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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上煤礦斜井井口永久封閉方案木木木煤礦主斜井井口永久封堵方案 木木木煤礦主斜井井口永久封閉方案 安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院 教育部省部共建煤礦安全高效重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2010年5月木木木煤礦主斜井井口永久封閉方案 木木木煤礦主斜井井口永久封閉方案 1 主斜井位置及水文地質(zhì)資料 主斜井位置 木木木煤礦主斜井，如下圖1為平面布置圖，圖2為主斜井?dāng)嗝鎴D。已結(jié)束其使用功能，現(xiàn)擬永久封閉。特做永久封閉設(shè)計(jì)。 圖1 主斜井平面布置圖 圖2 主斜井?dāng)嗝鎴D 水文地質(zhì)資料 - 1 - 木木木煤礦主斜井井口永久封閉方案 (1) 大氣降水 歷年最大降水量為，最小降水量為，年均降水量為，降水多集中在

2、每年的78月份。煤系被第三系紅色粘土質(zhì)粉砂巖隔水層所覆蓋，地表又為丘陵山坡地帶，逕流條件好，礦井涌水量與大氣降水量變化不大。 (2) 地表水 木木木煤礦位于徂徠山和蒙山二大分水嶺之間，小汶河之南岸，地勢(shì)東高西低，屬山間凹地型，井田東部新生界第三系官莊組礫巖構(gòu)成小汶河三級(jí)階地，俗名木木木，其海拔標(biāo)高為+。小汶河河谷兩岸是第四紀(jì)黃土、砂土構(gòu)成的一級(jí)階地，地勢(shì)較木木木煤礦低凹。 井田東南部有流向西北的季節(jié)性大河，它發(fā)源于蒙山余脈，河床在飲馬泉附近與煤系地層及井田邊界大斷層呈斜交并系，河床流經(jīng)禹村斷層后，沿奧陶紀(jì)石灰?guī)r露頭喀斯特巖溶地帶經(jīng)徂陽(yáng)向南與小汶河匯流，至大汶口與大汶河匯流。大河河床寬約1001

3、50m，洪水自分水嶺攜帶大量太古代花崗片麻巖風(fēng)化殘余物，河床砂礫石層以石英、花崗片麻巖礫石為主，長(zhǎng)石次之，直徑12cm者約占80%，微含泥沙。河床上游經(jīng)過(guò)木木木斷層附近時(shí)，其海拔標(biāo)高為+，下游經(jīng)過(guò)禹村斷層附近時(shí)，其海拔標(biāo)高為，經(jīng)過(guò)奧陶紀(jì)石灰?guī)r露頭喀斯特巖溶地帶附近時(shí)，其海拔標(biāo)高為+137+138m，河床平均坡度為。大河屬季節(jié)性河流，一般旱季干枯，洪水期水頭高度，上游大山東水位標(biāo)高+140m，水面寬度。下游禹村水位標(biāo)高為+，水面寬度，水深，洪水水力坡度，流速/s，流量/s。河水及井田范圍內(nèi)第四紀(jì)古河床所沉積的含水砂礫石層潛水與煤系含水層的水力聯(lián)系不大。 井田東北部有一流向西北的季節(jié)性小河，它發(fā)源

4、于木木木以東，太古代花崗片麻巖露頭區(qū)，下游河床與木木木大斷層呈斜交關(guān)系，至徂徠鎮(zhèn)東與小汶河匯流，河床寬約5070m。無(wú)洪水位記載，據(jù)初步調(diào)查(洪水痕跡法)，80余年來(lái)歷次大水從未漫過(guò)木木木井田及附近村莊地面。主井、副井、東風(fēng)井井口標(biāo)高分別為+、+、+。工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)主要工業(yè)設(shè)施地面標(biāo)高在+145m左右，礦井不受洪水威脅。小河古河床內(nèi)所沉積的含水砂礫石層不整合于第三紀(jì)官莊組礫巖及木木木斷層之上，含水砂層與木木木斷層及煤系含水層之間的關(guān)系尚不清- 2 - 木木木煤礦主斜井井口永久封閉方案 楚。 (3) 含水層及隔水層 木木木煤礦開(kāi)采山西組煤2、3、4及太原組煤6、11、13、15，煤層露頭與第四系砂層

