北阳庄矿业水闸墙设计最终1.docx

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北阳庄矿业水闸墙设计最终1

开滦（集团）蔚州矿业有限责任公司北阳庄矿

东翼轨道山和回风山上口水闸墙设计

说

明

书

唐山开滦勘察设计有限公司

二○一四年十二月

开滦（集团）蔚州矿业有限责任公司北阳庄矿

东翼轨道山和回风山上口水闸墙设计说明书

项目负责人：

孙戈亮

副经理：

赵纯发

经理：

边继敏

唐山开滦勘察设计有限公司

二○一四年十二月

目录

1前言1

2水闸墙的位置及条件1

2.1水闸墙设计位置1

2.2水闸墙所处巷道规格及层位2

3水闸墙设计2

3.1水闸墙布置方式2

3.2水闸墙所需抗压强度2

3.3水闸墙长度计算2

4抗剪切圆钢布置及数量计算4

5水闸墙内泄水管设计5

6水闸墙施工材料与用量预计5

7注浆设计6

7.1注浆目的6

7.2预注浆设计6

7.2预埋注浆钢管设计7

7.3注浆方法8

7.4注浆技术要求及参数8

7.5注浆效果检验10

8施工技术要求及安全措施11

9附件、附图11

1前言

开滦（集团）蔚州矿业有限责任公司北阳庄矿东翼轨道山和回风山上口，现有水闸墙不能满足抵御3MPa水头压力的要求，需重新设置水闸墙，特编制《开滦（集团）蔚州矿业有限责任公司北阳庄矿东翼轨道山和回风山上口水闸墙设计》。

2水闸墙的位置及条件

2.1水闸墙设计位置

水闸墙共计2个，分别位于东翼轨道山和回风山上口变平段，紧邻原水闸墙，具体见图1-1。

图1-1东翼轨道山和回风山上口变平段水闸墙位置示意图

2.2水闸墙所处巷道规格及层位

水闸墙所处巷道断面为拱形（宽×高=4.6m×3.5m），巷道断面13.83m2，锚喷、架棚支护。

巷道所处层位局部为煤层，断层发育，顶空地段有木垛接顶。

3水闸墙设计

3.1水闸墙布置方式

鉴于目前水闸墙所处位置围岩稳定性差，有断层发育，巷道周围均有煤层分布，紧邻巷道交叉点和原有水闸墙，如果采用传统的巷道掏槽的方式布置水闸墙，势必破坏原有的平衡，矿山压力重新分布，巷道交叉点和原有水闸墙将承受更大的压力，破坏其稳定性，原有水闸墙亦可能出现压坏等情况，加之，掏槽部分的裸露围岩难以控制，其施工难度和安全性可想而知，不宜采用。

因此，设计水闸墙采用“在提前对巷道及围岩进行预注浆加固的基础上，用锚杆（体）、锚索增加水闸墙抗剪强度的方式”布置水闸墙。

3.2水闸墙所需抗压强度

矿井出水点＋435m位置最大静水压力小于4MPa，本设计水闸墙位置+540m，预计最大静水压力不会大于３MPa，因此，按静水压力3.0MPa设计水闸墙。

3.3水闸墙长度计算

水闸墙采用混凝土浇筑，强度等级C30，轴心抗压强度fa＝15Mpa，抗拉强度设计值fL=1.5Mpa。

⑴按开滦范各庄矿经验公式计算

B=

＝

＝7.4m

τ=0.75（RaRL）0.5=0.75（15×1.5）0.5=3.56MPa

式中B——水闸墙厚度，m；

P——净水压力，3.0MPa；

S——背水巷道断面积，13.83m2；

K——混凝土结构抗剪设计安全系数，6～9，取9；

A——巷道净宽度，4.6m；

h——背水巷道直墙高度，1.2m；

τ——混凝土的抗剪强度，3.56MPa;

Ra——轴心抗压强度，15.5Mpa;

