浅谈陕县腾泰矿业防水墙的设计与施工

金传满 王振林 马长顺 李洪波

(三门峡煤业有限公司 河南 三门峡 472400)

陕县腾泰矿业有限公司位于三门峡市陕县王家后乡柴洼村西北部，井田走向长800m，倾斜宽1400m，矿区面积0.7915平方公里，开采山西组二1煤层，开采深度为+480m～+240m，矿井保有资源储量304.56万吨，可采储量194.88万吨，设计生产能力15万t/年。根据2011年瓦斯等级鉴定结果，该矿井属瓦斯矿井，煤层不易自燃但煤尘具有爆炸性。

矿井水文地质类型属中等，正常涌水量为10m3/h，最大涌水量为20m3/h。矿井配备有3台排水泵，型号D46-50X5，排水能力为46m3/h，能满足矿井排水需求。安全“六大系统”中除紧急避险系统正在设计中外，其他五大系统基本建立并投入使用。主采石炭二叠纪山西组煤层，井田内老窑开采历史较长、不仅采空区范围不清，而且由于煤层埋藏浅，开采塌陷裂隙构成大气降水入渗的主要通道。根据瞬变电磁结果，老孔区存在积水现象。矿井采掘工程平面图如下所示：

矿井采掘工程平面图

1 防水墙砌筑的必要性

陕县腾泰矿业有限公司（以下简称“腾泰矿业”）与陕县金义矿业有限公司（以下简称“金义矿业”）东西相邻，由于历史原因，两矿采空区有多处相通。根据河南省资源整合有关政策，金义矿业属于拟关闭矿井。为避免金义矿业积水通过采空区涌入腾泰矿业井田范围内，腾泰矿业决定在与金义矿业老空区相连的巷道内砌筑防水墙，以减少不必要的涌水淹井危险。

2 防水墙的设计

利用净水压力垂直作用在围岩支撑面上的分力与围岩作用墙体上的反作用力的平衡，根据掏槽处墙体或岩体的抗压强度，利用材料力学的方法建立起能满足防水墙稳定、坚固要求的方程式从而导出墙体最小厚度的计算公式，这就是防水墙设计的原理。

防水墙的设计原则是防止金义矿业的积水渗透到陕县腾泰矿业井下，避免淹井事故的发生。根据最大静水压力、来水方向、墙体所处位置和周边围岩的物理力学性质及水文地质条件等情况，计算出墙体厚度取3m，具体构成为：0.5m砖墙+2.0m混凝土+0.5m砖墙。

防水墙平面示意图

3 防水墙的施工

3.1 防水闸墙硐室的支护

3.1.1 支护要求

巷道采用11#工字钢支护，梯形断面。梁口净宽1.8m，下净宽2.8米，巷道净高1.8米，棚距0.5米，帮顶使用背木竹笆背严背实：背木间距0.3米、顶6根，帮6根。撑木7根：棚梁角一帮一根、中线一根、棚腿上角一帮一根，柱腿上0.3米各一根，背木及撑杆直径在0.05米。

巷道平面图

3.1.2 工程质量要求

（1）严格按照从外向内的顺序进行施工。

（2）帮顶打牢背实，空顶必须使用坑木、背木背严打牢，严禁“软关门”，严禁出现空帮漏顶现象。

（3）严格按照支护规格进行施工，不得随意改变。严禁前倾后仰棚、扭斜等现象发生。

（4）巷道方向参照原老巷方向。

（5）棚修好后，防水墙内侧棚必须使用直径0.2米以上坑木打上抬棚。

3.2 防水闸墙施工要求

3.2.1 具体构筑要求

防水闸墙内、外砖墙均厚0.5米，两帮掏槽深度：岩巷0.5米，煤巷1.0米；底板掏槽深度岩巷不低于0.5米，煤巷1.0米；混凝土厚度2.0米，入两帮及底板深度同上，要求混凝土必须振捣实在，与顶板必须严密接触。距离底板1.2米高处压设4寸铸铁管一根，装上阀门以备疏水降压；距离底板1.5米处压设3寸铸铁管，装上压力表及阀门，以便观察防水闸墙内水压力情况。要求铸铁管在防水墙内侧外露0.3米，在防水墙外侧必须满足安装压力表及阀门要求。在浇灌混凝土时，距离底板0.5米及1.0米处，分别放入2根4米长工字钢，每处工字钢必须均匀摆开。防水墙内、外侧必须水泥砂浆粉刷。

3.2.2 工程质量要求

（1）施工用水使用消防水，要求清洁无杂物。

（2）砌筑砂浆比例为 1：2，混凝土标号为 C30，水泥：砂：石子比例为：1：2：2，必须搅拌均匀，随拌随用，当班必须一次使用完，严禁剩余。

（3）砌墙时，必须砂浆饱满，横平竖直，严禁出现瞎缝、重缝及“晒根、陡根”现象。

（4）最外面一道砖墙砌筑时，为便于混凝土浇灌，可每砌筑0.6米，浇灌一次混凝土。要求混凝土必须捣实，严禁一次充填。

（5）外墙粉刷时，两帮及顶与墙接触处必须粉刷0.5米墙裙。要求两次粉成，必须水泥膏收面。底部墙根处，可用碎石混泥土浇灌0.5米宽。

3.3 防水闸墙的施工顺序

3.3.1 用高压水冲洗防水闸墙巷道四周围岩。

3.3.2 为了防止放水管路被杂物堵塞，在距离窝头1米处，施工防水闸墙内侧设置一道钢筋箅子门，以防杂物堵塞放水管路造成墙内积水压力过大，起隔离杂物过水作用。

3.3.3 按照上面防水闸墙的具体要求，在距离箅子门2米处砌筑第一道防水闸墙，再施工外侧第二道防水闸墙混凝土墙体至巷道底板标高后，在两道墙体中间留出的空间之间充填10-30 cm的矸石作为中间墙体部分的骨料，直至两道防水闸墙墙体间充填物接顶。

3.3.4 按照具体设计要求，在距离防水闸墙底板1.2米处压设4寸铸铁管装上阀门排水；距离底板1.5米处压设3寸铸铁管，装上压力表及阀门。

3.4.5 防水闸墙按照要求施工完毕后，由公司组织相关部室进行验收，质量不合格必须重新施工。验收完毕后，签字存档。

4 结论

工程已于2012年5月施工完毕，经有关人员验收，工程质量符合设计要求。防水闸墙的构筑在有效防治了矿井周边老窑老空水害的威胁，减少了腾泰矿业淹井的危险，为今后兼并重组矿井防治水工作积累了一定的经验。

［1］煤矿矿井开采设计手册编写委员会.煤矿矿井开采设计手册：下册[S].煤炭工业出版社，1984.

［2］李文星，等.材料力学[M].电子工业出版社，2011.

［3］何学秋，等.中国煤矿灾害防治理论与技术[M].中国矿业大学出版社，2006.