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复杂地质条件下防水闸门施工技术分析 杨刚 山西焦煤霍州煤电集团吕临能化有限公司 摘 要： 以山西省临县的庞庞塔井田为实例, 基于对其水文地质条件的调查与研究, 对防水闸门施工技术的应用进行分析, 以期能够从理论层面为复杂地质条件下防水闸门的施工发展提供支持关键词： 防水闸门; 硐室; 施工; 作者简介：杨刚 (1986—) , 男, 本科, 毕业于中国矿业大学采矿工程专业, 助理工程师, 研究方向为地质防治水收稿日期：2017-05-29Construction Technology Analysis of Waterproof Gate under Complicated Geological ConditionsYang Gang Lyulin Energy Co., Ltd.of Huozhou Coal and Electricity Group; Abstract： Taking the Pangpangta mine as an example, based on the investigation and study of the hydrogeological conditions, this paper analyzes the application of the construction technology of waterproof gate, in order to provide support for the development of theoretical construction under complicated geological conditions of waterproof gate.Keyword： waterproof gate; chamber; construction; Received： 2017-05-291 工程概况1.1 交通条件庞庞塔井田位于山西省临县程家塔—吉家庄—阳泉村一带, 行政区划属临县程家塔乡、木瓜坪乡、阳泉乡管辖, 井田周边尚无铁路穿越, 公路为目前主要运输通道。

煤矿整体地质构造简单, 水文地质条件总体上为中等, 开采煤层充水条件基本明确1.2 地质情况本井田地处吕梁山脉中段西部的中低山丘陵区, 为典型的梁峁状黄土丘陵地貌, 地形切割剧烈, 沟谷多呈“V”字型植被稀少, 存在严重的水土流失问题矿井具有十分复杂的地质水文条件就整体而言, 井田为单斜构造, 断层较发育, 但落差多小于 10 m, 含煤地层产状总体平缓, 北东部局部地层倾角较大, 不受岩浆岩的影响, 构造对采区的合理划分无影响, 对采煤工作面的连续推进影响小, 根据《煤矿地质工作规定》中地质构造复杂程度划分依据, 构造复杂程度划分为简单类型1.3 水文条件概况该井田位于柳林岩溶水系统 (泉域) 北部径流区柳林泉域大体呈近南北及东西向展布除泉域中部发育有离石向斜和王家会背斜外, 总体地层为向西倾伏的单斜构造纳且泉域内地层出露齐全2 硐室施工2.1 位置选择在选择防水闸门位置时, 应优先考虑具有稳定、坚硬以及完整岩性的致密岩层, 尽可能避免一些特殊地段, 例如岩溶、断层、节理以及裂隙发育地段与此同时, 在硐室前后 20 m 不允许出现变向, 应对防水闸门的封闭与管理的便利问题进行综合考虑。

根据煤矿地质资料与超前探测资料, 不难发现部分巷道层位趋于稳定, 大多为厚度 7.2 m 的 (C 2t L7) 灰岩, 据此可以对防水闸门硐室位置进行合理选择2.2 防水闸门硐室设计计算表明, 防水闸门硐室的承水压力设计值为 6.0 MPa, 硐室高度设计为 12 m, 具体如图 1 所示图 1 防水闸门硐室示意图 下载原图在硐室开挖中, 采用的施工方法为密集浅孔、小药量光面爆破台阶法硐室内采用双层复合支护形式, 外层采用锚网喷、锚索支护的方法, 并对树脂锚杆加以运用, 喷射混凝土强度为 C20, 选择规格 100mm×100 mm 的 Φ6 钢筋网与Φ17.8 mm×6 500 mm 的锚索, 并按照 2 000 mm×2 000 mm 的间距进行排列, 内层支护以混凝土为主, 并选用 C30 强度等级[1]在混凝土施工中, 为了实现质量控制, 将增强防水剂掺入到闸门墙体与来水侧硐室混凝土中, 在施工前还需要检测混凝土原材料质量, 并对配合比进行合理设计在施工中, 应采取跟踪取样的方法来保障混凝土强度, 这一点对于一些关键部位尤为重要, 是保障混凝土强度的重要措施在混凝土浇筑中, 硐室前后巷道浇筑不得中断, 并对相关振捣机械加以运用, 确保混凝土密实性, 特别是要注意门框周边混凝土必须振捣密实, 使混凝土强度与防水性能与实际需求相符合。

2.3 C2t L7-8灰岩加固根据地质、水文检测报告可知, 该工程施工面临的困难较大岩性的破碎性较强在该区域内由于 C2t L7-8灰岩水的疏放并不透彻, 在大巷掘进中会产生较大影响, 并且在矿山应力作用之下, 巷道掘进中底鼓与片帮的可能性较高鉴于此, 在防水闸门硐室施工中, 应采取有效措施对硐室周边巷道进行加固为了实现这一点, 首先就需要加固防水闸门硐室向外 10 m 与迎头段巷道连接处的底板由于 C2t L7-8灰岩底板为防水闸门硐室底部的主要构成部分, 其灰岩裂隙发育程度较高, 因此可以采取注浆加固的方式对防水闸门硐室底板进行处理, 孔深设置为 6 m, 并按照 1.5 m×1.5 m 的间距进行施工并且需对钻机对迎头注浆孔进行施工, 注浆加固的范围为巷道迎头前方 50 m 内的 C2t L7-8灰岩, 沿底板方向向巷底下 30 m 内进行加固;其次, 防水闸门硐室前后岩层产状顺巷角度相对较小, C 2t L7-8灰岩为主要实际揭露层鉴于此, 应采用壁厚注浆的方法对防水闸门硐室及其前后 10 m 的巷道进行处理, 并按照 1.5 m×1.5 m 的形式布置注浆孔在进行注浆施工时, 为了避免跑浆, 应将锯末、海带等材料提前准备好, 在注浆时, 要对注浆孔周边巷道的变化进行细致的观察与分析, 一旦有跑浆、底板鼓起现象出现, 那么就要停止施工作业, 并采取相应的处理措施[2]。

