南翼防水闸门设计说明书

南桐矿业公司2005年煤矿安全改造（国债）项目砚石台煤矿构筑人工矿界工程施工设计说明书00七年七月概述砚石台煤矿于1958年始建，矿井设计生产能力为45吨/年，2005年核定生产能力35万吨/年，实际生产能力30万吨/年，剩余服务年限20年。矿井为平硐+斜井多水平分区式开拓，现正开采-250m水平，矿井深部边界为-500m，还有一个水平未开采。矿井有2层可采煤层，即4#、6#煤层，其平均厚度分别为2.0m、1.4m。4#、6#煤层均采用放炮落煤，实行放炮掘进。概况地理位置砚石台煤矿位于四川盆地东南缘，地处重庆市南93km的万盛区，距区政府3.5公里，距南桐矿业公司所在地清溪桥7km，属万东镇、丛林镇和金桥乡所辖。井田地理坐标：东经106°55'〜106°58'，北纬28°29'〜29°01'，南以寒心湾平硐为界与东林煤矿接壤北以丛林沟河为界与红岩煤矿井田毗邻。南北走向长7.0km，东西宽2〜3km，面积约18km2。煤系及煤层特征砚石台煤矿开采龙潭煤组，龙潭组煤系(P21)为砂质、粉砂质、碳质页岩、土质泥岩、硅质碳岩和碳岩组成，含煤六层，煤系地层均厚98m。砚石台煤矿井田范围内可采两层煤，分别为6#(K1)煤层和4#(K3)煤层，均为急倾角煤层，其倾角约35°〜72。之间，平均倾角约65°，构造复杂。6#煤层作为4#煤层的保护层开采，其煤厚在0〜2.5m之间，均厚约1.4m；4#煤层煤厚在0.2〜3.5m之间，均厚约2.0m，局部有厚达8m的厚煤区。其余煤层不可采。矿井开拓及开采砚石台煤矿建于五十年代末，1959年投产，设计生产能力45万t/a,2005年核定生产能力35万t/a。井筒位于孝子河东岸，平硐口地层为嘉陵江四组。采用平硐加斜井、水平集中运输大巷、采区阶段石门、两翼对列式开拓。水平运输大巷布置于长兴组石灰岩中，用采区石门开拓布置各采区，现有+320m、+210m、±0m、-250m四个水平，+320m水平于1975年3月结束，+210m水平于1985年9月结束，土0m水平于1998年2月结束。现开采-250m水平，分为四个阶段，布置有四个采区，主采南翼四采区。四采区-185m水平（第三阶段）6#煤层刚进入回采，4#煤层正在回采-125m水平（第二阶段）。各水平按采区前进式，区内后退式开采，采区以石门为界双翼布置。采煤方法以俯伪斜柔性掩护支架采煤为主，辅以俯伪斜分段密集采煤法进行回采。柔性掩护支架及单体液压支柱控顶，放炮落煤，自然垮落法管理顶板。矿井水文地质矿井水文条件复杂，井田范围出露的含水层多为碳酸盐岩，隔水层多为泥岩、灰质泥岩。含水层主要有阳新统石灰岩和长兴组石灰岩。其中阳新统石灰岩（P1y）岩溶、裂隙含水层总厚326.13m，因地层倒转而反覆于龙潭组地层之上，成为煤层顶板主要充水含水层（阳新灰岩底界距离K1煤层平均2.95m）。阳新石灰岩广布于矿井中部和东侧，出露面积2.52km2，最高标高为720m，最低标高为390m，一般标高为600m左右。因地形上呈一长槽形汇水区，其补给面积达4.48km2,大于该层出露面积。砚石台与东林两矿相邻关系相邻区域地质构造及水文地质情况砚石台煤矿南翼四采区与东林煤矿北翼采区毗邻，从各水平开采情况看，该区域在+230m水平以上，由于东林井田发育区褶皱较多，多数以NE方向斜贯入砚矿井田，这些褶皱经开采证实，其导水性极弱，几乎不导水。该水平发现的少数断层，也仅仅是切断煤层的小断层，未对煤层顶底板造成大的破坏。在+210m水平以下，矿井构造趋于简单，尚未发现纵贯两矿的构造发育。F11断层虽纵贯两矿并切割两井田煤系地层，为强导水断层，但其切煤柱高在+480m以上，而人工矿井标高在+320m以下，故不存在两矿井F11断层导通问题。2、 井巷关系砚石台煤矿与东林煤矿无巷道连通，但采空区因垮落已经连通。砚石台煤矿与东林煤矿两矿矿井边界经南桐矿业公司协调，作了多次调整，砚矿井田边界逐次向东林井田延伸。砚矿+210m水平向东林煤矿延伸的南四区，现已采完为采空区，其上部为老三井采空区；±0m水平向东林延伸的南四区，同样为采空区，其上部为东林煤矿采空区；-250m水平南延伸的六采区，目前正在布置，其上部为东林煤矿生产采区，但留有60m的倾斜煤柱。两矿在接界采区，虽留有矿井隔离煤柱。但因种种原因遭破坏，现最窄处25m，不能起到隔水作用。-60m标高以下两矿隔离煤柱完整。因而，-60m标高以上东林煤矿采空区与砚石台煤矿采空区完全连通，两矿隔离煤柱完全不存在。构筑人工矿界的必要性砚石台煤矿和东林煤矿在-60m标高以上采空区完全导通，两矿隔离煤柱几乎不存在。为了两矿的安全生产，防止两矿因水害事故相互威胁，延缓东林煤矿穿水时大量涌水进入砚石台煤矿的时间，保证水仓、泵房不被淹，能及时撤人，根据《煤矿安全规程》，两矿之间必须砌筑防水设施。为此，选择在-250m和±0m水平南翼运输大巷各砌筑一道牢固的防水闸门，形成人工矿界。