5、、第三系管莊組礫巖層呈角度不整合接觸，礦井以回收原禹村煤礦邊角塊段，殘留煤柱為主。因此，礦井開(kāi)采的直接充水含水層為第四系含水砂礫層、第三系管莊組礫巖、太原組四灰含水層及原禹村煤礦老空積水，間接充水含水層為本溪組徐灰、草灰及奧陶系石灰?guī)r含水層。主要隔水層為第三系紅色砂質(zhì)泥巖、石盒子組雜色粘土巖及煤系內(nèi)各主要含水層之間的煤層、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖?，F(xiàn)將其各主要含水層、隔水層的水文地質(zhì)特征分述如下： ? 第四系砂礫石含水層 屬第四系古河床松散沉積物，井田內(nèi)廣泛分布，面積約2km2，厚度在10m左右，上部為黃色耕植土，下部為含水砂礫層，分別掩蓋在第三系礫巖、含煤地層及奧灰、斷層露頭的上部。含水砂礫層

6、僅分布于沈村和杜村附近，砂粒直徑，礫石直徑，構(gòu)成大汶河的古河床。主要接受大氣降水和地表水的補(bǔ)給，含水豐富。據(jù)抽水試驗(yàn)資料，其滲透性系數(shù)k=/d，影響半徑R=，含水部分厚度在3m左右，暗流流量/h。為一富水性強(qiáng)的孔隙潛水含水層。 ? 第三系官莊組礫巖含水層 礫石礦物成分以寒武系、奧陶系石灰?guī)r為主，底部有少量石炭系砂巖。礫石直徑，呈次棱角狀，鈣質(zhì)和紅色泥質(zhì)膠結(jié)，井田內(nèi)廣泛分布，局部山西組中厚煤層被侵蝕。原禹村煤礦自1975年開(kāi)始，就對(duì)礫巖下壓煤進(jìn)行了回收，在開(kāi)采過(guò)程中一次出水最大流量126m3/h，一般初始流量在60 m3/h左右，3個(gè)月后降至24 m3/h以下，半年后降至612 m3/h。原禹村

7、煤礦閉坑前，礫巖涌水量在66m3/h左右，是礦井充水的主要來(lái)源。 ? 太原組第四層石灰?guī)r含水層 四灰構(gòu)成煤13的直接頂板，四灰頂面上距煤11在1323m左右，底面下距煤15在620m左右。四灰厚度26m，平均3m左右 , 據(jù)抽水試驗(yàn)資料，其滲透性系數(shù)K=/d，影響半徑R=。原禹村煤礦井下鉆孔放水試驗(yàn)表明，在-200m水平，鉆孔孔口壓力為，鉆孔直徑50mm，涌水量穩(wěn)定在42m3/h左右。原禹村煤礦曾在-200m東大巷沿13層煤掘進(jìn)巷道長(zhǎng)度250m，僅出現(xiàn)淋水。原木木木煤礦在回采13層煤東翼工作面時(shí)，揭露四灰，基本無(wú)水。 - 3 - 木木木煤礦主斜井井口永久封閉方案 ? 本溪組徐灰、草灰含水層 徐

8、灰上距太原組煤15在631m左右，平均24m左右，徐灰厚度716m，平均10m。裂隙發(fā)育含水豐富，是新汶煤田內(nèi)許多礦井的突水水源之一。草灰平均上距徐灰在8m左右，平均下距奧灰在7m左右，草灰厚度411m，平均厚度7m。裂隙發(fā)育含水豐富。 ? 隔水層 隔水層自下而上主要有兩層，第一層在上石炭統(tǒng)太原組中，位于煤16和徐灰之間，主要灰色粘土頁(yè)巖組成，厚度416m。第二層在上二疊統(tǒng)石盒子組中，一套灰色鋁土頁(yè)巖、綠色粘土頁(yè)巖互層組成，總厚度3050m，下距煤2在5070m左右。 2、設(shè)計(jì)依據(jù) 根據(jù)煤礦安全規(guī)程第九十四、九十六條的規(guī)定，廢棄的井巷必須進(jìn)行采取封閉措施。具體標(biāo)準(zhǔn)如下： 第九十四條 報(bào)廢的立井

