井下防水闸门硐室设计及施工

水患是矿山建设和生产中经常遇到的自然灾害。

建造防水闸门硐室,进行水平、采区上下组煤隔离,是预防水患普遍采用的方法。

金牛能源股份有限公司显德汪煤矿与河北煤炭设计研究所合作,根据光弹试验、相似材料模拟试验、平面有限元计算及运用弹性理论设计的施工图,组织施工和试压,进行硐室混凝土内部和门扇、门框应力测试,取得了有关方面的技术资料,并摸索了施工经验。

1矿井概况显德汪煤矿位于邢台煤田西南部,生产能力1.3M t /a 的中型矿井。

开采石炭、二叠系本溪组、太原组、山西组1、2、9等3个主采煤层。

井田为宽缓的向斜构造,地层倾角一般为10°～20°,现开采上组煤,与下组煤之间垂距120m 左右,采用集中石门联络。

下组煤太原群煤系受第四层、第五层石灰岩和奥陶系石灰岩承压水威胁,其历史最高静水位标高＋143.5m 。

为防止下组煤突水影响上组煤开采,确保矿井生产安全,防止下组煤开采工作面突水和周边小窑老空水溃入,造成淹井事故,在下组煤各集中运输巷分别设置防水闸门。

防水闸门峒室处标高位于同一水平,为-194.3m 。

2　硐室施工2.1硐室位置的确定防水闸门硐室应设置在岩性均一、质密、构造简单、稳定的岩层中,同时,还要考虑便于水闸门封闭和管理。

若遇到互层或煤线等须进行专门加固处理。

经研究论证,确定硐室设在6#煤和7#煤之间厚7m的粉砂岩中。

硐室顶部为粉砂岩,下部为砂质泥岩,岩性均一质密。

2.2防水闸门硐室的设计特征根据水文地质资料,防水闸门硐室需要最大承压3.32M Pa 。

设计为单门硐室双级倒锥形,选用单扇加肋扁壳防水闸门。

前后室各长5.0m ,净宽3.4m ,净断面11.34m 2;硐室长度7.0m ,最大掘进高度6.8m ,掘进断面32.8m 2。

前后室和硐室掘进总体积560m 3,浇注混凝土363m 3,混凝土强度等级为C25,用钢筋6.53t 。

2.3硐室开挖与围岩加固主墙体基础施工时,必须先放松动炮,采用预留断面法,放炮后用风镐扩至设计断面,以保证巷道成形质量。

煤矿矿井防水工程的设计与施工矿井防水工程是煤矿安全生产中不可或缺的重要环节，其设计与施工对于保障矿井安全和生产稳定至关重要。

本文将从设计与施工两个方面详细介绍煤矿矿井防水工程。

一、矿井防水工程的设计1. 矿井防水工程设计的目标和原则矿井防水工程设计的目标是确保矿井井下水位稳定，矿井水文地质环境良好，同时提供充足的供水和排水能力。

遵循的原则包括确保矿井防水工程的可靠性、经济性、可持续性和适应性。

2. 矿井防水工程设计的内容（1）地质勘探：对矿区地质、水文地质条件进行详细勘探，了解地层结构、水文地质特征等。

（2）水文地质评价：通过对矿区水文地质条件的评价，确定矿井防水工程的设计参数和方案。

（3）矿井井下水位控制：设计合理的井下水位控制方案，确保矿井井下水位稳定。

（4）供水和排水系统设计：根据矿区的实际情况，设计供水和排水系统，以确保矿井生产和人员生活所需的水源和排水通道。

（5）抗渗处理：对于矿井周围的渗流水源，采取相应的治理措施，减少渗水量。

3. 矿井防水工程设计的方法（1）理论分析方法：通过理论计算和分析，确定矿井防水工程设计的参数和方案。

（2）模型试验方法：通过模型试验，模拟矿井防水工程的实际情况，验证设计参数和方案的可行性。

（3）现场试验方法：在矿井现场进行试验，评估矿井防水工程的设计方案的实际效果。

二、矿井防水工程的施工1. 施工前准备施工前需要进行详细的方案设计，并制定相应的施工计划。

同时，需准备好施工所需的材料和设备，并对现场进行充分的检查和准备。

2. 施工工艺（1）井下净化工艺：对矿井井下的积水和污水进行处理和清理，以保证矿井良好的工作环境。

（2）透水区封堵工艺：通过注浆、防渗墙等工艺，对矿井透水区进行封堵，减少渗水量。

（3）排水工艺：采用井下和井上的排水设备，对矿井的积水进行及时排除，保持矿井的干燥。

（4）供水工艺：设计供水系统，确保矿井生产和人员生活所需的水源充足和供应稳定。

3. 施工管理施工过程中需要进行严格的施工管理，保证施工过程的质量和安全。

防水门必须符合下列要求：
防水门的施工及其质量，必须符合设计要求。

