奥陶系突水高压水闸墙设计与施工的若干问题

奥陶系突水高压水闸墙设计与施工的若干问题——徐州三河尖煤矿21102工作面突水综合防治

隋旺华资源与地球科学学院

水文地质部分专题二主要内容1、矿井水文地质工程地质条件

2、国内外现状及研究内容

3、前期抢险救灾工作

4、治理方案的确定5、水闸墙设计6、水闸墙施工组织

7、工程应用效果1、矿井水文地质工程地质条件

1.1地质条件：地层——井田内钻孔揭露的地层由老到新为：奥陶系、石炭系、二叠系、侏罗—白垩系、第三系、第四系。三河尖煤矿地层综合柱状图

地质构造——三河尖井田位于滕鱼背斜向西南的延伸部分。经地震测线控制、钻孔穿过及生产揭露的大中型断层有30条，其中孙氏店断层、F1/断层和F24断层为井田边界断层。

三河尖井田构造纲要图

1.2水文地质条件

三河尖煤矿位于半封闭的滕县背斜储水构造水文地质单元的西南侧。根据含水层岩性特征，空隙性质及地下水埋藏条件，可划分为三种类型的含水层组：孔隙潜水-承压含水层组裂隙承压含水层组岩溶裂隙承压含水层组

1.3工程地质条件

主要研究21102工作面本次防治水工程21煤及其顶底板的主要工程地质类型的工程地质性质。

1.421102工作面突水情况21102工作面概况——位于太原组西一、西二采区，该工作面为三河尖煤矿太原组首采工作面。工作面走向长1136m，倾斜长85m，采深为-770.8至-831.2m，煤层倾角16°-20°，煤厚，煤层直接顶板为十二灰，厚度5.2m，老顶为泥岩，厚15m；直接底板为泥岩，厚，老底为细砂岩，厚2.7m。21煤层底板距奥灰45.62m，距离富水的奥灰马家沟组约为200m。21102工作面在回采过程中涌水量一直在2m3/h左右，至突水时工作面回采330m。

21102工作面突水经过——于2002年10月26日8：40发生突水，短时间内最大涌水量达2170m3/h，后逐渐衰减。至今水量稳定在后一直稳定在1020m3/h，水温50.5℃。

