奧陶系突水高壓水閘墻設(shè)計與施工的若干問題課件

奧陶系突水高壓水閘墻設(shè)計與施工的若干問題——徐州三河尖煤礦21102工作面突水綜合防治

隋旺華資源與地球科學(xué)學(xué)院

水文地質(zhì)部分專題二奧陶系突水高壓水閘墻設(shè)計與施工的若干問題

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)狀及研究內(nèi)容

3、前期搶險救災(zāi)工作

4、治理方案的確定5、水閘墻設(shè)計6、水閘墻施工組織

7、工程應(yīng)用效果主要內(nèi)容1、礦井水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件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。1、礦井水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件1.1地質(zhì)條件：三河尖煤礦地層綜合柱狀圖

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、鉆孔穿過及生產(chǎn)揭露的大中型斷層有30條，其中孫氏店斷層、F1/斷層和F24斷層為井田邊界斷層。

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)地震測三河尖井田構(gòu)造綱要圖

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閉的滕縣背斜儲水構(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

1.2水文地質(zhì)條件1.3工程地質(zhì)條件

主要研究21102工作面本次防治水工程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)。

1.3工程地質(zhì)條件1.421102工作面突水情況21102工作面概況——位于太原組西一、西二采區(qū)，該工作面為三河尖煤礦太原組首采工作面。工作面走向長1136m，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，距離富水的奧灰馬家溝組約為200m。21102工作面在回采過程中涌水量一直在2m3/h左右，至突水時工作面回采330m。

1.421102工作面突水情況21102工作面突水經(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)定在后一直穩(wěn)定在1020m3/h，水溫50.5℃。

涌水量變化曲線圖21102工作面突水經(jīng)過——于2002年10月26日8：402、國內(nèi)外現(xiàn)狀及本課題

研究內(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——煤礦防治水中應(yīng)用廣泛的工程技術(shù)2、國內(nèi)外現(xiàn)狀及本課題

研究內(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)損失極為慘重。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，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)連續(xù)發(fā)生了多期災(zāi)難性突水淹井事故。隨著兩期工業(yè)性試驗研究和政府對防治工作監(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由于煤礦突水的預(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)的進(jìn)步，煤礦生產(chǎn)與建設(shè)過程中的裝備、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，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生產(chǎn)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，也可能造成綜采機(jī)械設(shè)備不能正常工作，停產(chǎn)一天都會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。目前我國水害壓煤超過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、大型水體下采煤的安全開采上限問題、西部缺水地區(qū)的保水采煤問題等。這些問題的研究目前尚不夠深入，需要進(jìn)行專門攻關(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近年來，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究，有效遏制礦井水害事故的發(fā)生，已成為保障礦井安全生產(chǎn)的十分迫切的需要，具有重大的社會意義和經(jīng)濟(jì)意義。關(guān)鍵技術(shù)加強(qiáng)礦井水害防治基礎(chǔ)理論研究研究建立礦井水害自動監(jiān)測預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)研究開發(fā)礦井水害救災(zāi)快速反應(yīng)指揮系統(tǒng)研究高性能注漿材料及注漿工藝解決特殊礦井水害問題突水的預(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突水的預(yù)測和防治

——實例與經(jīng)驗礦山防治水技術(shù)水平也得到了不斷提高，從簡單的單純排水發(fā)展到復(fù)雜的預(yù)先人工降低地下水位的疏干；從簡單的堵漏發(fā)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)的礦床得以安全開采，嚴(yán)重的水害礦山得以根治。突水的預(yù)測和防治

——實例與經(jīng)驗礦山防治水技術(shù)水平也得到了不突水的預(yù)測和防治

——實例與經(jīng)驗焦作礦區(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)報堅持月、季、年的水情水害預(yù)測、預(yù)報工作，對礦井生產(chǎn)地區(qū)進(jìn)行逐頭、逐面分析。及時、準(zhǔn)確的水文地質(zhì)預(yù)報工作，一方面為生產(chǎn)部署提供了可行的地質(zhì)依據(jù)，避免了盲目采掘，另一方面可減少突水和降低突水強(qiáng)度，保證安全生產(chǎn)。（2）堅持有疑必探，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、超前探水的具體有疑標(biāo)準(zhǔn)。另外，根據(jù)斷層落差和水壓大小，留設(shè)足夠的防水煤柱；而巷道必須穿過斷層時，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。（3）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向灰?guī)r含水層打放水鉆孔，孔口加截水閥，必要時可以關(guān)閉或控制流量；第二種方法是建控放站，在適當(dāng)?shù)攸c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)生產(chǎn)驗證效果較好。對已回采結(jié)束的采區(qū)采用防水閘門(墻)封閉是生產(chǎn)礦井減少水量的另一有效途徑。突水的預(yù)測和防治

——實例與經(jīng)驗焦作礦區(qū)“立足礦井，預(yù)防為突水的預(yù)測和防治

——實例與經(jīng)驗（4）改革巷道布設(shè)，減少惡性突水焦作礦區(qū)礦井水平大巷，采區(qū)上下山布置隨開采水平加深和對水文地質(zhì)條件的認(rèn)識程度經(jīng)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)保護(hù)煤柱大，維護(hù)困難，造成煤炭回收率低，第二階段將巷道設(shè)計在底板巖石中，其優(yōu)點是減少煤柱損失，有利疏水降壓。隨開采深度增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經(jīng)驗和教訓(xùn)，認(rèn)識到焦作礦區(qū)的巷道布置要決定于水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度，在高水壓(>2.0MPa)地區(qū)或八灰水疏放效果不好的地區(qū)，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)形成后，再行控放。在水文地質(zhì)條件相對簡單，八灰接受補(bǔ)給不明顯的地區(qū)，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，且其涌水量難準(zhǔn)確預(yù)計，若按突水量布置排水設(shè)施技術(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、分水平或分區(qū)設(shè)置防水閘門(墻)進(jìn)行隔離防水，可避免因一處突大水而造成礦井被淹沒的后果。各生產(chǎn)礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)基本實現(xiàn)了單獨隔離。（6）推廣使用新技術(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)和工作面坑道透視技術(shù)對生產(chǎn)區(qū)進(jìn)行探測。查明生產(chǎn)區(qū)底板巖溶含水層富水情況，確定生產(chǎn)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

——實例與經(jīng)驗（4）改革巷道布設(shè)，減少惡性突水的預(yù)測和防治

——實例與經(jīng)驗義馬礦務(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)害，并于當(dāng)月7日礦井被淹。后根據(jù)實際水文地質(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)行固料填充和注漿，設(shè)置阻水障礙，增加對地下水涌入巷道的阻力；中攔，即在中間L1-3灰?guī)r段通過注灰砂漿攔截下部O2灰?guī)r水的信道或通過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)行充填和注漿，徹底切斷O2灰?guī)r水對突水點的補(bǔ)給通道。

