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1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上東瑞煤業(yè)斜井井口永久封閉方案安徽理工大學能源與安全學院 教育部省部共建煤礦安全高效重點實驗室2010年5月專心-專注-專業(yè)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資料1.1 主斜井位置木木木煤礦主斜井（井口坐標為X：3966312.925，Y：20535242.962），如下圖1為平面布置圖，圖2為主斜井斷面圖。已結束其使用功能，現擬永久封閉。特做永久封閉設計。圖1 主斜井平面布置圖圖2 主斜井斷面圖1.2水文地質資料(1) 大氣降水歷年最大降水量為1395.4mm（1964），最小降水量為450.9mm（1968），年均降水量為779.4mm，降水多

2、集中在每年的78月份。煤系被第三系紅色粘土質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，地勢東高西低，屬山間凹地型，井田東部由新生界第三系官莊組礫巖構成小汶河三級階地，俗名木木木，其海拔標高為+184.5m。小汶河河谷兩岸是由第四紀黃土、砂土構成的一級階地，地勢較木木木煤礦低凹。 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，河床流經禹村斷層后，沿奧陶紀石灰?guī)r露頭喀斯特巖溶地帶經徂陽向南與小汶河匯流，至大汶口與大汶河匯流。大

3、河河床寬約100150m，洪水自分水嶺攜帶大量太古代花崗片麻巖風化殘余物，河床砂礫石層以石英、花崗片麻巖礫石為主，長石次之，直徑12cm者約占80%，微含泥沙。河床上游經過木木木斷層附近時，其海拔標高為+148.2m，下游經過禹村斷層附近時，其海拔標高為143.2m，經過奧陶紀石灰?guī)r露頭喀斯特巖溶地帶附近時，其海拔標高為+137+138m，河床平均坡度為0.00294。大河屬季節(jié)性河流，一般旱季干枯，洪水期水頭高度2.1m，上游大山東水位標高+140m，水面寬度220.7m。下游禹村水位標高為+139.1m，水面寬度270.8m，水深1.0m，洪水水力坡度0.0232，流速1.667m/s，流

4、量193.4m3/s。河水及井田范圍內第四紀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系，至徂徠鎮(zhèn)東與小汶河匯流，河床寬約5070m。無洪水位記載，據初步調查(洪水痕跡法)，80余年來歷次大水從未漫過木木木井田及附近村莊地面。主井、副井、東風井井口標高分別為+147.3m、+146.7m、+148.6m。工業(yè)廣場內主要工業(yè)設施地面標高在+145m左右，礦井不受洪水威脅。小河古河床內所沉積的含水砂礫石層不整合于第三紀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

5、水層之間的關系尚不清楚。(3) 含水層及隔水層木木木煤礦開采山西組煤2、3、4及太原組煤6、11、13、15，煤層露頭與第四系砂層、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泥巖、石盒子組雜色粘土巖及煤系內各主要含水層之間的煤層、粉砂巖、砂質泥巖、泥巖?，F將其各主要含水層、隔水層的水文地質特征分述如下：Ø 第四系砂礫石含水層屬第四系古河床松散沉積物，井田內廣泛分布

6、，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。含水砂礫層僅分布于沈村和杜村附近，砂粒直徑0.050.20m，礫石直徑0.51.0m，構成大汶河的古河床。主要接受大氣降水和地表水的補給，含水豐富。據抽水試驗資料，其滲透性系數k=199.05m/d，影響半徑R=680.2m，含水部分厚度在3m左右，暗流流量230.9m3/h。為一富水性強的孔隙潛水含水層。Ø 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0.011.0m，呈次棱角狀，鈣質和紅色泥質膠結，井田內廣泛

7、分布（僅局部地段不連續(xù)），局部山西組中厚煤層（煤2、4）被侵蝕。原禹村煤礦自1975年開始，就對礫巖下壓煤進行了回收，在開采過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個月后降至24 m3/h以下，半年后降至612 m3/h。原禹村煤礦閉坑前，礫巖涌水量在66m3/h左右，是礦井充水的主要來源。Ø 太原組第四層石灰?guī)r含水層四灰構成煤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 , 據抽水試驗資料，其滲透性系數K=0.016m/d，影響半徑R=195.2m。原禹村煤礦井下鉆孔放水試驗表明，在

8、-200m水平，鉆孔孔口壓力為2.3MPa，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層煤掘進巷道長度250m，僅出現淋水。原木木木煤礦在回采13層煤東翼工作面時，揭露四灰，基本無水。Ø 本溪組徐灰、草灰含水層徐灰上距太原組煤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。Ø 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，主要由

9、灰色粘土頁巖組成，厚度416m。第二層在上二疊統(tǒng)石盒子組中，由一套灰色鋁土頁巖、綠色粘土頁巖互層組成，總厚度3050m，下距煤2在5070m左右。2、設計依據根據煤礦安全規(guī)程第九十四、九十六條的規(guī)定，廢棄的井巷必須進行采取封閉措施。具體標準如下：第九十四條報廢的立井應填實，或在井口澆注1個大于井筒斷面的堅實的鋼筋混凝土蓋板，并應設置柵欄和標志。報廢的斜井應填實或在井口以下斜長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。報廢的平硐，必須從硐口向里用泥土填實至少20m，再砌封墻。報廢井口的周圍有地面水影響時，必須設置排水溝。封填報廢的立井、斜井和平硐時，必須做好隱蔽工程記錄，并