涌水量变化曲线图2、国内外外现状状及本本课题题研研究内内容2.1现现状综综述突水的的预测测和防防治——煤煤矿开开采技技术的的一个个重要要组成成部分分水闸墙墙（防防水门门）——矿矿山巷巷道隔隔水构构筑物物突水的的预测测和防防治——煤煤矿开开采技技术的的一个个重要要组成成部分分由于煤煤矿水水害而而给国国家和和人民民带来来的人人身伤伤亡和和经济济损失失极为为惨重重。在在我国国煤矿矿重特特大事事故中中，水水害事事故在在死亡亡人数数上仅仅次于于瓦斯斯事故故，居居第2位；；在发发生次次数上上，也也紧随随瓦斯斯和顶顶板事事故之之后，，居第第3位位。据不完完全统统计，，在过过去的的20多年年里，，有250多个个矿井井被水水淹没没，死死亡1700多多人，，经济济损失失高达达350多多亿元元人民民币。。上世纪纪80年代代中期期是我我国煤煤矿水水害最最为严严重的的时期期，当当时在在开滦滦、肥肥城、、焦作作等矿矿区连连续发发生了了多期期灾难难性突突水淹淹井事事故。。随着着两期期工业业性试试验研研究和和政府府对防防治工工作监监管力力度的的加大大，我我国煤煤矿水水害事事故呈呈现出出逐年年减少少的趋趋势。。突水的的预测测和防防治——煤煤矿开开采技技术的的一个个重要要组成成部分分近年来来，随随着科科学技技术的的进步步，煤煤矿生生产与与建设设过程程中的的装备备、工工艺、、技术术都有有了极极大的的提高高，但但煤矿矿突水水事故故却频频繁发发生。。特别别是2000年年以来来，煤煤矿水水害事事故又又呈现现出上上升的的趋势势。据据不完完全统统计，，从2000年年到目目前为为止，，共发发生重重特大大水害害事故故152起起，死死亡970人，，失踪踪340人人。此外，，矿井井水害害事故故对煤煤矿正正常生生产的的影响响也非非常大大，特特别是是对一一些高高产高高效现现代化化矿井井影响响极大大。这这些矿矿井一一旦发发生水水害事事故，，即使使不淹淹井不不死人人，也也可能能造成成综采采机械械设备备不能能正常常工作作，停停产一一天都都会造造成巨巨大的的经济济损失失。目前我我国水水害压压煤超超过100亿吨吨，随随着开开采条条件的的复杂杂化，，一些些特殊殊矿井井水害害问题题也日日益严严重。。如近近松散散层采采煤的的水砂砂突涌涌问题题、大大型水水体下下采煤煤的安安全开开采上上限问问题、、西部部缺水水地区区的保保水采采煤问问题等等。这这些问问题的的研究究目前前尚不不够深深入，，需要要进行行专门门攻关关。突水的的预测测和防防治——煤煤矿开开采技技术的的一个个重要要组成成部分分显而易易见，，在加加强监监管同同时进进一步步开展展矿井井水害害综合合防治治研究究，有有效遏遏制矿矿井水水害事事故的的发生生，已已成为为保障障矿井井安全全生产产的十十分迫迫切的的需要要，具具有重重大的的社会会意义义和经经济意意义。。关键技技术加强矿矿井水水害防防治基基础理理论研研究研究建建立矿矿井水水害自自动监监测预预报预预警系系统研究开开发矿矿井水水害救救灾快快速反反应指指挥系系统研究高高性能能注浆浆材料料及注注浆工工艺解决特特殊矿矿井水水害问问题突水的的预测测和防防治——实实例与与经验验矿山防防治水水技术术水平平也得得到了了不断断提高高，从从简单单的单单纯排排水发发展到到复杂杂的预预先人人工降降低地地下水水位的的疏干干；从从简单单的堵堵漏发发展到到现代代的注注浆和和构筑筑防渗渗墙技技术，，已使使许多多过去去因水水害而而不能能开发发的矿矿床得得以安安全开开采，，严重重的水水害矿矿山得得以根根治。。突水的预测测和防治——实例与与经验焦作矿区““立足矿矿井，预防防为主，疏疏堵结合，，分类治理理”的防治治水方针，，采取综合合治理的防防治水技术术与措施。。主要技术术措施有：：（1）加强水文文地质预测测、预报坚持月、季季、年的水水情水害预预测、预报报工作，对对矿井生产产地区进行行逐头、逐逐面分析。。及时、准准确的水文文地质预报报工作，一一方面为生生产部署提提供了可行行的地质依依据，避免免了盲目采采掘，另一一方面可减减少突水和和降低突水水强度，保保证安全生生产。（2）坚持有疑疑必探，防防止巷道误误揭断层突突水为防止采掘掘巷道误揭揭落差大于于5m的断层，制制定了有疑疑必探、超超前探水的的具体有疑疑标准。另另外，根据据断层落差差和水压大大小，留设设足够的防防水煤柱；；而巷道必必须穿过断断层时，要要采取加固固措施，降降低矿压对对围岩的破破坏，有效效防止断层层滞后突水水。