑工程注漿工程施工順序：環(huán)境保證工程運(yùn)輸?shù)缹?dǎo)水工程物料運(yùn)輸工程井巷工程水閘墻混凝土澆筑工程注漿工程6.2水閘墻施工期間西翼主要消費(fèi)系統(tǒng)在水閘墻施工期間，西翼消費(fèi)系統(tǒng)在-835運(yùn)輸石門擋水(風(fēng))墻處被劃分為西二運(yùn)輸(軌道)下山的穩(wěn)水區(qū)域和屯頭系水閘墻施工區(qū)域兩個獨(dú)立的消費(fèi)系統(tǒng)。西二運(yùn)輸(軌道)下山的穩(wěn)水區(qū)域消費(fèi)系統(tǒng)主要目的是抽、排21102任務(wù)面的涌水，使水穩(wěn)定在-833m水位，確保水閘墻施工。屯頭系水閘墻施工區(qū)域消費(fèi)系統(tǒng)運(yùn)輸系統(tǒng)供水系統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)壓風(fēng)系統(tǒng)供電系統(tǒng)6.3環(huán)境保證工程的施工組織方案工程工程：環(huán)境保證工程的實(shí)施將保證施工場所風(fēng)、水、電、壓風(fēng)、暢通，采取有效的措施改造施工地點(diǎn)的施工環(huán)境。主要工程有：水、電、壓風(fēng)、通訊系統(tǒng)的建立；通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)整和設(shè)備安裝；部分降溫措施的實(shí)施工程。6.4運(yùn)輸?shù)缹?dǎo)水工程施工組織方案本工程主要是指在-835運(yùn)輸石門和21102任務(wù)面運(yùn)輸?shù)兰茉O(shè)每節(jié)長4m的φ1000鐵皮導(dǎo)水筒，包扎導(dǎo)水筒隔熱資料，構(gòu)筑21102運(yùn)輸?shù)罁跛畨?、水閘墻引水管架設(shè)等。運(yùn)輸?shù)罁跛畨?.5物料運(yùn)輸工程施工組織方案為了便于施工，保證資料及時供應(yīng)和施工資料的質(zhì)量，必需在井下建立公用料場、-835混凝土拌料場、拌料站及送料系統(tǒng)。攪拌站及料場表示圖6.6井巷工程施工組織方案井巷工程主要為21102兩道的修護(hù)和水閘墻的擴(kuò)巷工程，目的是恢復(fù)施工空間，將巷道擴(kuò)至水閘墻設(shè)計(jì)所要求的尺寸。6.7水閘墻混凝土澆筑工程施工組織方案該混凝土工程分為21102運(yùn)輸?shù)浪l墻混凝土工程和21102資料道水閘墻混凝土工程，均為大型防滲混凝土工程，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C25，按C28施工。運(yùn)輸?shù)篮唾Y料道的水閘墻均長64m，縱向分為三部分：里加固段、主體墻段和外加固段。水閘墻表示圖水閘墻分段分層剖、斷面表示圖主體墻施工順序剖面表示圖6.8水閘墻壁后及圍巖注漿工程施工組織“兩道〞水閘墻工程要求經(jīng)過注漿對兩側(cè)煤體和圍巖進(jìn)展防滲、加固處置。根據(jù)水閘墻設(shè)計(jì)，注漿主要包括：錨桿加固注漿，加固段壁后注漿，里加固段兩處帷幕注漿，主體墻的煤體加固注漿和壁后注漿。注漿層段地質(zhì)柱狀圖6.9施工質(zhì)量及平安技術(shù)措施嚴(yán)厲按照工程設(shè)計(jì)、施工工藝和技術(shù)要求組織施工，加強(qiáng)對工程質(zhì)量的檢查、監(jiān)視管理和驗(yàn)收，確保工程到達(dá)設(shè)計(jì)要求。7、工程運(yùn)用初步效果及結(jié)論7.1工程運(yùn)用初步效果三河尖礦21102任務(wù)面水閘墻施工有以下幾個特點(diǎn)：施工溫度高，濕度大，因突水水溫達(dá)50.5℃，在采取了一系列通風(fēng)、降溫措施后，運(yùn)輸?shù)朗┕がF(xiàn)場溫度仍在36℃左右，軌道巷施工現(xiàn)場溫度34℃左右；水閘墻接受的水壓高達(dá)8.32MPa，為國內(nèi)稀有；工程量大，兩邊墻混凝土澆筑量達(dá)1700m3。至2003年5月31日，兩邊墻的施工處均完成了通風(fēng)環(huán)境，供電、供水、排水、壓風(fēng)、運(yùn)輸、輸料等工程的建立任務(wù)，并且均完成水閘墻的擴(kuò)巷工程，