突水的預(yù)測和防治

——實例與經(jīng)驗義馬礦務(wù)局新安煤礦于1999突水的預(yù)測和防治

——實例與經(jīng)驗徐州礦區(qū)礦井水災(zāi)比較嚴(yán)重，據(jù)不完全統(tǒng)計，自解放以來，全區(qū)共發(fā)生水災(zāi)事故66起，嚴(yán)重影響了礦井生產(chǎn)，造成巨大經(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

——實例與經(jīng)驗徐州礦區(qū)礦井水災(zāi)比較嚴(yán)重，據(jù)突水的預(yù)測和防治

——實例與經(jīng)驗自1954年以來，鄭州礦區(qū)因奧灰、寒灰突水造成淹井達(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)防治水工作的重點。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)實行分區(qū)隔離，完善防排水系統(tǒng),正確留設(shè)安全防隔水煤柱。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。(4)預(yù)注漿加固斷層帶和底板薄弱帶。突水的預(yù)測和防治

——實例與經(jīng)驗自1954年以來，鄭州礦區(qū)因水閘墻（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。水閘墻在我國名稱不一，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[17]：（1）堵水巷道掘進(jìn)中如果出現(xiàn)突水，其涌水量大于本中段現(xiàn)有排水能力或礦井總排水能力，對礦井安全已構(gòu)成威脅，在這種情況下可構(gòu)筑水閘墻，以解除突水帶來的威脅。（2）控制放水為進(jìn)行地下疏干建水閘墻；當(dāng)向富水地區(qū)掘進(jìn)巷道時，如果遇到涌出的地下水對礦井安全構(gòu)成威脅，水閘墻對地下涌水進(jìn)行控制放干措施，如果遇到停電或排水設(shè)備出現(xiàn)故障，關(guān)閉放水閘門，以確保礦井安全，有些水閘墻雖非為疏干而建，當(dāng)?shù)叵滤唤档?，危險期過后，放水閘門打開，用于疏干，或作他用。（3）節(jié)能巷道掘進(jìn)中，如果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安全雖不構(gòu)成威脅，但無疏干的必要，只能增加礦井排水費用，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）

——功能礦山巷道隔水構(gòu)筑物，主要指水閘墻和水閘墻（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，立即在該中段突水點附近構(gòu)筑水閘墻給予封閉，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)生產(chǎn)。（5）作為地下水庫井下生產(chǎn)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，供生產(chǎn)用水。也可以從專門建造的水源隔水墻中引出水管，如果水質(zhì)符合飲用標(biāo)準(zhǔn)，也可作礦區(qū)生活用水。水閘墻（防水門）

——功能（4）加速排水速度水閘墻（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；水閘墻位置原則上應(yīng)盡量靠近涌水點，使水淹區(qū)控制在最小范圍內(nèi)，尤其是靠近采場或采孔區(qū)地段。因為密閉巷道內(nèi)水淹區(qū)越長，溝通采場或相鄰巷道的可能性也愈大。應(yīng)注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)巖體移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，巖溶礦區(qū)尤其要注意這個問題；由于水閘墻建成后，墻體內(nèi)的封閉巷道一般不再使用，故水閘墻不宜建在主干巷道內(nèi)；原則上應(yīng)該選擇再巷道斷面較小處，以減少工程量。同時適當(dāng)考慮施工條件

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水閘墻（防水門）

——實例直墻式水閘墻[18]，像磚石墻體一樣，與巷道的四周圍巖形成密封整體，一般不用掏槽，可節(jié)省工程量，為涌水量大的礦井或采區(qū)安全開采提供有力保障。該方法與一般防水墻設(shè)計方法不同的是:利用材料力學(xué)中的剪切強(qiáng)度條件原理，結(jié)合井下防水墻的具體要求，導(dǎo)出墻體厚度計算公式，利用公式進(jìn)行承載能力驗證和墻體厚度計算。該方法設(shè)計施工簡單易懂；可以不掏槽，節(jié)省工程量，從而節(jié)省工程費用開支；施工工期短，為搶險堵水提供可靠保障；特別是頂板不掏槽，不破壞頂板，提高了擋水墻的安全性。水閘墻（防水門）

——實例直墻式水閘墻[18]，像磚石墻體一水閘墻（防水門）

——實例大流量碟閥防水閘墻[19]解決了涌水量達(dá)到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。通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不影響生產(chǎn)，而且防水閘墻設(shè)計先進(jìn)、施工簡單、造價低、操作安全可靠，是一種新型的安全隔離設(shè)施，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。（肥城）水閘墻（防水門）

——實例大流量碟閥防水閘墻[19]解決了涌水閘墻（防水門）

——實例大流量碟閥防水閘墻[19]解決了涌水量達(dá)到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。通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不影響生產(chǎn)，而且防水閘墻設(shè)計先進(jìn)、施工簡單、造價低、操作安全可靠，是一種新型的安全隔離設(shè)施，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。（肥城）水閘墻（防水門）

——實例大流量碟閥防水閘墻[19]解決了涌水閘墻（防水門）

——實例在工作面兩幫為煤巖硬度小、承壓能力差、裂隙發(fā)育的情況下。為增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閉巷道，并與圍巖體形成整體[21]。（徐州）水閘墻（防水門）

——實例在工作面兩幫為煤巖硬度小、承壓能力水閘墻（防水門）

——實例王俊臣[20]等對高壓防水閘門硐室設(shè)計進(jìn)行了研究，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擔(dān)，而是端部第一段錐形體承擔(dān)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；屬于彈性理論中半無限平面邊界上受均布荷載與楔體頂部受集中力疊加的應(yīng)力解。（焦作）水閘墻（防水門）

——實例王俊臣[20]等對高壓防水閘門硐室2.2研究內(nèi)容、目標(biāo)及技術(shù)路線研究內(nèi)容：在查明礦井水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件基礎(chǔ)上，分析21102工作面突水的原因，通過查閱和調(diào)研國內(nèi)外有關(guān)防治水資料和工程實踐，研究前期救災(zāi)、治水方案確定、水閘墻設(shè)計、注漿防滲、水閘墻施工組織及質(zhì)量保證等具體方案，綜合采用先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗，探索突水綜合防治技術(shù)。2.2研究內(nèi)容、目標(biāo)及技術(shù)路線具體研究內(nèi)容有：（1）礦井水文地質(zhì)條件研究；（2）21煤頂?shù)装骞こ痰刭|(zhì)條件研究；（3）水閘墻設(shè)計及穩(wěn)定性分析；（4）水閘墻施工組織；（5）實際施工驗證。