（3）合理疏堵堵，减少矿矿井涌水量量控放方法有有两种，第第一种是钻钻孔控放，，在适当地地点向灰岩岩含水层打打放水钻孔孔，孔口加加截水阀，，必要时可可以关闭或或控制流量量；第二种种方法是建建控放站，，在适当地地点向灰岩岩含水层掘掘进巷道，，在揭露灰灰岩前建立立防水闸门门，然后沿沿灰岩含水水层开掘巷巷道放水，，利用水闸闸门按采掘掘工程进度度及突水规规律控放，，经生产验验证效果较较好。对已已回采结束束的采区采采用防水闸闸门(墙)封闭是生产产矿井减少少水量的另另一有效途途径。突水的预测测和防治——实例与与经验（4）改革巷道道布设，减减少恶性突突水焦作矿区矿矿井水平大大巷，采区区上下山布布置随开采采水平加深深和对水文文地质条件件的认识程程度经历了了三个阶段段。第一阶阶段将巷道道布置在煤煤层顶板岩岩石中，其其弊端在于于留设保护护煤柱大，，维护困难难，造成煤煤炭回收率率低，第二二阶段将巷巷道设计在在底板岩石石中，其优优点是减少少煤柱损失失，有利疏疏水降压。。随开采深深度增加各各含水层水水压相对升升高，二灰灰、奥灰突突水日趋严严重，掘进进巷道时突突水次数增增多，突水水量增大，，淹井、淹淹采区事故故愈来愈多多。在总结结上述两个个阶段的正正反两方面面经验和教教训，认识识到焦作矿矿区的巷道道布置要决决定于水文文地质条件件复杂程度度，在高水水压(>2.0MPa)地区或八灰灰水疏放效效果不好的的地区，主主要巷道布布置在顶板板岩石中，，不做或少少做底板岩岩巷，待防防排水系统统形成后，，再行控放放。在水文文地质条件件相对简单单，八灰接接受补给不不明显的地地区，将主主要巷道布布置在煤层层底板岩石石中。（5）建立、完完善矿井防防排水系统统建立防水闸闸门(墙)主要是防止止奥灰突水水淹井。由由于奥灰突突水具有水水量大、来来势猛的特特点，且其其涌水量难难准确预计计，若按突突水量布置置排水设施施技术难度度大，经济济上也不合合理。所以以按水文地地质条件复复杂程度，，采取分翼翼、分水平平或分区设设置防水闸闸门(墙)进行隔离防防水，可避避免因一处处突大水而而造成矿井井被淹没的的后果。各各生产矿井井水文地质质条件复杂杂的地区基基本实现了了单独隔离离。（6）推广使用用新技术利用业已成成熟的井下下直流电法法探测技术术、瑞利波波探测技术术和工作面面坑道透视视技术对生生产区进行行探测。查查明生产区区底板岩溶溶含水层富富水情况，，确定生产产过程中发发生突水的的机率，提提出相应的的防治措施施；突水的预测测和防治——实例与与经验义马矿务局局新安煤矿矿于1999年11月5日发发生了突水水量达4257m3/h的特大大型奥灰突突水灾害，，并于当月月7日矿井井被淹。后根据实际际水文地质质条件，采采用了“上上阻，中拦拦，下堵””的立体堵堵水方法，，封堵了突突水信道，，解放被淹淹矿井，堵堵水效果良良好。所谓上阻，，即在突水水巷道和破破碎带进行行固料填充充和注浆，，设置阻水水障碍，增增加对地下下水涌入巷巷道的阻力力；中拦，即在在中间L1-3灰岩岩段通过注注灰砂浆拦拦截下部O2灰岩水的信信道或通过过L1-3灰岩含水水层的间接接涌出；下堵，即在在O2灰岩含水层层或断层破破碎带地段段进行充填填和注浆，，彻底切断断O2灰岩水对突突水点的补补给通道。。突水的预测测和防治——实例与与经验徐州矿区矿矿井水灾比比较严重，，据不完全全统计，自自解放以来来，全区共共发生水灾灾事故66起，严严重影响了了矿井生产产，造成巨巨大经济损损失。从水源看，，水灾类型型主要有：：地表水水水灾、冲积积层水水灾灾、顶板砂砂岩水水灾灾、石灰岩岩岩溶水水水灾、老窑窑老空水水水灾、钻孔孔水水灾、、断层水水水灾、陷落落柱水水灾灾等。地面防水，，井下防水水，探放水水，留设防防水煤柱，，设置水闸闸墙或水闸闸门，矿井井排水及注注浆堵水。。突水的预测测和防治——实例与与经验自1954年以来，郑郑州矿区因因奥灰、寒寒灰突水造造成淹井达达6次，随着矿矿井向深部部的开采，，奥灰-寒武灰岩含含水层突水水的危险性性将越来越越大，是矿矿区防治水水工作的重重点。主要要防治对策策与技术如如下：(1)进一步查清清水文地质质条件，建建立健全地地下水长观观系统。(2)实行分区隔隔离，完善善防排水系系统,正确留设安安全防隔水水煤柱。对对水文地质质条件复杂杂，有突水水危险的区区域，采取取分区隔离离的开采方方案，在适适当的位置置建立相应应的水闸门门，防止突突大水。(3)注浆封堵奥奥灰、寒灰突水点点。(4)预注注浆加固断断层带和底底板薄弱带带。水闸墙（防防水门）——功能矿山巷道隔隔水构筑物物，主要指指水闸墙和和防水门。。水闸墙在在我国名称称不一，目前有有隔水墙、、堵水墙、、水闸墙和和防水墙之之称。其主主要功能有有以下几点点[17]：（1）堵水水巷道掘进中中如果出现现突水，其其涌水量大大于本中段段现有排水水能力或矿矿井总排水水能力，对对矿井安全全已构成威威胁，在这这种情况下下可构筑水水闸墙，以以解除突水水带来的威威胁。