利用防水闸门来有效隔离东林煤矿与砚石台煤矿，当其中一矿遭遇水灾时不至于影响到对方矿井，从而保证邻矿及本矿的安全生产。技术方案由于砚石台煤矿和东林煤矿的采空区导通，而采空区区域太大，在采空区内构筑矿界的难度极大，因而只能在砚石台煤矿主要运输大巷将其阻断。目前矿井±0m水平和-250m水平都正在使用，因此，在-250m水平南翼运输大巷砌筑一道防水闸门，防水闸门采用倒截锥形钢筋混凝土浇注；而在土0m水平南翼砌筑一道拦水闸门，将水流挡入二区轨道下山排至-250m水平，拦水闸门采用矩形钢筋混凝土浇注。方案设计1.设计依据及参数的选定（1）设计依据1）国家发展改委办公厅《关于2005年煤矿安全改造项目计划的通知》（发改办能源[2005]1903号文）《南桐矿业公司2005年煤矿安全改造项目可行性研究报告》;《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)；《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)；《水文地质规范》；《煤矿安全规程》。(2)参数选定1)-250m水平防水闸门桐室所处位置为长兴组灰岩，普氏系数户6〜8；设计水压:2.5Mpa；防水闸门迎水端巷道为三心拱断面，净宽4.0m,净高：3.833m,墙高2.5m，拱壁厚0.30m；轨距：600mm；涌水量80t/min；放水方式：桐室两侧下部各安设一趟d400mm放水管；采用强度等级为C25的混凝土。根据2003版《采矿工程设计手册》防水闸门桐室(倒截锥形)计算公式：L=L+Li0L=[ln(YYYp)-ln(f)]/0.3986TOC\o"1-5"\h\z0fd tS=((yyyyP+f)S/f0fdsdCC CC-(nB+2B+4h)+"(兀B+2B+4h)2—4(4+兀)(2Bh+0.25兀B2—2S)E— 3i 3 3 2—2(4+兀)式中:L一闸门墙体长度,m；L一闸门墙体应力衰减段计算长度,m；iL一闸门墙体应力回升段长度，取1.6m；00—结构的重要性系数，取1.1；f—作用的分项系数，取1.3；d—结构系数，取1.5；Sd—作用不定性系数，取1.6；P一防水闸门硐室设计承受的水压,2.5N/mm2；ft—混凝土轴心抗拉强度设计值，1.3N/mm2(C25)；f一素混凝土的轴心抗压强度设计值，12.5X0.95e11.88N/mm2；B一防水闸门墙体前、后巷道净宽,4.0m；S一闸门墙体前、后巷道净面积，14.09m2；S2—闸门硐室最大掘进断面积，m2；E一闸门墙体嵌入围岩的深度，m；h一闸门墙体前、后巷道墙高，2.5m；3l一闸门平直段，取0.5m。代入式中计算：L=[(yyyp)-ln(f)]/0.39860fd t=[ln(1.1X1.3X1.5X2.5)—In(1.3)]/0.3986=3.555mS=((yyyyP+f)S/f0fdsdCC CC二(1.1X1.3X1.5X1.6X2.5+11.88)X14.09/11.88=24.27m2E=-(兀.4+2x牛+4x2.5)+((兀x4+2x4+4x2.5)2—4(4+兀)(2x4x2.5+0.25兀x42—2x24.39)

2(4+兀)=0.477m根据以上计算：L=L|+L°=3.555+1.6=5.155m，取5.2m。闸门平直段l=0.5m，闸门全长5.7m。E=0.474m；取E=0.8m；根据以上计算，选择标称压力为3.2Mpa助膜薄壳型防水闸门，闸门门孔：宽X高二1.7mX2.32m；1)±0m水平拦水闸门桐室所处位置为长兴组灰岩，普氏系数户6〜8；设计水压：1.5Mpa；拦水闸门迎水端巷道为三心拱断面，净宽4.0m，净高：3.836m，墙高2.503m，拱壁厚0.30m；轨距：600mm；涌水量40t/min；放水方式：桐室顶板侧下部安设一趟d400mm放水管；采用强度等级为C20的混凝土。刻槽深度：0.3m；拦水闸门净孔：宽X高二2.0mX2.3m；拦水闸门：采用自制平板型拦水闸门刻槽设计在矿界位置，选择完整岩性段进行刻槽。刻槽规格：1） -250m水平防水闸门在待建防水闸门的两端分别按倒截锥形（见施工图）向巷道四周刻槽，刻槽深度为0.8m,长度为防水闸门长度。2） ±0m水平拦水闸门在待建防水闸门的地点垂直向巷道四周刻槽0.3m,长度为防水闸门长度。钢筋混凝土设计本设计中的-250m水平防水闸门采用C25混凝土现浇，±0m水平拦水闸门采用C20混凝土现浇。现浇混凝土之前必须找清巷道四周的悬矸，彻底清扫干净道渣和巷道帮壁的矸石，并用水把巷道帮壁冲洗干净。防水闸门前后方5m巷道，必须用同等标号的混凝土砌碹，碹后应注浆填实。防水闸门与前后巷道应连续浇注，以保证其紧密结合，严防漏水。并且支护段的巷底板铺设混凝土地面，地面不得高于其附近的巷道的底板。闸门墙体中架设钢筋网，详见施工设计。注浆设计防水闸门及前后端支护巷道砌筑完毕后，应进行壁后注浆，±0m拦水闸门最终压力为2.25MPa（闸门墙体压力的1.5倍）；-2