具體研究內(nèi)容有：研究的總體目標(biāo)：三河尖礦21102工作面突水治理工程的難度之大、施工條件之惡劣在國內(nèi)外采礦界是罕見的，本次研究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、建設(shè)工程、安全工程等學(xué)科相互結(jié)合的角度，研究水害治理的方案、技術(shù)措施并實施驗證。在水害搶險、水閘墻施工、注漿防滲等各個方面取得新的認(rèn)識和經(jīng)驗。為類似工程提供借鑒。

研究的總體目標(biāo)：三河尖礦21102工作面突水治理工程的難度之研究的技術(shù)路線：本文采用傳統(tǒng)的地質(zhì)分析方法、工程經(jīng)驗類比方法、工程設(shè)計方法和現(xiàn)代力學(xué)計算方法相結(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)行分析勘測和調(diào)研，采取相關(guān)巖樣、煤樣進(jìn)行物理力學(xué)性質(zhì)實驗以取得巖石和煤的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，密切關(guān)注國內(nèi)外相同領(lǐng)域的研究成果和研究方向，檢索相關(guān)文獻(xiàn)資料，在此基礎(chǔ)上，采用力學(xué)分析和工程設(shè)計規(guī)范研究水閘墻的設(shè)計和施工方案、防滲注漿方案，實際工程實施和驗證。

研究的技術(shù)路線：本文采用傳統(tǒng)的地質(zhì)分析方法、工程經(jīng)驗類比方法3、前期搶險救災(zāi)工作

3.1出水原因簡要分析

21102工作面突水水源分析——突水點水源為奧陶系灰?guī)r巖溶水；21102工作面導(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、前期搶險救災(zāi)工作3.1出水原因簡要分析3.2搶險救災(zāi)工作三河尖煤礦21102工作面10月26日發(fā)生突水，至今涌水量保持在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)大礦井排水能力，把水位控制在礦井主水平-700m以下，沒有造成淹井事故。

3.2搶險救災(zāi)工作水害治理過程分為：擴(kuò)、疏、導(dǎo)、追、穩(wěn)、砌、升七個階段。（具體）水害治理過程分為：擴(kuò)、疏、導(dǎo)、追、穩(wěn)、砌、升七個階段。（具體水閘墻工程完成以后的工作——安裝引水管至-700水平。利用水閘墻管路上的閘閥及壓力表實施有控制放水?；謴?fù)并擴(kuò)大-860泵房的排水能力。

水閘墻工程完成以后的工作——安裝引水管至-700水平。利用水應(yīng)急預(yù)案（具體）（1）穩(wěn)水期間2h以上故障的應(yīng)急預(yù)案；（2）當(dāng)水閘墻不能達(dá)到預(yù)期效果時的預(yù)案。應(yīng)急預(yù)案（具體）4、治理方案的確定

21102工作面發(fā)生突水以后，采取了以強(qiáng)排水為主的搶險措施，避免了淹井，如何進(jìn)一步治理水害，對以下治水方案進(jìn)行了研究。

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。4、治理方案的確定21102工作面發(fā)生突水以后，采取了以強(qiáng)水害治理方案比較

水害治理方案比較5、水閘墻設(shè)計

5.1水閘墻位置的選擇水閘墻位置選擇的原則（1）從整個礦井安全考慮，應(yīng)將21102工作面突水封堵在盡量小的范圍，比如限定在該工作面兩道以內(nèi)。（2）水閘墻盡可能設(shè)在堅硬、穩(wěn)定、完整致密的巖層中。

5、水閘墻設(shè)計5.1水閘墻位置的選擇水閘墻有關(guān)參數(shù)的確定（1）水壓：運(yùn)輸邊水閘墻的設(shè)計水壓取8.32MPa，材料邊水閘墻設(shè)計水壓取8.0MPa。

（2）防水安全煤巖柱厚度：驗算得到84.62m，小于21煤至9煤的最小間距159.56m，所以21煤與9煤之間的巖層可以承受住8.32MPa的壓力，21102的承壓水不會從9煤的底板中突出。

水閘墻有關(guān)參數(shù)的確定水閘墻位置方案方案一：水閘墻位置選擇在21102工作面兩道開口內(nèi)的全巖巷道內(nèi)

方案二：水閘墻設(shè)在工作面聯(lián)絡(luò)巷以外60m的運(yùn)輸巷和材料巷內(nèi)選擇：兩方案相比，方案二的突出優(yōu)點在后續(xù)的補(bǔ)救措施更靈活，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，。水閘墻位置方案水閘墻位置示意圖

水閘墻位置示意圖5.2水閘墻硐室設(shè)計設(shè)計依據(jù)：根據(jù)《煤礦礦井井底車場硐室設(shè)計規(guī)范》（MT/T5026-1999），倒截錐形結(jié)構(gòu)宜用于承受的水壓為1.6MPa以上的防水閘門硐室。本水閘墻設(shè)計水壓8.32MPa，采用倒截錐形結(jié)構(gòu)形式及計算公式相對較有依據(jù)。

5.2水閘墻硐室設(shè)計防水閘墻結(jié)構(gòu)設(shè)計：根據(jù)倒截錐形結(jié)構(gòu)計算公式的計算結(jié)果是，運(yùn)輸?shù)浪l墻墻體結(jié)構(gòu)長度L=9.29m，材料道水閘墻墻體長度L=9.19m。

水閘墻主要技術(shù)參數(shù)表

防水閘墻結(jié)構(gòu)設(shè)計：根據(jù)倒截錐形結(jié)構(gòu)計算公式的計算結(jié)果是，運(yùn)輸5.3水閘墻穩(wěn)定性的數(shù)值模擬針對三河尖礦21102工作面突水后砌筑水閘墻的工程地質(zhì)條件和力學(xué)特征，采用巖體力學(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。

5.3水閘墻穩(wěn)定性的數(shù)值模擬此次研究的對象是水閘墻及其周邊的巖體，研究范圍走向長度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），來研究水閘墻及其周邊巖體的應(yīng)力應(yīng)變情況。

此次研究的對象是水閘墻及其周邊的巖體，研究范圍走向長度25m邊界約束條件

邊界約束條件本次計算將計算剖面劃分為6個單元組，整個剖面共包括11250個節(jié)點，3523個有限單元。

原始網(wǎng)格剖分

本次計算將計算剖面劃分為6個單元組，整個剖面共包括1125有限元計算模型

有限元計算模型應(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)力集中現(xiàn)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局部區(qū)域內(nèi)應(yīng)力集中明顯。