（2）控制制放水为进行地下下疏干建水水闸墙；当当向富水地地区掘进巷巷道时，如如果遇到涌涌出的地下下水对矿井井安全构成成威胁，水水闸墙对地地下涌水进进行控制放放干措施，，如果遇到到停电或排排水设备出出现故障，，关闭放水水闸门，以以确保矿井井安全，有有些水闸墙墙虽非为疏疏干而建，，当地下水水位降低，，危险期过过后，放水水闸门打开开，用于疏疏干，或作作他用。（3）节能能巷道掘进中中，如果遇遇到从孤立立通道中涌涌出的地下下水或旧矿矿井水，这这些新增涌涌水量对矿矿井安全虽虽不构成威威胁，但无无疏干的必必要，只能能增加矿井井排水费用用，在这种种情况下，，构筑水闸闸墙只是为为了节能堵堵水。水闸墙（防防水门）——功能（4）加速速排水速度度在恢复淹井井排水过程程中，当突突水中段出出露后，立立即在该中中段突水点点附近构筑筑水闸墙给给予封闭，，其目的在在于减少矿矿井总涌水水量，加快快排水速度度，以求早早日使淹井井恢复生产产。（5）作为为地下水库库井下生产中中所用的清清水，如：：凿岩，喷喷雾、喷浆浆等用水，，可从上部部中段已有有的水闸墙墙中引出水水管降到下下部中段，，供生产用用水。也可可以从专门门建造的水水源隔水墙墙中引出水水管，如果果水质符合合饮用标准准，也可作作矿区生活活用水。水闸墙（防防水门）——位置选选择水闸墙位置置应选择在在巷道围岩岩工程地质质良好的地地段；水闸闸墙位置原原则上应尽尽量靠近涌涌水点，使使水淹区控控制在最小小范围内，，尤其是靠靠近采场或或采孔区地地段。因为为密闭巷道道内水淹区区越长，沟沟通采场或或相邻巷道道的可能性性也愈大。。应注意水闸闸墙和采场场之间的关关系，即：：隔水墙和和内侧的水水淹巷道应应在采场和和采空区岩岩体移动或或采动影响响范围之外外；水闸墙墙外侧不应应该出现和和墙内水淹淹巷道相连连通的泄水水点，岩溶溶矿区尤其其要注意这这个问题；；由于水闸墙墙建成后，，墙体内的的封闭巷道道一般不再再使用，故故水闸墙不不宜建在主主干巷道内内；原则上上应该选择择再巷道断断面较小处处，以减少少工程量。。同时适当当考虑施工工条件水闸墙（防防水门）——实例直墙式水闸闸墙[18]，像砖石墙墙体一样，，与巷道的的四周围岩岩形成密封封整体，一一般不用掏掏槽，可节节省工程量量，为涌水水量大的矿矿井或采区区安全开采采提供有力力保障。该该方法与一一般防水墙墙设计方法法不同的是是:利用材材料力学中中的剪切强强度条件原原理，结合合井下防水水墙的具体体要求，导导出墙体厚厚度计算公公式，利用用公式进行行承载能力力验证和墙墙体厚度计计算。该方方法设计施施工简单易易懂；可以以不掏槽，，节省工程程量，从而而节省工程程费用开支支；施工工工期短，为为抢险堵水水提供可靠靠保障；特特别是顶板板不掏槽，，不破坏顶顶板，提高高了挡水墙墙的安全性性。水闸墙（防防水门）——实例大流量碟阀阀防水闸墙墙[19]解决了涌水水量达到1000m3/h以上时，巷巷道建起的的防水闸门门和防水闸闸墙硐室排排水管排泄泄不及的问问题。通过过在巷道建建碟阀防水水闸墙，改改善了环境境条件，做做到了涌水水1000m3/h不影响生产产，而且防防水闸墙设设计先进、、施工简单单、造价低低、操作安安全可靠，，是一种新新型的安全全隔离设施施，具有较较好的经济济效益和社社会效益。。（肥城）水闸墙（防防水门）——实例大流量碟阀阀防水闸墙墙[19]解决了涌水水量达到1000m3/h以上时，巷巷道建起的的防水闸门门和防水闸闸墙硐室排排水管排泄泄不及的问问题。通过过在巷道建建碟阀防水水闸墙，改改善了环境境条件，做做到了涌水水1000m3/h不影响生产产，而且防防水闸墙设设计先进、、施工简单单、造价低低、操作安安全可靠，，是一种新新型的安全全隔离设施施，具有较较好的经济济效益和社社会效益。。（肥城）水闸墙（防防水门）——实例在工作面两两帮为煤岩岩硬度小、、承压能力力差、裂隙隙发育的情情况下。为为增加墙体体单向抗压压阻力，两两道水闸墙墙均选用““V”形挡水面面楔形墙，，锚杆基座座，两组““井”字形形工字钢骨骨架，跟顶顶、底、两两帮紧合混混凝土浇灌灌全封闭巷巷道，并与与围岩体形形成整体[21]。（徐州）水闸墙（防防水门）——实例王俊臣[20]等对高压防防水闸门硐硐室设计进进行了研究究，得出：：高压防水水闸门硐室室承载水压压，以压、、剪应力为为主；硐室室破坏的机机理是压剪剪应力引起起的拉伸破破坏；水压压并非由几几段锥形体体平均承担担，而是端端部第一段段锥形体承承担75%的水压；；硐室场内内应力呈非非均匀分布布，在迎水水端部为高高应力区，，自端头向向尾部各截截面上的应应力逐渐衰衰减，硐室室达一定长长度，应力力值渐趋于于零；属于于弹性理论论中半无限限平面边界界上受均布布荷载与楔楔体顶部受受集中力叠叠加的应力力解。