淺部礦井采區、水平大巷封閉收作設計研究

吳曉東

摘 要：文章針對淺部井采區、水平大巷封閉設計與施工，敘述了出水點處理、深淺部井巷道隔斷、采區巷道封閉、水平巷道封閉等流程，開展了擋水墻及隔斷墻參數和封閉墻參數設計理論計算。現場應用取得了良好效果。

關鍵詞：礦井封閉；擋水墻設計；隔斷墻設計；封閉墻設計

中圖分類號：X936 文獻標志碼：A 文章編號：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，受經濟增速放緩、能源結構調整等因素影響，煤炭需求大幅下降，供給能力持續過剩，供求關系嚴重失衡，對經濟發展、職工就業和社會穩定造成了不利影響。根據國家能源戰略要求，為化解煤炭行業過剩產能、推動煤炭企業實現脫困發展，對部分礦井實施關閉退出[1-8]。本文針對淺部井采區、水平大巷封閉工作開展分析研究，共分為4個部分，分別為出水點處理、深淺部井巷道隔斷、采區巷道封閉、水平巷道封閉。本文對類似的淺部礦井采區、水平大巷封閉收作設計和施工具有一定的借鑒和指導意義。

1 工程概況

謝一礦位于安徽省淮南市西部，淮河南岸的八公山東北麓，行政區劃隸屬淮南市謝家集區管轄。其東北距淮南市洞山約12km，西北距鳳臺縣城20km左右。謝一礦采用斜井、立井、主要石門（大巷）綜合開采開拓方式，共有-660、-820和-960m共計3個生產水平，其中，-660m水平以淺為淺部井開采范圍，以深為深部井開采范圍。淺部井共有井筒8個，其中立井3個，分別為小立井、二九風井、中央風井，斜井5個，分別為一號井、二號井、三號井、箕斗井和皮帶機井。淺部井經過60余年的開采，僅剩余中央斜井保護煤柱（46采區-320～-660m）資源。

2 出水點處理

受地面水影響，井下在-320m、-480m水平共有3處出水點，設計1#擋水墻將-320m采空區出水點出水控制在隔斷墻以南，出水通過斜井進入-660m水平，然后通過-660m隔斷墻放水管進入-660m水平南部水倉。設計2#、3#擋水墻將-480m兩處出水點出水匯集于-480m灰巖放水巷內，出水通過放水管進入-660m南部水倉；并對46個放水鉆孔進行注漿封堵。

3 井巷隔斷及采區巷道封閉流程

為了防止突然潰水對深部井造成安全威脅，對深淺部井進行隔斷，共設隔斷墻17道。4641B4、4641A3工作面正在回采，4661B4、4671A3工作面已準備完畢，在采區內部收作位置施工雙瓦石+混凝土充填墻封閉，共11道封閉墻。在淺部井收作過程中，對逐步失去功能的水平巷道進行封閉，共設雙瓦石+混凝土充填墻20道，另外，對-660m水平深淺部井隔斷墻外的聯巷也進行封閉，共設雙瓦石+混凝土充填墻18道。

4 擋水墻、隔斷墻與封閉墻設計

4.1 擋水墻及隔斷墻設計

4.1.1 承受水壓

隔斷墻承受水壓按下式計算：

P=γgh

式中：P-水壓，MPa；γ-水的視密度，取1000kg/m3；g-重力加速度，為9.8N/kg；h-隔斷墻位置距地面垂高，井下標高為-660m，地面最大標高為+30.5m，所以，垂高為690.5m。

計算得隔斷墻最大承受水壓為6.8MPa。

4.1.2 墻體結構選擇及計算

由于隔斷墻作用和功能與井下防水閘門硐室相似，所以，本設計隔斷墻參照防水閘門硐室的設計方法進行設計。其結構形式主要分為圓柱形、楔形和倒截錐形，圓柱形和楔形適用條件為墻體承受水壓不大于1.6MPa，倒截錐形條件為墻體承受水壓大于1.6MPa。由于本次設計淺部井擋水墻與隔斷墻均在-320～-660m標高之間，承受壓力大于1.6MPa，所以，設計選擇墻體結構形式為倒截錐形（如圖1），計算公式如下：

式中：L-墻體長度，m；Li-隔斷墻體應力衰減段長度，本次對應充填體，m；ln-自然對數符號；γd-取1.2～2.0，水壓大、硐室凈斷面積大時取大值，取2.0m；ft-混凝土軸心抗拉強度設計值，N/mm2，按不小于C30取值，為1.65；fcc-混凝土軸心抗壓強度設計值，設計值fc值乘以系數0.95確定，N/mm2，不小于C35取值，為17.5×0.95=16.6；L0-墻體應力回升段長度，取1.0～2.0m，取2.0m；S2-墻體承壓側最大掘進斷面積，m2；γsd-作用不定性系數，取1.2～2.0，水壓大、圍巖抗壓強度較低者取大值，取2.0m；E-墻體嵌入圍巖深度（含砌壁厚），m；h3-隔斷墻墻體處前、后巷道墻高，m，取最大值1.5m；β-不小于50°；γ-一般取20°；l-圍巖較軟時所設的平直段，其值為0.5～1.0m，墻體長度長時取大值，墻體長度短時取小值；γ0-結構的重要性系數，取1.1；γf-作用的分項系數，取1.3；S-墻體前、后巷道凈斷面積，m2，取最大值為19.5；P-隔斷墻體設計承受的水壓，N/mm2，取6.8MPa；B-隔斷墻墻體處前、后巷道凈寬度，m，取最大值5.4m。

計算得：

隔斷墻體應力衰減段長度：Li=6.2m；墻體長度：L=8.2m；墻體承壓側最大掘進斷面積S2=65m2；墻體嵌入圍巖深度E=1.9m。

由于計算承壓側掘進斷面過大，極不便于施工，設計取最大掘進斷面為44m2，嵌入圍巖深度E取1.2m，為了保證安全性，通過增加墻體長度（L取10.5m）、全范圍充填混凝土、墻體全斷面布設24kg/m型鋼軌等手段保證承壓力。

4.2 封閉墻設計

封閉墻采用雙墻充填密閉結構形式，擋墻采用雙層瓦石，兩道擋墻之間留不小于1m的距離，并用混凝土帶壓充填密實，外露墻面進行抹面處理，厚度不小于10mm，并安裝檢測管、放水管及防滅火備用管。封閉墻結構如圖2-圖3所示。

5 結束語

本文分析了淺部井采區、水平大巷封閉設計與施工，分別敘述了出水點處理、深淺部井巷道隔斷、采區巷道封閉、水平巷道封閉等流程，并通過理論計算開展了擋水墻及隔斷墻參數和封閉墻設計。并在現場進行了工程應用，取得了良好的效果。

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