應(yīng)力應(yīng)變分析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)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，水平方向應(yīng)力值整體上分布比較小，只是在背水閘墻腳踵處，產(chǎn)生水平應(yīng)力集中現(xiàn)象。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，水從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軟弱夾層相連接的地方出現(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

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，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)力值一般小于12MPa，水閘墻正上方巖層也受到拉應(yīng)力，而且分布范圍較廣。

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

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)力集中現(xiàn)象，只是在背水閘墻腳踵處，產(chǎn)生剪應(yīng)力集中現(xiàn)象。

水閘墻周圍巖體最大剪應(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變形分析從水平位移色譜圖，可以看出，水閘墻垂直上方巖體出現(xiàn)了向下山方向的水平位移，最大值達(dá)到1cm，圖中右上角，巖體產(chǎn)生向上山方向的水平位移，位移值為2.5mm；迎水第一道閘墻的移動趨勢是向下山方向移動，水平移動的最大值為4mm；中間閘墻的移動趨勢是上部向下山方向移動，下部向上山方向移動，水平移動的最大值為-4mm～2.5mm；背水閘墻的移動趨勢是朝著上山方向移動，水平移動的最大值為-6mm；反映了水閘墻左右兩側(cè)同時受壓的特點。

變形分析水閘墻周圍巖體Y位移色譜圖水閘墻周圍巖體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

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由本節(jié)數(shù)值模擬結(jié)果可以知道，水閘墻竣工以后升壓以后，在8.32MPa靜水壓力下，能夠保證整體穩(wěn)定性和正常使用，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)需要在施工中加強(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)注意補(bǔ)強(qiáng)。

由本節(jié)數(shù)值模擬結(jié)果可以知道，水閘墻竣工以后升壓以后，在8.36、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，地下水通過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)境保障工程。

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。

6、水閘墻施工組織6.1概述水閘墻工程的劃分

環(huán)境保障工程

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)境保障工程運(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水閘墻工程的劃分環(huán)境保障工程施工順序：環(huán)境保障工程運(yùn)輸6.2水閘墻施工期間西翼主要生產(chǎn)系統(tǒng)在水閘墻施工期間，西翼生產(chǎn)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)域兩個獨立的生產(chǎn)系統(tǒng)。

6.2水閘墻施工期間西翼主要生產(chǎn)系統(tǒng)西二運(yùn)輸(軌道)下山的穩(wěn)水區(qū)域生產(chǎn)系統(tǒng)主要目的是抽、排21102工作面的涌水，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)域生產(chǎn)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)

西二運(yùn)輸(軌道)下山的穩(wěn)水區(qū)域生產(chǎn)系統(tǒng)主要目的是抽、排2116.3環(huán)境保障工程的施工組織計劃

工程項目：環(huán)境保障工程的實施將保證施工場所風(fēng)、水、電、壓風(fēng)、電話暢通，采取有效的措施改造施工地點的施工環(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)施安裝；局部降溫措施的實施工程。6.3環(huán)境保障工程的施工組織計劃6.4運(yùn)輸?shù)缹?dǎo)水工程施工組織計劃

本工程主要是指在-835運(yùn)輸石門和21102工作面運(yùn)輸?shù)兰茉O(shè)每節(jié)長4m的φ1000鐵皮導(dǎo)水筒，包扎導(dǎo)水筒隔熱材料，構(gòu)筑21102運(yùn)輸?shù)罁跛畨Α⑺l墻引水管架設(shè)等。6.4運(yùn)輸?shù)缹?dǎo)水工程施工組織計劃運(yùn)輸?shù)罁跛畨?/p>

運(yùn)輸?shù)罁跛畨?.5物料運(yùn)輸工程施工組織計劃為了便于施工，保證材料及時供給和施工材料的質(zhì)量，必須在井下建立專用料場、-835混凝土拌料場、拌料站及送料系統(tǒng)。

6.5物料運(yùn)輸工程施工組織計劃攪拌站及料場示意圖攪拌站及料場示意圖6.6井巷工程施工組織計劃井巷工程主要為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)計所要求的尺寸。

6.6井巷工程施工組織計劃6.7水閘墻混凝土澆筑工程施工組織計劃

該混凝土工程分為21102運(yùn)輸?shù)浪l墻混凝土工程和21102材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)計強(qiáng)度為C25，

按C28施工。運(yùn)輸?shù)篮筒牧系赖乃l墻均長64m，縱向分為三部分：里加固段、主體墻段和外加固段。

6.7水閘墻混凝土澆筑工程施工組織計劃水閘墻示意圖

水閘墻分段分層剖、斷面示意圖

水閘墻示意圖水閘墻分段分層剖、斷面示意圖主體墻施工順序剖面示意圖

主體墻施工順序剖面示意圖6.8水閘墻壁后及圍巖注漿工程施工組織

“兩道”水閘墻工程要求通過注漿對兩側(cè)煤體和圍巖進(jìn)行防滲、加固處理。根據(jù)水閘墻設(shè)計，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。

6.8水閘墻壁后及圍巖注漿工程施工組織注漿層段地質(zhì)柱狀圖

注漿層段地質(zhì)柱狀圖奧陶系突水高壓水閘墻設(shè)計與施工的若干問題課件6.9施工質(zhì)量及安全技術(shù)措施

嚴(yán)格按照工程設(shè)計、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)督管理和驗收，確保工程達(dá)到設(shè)計要求。

6.9施工質(zhì)量及安全技術(shù)措施7、工程應(yīng)用初步效果及結(jié)論

7.1工程應(yīng)用初步效果

三河尖礦21102工作面水閘墻施工有以下幾個特點：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；水閘墻承受的水壓高達(dá)8.32MPa，為國內(nèi)罕見；工程量大，兩邊墻混凝土澆筑量達(dá)1700m3。

7、工程應(yīng)用初步效果及結(jié)論7.1工程應(yīng)用初步效果至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、輸料等工程的建立工作，并且均完成水閘墻的擴(kuò)巷工程，里加固段的混凝土澆筑工程。其中，材料道水閘墻已完成里加固段的圍巖加固注漿，帷幕注漿，壁后注漿工程，正在實施主體墻澆筑工程。整體工程在7月10日結(jié)束。

至2003年5月31日，兩邊墻的施工處均完成了通風(fēng)環(huán)境，供電運(yùn)輸?shù)浪l墻正在實施里加固段的注漿工程。整體工程在7月20日結(jié)束。工程完工后，將進(jìn)行升壓試驗。（按實際情況）