（焦焦作）2.2研研究内容容、目标及及技术路线线研究内容：在查明矿矿井水文地地质工程地地质条件基基础上，分分析21102工作面突水水的原因，，通过查阅阅和调研国国内外有关关防治水资资料和工程程实践，研研究前期救救灾、治水水方案确定定、水闸墙墙设计、注注浆防渗、、水闸墙施施工组织及及质量保证证等具体方方案，综合合采用先进进技术和经经验，探索索突水综合合防治技术术。具体研究内内容有：（1）矿井水文文地质条件件研究；（2）21煤顶底板工工程地质条条件研究；（3）水闸墙设设计及稳定定性分析；（4）水闸墙施施工组织；；（5）实际施工工验证。研究的总体体目标：三河尖矿矿21102工作面突水水治理工程程的难度之之大、施工工条件之恶恶劣在国内内外采矿界界是罕见的的，本次研研究将为类类似条件下下的水害治治理提供一一个范例。。建立恶劣劣环境下水水害防治的的综合技术术体系，从从水文地质质、工程地地质、采矿矿工程、建建设工程、、安全工程程等学科相相互结合的的角度，研研究水害治治理的方案案、技术措措施并实施施验证。在在水害抢险险、水闸墙墙施工、注注浆防渗等等各个方面面取得新的的认识和经经验。为类类似工程提提供借鉴。。研究的技术术路线：本文采用用传统的地地质分析方方法、工程程经验类比比方法、工工程设计方方法和现代代力学计算算方法相结结合，首先先对对矿区区地质、水水文地质、、工程地质质条件进行行分析勘测测和调研，，采取相关关岩样、煤煤样进行物物理力学性性质实验以以取得岩石石和煤的物物理力学性性质指标，，密切关注注国内外相相同领域的的研究成果果和研究方方向，检索索相关文献献资料，在在此基础上上，采用力力学分析和和工程设计计规范研究究水闸墙的的设计和施施工方案、、防渗注浆浆方案，实实际工程实实施和验证证。3、前期抢险救灾灾工作3.1出水水原因简要分分析21102工作面突水水源分析——突水点水源为为奥陶系灰岩岩岩溶水；21102工作面导水通道的判别——由于回采扰动动影响，破坏坏原底板的整整体性，致使使隐伏的垂直直导水通道沟沟通奥陶系马马家沟灰岩富富含水层。3.2抢抢险救灾工作作三河尖煤矿21102工作面10月26日发生突水，，至今涌水量量保持在1020m3/h，较为稳定，，至2003年4月30日，水位标高高为-833.18m，总出水量4491565m3。突水后矿井井西二下山采采区很快被淹淹没，因及时时扩大矿井排排水能力，把把水位控制在在矿井主水平平-700m以下，没有造造成淹井事故故。水害治理过程程分为：扩、疏疏、导、追、、稳、砌、升升七个阶段。（具体）水闸墙工程完完成以后的工工作——安装引水管至至-700水平。利用水水闸墙管路上上的闸阀及压压力表实施有有控制放水。。恢复并扩大大-860泵房的排水能能力。应急预案（具体）（1）稳水期间2h以上故障的应应急预案；（2）当水闸墙不不能达到预期期效果时的预预案。4、治理方案的确确定21102工作面发生突突水以后，采采取了以强排排水为主的抢抢险措施，避避免了淹井，，如何进一步步治理水害，，对以下治水水方案进行了了研究。方案一：强排排疏水；方案二：砌筑筑水闸墙堵疏疏结合；方案三：地面面打钻注浆堵堵水。水害治理方案案比较5、水闸墙设计5.1水闸闸墙位置的选选择水闸墙位置选选择的原则（1）从整个个矿井安全考考虑，应将21102工工作面突水封封堵在尽量小小的范围，比比如限定在该该工作面两道道以内。（2）水闸墙尽可能能设在坚硬、、稳定、完整整致密的岩层层中。水闸墙有关参参数的确定（1）水压：运输边水闸闸墙的设计水水压取8.32MPa，材料边水闸闸墙设计水压压取8.0MPa。（2）防水安全煤岩岩柱厚度：验算得到84.62m，小于21煤至9煤的最小间距距159.56m，所以21煤与9煤之间的岩层层可以承受住住8.32MPa的压力，21102的承压水不会会从9煤的底板中突突出。水闸墙位置方方案方案一：水闸闸墙位置选择择在21102工作面两道开开口内的全岩岩巷道内方案二：水闸闸墙设在工作作面联络巷以以外60m的运输巷和材材料巷内选择：两方案案相比，方案案二的突出优优点在后续的的补救措施更更灵活，同时时突水封堵在在较小范围，，对整个矿井井更有利。因因此，确定选选择方案二，，。水闸墙位置示示意图5.2水闸闸墙硐室设计计设计依据：根据《煤矿矿矿井井底车场场硐室设计规规范》（MT/T5026-1999），倒截锥形形结构宜用于于承受的水压压为1.6MPa以上的防水闸闸门硐室。