闸门和闸门硐室都不得漏水。

防水门硐室前、后两端，应分别砌筑小于5m的混凝土护碹，碹后用混凝土填实，不得有空帮、空顶。

防水闸门硐室和护碹，都必须采用高标号水泥进行注浆加固，注浆压力应符合设计要求;
防水门必须采用定型设计和持有许可证的厂家制造。

防水门来水一侧15～25m处，应加设一道挡物篦子门。

防水门和篦子门之间，不得停放车辆或堆放杂物。

来水时先关篦子门，后关防水门。

如果采用双向防水门，应在两侧各设一道篦子门;
通过防水门的轨道、电机车架空线等必须灵活易拆，在关闭防水门时，能迅速拆除;通过防水门墙内的各种管路和安设在闸门外侧的闸阀的耐压能力，都必须与防水闸门所设计压力相一致;通过防水门墙内的电缆、管道，必须用堵头和阀门封堵严密，不得漏水;
防水门必须安设观测水压的装置，并有放水管和放水闸门;
防水门竣工后，必须由矿总工程师负责组织有关部门，按照设计要求进行验收;对新掘进巷道同时建筑的防水门，必须进行注水耐压试验，水门内巷道的长度不得大于15m，试验的压力不得低于设计水压，其稳定时间应在24h以上，试压时应有专门安全措施，并由矿总工程师批准。

防水门应能在发生突然涌水时迅速关闭。

防水门应向泵房外面开。

防水门每年进行2次关闭试验，关闭防水门用的工具和零件，必
须指定专门地点存放，并有专人负责保管，不得丢失挪用。

防水门应建立定期检查和维修制度。

检查、维修时，发现问题，及时处理。

国家安全生产监督管理局首页>>专题报道>>煤矿防治水>>煤矿水害防治技术井下防水闸门和水闸墙2004/04/14 09:11防水闸门硐室和水闸墙为井下防水的主要安全设施，凡水患威胁严重的矿井，在井下巷道设计布置中，就应在适当地点预留防水闸门硐室和水闸墙的位置，使矿井形成分翼、分水平或分采区隔离开采。

在水患发生时，能够使矿井分区隔离，缩小灾情影响范围，控制水势危害，确保矿井安全。

一防水闸门的关闭1. 当井下发生突然涌水或出现突水预兆危及矿井安全时，必须立即作好关闭防水闸门准备工作，同时请示矿务局总工程师，批准后方可关闭防水闸门。

正常情况下，由于采区报废或按计划暂停采区生产，要求关闭防水闸门时，须提前写出专题报告（内容包括采区尚余储量、涌水量、充水含水层的静水位、关闭防水闸门原因、今后打算以及关闭防水闸门的安全技术措施），报请矿务局局长批准。

关闭防水闸门时，矿长要深入井下检查准备情况，具体指挥关闭工作。

2. 关闭防水闸门以前，需先作好以下工作：（1）将水害影响地区的人员全部撤退，并在各通道口设岗警戒，防止人员误入封闭区；（2）防水闸门硐室的所有设施（如放水截门、水压表、管子堵头板、活动短轨等）全部准备妥当；（3）防水闸门附近和水沟内杂物清理干净；（4）防水闸门以外的防水避灾路线畅通无阻；（5）检修排水设备，清挖水仓，将水仓内的积水排至最低水位。

（6）防水闸门以里的栅栏门全部关好；（7）防水闸门附近的临时通风局扇和临时直通地面电话安装妥当；（8）意外应变措施进行认真贯彻；以上各项工作都已完成，由矿长发布关门命令。

3. 几个防水闸门或水闸墙需要一次关闭时，其关闭顺序应是先关闭所在位置较抵的，然后关闭所在位置较高的，依次进行。

4. 关闭防水闸门以前，要以书面通知邻近各有关矿井，说明本矿水闸门关闭时间、封闭地区位置、最高静止水位和可能造成的影响；并要求近期内对井下各涌水点水量变化和井上各水文钻孔的水位变化进行定时观测。

防水闸门硐室一、一般规定及要求1）水文地质条件复杂或有突水淹井危险的矿井，必须在井底车场周围及其他需要防突水巷道中，设置防水闸门硐室。

设置防水闸门硐室，必须编制专门设计。

2）防水闸门硐室应设于坚硬、稳定、完整致密的岩层中，并避开岩溶、断层、节理、裂隙发育的破碎地带，不宜设在煤层中。

硐室四周必须留有保护煤、岩柱，严禁受采动影响，硐室应尽量设在小断面和直线巷道中。

3）防水闸门硐室前、后一段巷道，必须用混凝土砌碹，其各段长度一般不得小于5m。

防水闸门硐室及巷道应采用强度等级不低于C25混凝土砌碹。

硐室与巷道进行混凝土砌筑时，应连续浇注并预埋注浆管，砌筑完毕，应对其壁后反复进行注浆，不得少于三次，其最终注浆压力应大于设计水压的1.5倍，以保证围岩抗压强度不低于混凝土抗压强度。