9、應(yīng)填實(shí)，或在井口澆注1個(gè)大于井筒斷面的堅(jiān)實(shí)的鋼筋混凝土蓋板，并應(yīng)設(shè)置柵欄和標(biāo)志。報(bào)廢的斜井應(yīng)填實(shí)或在井口以下斜長(zhǎng)20m處砌筑1座磚、石或混凝土墻，再用泥土填至井口，并加砌封墻。報(bào)廢的平硐，必須從硐口向里用泥土填實(shí)至少20m，再砌封墻。報(bào)廢井口的周?chē)械孛嫠绊憰r(shí)，必須設(shè)置排水溝。封填報(bào)廢的立井、斜井和平硐時(shí)，必須做好隱蔽工程記錄，并填圖歸檔。 第九十六條 報(bào)廢的井巷，必須在井上、下對(duì)照?qǐng)D上標(biāo)明。 其它規(guī)程及相關(guān)文件制定的斜井井巷封閉標(biāo)準(zhǔn)如下： 1、報(bào)廢的井巷和峒室，必須及時(shí)封閉。封閉之前，入口應(yīng)設(shè)明顯標(biāo)志，采取措施，禁止人員入內(nèi)。 2、報(bào)廢的豎井、斜井和平巷的入口，應(yīng)封閉、填實(shí)，并在其周?chē)O(shè)高

10、度不低于的柵欄和挖掘排水溝，防止地表水進(jìn)入地下采區(qū)。 于本礦井徐灰、草灰、奧灰含水層在地面廣泛出露，直接接受大氣降水和第四系潛水的強(qiáng)烈補(bǔ)給，含水層富水性強(qiáng)，動(dòng)水量較大，處在第四紀(jì)沖擊層中，結(jié)合后續(xù)相關(guān)理論計(jì)算，采用擋水墻設(shè)計(jì)。 擋水墻結(jié)構(gòu)型式不外乎楔型、矩型(不掏槽) 和球型3 種，而楔型又分為單錐楔型和多錐楔型2 種。楔型擋水墻比較常用，矩型次之，球型一般很少采用。- 4 - 木木木煤礦主斜井井口永久封閉方案 在實(shí)際生產(chǎn)中，最常用的是單錐楔型擋水墻，因?yàn)樵撔褪綋跛畨υ谒畨鹤饔孟聢?jiān)固可靠，有較大的穩(wěn)定性、與巷道圍巖接觸緊密，當(dāng)靜水壓在2. 5MPa以?xún)?nèi)均可采用該型式。如果靜水壓達(dá)2. 0MPa

11、 以上，同時(shí)楔型擋水墻設(shè)計(jì)厚度大于6m 以上時(shí)，可以采用多錐楔型擋水墻。 3、擋水墻設(shè)計(jì) 擋水墻厚度計(jì)算公式推導(dǎo) 擋水墻的設(shè)計(jì)在擋水墻結(jié)構(gòu)型式確立之后實(shí)際上是其厚度的設(shè)計(jì)。于擋水墻的厚度取決于水的靜壓、墻體材料及圍巖強(qiáng)度和巷道斷面的形狀及大小，現(xiàn)根據(jù)本礦井井筒斷面特征，選以單錐楔型矩型墻半園拱巷道為例，介紹其推導(dǎo)過(guò)程，以利于對(duì)公式特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)以及在不同類(lèi)型巷道使用中的公式變換。(見(jiàn)圖3) Qa/2eb+2e+a/2Pebeaa+2eeBeeQ 圖3 矩形墻半園拱巷道單錐楔形擋水墻示意圖 圖中: B -擋水墻設(shè)計(jì)厚度，m a -巷寬，m b -巷道墻高，m d-擋水墻設(shè)計(jì)斜厚(錐體斜邊長(zhǎng)) ，m