運(yùn)輸?shù)浪l墻正在實施里加固段的注漿工程。整體工程在7月20日7.2結(jié)論通過本文的研究和工程實踐，對三河尖煤礦21102工作面突水災(zāi)害進(jìn)行了及時的搶險救災(zāi)，采用綜合技術(shù)措施，在運(yùn)輸?shù)篮筒牧系涝O(shè)計和施工了水閘墻，并采用水泥漿材、化學(xué)漿材對前后加固段、主體墻壁后進(jìn)行了注漿加固和防滲帷幕。使用效果表明，該項工程有效地起到了防治水害的作用。該項工程的成功實施，為類似條件下的水害治理提供一個范例，工程難度之大、施工條件之惡劣在國內(nèi)外采礦界是罕見的，在水害搶險、水閘墻施工、注漿防滲等各個方面取得新的認(rèn)識和經(jīng)驗。7.2結(jié)論主要成果（1）建立高水溫、高水壓、高濕度等惡劣環(huán)境下，包括水害搶險、水閘墻施工、注漿防滲等技術(shù)環(huán)節(jié)的水害綜合防治技術(shù)體系，從水文地質(zhì)學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、采礦工程、礦山建設(shè)工程、安全工程等學(xué)科相互結(jié)合的角度，研究水害治理的方案、技術(shù)措施等，體現(xiàn)了多學(xué)科交叉對防治煤礦水害的獨特作用和優(yōu)勢。

主要成果（1）建立高水溫、高水壓、高濕度等惡劣環(huán)境下，包括水主要成果（2）對三河尖煤礦的礦井水文地質(zhì)條件進(jìn)行了重新研究，從區(qū)域水文地質(zhì)條件、與21煤開采有關(guān)的主要水文地質(zhì)條件、突水災(zāi)害的成因出發(fā)，得出了孫氏店斷層在礦區(qū)是導(dǎo)水?dāng)鄬拥闹匾Y(jié)論，改變了原地質(zhì)報告中的三河尖礦水文地質(zhì)條件排泄不暢的觀點，為下一步的礦井防治水工作指明了方向。

主要成果（2）對三河尖煤礦的礦井水文地質(zhì)條件進(jìn)行了重新研究，主要成果（3）對21煤頂?shù)装骞こ痰刭|(zhì)條件研究。劃分了與突水災(zāi)害治理有關(guān)的21煤及其頂?shù)装鍘r石的主要工程地質(zhì)類型，并采取巖樣和煤樣，做出巖石和煤的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，為水閘墻的設(shè)計計算和施工提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

主要成果（3）對21煤頂?shù)装骞こ痰刭|(zhì)條件研究。劃分了與突水災(zāi)主要成果（4）21102突水后徐州礦務(wù)集團(tuán)公司、三河尖礦積極擬定治水方案并組織實施，水害治理過程分為：擴(kuò)、疏、導(dǎo)、追、穩(wěn)、砌、升七個階段。采取綜合技術(shù)措施成功地進(jìn)行了搶險救災(zāi)，為水害治理創(chuàng)造了條件。

主要成果（4）21102突水后徐州礦務(wù)集團(tuán)公司、三河尖礦積極主要成果（5）研究了在高水壓、高水溫復(fù)雜條件下，半煤巖巷內(nèi)水閘墻設(shè)計和計算方法。確定了水閘墻的位置、結(jié)構(gòu)、長度及圍巖注漿加固和防滲處理方法。采用數(shù)值分析技術(shù)對水閘墻的力學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行了驗算，結(jié)果表明水閘墻的結(jié)構(gòu)是合理的能夠滿足工程要求。

主要成果（5）研究了在高水壓、高水溫復(fù)雜條件下，半煤巖巷內(nèi)水主要成果（6）提出了在高溫、高濕度、大工程量條件下，水閘墻施工的組織以及保證施工質(zhì)量的控制方法。通過導(dǎo)水、通風(fēng)降溫改善施工環(huán)境、帷幕注漿防滲、煤巖加固、壁后注漿防滲補(bǔ)強(qiáng)、提高施工速度等保證了工程進(jìn)度和施工質(zhì)量。

主要成果（6）提出了在高溫、高濕度、大工程量條件下，水閘墻施主要成果（7）到目前為止，工程進(jìn)展順利，初步測試表明了設(shè)計的科學(xué)性和合理性，整個工程預(yù)計在7月20日結(jié)束。本項研究將為類似工程提供寶貴的借鑒經(jīng)驗。

主要成果（7）到目前為止，工程進(jìn)展順利，初步測試表明了設(shè)計的奧陶系突水高壓水閘墻設(shè)計與施工的若干問題——徐州三河尖煤礦21102工作面突水綜合防治

隋旺華資源與地球科學(xué)學(xué)院

水文地質(zhì)部分專題二奧陶系突水高壓水閘墻設(shè)計與施工的若干問題

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)狀及研究內(nèi)容

3、前期搶險救災(zāi)工作

4、治理方案的確定5、水閘墻設(shè)計6、水閘墻施工組織

7、工程應(yīng)用效果主要內(nèi)容1、礦井水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件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。1、礦井水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件1.1地質(zhì)條件：三河尖煤礦地層綜合柱狀圖

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、鉆孔穿過及生產(chǎn)揭露的大中型斷層有30條，其中孫氏店斷層、F1/斷層和F24斷層為井田邊界斷層。

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)地震測三河尖井田構(gòu)造綱要圖

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閉的滕縣背斜儲水構(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

1.2水文地質(zhì)條件1.3工程地質(zhì)條件

主要研究21102工作面本次防治水工程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)。

1.3工程地質(zhì)條件1.421102工作面突水情況21102工作面概況——位于太原組西一、西二采區(qū)，該工作面為三河尖煤礦太原組首采工作面。工作面走向長1136m，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，距離富水的奧灰馬家溝組約為200m。21102工作面在回采過程中涌水量一直在2m3/h左右，至突水時工作面回采330m。

1.421102工作面突水情況21102工作面突水經(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)定在后一直穩(wěn)定在1020m3/h，水溫50.5℃。

涌水量變化曲線圖21102工作面突水經(jīng)過——于2002年10月26日8：402、國內(nèi)外現(xiàn)狀及本課題

研究內(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——煤礦防治水中應(yīng)用廣泛的工程技術(shù)2、國內(nèi)外現(xiàn)狀及本課題