RL——抗拉强度，1.5Mpa。

⑵按照岩体抗剪强度计算

本设计中先对岩体进行预注浆，注浆后岩体抗剪强度也为3.56Mpa。

故按岩体的抗剪强度计算墙体宽度也为7.4m。

根据以上计算，水闸墙长度取7.4m，考虑各种不利因素和现场条件，取8.5m。

4抗剪切圆钢布置及数量计算

水闸墙施工中，底部呈楔形布置，原水闸墙侧卧至实茬底以下1000mm，另一侧卧至实茬底以下200mm。

设计在巷道侧方及上顶加打φ40mm、长3.0m圆钢。

选用Q345圆钢，根据公式：

P1S1=τS2X

X=P1S1/（τS2）=82

式中P1——净水压力，3.0MPa；

S1——背水巷道断面积，13.83m2；

τ——圆钢抗剪强度（查抗拉强度为500MPa/m2，则抗剪强度为0.8×500=400MPa/m2），400MPa/m2；

S2——圆钢横截面积，0.00126m2；

X——圆钢数量。

经计算，圆钢数量为82根。

由于巷道底板采用楔形布置，会产生一定的抗剪切力，水闸墙和预注浆后的围岩之间也会有一定的抗剪切力，注浆锚杆及锚索也会产生一定的抗剪切力，设计采用85根圆钢。

除巷道底板外，巷道周围均布置长3.0m的圆钢，间距为0.6m,排距1.75m，垂直巷道轮廓线布置，外露0.4m左右，圆钢可采用水泥药卷锚固。

为不影响浇注混凝土，在保证支护安全的前提下，根据施工工艺，混凝土墙可一次或分段浇注，随浇注混凝土随安装圆钢。

考虑到水闸墙所处位置的特殊性，还需加打9.0m长锚索，间距1.2m，排距2.0m。

圆钢布置见图4-1。

图4-1锚索、圆钢及泄水管布置布置图

5水闸墙内泄水管设计

需要延接原水闸墙泄水管（4根φ273mm）9.5m，并配备闸阀，泄水管均布置在巷底以上0.3m，高度具体布置图4-1。

6水闸墙施工材料与用量预计

水闸墙采用C30混凝土浇筑，但也可以充填一定数量的强度大于C30混凝土的毛料石，为保证止浆（水）墙的强度和密闭性，毛料石与混凝土的比不大于1：

2，且分布均匀。

止浆（水）墙所需混凝土（含毛料石）体积为8.5×13.83=117.55m3。

7注浆设计

7.1注浆目的

由于水闸墙所处位置巷道围岩条件不稳定，局部顶空，而且有煤层分布，不具备直接施工水闸墙的条件，为此，必须提前对形成的围岩松动圈、围岩裂隙及顶空区域进行预注浆，预注浆范围为水闸墙所处巷道、围岩及其以外5m，以使围岩有足够的稳定性及抗剪切力，并且避免围岩渗水。

水闸墙浇筑完成后还需对巷道轮廓与墙体之间的缝隙以及围岩进行注浆。

俗话说“针尖大的窟窿能透过斗大的风”，同样，针尖大的渗水可以酿成大祸，渗水就意味着水闸墙施工的失败，可以说注浆质量是水闸墙施工的关键，是水闸墙施工的最重要一环。

水闸墙施工前的预注浆和施工期间的注浆同等重要，不可忽视。

7.2预注浆设计

预注浆的目的除了提高围岩的强度以外，就是提高围岩的整体性、稳定性和致密性。

考虑到预注浆段情况的不确定性，这里只提供注浆设计的原则；

⑴施工前检查预注浆巷道的支护情况，为提高注浆效果，减少浆液跑冒，提前对巷道有明显空洞部分进行处理，必要时用喷射混凝土的方式加以解决。

⑵先浅眼进行封堵（浅眼封堵注浆应采用双液浆），再利用3.0m注浆锚杆进行注浆（可采用单液浆）。

⑶最终注浆压力达到4MPa才算合格。

7.2预埋注浆钢管设计

⑴预埋5根焊接有0.5m短管（牛皮纸封口）的注浆钢管对水闸墙进行注浆，重点对墙体与巷道缝隙注浆。

⑵预埋5根与φ20、长2m注浆钢管连接的注浆钢管进行注浆，重点对围岩裂隙注浆。

⑶对φ20、长2m注浆钢管与钻孔口处用素灰或喷射混凝土的方式封堵，防止影响注浆效果。

预埋注浆管剖面布置见图7-2，断面布置见图7-3。

图7-1预埋注浆钢管剖面布置图

图7-2预埋注浆钢管剖面布置图

7.3注浆方法

预注浆方法前面已有说明，不再赘述，这里只提供水闸墙正式施工注浆方法。

⑴水闸墙施工完毕3天后注浆，先用素灰将水闸墙与围岩接壤处封严，然后利用预埋的5根焊接有0.5m短管的注浆钢管对水闸墙进行注浆，重点对墙体与巷道缝隙注浆，待凝固后，再利用预埋的5根与φ20、长2m注浆钢管连接的注浆钢管进行注浆，重点对围岩裂隙注浆。

⑵用注浆锚杆对围岩预注浆及用钢管对墙体注浆均采取两轮间隔注浆法，先对1、3、5根注浆预埋管依次进行注浆，待凝固后，再对2、4根注浆预埋管依进行注浆。

7.4注浆技术要求及参数

7.4.1注浆设备

采用SGB-1型注浆泵注浆（或其能力不小于该种泵型），出浆管额定压力5MPa，流量90L/min，电机功率11kW，φ32mm吸浆管，φ25mm出浆管，QS-83/80手动防爆开关。