12、e-擋水墻設(shè)計(jì)掏槽深度，m -墻的斜面與水平線(xiàn)夾角，度 按抗壓強(qiáng)度計(jì)算擋水墻厚度 作用在楔型擋水墻上的力在水平方向的平衡條件為: P?Qsin?0 - 5 - 木木木煤礦主斜井井口永久封閉方案 ?(1) 即:Q?P/sin式中:P -作用在單錐楔型水閘墻上的全部水壓力，簡(jiǎn)化成作用在巷道的縱軸上。 于單錐楔型水閘墻支撐在圍巖上，其承受壓力的等式可寫(xiě)成: KQ?R?F(2) 式中:K安全系數(shù) R?混凝土(或圍巖)結(jié)構(gòu)抗壓計(jì)算強(qiáng)度，MPa F 擋水墻支撐在圍巖上的整個(gè)側(cè)面積，m2 (1) 式中: P?PrS?Pra(b?a/8) Pr-靜水壓力， MPa S -擋水墻斷面面積，m2S?a(b?a/8

13、)(2) 式中:F?d?/2a?a?2b?/2?2?e? 式中: d?B/cos?;e?Btg? 將P 和F 代入(1) 和(2) ，得: Qsin?Pra(b?a/8) KQ?R?Q/cos?/2?1?a?2b?/2?2?Btg? KQ?R?/2?1?a?2b?B/cos?R?(?/2?2)tg?B2/cos?(3) 式變換為: Q?Pra(b?a/8)/sin? (4) 式變換為: Q?R?/2?1?a?2b?B/Kcos?R?(?/2?2)tg?B2/Kcos?(6) - (5) 得: B2?/2?1?a?2b?/(?/2?2)tg?B?KPra(b?a/8)/R?(?/2?2)tg2?

14、0解方程得: B?/2?1?a?2b?4KPra(b?a/8)(?/2?2)2(?/2?2)tg?R2?1 ?(?/2?1)a?2b?即(7) 式就是按抗壓強(qiáng)度推導(dǎo)的水閘墻厚度計(jì)算公式。 - 6 - (3) (4) (5) (6) (7) 木木木煤礦主斜井井口永久封閉方案 按抗剪強(qiáng)度計(jì)算擋水墻厚度 靜水壓力作用在楔形墻上，沿巷道筑墻的周邊將產(chǎn)生剪應(yīng)力。單錐楔形擋水墻抗剪強(qiáng)度的等式可寫(xiě)成: KLP?SO (8) 式中: ?混凝土(或圍巖) 抗剪計(jì)算強(qiáng)度，MPa SO楔形擋水墻受剪面積，m2 半圓拱斷面擋水墻受剪面積為: SO?1/2?/2?a?4b?Bc (9) 式中： Bc擋水墻設(shè)計(jì)厚度，m

15、P?PrSoP = PrSo 將P 和SO代入(8) 式，即可求得矩形墻半圓拱楔形擋水墻設(shè)計(jì)厚度: Bc?KLPRa(8b?a)(10) 4?2?a?4b? 按煤礦安全規(guī)程要求，根據(jù)礦井徐灰、草灰、奧灰含水層在地面廣泛出露，直接接受大氣降水和第四系潛水的強(qiáng)烈補(bǔ)給，含水層富水性強(qiáng)，動(dòng)水量較大等特點(diǎn)，水閘墻(水閘門(mén)) 設(shè)在井口以下處，水閘墻處在第四紀(jì)沖擊層中，硬度系數(shù)按f=13 ，設(shè)計(jì)水壓3. 0MPa ，采用砼強(qiáng)度等級(jí)C30，防水閘墻(防水閘門(mén)) 的設(shè)計(jì)計(jì)算如下: 按抗壓強(qiáng)度計(jì)算擋水墻厚度 B?/2?1?a?2b?4KPra(b?a/8)(?/2?2)?1= 22(?/2?2)tg?R?(?/2?1)a?2b?Bc?KLPRa(8b?a)= 4?2?a?4b?按抗剪強(qiáng)度計(jì)算擋水墻厚度 以上各式中按設(shè)計(jì)手冊(cè)及規(guī)程相關(guān)要求參數(shù)如下: ;-20; Mpa;R?- Mpa;?- Mpa 總上，水閘墻