研究內(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)損失極為慘重。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，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)連續(xù)發(fā)生了多期災(zāi)難性突水淹井事故。隨著兩期工業(yè)性試驗研究和政府對防治工作監(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由于煤礦突水的預(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)的進(jìn)步，煤礦生產(chǎn)與建設(shè)過程中的裝備、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，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生產(chǎn)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，也可能造成綜采機(jī)械設(shè)備不能正常工作，停產(chǎn)一天都會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。目前我國水害壓煤超過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、大型水體下采煤的安全開采上限問題、西部缺水地區(qū)的保水采煤問題等。這些問題的研究目前尚不夠深入，需要進(jìn)行專門攻關(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近年來，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究，有效遏制礦井水害事故的發(fā)生，已成為保障礦井安全生產(chǎn)的十分迫切的需要，具有重大的社會意義和經(jīng)濟(jì)意義。關(guān)鍵技術(shù)加強(qiáng)礦井水害防治基礎(chǔ)理論研究研究建立礦井水害自動監(jiān)測預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)研究開發(fā)礦井水害救災(zāi)快速反應(yīng)指揮系統(tǒng)研究高性能注漿材料及注漿工藝解決特殊礦井水害問題突水的預(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突水的預(yù)測和防治

——實例與經(jīng)驗礦山防治水技術(shù)水平也得到了不斷提高，從簡單的單純排水發(fā)展到復(fù)雜的預(yù)先人工降低地下水位的疏干；從簡單的堵漏發(fā)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)的礦床得以安全開采，嚴(yán)重的水害礦山得以根治。突水的預(yù)測和防治

——實例與經(jīng)驗礦山防治水技術(shù)水平也得到了不突水的預(yù)測和防治

——實例與經(jīng)驗焦作礦區(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)報堅持月、季、年的水情水害預(yù)測、預(yù)報工作，對礦井生產(chǎn)地區(qū)進(jìn)行逐頭、逐面分析。及時、準(zhǔn)確的水文地質(zhì)預(yù)報工作，一方面為生產(chǎn)部署提供了可行的地質(zhì)依據(jù)，避免了盲目采掘，另一方面可減少突水和降低突水強(qiáng)度，保證安全生產(chǎn)。（2）堅持有疑必探，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、超前探水的具體有疑標(biāo)準(zhǔn)。另外，根據(jù)斷層落差和水壓大小，留設(shè)足夠的防水煤柱；而巷道必須穿過斷層時，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。（3）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向灰?guī)r含水層打放水鉆孔，孔口加截水閥，必要時可以關(guān)閉或控制流量；第二種方法是建控放站，在適當(dāng)?shù)攸c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)生產(chǎn)驗證效果較好。對已回采結(jié)束的采區(qū)采用防水閘門(墻)封閉是生產(chǎn)礦井減少水量的另一有效途徑。突水的預(yù)測和防治

——實例與經(jīng)驗焦作礦區(qū)“立足礦井，預(yù)防為突水的預(yù)測和防治

——實例與經(jīng)驗（4）改革巷道布設(shè)，減少惡性突水焦作礦區(qū)礦井水平大巷，采區(qū)上下山布置隨開采水平加深和對水文地質(zhì)條件的認(rèn)識程度經(jīng)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)保護(hù)煤柱大，維護(hù)困難，造成煤炭回收率低，第二階段將巷道設(shè)計在底板巖石中，其優(yōu)點是減少煤柱損失，有利疏水降壓。隨開采深度增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經(jīng)驗和教訓(xùn)，認(rèn)識到焦作礦區(qū)的巷道布置要決定于水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度，在高水壓(>2.0MPa)地區(qū)或八灰水疏放效果不好的地區(qū)，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)形成后，再行控放。在水文地質(zhì)條件相對簡單，八灰接受補(bǔ)給不明顯的地區(qū)，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，且其涌水量難準(zhǔn)確預(yù)計，若按突水量布置排水設(shè)施技術(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、分水平或分區(qū)設(shè)置防水閘門(墻)進(jìn)行隔離防水，可避免因一處突大水而造成礦井被淹沒的后果。各生產(chǎn)礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)基本實現(xiàn)了單獨隔離。（6）推廣使用新技術(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)和工作面坑道透視技術(shù)對生產(chǎn)區(qū)進(jìn)行探測。查明生產(chǎn)區(qū)底板巖溶含水層富水情況，確定生產(chǎn)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

——實例與經(jīng)驗（4）改革巷道布設(shè)，減少惡性突水的預(yù)測和防治

——實例與經(jīng)驗義馬礦務(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)害，并于當(dāng)月7日礦井被淹。后根據(jù)實際水文地質(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)行固料填充和注漿，設(shè)置阻水障礙，增加對地下水涌入巷道的阻力；中攔，即在中間L1-3灰?guī)r段通過注灰砂漿攔截下部O2灰?guī)r水的信道或通過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)行充填和注漿，徹底切斷O2灰?guī)r水對突水點的補(bǔ)給通道。

突水的預(yù)測和防治

——實例與經(jīng)驗義馬礦務(wù)局新安煤礦于1999突水的預(yù)測和防治

——實例與經(jīng)驗徐州礦區(qū)礦井水災(zāi)比較嚴(yán)重，據(jù)不完全統(tǒng)計，自解放以來，全區(qū)共發(fā)生水災(zāi)事故66起，嚴(yán)重影響了礦井生產(chǎn)，造成巨大經(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

——實例與經(jīng)驗徐州礦區(qū)礦井水災(zāi)比較嚴(yán)重，據(jù)突水的預(yù)測和防治

——實例與經(jīng)驗自1954年以來，鄭州礦區(qū)因奧灰、寒灰突水造成淹井達(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)防治水工作的重點。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)實行分區(qū)隔離，完善防排水系統(tǒng),正確留設(shè)安全防隔水煤柱。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。(4)預(yù)注漿加固斷層帶和底板薄弱帶。突水的預(yù)測和防治

——實例與經(jīng)驗自1954年以來，鄭州礦區(qū)因水閘墻（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。水閘墻在我國名稱不一，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[17]：（1）堵水巷道掘進(jìn)中如果出現(xiàn)突水，其涌水量大于本中段現(xiàn)有排水能力或礦井總排水能力，對礦井安全已構(gòu)成威脅，在這種情況下可構(gòu)筑水閘墻，以解除突水帶來的威脅。（2）控制放水為進(jìn)行地下疏干建水閘墻；當(dāng)向富水地區(qū)掘進(jìn)巷道時，如果遇到涌出的地下水對礦井安全構(gòu)成威脅，水閘墻對地下涌水進(jìn)行控制放干措施，如果遇到停電或排水設(shè)備出現(xiàn)故障，關(guān)閉放水閘門，以確保礦井安全，有些水閘墻雖非為疏干而建，當(dāng)?shù)叵滤唤档?，危險期過后，放水閘門打開，用于疏干，或作他用。（3）節(jié)能巷道掘進(jìn)中，如果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安全雖不構(gòu)成威脅，但無疏干的必要，只能增加礦井排水費用，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）