本本水闸墙设计计水压8.32MPa，，采用倒截锥锥形结构形式式及计算公式式相对较有依依据。防水闸墙结构构设计：根据据倒截锥形结结构计算公式式的计算结果果是，运输道道水闸墙墙体体结构长度L=9.29m，材料道水闸闸墙墙体长度度L=9.19m。水闸墙主要技技术参数表5.3水闸闸墙稳定性的的数值模拟针对三河尖矿矿21102工作面突水后后砌筑水闸墙墙的工程地质质条件和力学学特征，采用用岩体力学弹弹塑性模型有有限元分析和和低拉力分析析原理相耦合合的方法，借借助计算机以以加载方式模模拟静水压力力条件下水闸闸墙的应力、、应变和变形形规律。此次研究的对象是是水闸墙及其其周边的岩体体，研究范围走走向长度25m，岩层高度为为16m，至上而下分分别为泥岩、、十二灰岩、、细砂岩、十十三灰岩、22煤、泥岩、灰灰岩。采用取一个具有代表性的的垂直剖面（Y-Z），来研究边界约束条件件本次计算将计计算剖面划分分为6个单元组，整整个剖面共包包括11250个节点，3523个有限单元。。原始网格剖分分有限元计算模模型应力应变分析析水闸墙的应力矢量呈现较为明显显的分区性，，煤层上方泥泥岩和12灰岩内应力分分布相对均匀匀；水闸墙周周边应力集中中，特别是头头尾两道墙体体内应力较大大，中间墙体体内部应力较较小，此外在在水闸墙和周周边岩体的交交接处，应力力集中现象比比较明显，为为变形破坏的的薄弱环节；；水闸墙下方方泥岩和灰岩岩局部区域内内应力集中明明显。水闸墙及其周周围岩体应力力矢量图水闸墙及其周周围岩体应变变矢量图水闸墙的应变矢量分布规律与应应力矢量分布布规律总体上上一致。即在在水闸墙体和和周围岩体交交接处应变较较大，但在强强度较大的顶顶板灰岩内应应变值很小，，在强度较小小的顶板泥岩岩内应变分布布范围广，应应变值大。水闸墙周围岩岩体YY应力色谱图水闸墙周围岩岩体YY向应应力，水平方向应力力值整体上分布比比较小，只是是在背水闸墙墙脚踵处，产产生水平应力力集中现象。从ZZ方向的应力色谱图可以看看出，上山方方向垂直应力力都为压应力力，但在水闸闸墙顶部和脚脚踵部与软弱弱夹层相连接接的地方出现现了拉应力，，压应力值通通常小于18MPa。。水闸墙周围岩岩体ZZ应力色谱图水闸墙周围最最大主应力色色谱图水闸墙内大部部分都为压应应力，只是在在凹形迎水面面下方出现拉拉应力，应力力值一般小于于12MPa，水闸墙正上上方岩层也受受到拉应力，，而且分布范范围较广。水闸墙周围岩岩体最小主应应力以压应力力为主，在水水闸墙下方岩岩层和背水巷巷道出现微小小的拉应力区区域。水闸墙周围岩岩体最小主应应力色谱图整个模型区域域内，剪应力分布比较均匀，应应力值在10～20MPa之间，少有大大面积的剪应应力集中现象象，只是在背背水闸墙脚踵踵处，产生剪剪应力集中现现象。水闸墙周围岩岩体最大剪应应力色谱图变形分析从水平位移色谱图，可以以看出，水闸闸墙垂直上方方岩体出现了了向下山方向向的水平位移移，最大值达达到1cm，图中右上角角，岩体产生生向上山方向向的水平位移移，位移值为为2.5mm；迎水第一道道闸墙的移动动趋势是向下下山方向移动动，水平移动动的最大值为为4mm；中间闸墙的的移动趋势是是上部向下山山方向移动，，下部向上山山方向移动，，水平移动的的最大值为-4mm～2.5mm；背水闸墙的的移动趋势是是朝着上山方方向移动，水水平移动的最最大值为-6mm；反映了水闸闸墙左右两侧侧同时受压的的特点。水闸墙周围岩岩体Y位移色谱图从水闸墙周围围岩体垂直方向位移移图，可以看出出，以水闸墙墙凹形迎水面面为中心，向向左右两侧，，垂直位移值值增大，其中中凹形迎水面面垂直下沉值值最小，为4mm，水闸墙背水水段垂直下沉沉值较大，为为3cm左右，水闸墙墙下方岩体受受影响较小，，下沉值趋于于零。水闸墙周围Z位移色谱图由本节数值模模拟结果可以以知道，水闸闸墙竣工以后后升压以后，，在8.32MPa静水压力下，，能够保证整整体稳定性和和正常使用，，但是在迎水水凹面下方墙墙角会出现一一定范围的拉拉应力区，是是相对薄弱的的环节需要在在施工中加强强该部位的强强度，在背水水面水闸墙下下方也会出现现较小范围的的拉应力区，，也应注意补补强。6、水闸墙施工组组织6.1概述述由于于水水闸闸墙墙施施工工区区域域巷巷道道环环境境温温度度高高、、湿湿度度大大，，地地下下水水通通过过21102运输输道道导导入入-835运输输石石门门，，故故此此工工程程不不仅仅是是座座钢钢筋筋混混凝凝土土挡水水墙墙工工程程，还还包包含含施施工工前前（中））的的环境境保保障障工工程程。把水水闸闸墙墙混混凝凝土土工工程程和和其其施施工工环环境境工工程程统统称称为为水闸闸墙墙工工程程。水闸墙工程的划分