7.4.2注浆材料与用量预计

浆液注入量的确定，依据有效扩散半径和岩层平均裂隙率进行估算。

由于巷道空洞和围岩的不确定性，注浆材料消耗未包含预注浆所需的材料。

7.4.2.1水泥消耗量

⑴钻孔注入浆液总计

＝1.2×105×3.14×32×0.02×0.95

＝67.7m3

式中Ｖ——浆液注入总量，m3；

A——浆液消耗系数，取1.2；

H——注浆段高，按7个注浆管总长度为105m；

R——注浆帷幕半径，按3m；

N——岩石裂隙率，正常岩石段2％；

β——浆液充填系数，取0.95。

⑵水泥消耗量

浆液水灰比按平均1:

1计算，0.75t水泥约制浆1m3，注浆约需要水泥90.3t。

7.4.2.2三乙醇胺消耗量

67.7×0.5‰=0.034t=34kg

7.4.2.3食盐消耗量

67.7×0.5‰=0.034t=34kg

7.4.2.4锯末

准备锯末若干。

7.4.3浆液配比

单液浆水灰质量比：

2:

1、1.5:

1、1.25:

1、1:

1、0.8:

1，初始注浆浓度根据钻孔吸水量确定，实际注浆时压力上升、吸浆量减少,逐级调低浆液浓度，吸浆量大、不升压、跑浆则应逐级调高浆液浓度。

7.4.4注浆压力

注浆压力的控制采取不同的控制数据：

⑴利用预埋的5根焊接有0.5m短管的注浆钢管对水闸墙进行的注浆，以对墙体与巷道缝隙进行封堵为主要目的，其注浆压力可以酌情掌握，不宜过大，防止影响下一步注浆效果。

⑵利用预埋的5根与φ20、长2m注浆钢管连接的注浆钢管进行注浆，以对围岩裂隙进行注浆为主要目的，注浆压力不小于4MPa。

7.4.5注浆结束标准

达到稀浆水灰比2：

1、终量不大于10L/min、终压不小于4Mpa、稳定时间不小于20min时，即可结束该孔注浆。

7.5注浆效果检验

利用钢管注浆完毕并达到强度（养护28天）后，通过关闭放水闸阀对水闸墙做渗水性试验。

若没有达到应承受的水头压力或水压稳定后水闸墙渗水，必须及时放水泄压，可采用加打注浆锚杆方式进行注浆，必要时采取钻机钻孔注浆方式。

注浆锚杆剖面布置见图7-2，断面布置见图7-4。

图7-3注浆锚杆剖面布置图

8施工技术要求及安全措施

⑴施工前仔细检查钻场及附近巷道支护情况，加强巷道支护，无危险时方可施工。

⑵延接原水闸墙4根泄水管并放水，使原水闸墙及围岩不再渗水，以利于现场施工。

⑶要加强通风、瓦斯管理，保持正常通风，经常检查瓦斯情况，无风、微风和瓦斯超限均不得施工。

⑷水闸墙体浇筑根据施工的便捷需要，可采取由里往外分段施工的方式，墙体强度不低于C30。

⑸水闸墙施工完成达到一定强度后，进行注浆工作，严格按设计要求施工，不得关闭泄水闸阀。

⑹关闭泄水闸阀要逐渐进行，出现渗水等情况时，要及时泄压。

⑺必须遵守《煤矿安全规程》、《钻探操作规程》和《钻探安全技术操作规程》，熟知避灾路线。

9附件、附图

9.1附件

材料消耗量见表9-1。

表9-1材料消耗表

名称

规格

单长（m）

数量（个）

总量

备注

圆钢

Φ40

3

85

255m

锚索

9

40

40根

注浆钢管

Φ20

2

25

50m

Φ38

0.15

25

3.75m

与注浆

主管焊接

0.5

25

12.5m

注浆主管

2寸

9.1

5

45.5m

若砼分段浇筑，

需配法兰

8.8

5

44m

延接泄水管

Φ273

9.5

4

38m

配法兰

注浆材料

水泥

90.4t

估算

三乙醇胺

34kg

食盐

34kg

锯末

若干

C30混凝土

120m3

含毛料石等辅料

说明

a.不含预注浆所用材料；b.施工辅助材料酌情考虑

9.2附图

《开滦（集团）蔚州矿业有限责任公司北阳庄矿东翼轨道山和回风山上口水闸墙平、剖、断面图》。