——功能礦山巷道隔水構(gòu)筑物，主要指水閘墻和水閘墻（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，立即在該中段突水點附近構(gòu)筑水閘墻給予封閉，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)生產(chǎn)。（5）作為地下水庫井下生產(chǎn)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，供生產(chǎn)用水。也可以從專門建造的水源隔水墻中引出水管，如果水質(zhì)符合飲用標(biāo)準(zhǔn)，也可作礦區(qū)生活用水。水閘墻（防水門）

——功能（4）加速排水速度水閘墻（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；水閘墻位置原則上應(yīng)盡量靠近涌水點，使水淹區(qū)控制在最小范圍內(nèi)，尤其是靠近采場或采孔區(qū)地段。因為密閉巷道內(nèi)水淹區(qū)越長，溝通采場或相鄰巷道的可能性也愈大。應(yīng)注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)巖體移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，巖溶礦區(qū)尤其要注意這個問題；由于水閘墻建成后，墻體內(nèi)的封閉巷道一般不再使用，故水閘墻不宜建在主干巷道內(nèi)；原則上應(yīng)該選擇再巷道斷面較小處，以減少工程量。同時適當(dāng)考慮施工條件

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水閘墻（防水門）

——實例直墻式水閘墻[18]，像磚石墻體一樣，與巷道的四周圍巖形成密封整體，一般不用掏槽，可節(jié)省工程量，為涌水量大的礦井或采區(qū)安全開采提供有力保障。該方法與一般防水墻設(shè)計方法不同的是:利用材料力學(xué)中的剪切強(qiáng)度條件原理，結(jié)合井下防水墻的具體要求，導(dǎo)出墻體厚度計算公式，利用公式進(jìn)行承載能力驗證和墻體厚度計算。該方法設(shè)計施工簡單易懂；可以不掏槽，節(jié)省工程量，從而節(jié)省工程費用開支；施工工期短，為搶險堵水提供可靠保障；特別是頂板不掏槽，不破壞頂板，提高了擋水墻的安全性。水閘墻（防水門）

——實例直墻式水閘墻[18]，像磚石墻體一水閘墻（防水門）

——實例大流量碟閥防水閘墻[19]解決了涌水量達(dá)到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。通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不影響生產(chǎn)，而且防水閘墻設(shè)計先進(jìn)、施工簡單、造價低、操作安全可靠，是一種新型的安全隔離設(shè)施，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。（肥城）水閘墻（防水門）

——實例大流量碟閥防水閘墻[19]解決了涌水閘墻（防水門）

——實例大流量碟閥防水閘墻[19]解決了涌水量達(dá)到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。通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不影響生產(chǎn)，而且防水閘墻設(shè)計先進(jìn)、施工簡單、造價低、操作安全可靠，是一種新型的安全隔離設(shè)施，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。（肥城）水閘墻（防水門）

——實例大流量碟閥防水閘墻[19]解決了涌水閘墻（防水門）

——實例在工作面兩幫為煤巖硬度小、承壓能力差、裂隙發(fā)育的情況下。為增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閉巷道，并與圍巖體形成整體[21]。（徐州）水閘墻（防水門）

——實例在工作面兩幫為煤巖硬度小、承壓能力水閘墻（防水門）

——實例王俊臣[20]等對高壓防水閘門硐室設(shè)計進(jìn)行了研究，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擔(dān)，而是端部第一段錐形體承擔(dān)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；屬于彈性理論中半無限平面邊界上受均布荷載與楔體頂部受集中力疊加的應(yīng)力解。（焦作）水閘墻（防水門）

——實例王俊臣[20]等對高壓防水閘門硐室2.2研究內(nèi)容、目標(biāo)及技術(shù)路線研究內(nèi)容：在查明礦井水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件基礎(chǔ)上，分析21102工作面突水的原因，通過查閱和調(diào)研國內(nèi)外有關(guān)防治水資料和工程實踐，研究前期救災(zāi)、治水方案確定、水閘墻設(shè)計、注漿防滲、水閘墻施工組織及質(zhì)量保證等具體方案，綜合采用先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗，探索突水綜合防治技術(shù)。2.2研究內(nèi)容、目標(biāo)及技術(shù)路線具體研究內(nèi)容有：（1）礦井水文地質(zhì)條件研究；（2）21煤頂?shù)装骞こ痰刭|(zhì)條件研究；（3）水閘墻設(shè)計及穩(wěn)定性分析；（4）水閘墻施工組織；（5）實際施工驗證。

具體研究內(nèi)容有：研究的總體目標(biāo)：三河尖礦21102工作面突水治理工程的難度之大、施工條件之惡劣在國內(nèi)外采礦界是罕見的，本次研究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、建設(shè)工程、安全工程等學(xué)科相互結(jié)合的角度，研究水害治理的方案、技術(shù)措施并實施驗證。在水害搶險、水閘墻施工、注漿防滲等各個方面取得新的認(rèn)識和經(jīng)驗。為類似工程提供借鑒。

研究的總體目標(biāo)：三河尖礦21102工作面突水治理工程的難度之研究的技術(shù)路線：本文采用傳統(tǒng)的地質(zhì)分析方法、工程經(jīng)驗類比方法、工程設(shè)計方法和現(xiàn)代力學(xué)計算方法相結(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)行分析勘測和調(diào)研，采取相關(guān)巖樣、煤樣進(jìn)行物理力學(xué)性質(zhì)實驗以取得巖石和煤的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，密切關(guān)注國內(nèi)外相同領(lǐng)域的研究成果和研究方向，檢索相關(guān)文獻(xiàn)資料，在此基礎(chǔ)上，采用力學(xué)分析和工程設(shè)計規(guī)范研究水閘墻的設(shè)計和施工方案、防滲注漿方案，實際工程實施和驗證。

研究的技術(shù)路線：本文采用傳統(tǒng)的地質(zhì)分析方法、工程經(jīng)驗類比方法3、前期搶險救災(zāi)工作

3.1出水原因簡要分析

21102工作面突水水源分析——突水點水源為奧陶系灰?guī)r巖溶水；21102工作面導(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、前期搶險救災(zāi)工作3.1出水原因簡要分析3.2搶險救災(zāi)工作三河尖煤礦21102工作面10月26日發(fā)生突水，至今涌水量保持在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)大礦井排水能力，把水位控制在礦井主水平-700m以下，沒有造成淹井事故。

3.2搶險救災(zāi)工作水害治理過程分為：擴(kuò)、疏、導(dǎo)、追、穩(wěn)、砌、升七個階段。（具體）水害治理過程分為：擴(kuò)、疏、導(dǎo)、追、穩(wěn)、砌、升七個階段。（具體水閘墻工程完成以后的工作——安裝引水管至-700水平。利用水閘墻管路上的閘閥及壓力表實施有控制放水。恢復(fù)并擴(kuò)大-860泵房的排水能力。

