[兴隆庄煤矿下组煤防水闸门硐室设计与施工]煤矿防水闸门硐室

　　摘要:结合兴隆庄煤矿下组煤安全开采的需要,提出设置防水闸门的必要性和可行性,以回风暗斜井防水闸门硐室为例,介绍了高水压防水闸门硐室的设计及施工工艺,为有突水淹井威胁的矿井提供参考。
　　关键词:防水闸门硐室 设计 施工工艺
　　1、概况及设置防水闸门的必要性
　　兴隆庄煤矿下组煤水文地质条件中等偏复杂,下组煤开采具有突水危害,矿井上下组煤同时生产的时间较长,设置防水闸门可以将本矿下组煤开采时含水层的突水控制在一定区域内,不影响上组煤的安全生产,能有效保护井下作业人员的安全,能减少矿井因突水造成的经济损失。因此,兴隆庄煤矿下组煤设置防水闸门对提高本矿井抗水灾能力和保证全矿井安全生产是必要的。
　　2、工程设计
　　2.1 硐室位置选择
　　防水闸门硐室应设于坚硬、稳定、完整致密的岩层中,并避开岩溶、断层、节理、裂隙发育的破碎地带;不宜设在煤层中;硐室严禁受采动影响;硐室应尽量设在小断面和直线巷道中。根据上述原则,选择在轨道、行人、胶带暗斜井下部及回风暗斜井上部各设1组防水闸门硐室。
　　2.2 防水闸门硐室工程设计(以回风暗斜井防水闸门硐室设计为例)
　　2.2.1 静水压力计算
　　取奥灰水的最高水位与防水闸门硐室所处巷道的水平高差作为防水闸门承受的最大水压。回风暗斜井防水闸门安装水平为-234.0m,奥灰水位按＋29.0m计算,防水闸门承受的水压为2.63MPa。设计防水闸门抗水压强度为3.0MPa。
　　2.2.2 防水闸门硐室形式选择
　　根据《煤矿井底车场硐室设计规范》,防水闸门墙体结构形式根据硐室承受水压的大小可选用圆柱形结构、楔形结构、倒截锥形结构。其中,圆柱形结构和楔形结构宜用于承受不大于1.6MPa水压的防水闸门硐室;倒截锥形结构宜用于承受1.6MPa以上水压的防水闸门硐室。由于回风暗斜井防水闸门硐室承受的最大静水压力大于1.6MPa,因此防水闸门硐室墙体结构形式按倒锥形设计。
　　2.2.3 防水闸门硐室几何尺寸计算
　　防水闸门墙体长度包括两部分,应力回升段长度取2m,应力衰减段长度按公式计算:
　　式中:γ0为结构的重要性系数,取1.1;γf为作用的分项系数,取1.3;γd为结构系数,取2;P为最大静水压力;ft为混凝土轴心抗拉强度设计值,N/mm2,取17.5（C35）;计算得防水闸门墙体长度L为5.41m。墙体嵌入围岩深度计算公式为:
　　式中:B为闸门墙体前、后巷道净宽 m;h3为闸门前、后巷道墙高m;S 2为闸门硐室最大掘进断面积,经计算为50.95m2,计算得闸门墙体嵌入围岩深度（含砌壁厚）E为1.42m。取一定的安全系数,最终确定为2.0m。
　　2.2.4 防水闸门硐室支撑面与巷道中心线夹角α和β数值选取
　　α值的大小根据围岩性质确定,一般普氏硬度系数f＜6时,α=20°;f＞6时,α=30°.β值是确保受力后的稳定性,一般β=60°～70°。设计硐室处围岩硬度系数为4～6,设计取α=20°,β=70°。
　　2.2.5 防水闸门前后加固段
　　根据《煤矿井底车场硐室设计规范》,防水闸门墙体前、后护砌长度各不小于5m。设计取6m。
　　2.2.6 配筋
　　高压防水闸门硐室主要应力分布如下:(1)沿硐室轴线方向的压应力距门框越近其值越大,随着距迎水面远离而迅速衰减;(2)硐室迎水面与护碹连接处存在较大的拉应力;(3)硐室混凝土与围岩接触面存在剪应力。
　　根据防水闸门硐室应力分布特征和《煤矿井底车场硐室设计规范》规定,闸门墙体迎水一端及门框背后混凝土中应配置一定数量的钢筋。
　　3、硐室施工工艺
　　3.1 施工准备
　　防水闸门硐室在施工前应做好以下准备工作:(1)根据设计确定的混凝土强度等级选择配比并进行强度试验;(2)做好施工地段的风、水、电等管线设施的准备和保护工作,清理好施工现场;(3)根据设计硐室的规格备好拱架碹板、注浆管等材料及设备。
　　3.2 硐室刷扩
　　硐室可采用导硐法施工,即先掘出中央导硐,刷大前后室一次掘成,再刷大硐室主体室。刷硐室主体时,先刷顶部,再刷两帮,最后由前向后按设计尺寸落底。采用光爆法开挖硐室,锚、网、喷联合临时支护控制顶帮,加固围岩。每次开挖长度1m,炮眼底距设计轮廓线300mm,浅打眼、放小炮,用风镐刷至设计尺寸。
　　3.3 管线预埋、水闸门安装、钢筋绑扎及混凝土浇铸
　　(1)管线预埋。按照设计要求的数量、位置、角度等在浇铸混凝土的同时预埋好注浆管及其它管路。(2)安装与固定。先把解体下井的门框组装好,用电动葫芦吊起,找正、垫平,朝顺水方向后倾1°就位,再将门框用锚杆与围岩联成一体,用工字钢固定。(3)钢筋绑扎。把所有配筋编号下井,对号入座联成一体。(4)混凝土浇注。浇注顺序先前室,次硐室主体段,最后后室。当门框、放水管及底部钢筋联好后,用清水冲刷混凝土表面,清除浮碴,自下而上浇注混凝土并使用机械振动棒捣固。硐室底部浇注完混凝土后,立模、接钢筋。模板按中、腰线对正、找平。为防止分段后混凝土向下流动,用临时模板阻隔,直到拱顶,避免出现水平接茬面。
　　3.4 拆碹和养护
　　全部混凝土工程完成一周后,即可拆除碹胎、碹板。拆除后要对硐室浇注好的混凝土每天洒水6次,养护28d。对蜂窝麻面进行抹面,同时对硐室两端部进行封闭处理。为注浆作好准备。
　　3.5 注浆加固
　　硐室养护28d后即可开始注浆工作。采用全方位注浆,即水平方向:先后室,次硐室主体段,后前室;垂直方向:先硐室底部,次两帮,后顶部。选用水泥单液浆,水泥选用强度等级为52.5的普通硅酸盐水泥。注浆次数不得少于三次,注浆最终压力应大于设计水压的1.5倍。注浆起始压力应由小到大,逐次增加。
　　3.6 注水试压
　　试压时应清理完水闸门以里的设备和物料,门框上的防水封条要上齐,门与门框上的紧固件要上紧。闸门墙体上所有管道的闸阀要关闭。用水泵向前室注水,水满上压后,应注意观察防水闸门硐室整体工程外貌、测压表,发现问题及时停泵处理。待压力达到设计值时,恒压24小时方可结束。作好试压记录,最后出具试压报告,签名存档。
　　参考文献
　　[1] 张荣立,何国纬,李铎.采矿工程设计手册.煤炭工业出版社.