环境保障工程

运输道导水工程

物料运输工程

井巷工程

水闸墙体混凝土浇筑工程注浆工程

施工工顺顺序序：环环境境保保障障工工程程运输输道道导导水水工工程程物料料运运输输工工程程井巷巷工工程程水闸闸墙墙混混凝凝土土浇浇筑筑工工程程注浆浆工工程程6.2水水闸闸墙墙施施工工期期间间西西翼翼主主要要生生产产系系统统在水水闸闸墙墙施施工工期期间间，，西西翼翼生生产产系系统统在在-835运输输石石门门挡挡水水(风)墙处处被被划划分分为为西二二运运输输(轨道道)下山山的的稳稳水水区区域域和屯头头系系水水闸闸墙墙施施工工区区域域两个个独独立立的的生生产产系系统统。。西二二运运输输(轨道道)下山山的的稳稳水水区区域域生生产产系系统统主要要目目的的是是抽抽、、排排21102工作作面面的的涌涌水水，，使使水水稳稳定定在在-833m水位位，，确确保保水水闸闸墙墙施施工工。。屯头系水闸墙施工区域生产系统

运输系统

供水系统

通风系统

压风系统

供电系统

6.3环环境境保保障障工工程程的的施施工工组组织织计计划划工程程项项目目：环境境保保障障工工程程的的实实施施将将保保证证施施工工场场所所风风、、水水、、电电、、压压风风、、电电话话畅畅通通，，采采取取有有效效的的措措施施改改造造施施工工地地点点的的施施工工环环境境。。主主要要工工程程有有：：水、、电电、、压压风风、、通通讯讯系系统统的的建建立立；；通风风系系统统的的调调整整和和设设施施安安装装；局部部降降温温措措施施的的实实施施工工程程。。6.4运运输输道道导导水水工工程程施施工工组组织织计计划划本工工程程主主要要是是指指在在-835运输输石石门门和和21102工作作面面运运输输道道架架设设每每节节长长4m的φφ1000铁皮皮导导水水筒筒，，包包扎扎导导水水筒筒隔隔热热材材料料，，构构筑筑21102运输输道道挡挡水水墙墙、、水水闸闸墙墙引引水水管管架架设设等等。运输输道道挡挡水水墙墙6.5物物料料运运输输工工程程施施工工组组织织计计划划为了了便便于于施施工工，，保保证证材材料料及及时时供供给给和和施施工工材材料料的的质质量量，，必必须须在在井井下下建建立立专专用用料料场场、、-835混凝凝土土拌拌料料场场、、拌拌料料站站及及送送料料系系统统。。搅拌拌站站及及料料场场示示意意图图6.6井井巷巷工工程程施施工工组组织织计计划划井巷巷工工程程主主要要为为21102两道道的的修修护护和和水水闸闸墙墙的的扩扩巷巷工工程程，，目目的的是是恢恢复复施施工工空空间间，，将将巷巷道道扩扩至至水水闸闸墙墙设设计计所所要要求求的的尺尺寸寸。。6.7水水闸闸墙墙混混凝凝土土浇浇筑筑工工程程施施工工组组织织计计划划该混混凝凝土土工工程程分分为为21102运输输道道水水闸闸墙墙混混凝凝土土工工程程和和21102材料料道道水水闸闸墙墙混混凝凝土土工工程程，，均均为为大大型型防防渗渗混混凝凝土土工工程程，，混混凝凝土土设设计计强强度度为为C25，按C28施工工。。运运输输道道和和材材料料道道的的水水闸闸墙墙均均长长64m，纵纵向向分分为为三三部部分分：：里里加加固固段段、、主主体体墙墙段段和和外外加加固固段段。。水闸闸墙墙示示意意图图水闸闸墙墙分分段段分分层层剖剖、、断断面面示示意意图图主体体墙墙施施工工顺顺序序剖剖面面示示意意图图6.8水水闸闸墙墙壁壁后后及及围围岩岩注注浆浆工工程程施施工工组组织

“两道”水闸墙工程要求通过注浆对两侧煤体和围岩进行防渗、加固处理。根据水闸墙设计，注浆主要包括：锚杆加固注浆，加固段壁后注浆，里加固段两处帷幕注浆，主体墙的煤体加固注浆和壁后注浆。