放水与压水试压是注浆前必不可少的操作, 如此才能够对注浆量进行合理确定, 使注浆效果得到保障通常情况下, 需要按照钻孔出水量的一定比例, 对注浆量进行设计, 一般以 1.5 倍为宜采用单液水泥浆作为注浆主要材料, 同时还要控制好注浆终压, 一般不得超过 9 MPa, 稳定时间应在 30 min 以上应采用分次形式实施壁厚注浆, 使深度与终压逐渐满足设计要求2.4 防水闸门设计特征通过技术资料对防水闸门的生产厂家进行确定, 并最终选择湖北某机械煤矿公司进行设计与生产, 防水闸门的最大静水压力的设计值为 7.2 MPa, 而矿井中有一部分水平大巷巷道净断面面积较大, 因此对双开式防水闸门加以应用由图可知, 该防水闸门分为五个部分, 即门扇、门框、拉紧装置、门托以及固定中间柱2.5 混凝土浇筑施工防水闸门硐室设计中包括了里弧圈、楔形体以及外弧圈, 因此总长为 28 m, 里弧圈与外弧圈都为 9 m 长, 选用双排钢筋混凝土对防水闸门硐室进行浇筑, 浇筑厚度的设计值为 800 mm在浇注防水闸门硐室时, 具体流程为里弧圈-外弧圈-楔形体在浇筑过程中, 各段施工都不得中断, 并将浇筑时间控制在 1 d 之内。

在混凝土浇注施工中, 为了保障质量, 需要对相关搅拌与送料机械加以运用在矿井中, 防水闸门的重要作用不言而喻, 必须对其混凝土的配合比进行合理设计, 通常以 2∶3∶6 的比例对水泥、沙子与碎石进行配制, 混凝土应具有 25%的含砂率, 并需要对坍落度进行控制, 最小不得低于 7 cm, 最大不得超过 9 cm[3]在混凝土浇筑过程中, 混凝土可能会自上而下流动, 必须对此情况进行控制, 具体可以对模板加以应用, 起到临时阻隔的作用, 如此才能够使水平接茬面的出现得到避免在混凝土浇筑中, 可能立摸、接钢筋以及管路安装时无法保证连续性, 此时需要将长度 1m 的 Φ16 mm 螺纹钢按照 800 mm 的间距设置在接茬面上, 然后在混凝土面凿出新茬, 并通过高压水对其进行冲洗, 保证其清洁度, 然后安排专人对混凝土进行浇注与振捣在浇筑过程中, 为了保障浇筑效果, 应对杂物进行及时清理2.6 壁后注浆以外弧圈向外 5 m 直至巷道迎头需要按照 1.5 m 的间距进行布置注浆孔, 应以插花式按照 1.5 m 间距对顶帮底板注浆孔进行布置在壁后注浆不得一次性完成, 具体操作可以分为三次, 其中第一次主要为浅孔注浆, 深度通常以 3 m 为宜, 第二次注浆则以 8 m 的孔深进行施工, 第三次则以 15 m 的钻孔深度进行注浆[4]。

在防水闸门硐室浇注过程中, 应提前预埋好注浆管, 并通过 16 号螺纹钢在钢筋网上焊接好必要注浆管, 如此可以使注浆管阻力得到提升, 使注浆过程中注浆管脱落问题得到避免此外, 应对注浆管外露长度应加以严格控制, 通常以 150 mm 为宜, 同时要带有丝扣, 并对高压阀门进行配备顶板眼施工全部采用风动锚杆, 底板与帮眼施工则采用风锤, 并采用孔径为 Φ43 mm 的注浆孔标号 425 的水泥单液浆为注浆主要材料, 终压设计值为 9 MPa, 在注浆过程中, 应对第一次注浆压力进行合理控制, 一般以 2 MPa 为宜, 而第二次注浆则以 4.5 MPa 内为宜, 第三次则需要与设计压力相符合3 结语防水闸门施工中, 通过对混凝土浇筑技术、壁厚注浆、迎头注浆加固施工工艺的应用, 防水闸门的一次注水耐压实验与设计要求相符合, 并且没有裂隙与渗水问题出现在防水闸门中;为了使防水闸门的主体工程具有更强的整体性, 在浇筑里弧圈与外弧圈时, 应对一定距离进行预留, 通常以 1 m 为宜, 并在后续的楔形体浇筑中同步进行;在注浆管预埋的过程中, 设计数量仅为参考, 并且需要适当增加;里弧圈到迎头的断面应大于设计值, 与普通喷浆相比, 其厚度应大于1 倍左右, 同时需要采用壁厚注浆;在防水闸门安装起吊时, 需要使用拉杆, 应在巷道顶部预先锚索, 并在浇筑过程中预留;在防水闸门硐室完成浇筑之后, 壁厚注浆应在混凝土凝固 28 d 后进行;在浇筑过程中, 混凝土配合比试验不可或缺, 应及时清理掉沙子与石子, 使含泥量达到设计标准。

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