10、填圖歸檔。第九十六條報廢的井巷，必須在井上、下對照圖上標明。其它規(guī)程及相關文件制定的斜井井巷封閉標準如下：1、報廢的井巷和峒室，必須及時封閉。封閉之前，入口應設明顯標志，采取措施，禁止人員入內。2、報廢的豎井、斜井和平巷的入口，應封閉、填實，并在其周圍設高度不低于1.5m的柵欄和挖掘排水溝，防止地表水進入地下采區(qū)。由于本礦井徐灰、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烈補給，含水層富水性強，動水量較大，處在第四紀沖擊層中，結合后續(xù)相關理論計算，采用擋水墻設計。擋水墻結構型式不外乎楔型、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

11、用，矩型次之，球型一般很少采用。在實際生產中，最常用的是單錐楔型擋水墻，因為該型式擋水墻在水壓作用下堅固可靠，有較大的穩(wěn)定性、與巷道圍巖接觸緊密，當靜水壓在2. 5MPa以內均可采用該型式。如果靜水壓達2. 0MPa 以上，同時楔型擋水墻設計厚度大于6m 以上時，可以采用多錐楔型擋水墻。3、擋水墻設計3.1擋水墻厚度計算公式推導擋水墻的設計在擋水墻結構型式確立之后實際上是其厚度的設計。由于擋水墻的厚度取決于水的靜壓、墻體材料及圍巖強度和巷道斷面的形狀及大小，現根據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，介紹其推導過程，以利于對公式特點的認識以及在不同類型巷道使用中的公式變換。(見

12、圖3) 圖3 矩形墻半園拱巷道單錐楔形擋水墻示意圖圖中:B -擋水墻設計厚度，ma -巷寬，mb -巷道墻高，md-擋水墻設計斜厚(錐體斜邊長) ，me-擋水墻設計掏槽深度，m-墻的斜面與水平線夾角，度3.2 按抗壓強度計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:即: (1)式中:P -作用在單錐楔型水閘墻上的全部水壓力，簡化成作用在巷道的縱軸上。由于單錐楔型水閘墻支撐在圍巖上，其承受壓力的等式可寫成: (2)式中:K安全系數混凝土(或圍巖)結構抗壓計算強度，MPaF 擋水墻支撐在圍巖上的整個側面積，m2(1) 式中: -靜水壓力， MPaS -擋水墻斷面面積，m2 (2) 式

13、中: 式中: 將P 和F 代入(1) 和(2) ，得: (3) (4)(3) 式變換為: (5)(4) 式變換為: (6)(6) - (5) 得:解方程得: (7)即(7) 式就是按抗壓強度推導的水閘墻厚度計算公式。3.3 按抗剪強度計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生剪應力。單錐楔形擋水墻抗剪強度的等式可寫成: (8)式中:混凝土(或圍巖) 抗剪計算強度，MPa楔形擋水墻受剪面積，m2半圓拱斷面擋水墻受剪面積為: (9)式中：擋水墻設計厚度，mP = PrSo將P 和代入(8) 式，即可求得矩形墻半圓拱楔形擋水墻設計厚度: (10) 按煤礦安全規(guī)程要求，根據礦井徐灰、

14、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烈補給，含水層富水性強，動水量較大等特點，水閘墻(水閘門) 設在井口以下13.5m處，水閘墻處在第四紀沖擊層中，硬度系數按f=13 ，設計水壓3. 0MPa ，采用砼強度等級C30，防水閘墻(防水閘門) 的設計計算如下:（1）按抗壓強度計算擋水墻厚度=2.43m（2）按抗剪強度計算擋水墻厚度=2.08M以上各式中按設計手冊及規(guī)程相關要求參數如下:a-2.5m;b-1.0m-20°-3.0 Mpa;- 17.5 Mpa;K-2.0;-3.5;-3.15 Mpa總上，水閘墻厚度為2.43m，考慮到該位置為井口處，圍巖穩(wěn)定性差，決定采用墻體厚度為3.0m的雙楔形布置，并在該墻體內布置216mm泄水管路兩趟，具體如圖4。圖4 防水閘墻平面布置圖圖54、井筒注漿設計及工藝采用風鉆施工壁后注漿。由于圍巖與井壁之間常有過水通道，如果采用自上而下的施工順序，漿液易沿過水通道向下流失，達不到堵水目的。為此根據井壁漏水的位置采取自下而上進行注漿。為保證井筒封堵后，由于地表水的不斷浸透而出現向井內潰水現象，決定從井口向下100m范圍內進行壁后注漿，注漿孔間排距為1.0m×2.0m。注漿材料是防治水注漿技術的一個重要組成