注浆浆层层段段地地质质柱柱状状图图6.9施施工工质质量量及及安安全全技技术术措措施施严格格按按照照工工程程设设计计、、施施工工工工艺艺和和技技术术要要求求组组织织施施工工，，加加强强对对工工程程质质量量的的检检查查、、监监督督管管理理和和验验收收，，确确保保工工程程达达到到设设计计要要求求。。7、工程应应用初初步效效果及及结论论7.1工工程应应用初初步效效果三河尖尖矿21102工作面面水闸闸墙施施工有有以下下几个个特点点：施施工温温度高高，湿湿度大大，因因突水水水温温达50.5℃，在在采取取了一一系列列通风风、降降温措措施后后，运运输道道施工工现场场温度度仍在在36℃左右右，轨轨道巷巷施工工现场场温度度34℃左右右；水水闸墙墙承受受的水水压高高达8.32MPa，为国国内罕罕见；；工程程量大大，两两边墙墙混凝凝土浇浇筑量量达1700m3。至2003年5月31日，两两边墙墙的施施工处处均完完成了了通风风环境境，供供电、、供水水、排排水、、压风风、运运输、、输料料等工工程的的建立立工作作，并并且均均完成成水闸闸墙的的扩巷巷工程程，里里加固固段的的混凝凝土浇浇筑工工程。。其中中，材材料道道水闸闸墙已已完成成里加加固段段的围围岩加加固注注浆，，帷幕幕注浆浆，壁壁后注注浆工工程，，正在在实施施主体体墙浇浇筑工工程。。整体体工程程在7月10日结束束。运输道道水闸闸墙正正在实实施里里加固固段的的注浆浆工程程。整整体工工程在在7月20日结束束。工工程完完工后后，将将进行行升压压试验验。（（按实实际情情况））7.2结结论通过本本文的的研究究和工工程实实践，，对三三河尖尖煤矿矿21102工作面面突水水灾害害进行行了及及时的的抢险险救灾灾，采采用综综合技技术措措施，，在运运输道道和材材料道道设计计和施施工了了水闸闸墙，，并采采用水水泥浆浆材、、化学学浆材材对前前后加加固段段、主主体墙墙壁后后进行行了注注浆加加固和和防渗渗帷幕幕。使使用效效果表表明，，该项项工程程有效效地起起到了了防治治水害害的作作用。。该项项工程程的成成功实实施，，为类类似条条件下下的水水害治治理提提供一一个范范例，，工程程难度度之大大、施施工条条件之之恶劣劣在国国内外外采矿矿界是是罕见见的，，在水水害抢抢险、、水闸闸墙施施工、、注浆浆防渗渗等各各个方方面取取得新新的认认识和和经验验。主要成成果（1）建立立高水水温、、高水水压、、高湿湿度等等恶劣劣环境境下，，包括括水害害抢险险、水水闸墙墙施工工、注注浆防防渗等等技术术环节节的水水害综综合防防治技技术体体系，，从水水文地地质学学、工工程地地质学学、采采矿工工程、、矿山山建设设工程程、安安全工工程等等学科科相互互结合合的角角度，，研究究水害害治理理的方方案、、技术术措施施等，，体现现了多多学科科交叉叉对防防治煤煤矿水水害的的独特特作用用和优优势。。主要成成果（2）对三三河尖尖煤矿矿的矿矿井水水文地地质条条件进进行了了重新新研究究，从从区域域水文文地质质条件件、与与21煤开采采有关关的主主要水水文地地质条条件、、突水水灾害害的成成因出出发，，得出出了孙孙氏店店断层层在矿矿区是是导水水断层层的重重要结结论，，改变变了原原地质质报告告中的的三河河尖矿矿水文文地质质条件件排泄泄不畅畅的观观点，，为下下一步步的矿矿井防防治水水工作作指明明了方方向。。主要成成果（3）对21煤顶底底板工工程地地质条条件研研究。。划分分了与与突水水灾害害治理理有关关的21煤及其其顶底底板岩岩石的的主要要工程程地质质类型型，并并采取取岩样样和煤煤样，，做出出岩石石和煤煤的物物理力力学性性质指指标，，为水水闸墙墙的设设计计计算和和施工工提供供了基基础数数据。。主要成成果（4）21102突水后后徐州州矿务务集团团公司司、三三河尖尖矿积积极拟拟定治治水方方案并并组织织实施施，水水害治治理过过程分分为：：扩、、疏、、导、、追、、稳、、砌、、升七七个阶阶段。。采取取综合合技术术措施施成功功地进进行了了抢险险救灾灾，为为水害害治理理创造造了条条件。。主要成成果（5）研究究了在在高水水压、、高水水温复复杂条条件下下，半半煤岩岩巷内内水闸闸墙设设计和和计算算方法法。确确定了了水闸闸墙的的位置置、结结构、、长度度及围围岩注注浆加加固和和防渗渗处理理方法法。采采用数数值分分析技技术对对水闸闸墙的的力学学稳定定性进进行了了验算算，结结果表表明水水闸墙墙的结结构是是合理理的能能够满满足工工程要要求。。主要成成果（6）提出出了在在高温温、高高湿度度、大大工程程量条条件下下，水水闸墙墙施工工的组组织以以及保保证施施工质质量的的控制制方法法。通通过导导水、、通风风降温温改善善施工工环境境、帷帷幕注注浆防防渗、、煤岩岩加固固、壁壁后注注浆防防渗补补强、、提高高施工工速度度等保保证了了工程程进度度和施施工质质量。。主要成果果（7）到目前前为止，，工程进进展顺利利，初步步测试表表明了设设计的科科学性和和合理性性，整个个工程预预计在7月20日结束。。本项研研究将为为类似工工程提供供宝贵的的借鉴经经验。9、静夜四无无邻，荒居居旧业贫。。。12月-2212月-22Friday,December23,202210、雨中黄叶叶树，灯下下白头人。。。21:16:1921:16:1921:1612/23/20229:16:19PM11、以我独沈久久，愧君相见见频。。12月-2221:16:1921:16Dec-2223-Dec-2212、故故人人江江海海别别，，几几度度隔隔山山川川。。。。21:16:1921:16:1921:16Friday,December23,202213、乍见翻翻疑梦，，