采空區(qū)巷道防水閘門安全性分析

第第頁采空區(qū)巷道防水閘門安全性分析1礦井水閘門的結(jié)構(gòu)形式及計算結(jié)果

京福高速公路徐州繞城西段將穿越位于徐州西郊的新煤礦、新河煤礦采空區(qū)以及大劉煤礦采空區(qū)西界。公路施工之前采用地面注漿的方式對采空區(qū)進(jìn)行治理，為了維護(hù)礦井的安全，擬將用水閘門的形式封堵部分巷道，防止因注漿孔穿透含水層而導(dǎo)致涌水淹井事故。

本次設(shè)計的水閘門主要采用倒截錐形，見圖1，其承受水壓力為1.6MPa以上，根據(jù)水閘門位置的圍巖條件、巷道截面、水壓力、混凝土強(qiáng)度和采用的墻體段數(shù)，可計算出閘門墻體長度、嵌入圍巖的深度。計算結(jié)果一般在8m左右。

圖1倒截錐形水閘門結(jié)構(gòu)示意圖

2ANSYS分析模型的建立及其邊界條件

2.1模型建立

水閘門所處巷道埋深為500m，水壓力為5.00MPa，原巖應(yīng)力取12.5MPa。斷面形式為半圓拱形，采用錨噴支護(hù)，墻體采用C25混凝土，密度2500kg/m3，抗拉強(qiáng)度1.30MPa，抗壓強(qiáng)度11.88MPa，墻體厚度考慮8.0m。

選用8節(jié)點塊體SOLID65單元，有限無模型總共17353個單元，3549個節(jié)點，幾何模型與單元劃分情況如圖2所示。

圖2水閘門網(wǎng)格劃分

2.2邊界條件

模型底部施加3個方向（x,y,z）自由度約束，側(cè)面施加水平方向約束，但允許模型向下位移，頂部施加原巖應(yīng)力，假定混凝土墻體與巖層之間無滑移現(xiàn)象，界面通過共享節(jié)點實現(xiàn)變形協(xié)調(diào)。

3模型分析

3.1沿巷道軸向變形分析

水閘門軸向變形沿巷道方向，負(fù)號表示位移沿來壓方向，水閘門及周圍墻體與圍巖各點的位移分布如圖3所示。

圖3位移分布圖

分析圖3發(fā)現(xiàn)，當(dāng)關(guān)閉水閘門使其承受水壓時，最大位移出現(xiàn)在水閘門與混凝土墻體搭接位置，方向沿水壓方向，其值為0.475mm，因此應(yīng)對交界部位加強(qiáng)處理，提高強(qiáng)度，防止此處出現(xiàn)破壞。

3.2應(yīng)力與強(qiáng)度分析

水閘門分析模型的等效應(yīng)力分布圖見圖4。

圖4等效應(yīng)力分布圖

根據(jù)圖4，巷道水閘門承壓后，最大等效應(yīng)力位置出現(xiàn)在水閘門與混凝土接合處。此處混凝土雖然沒有開裂，但應(yīng)力較高，應(yīng)采取措施，保證該部位的配筋及混凝土澆注質(zhì)量。

4結(jié)論

計算和分析結(jié)果表明，設(shè)置在埋深500m巷道內(nèi)的水閘門，當(dāng)巷道斷面形狀為半圓拱形，斷面尺寸凈寬3.0m、凈高3.0m，圍