水閘墻工程完成以后的工作——安裝引水管至-700水平。利用水應(yīng)急預(yù)案（具體）（1）穩(wěn)水期間2h以上故障的應(yīng)急預(yù)案；（2）當(dāng)水閘墻不能達(dá)到預(yù)期效果時的預(yù)案。應(yīng)急預(yù)案（具體）4、治理方案的確定

21102工作面發(fā)生突水以后，采取了以強(qiáng)排水為主的搶險措施，避免了淹井，如何進(jìn)一步治理水害，對以下治水方案進(jìn)行了研究。

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。4、治理方案的確定21102工作面發(fā)生突水以后，采取了以強(qiáng)水害治理方案比較

水害治理方案比較5、水閘墻設(shè)計

5.1水閘墻位置的選擇水閘墻位置選擇的原則（1）從整個礦井安全考慮，應(yīng)將21102工作面突水封堵在盡量小的范圍，比如限定在該工作面兩道以內(nèi)。（2）水閘墻盡可能設(shè)在堅硬、穩(wěn)定、完整致密的巖層中。

5、水閘墻設(shè)計5.1水閘墻位置的選擇水閘墻有關(guān)參數(shù)的確定（1）水壓：運(yùn)輸邊水閘墻的設(shè)計水壓取8.32MPa，材料邊水閘墻設(shè)計水壓取8.0MPa。

（2）防水安全煤巖柱厚度：驗算得到84.62m，小于21煤至9煤的最小間距159.56m，所以21煤與9煤之間的巖層可以承受住8.32MPa的壓力，21102的承壓水不會從9煤的底板中突出。

水閘墻有關(guān)參數(shù)的確定水閘墻位置方案方案一：水閘墻位置選擇在21102工作面兩道開口內(nèi)的全巖巷道內(nèi)

方案二：水閘墻設(shè)在工作面聯(lián)絡(luò)巷以外60m的運(yùn)輸巷和材料巷內(nèi)選擇：兩方案相比，方案二的突出優(yōu)點在后續(xù)的補(bǔ)救措施更靈活，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，。水閘墻位置方案水閘墻位置示意圖

水閘墻位置示意圖5.2水閘墻硐室設(shè)計設(shè)計依據(jù)：根據(jù)《煤礦礦井井底車場硐室設(shè)計規(guī)范》（MT/T5026-1999），倒截錐形結(jié)構(gòu)宜用于承受的水壓為1.6MPa以上的防水閘門硐室。本水閘墻設(shè)計水壓8.32MPa，采用倒截錐形結(jié)構(gòu)形式及計算公式相對較有依據(jù)。

5.2水閘墻硐室設(shè)計防水閘墻結(jié)構(gòu)設(shè)計：根據(jù)倒截錐形結(jié)構(gòu)計算公式的計算結(jié)果是，運(yùn)輸?shù)浪l墻墻體結(jié)構(gòu)長度L=9.29m，材料道水閘墻墻體長度L=9.19m。

水閘墻主要技術(shù)參數(shù)表

防水閘墻結(jié)構(gòu)設(shè)計：根據(jù)倒截錐形結(jié)構(gòu)計算公式的計算結(jié)果是，運(yùn)輸5.3水閘墻穩(wěn)定性的數(shù)值模擬針對三河尖礦21102工作面突水后砌筑水閘墻的工程地質(zhì)條件和力學(xué)特征，采用巖體力學(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。

5.3水閘墻穩(wěn)定性的數(shù)值模擬此次研究的對象是水閘墻及其周邊的巖體，研究范圍走向長度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），來研究水閘墻及其周邊巖體的應(yīng)力應(yīng)變情況。

此次研究的對象是水閘墻及其周邊的巖體，研究范圍走向長度25m邊界約束條件

邊界約束條件本次計算將計算剖面劃分為6個單元組，整個剖面共包括11250個節(jié)點，3523個有限單元。

原始網(wǎng)格剖分

本次計算將計算剖面劃分為6個單元組，整個剖面共包括1125有限元計算模型

有限元計算模型應(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)力集中現(xiàn)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局部區(qū)域內(nèi)應(yīng)力集中明顯。

應(yīng)力應(yīng)變分析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)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，水平方向應(yīng)力值整體上分布比較小，只是在背水閘墻腳踵處，產(chǎn)生水平應(yīng)力集中現(xiàn)象。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，水從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軟弱夾層相連接的地方出現(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

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，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)力值一般小于12MPa，水閘墻正上方巖層也受到拉應(yīng)力，而且分布范圍較廣。

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

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)力集中現(xiàn)象，只是在背水閘墻腳踵處，產(chǎn)生剪應(yīng)力集中現(xiàn)象。

水閘墻周圍巖體最大剪應(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變形分析從水平位移色譜圖，可以看出，水閘墻垂直上方巖體出現(xiàn)了向下山方向的水平位移，最大值達(dá)到1cm，圖中右上角，巖體產(chǎn)生向上山方向的水平位移，位移值為2.5mm；迎水第一道閘墻的移動趨勢是向下山方向移動，水平移動的最大值為4mm；中間閘墻的移動趨勢是上部向下山方向移動，下部向上山方向移動，水平移動的最大值為-4mm～2.5mm；背水閘墻的移動趨勢是朝著上山方向移動，水平移動的最大值為-6mm；反映了水閘墻左右兩側(cè)同時受壓的特點。

變形分析水閘墻周圍巖體Y位移色譜圖水閘墻周圍巖體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

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由本節(jié)數(shù)值模擬結(jié)果可以知道，水閘墻竣工以后升壓以后，在8.32MPa靜水壓力下，能夠保證整體穩(wěn)定性和正常使用，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)需要在施工中加強(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)注意補(bǔ)強(qiáng)。

由本節(jié)數(shù)值模擬結(jié)果可以知道，水閘墻竣工以后升壓以后，在8.36、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，地下水通過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)境保障工程。

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。

6、水閘墻施工組織6.1概述水閘墻工程的劃分

環(huán)境保障工程

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)境保障工程運(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水閘墻工程的劃分環(huán)境保障工程施工順序：環(huán)境保障工程運(yùn)輸6.2水閘墻施工期間西翼主要生產(chǎn)系統(tǒng)在水閘墻施工期間，西翼生產(chǎn)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)域兩個獨立的生產(chǎn)系統(tǒng)。

6.2水閘墻施工期間西翼主要生產(chǎn)系統(tǒng)西二運(yùn)輸(軌道)下山的穩(wěn)水區(qū)域生產(chǎn)系統(tǒng)主要目的是抽、排21102工作面的涌水，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)域生產(chǎn)系統(tǒng)

運(yùn)輸系統(tǒng)

供水系統(tǒng)

通風(fēng)系統(tǒng)