当硐室承受水压值为高、中压时，应在硐室的迎水面、背水面、门框接触传递段及硐室过水巷等属局部受力段配置一定数量钢筋。

4）防水闸门竣工后，应进行注水耐压试验，水闸门内巷道的长度不得大于15m，注水压力应达到防水闸门的设计压力，稳定时间应连续保持24h以上。

其漏水量应小于10m3/24h。

试验全过程的各种数据，必须有详细记录。

5）防水闸门硐室所承受最大水压值，应根据矿井的水文地质资料和巷道的防水条件确定，其泄水方式可根据通过硐室所处巷道的水沟流量确定，可采用水管泄水或水沟泄水，后一种方式多在泄水管不能满足需要时采用，水沟泄水需设置水沟闸门，水沟位置必须与过车的门洞错开布置，不得上下重叠。

6）防水闸门前应设置安装检修防水闸门的起重梁或起重吊环。

7）通过防水闸门的轨道、电机车架空线、带式输送机等必须灵活易拆，在关闭防水闸门时，能迅速拆卸、断开。

通过硐室墙体的压风管、洒水管等应采用适应水压的高压管并在门外侧安设相应的高压闸阀，所有预埋通过硐室的钢管，应采取防止滑动、位移措施，并与设计压力相一致；通过防水闸门墙内的电缆、管线、管道，安装后必须封堵严密，不得漏水。

防水闸门与水闸墙
防水闸门硐室和水闸墙是井下防水的主要安全设施，凡水患威胁严重的矿井，在井下巷道设计布置中，就应在适当地点预留防水闸门硐室和水闸墙的位置，使矿井形成分翼、分水平或分采区隔离开采。

在水患发生时，能够使矿井分区隔离，缩小灾情影响范围，控制水势危害，确保矿井安全。

井下防水闸门和水闸墙的设计、施工、试验、日常维护以及技术管理等方面的工作，必须严格执行《煤矿安全规程》的有关规定。

现将国内部分煤矿在这方面的经验分类汇集如下，可作为矿井水文地质条件比较复杂的矿井在制定作业规程、安全措施和技术管理工作制度时参考。

一、防水闸门和水闸墙设计原则
(1)在矿井水文地质条件复杂地区，进行新矿井巷道布置和生产矿井开拓延伸或采区设计时，必须根据水患威胁情况，考虑设置防水闸门或水闸墙的位置，并须在其附近保留足够的防水煤(岩)柱。

(2)在向设计单位提供防水闸门硐室或水闸墙设计资料时，应提供以下内容：
①最高静止水位；
②涌水量；
③围岩性质；
④所在巷道断面和支护形式。

向设计单位提供防水闸门硐室专用资料时，除上述各项内容外，还必须提供：
①巷道内运输方式；
②要求巷道通过的正常风量；
③巷道管线电缆布置；
④采用水闸门和水沟闸门的规格等。

(3)防水闸门硐室或水闸墙设计，应包括以下内容：
①设计说明书和计算书；
②工程位置和施工图；
③主要附属设施；。

-80m水平防水闸门硐室设计说明书一、原始资料依据地质勘察资料：1、该防水闸门安设位置位于-80m水平石门运输巷内，该处岩性为较为破碎的蚀变闪长岩，普氏系数f=4~6；2、最大静水压为4MPa；3、混凝土强度等级采用C20，其轴心抗压强度设计值f c=9.6MPa,抗拉强度设计值f t=1.1MPa；4、水闸门前后断面不一致，来水方向巷道净断面4.6×3.25m，另一侧巷道净断面3.5×3.1m。

二、设计要求：1、由于闸门硐室所受的水压4MPa＞1.6MPa，根据《采矿设计手册》本防水门结构形式采用倒截锥形结构；2、由防水门受力特点，为保证发生水患时防水门不发生位移和混凝土碹体开裂，应据实际在水闸门门框和混凝土搭接处布置构造钢筋网；3、防水闸门硐室一侧布置安设管线的管路，下部铺设排水管；4、水闸门混凝土墙体砌碹完毕终凝后，须进行壁后注浆。

三、防水闸门硐室密闭厚度确定：（一）设计参数：硐室所受由地质部门提供的最大静水压力P=4MPa；混凝土强度等级采用C20，其强度设计值：轴心抗压强度值fc=9.6N/m ㎡，抗拉强度值ft=1.1N/m ㎡；闸门前、后断面不一致，以闸门前断面（即来水方向断面）确定巷道基本参数：断面为三心拱形，净宽a=4.6m ，防水闸门硐室支撑面与巷道中心线夹角α=20°。

(二)防水闸门硐室密闭厚度计算：由于闸门硐室所受的最大水压4MPa ＞1.6MPa ，根据《采矿设计手册》本防水闸门硐室的结构形式采用倒截锥形，计算如下：1-=P ft rB αsin 2a r =代入数据得：B=4.6me=Btan α=4.6tan20°=1.67m符号注释：B ─ 防水闸门硐室密闭厚度，m;r －密闭墙内半径，m;P －防水闸门硐室设计承受的水压4N/mm 2;f t －混凝土轴心抗拉强度设计值，N/mm 2；a －进水侧巷道的净宽度，m ；α—支撑面与巷道中心线的夹角，取α=20°；e —嵌入岩体厚度，m 。

王村煤矿防水闸门设计说明书陕西陕煤澄合矿业有限公司王村煤矿2013年10月20日审批编制人:地测科:运输区:通风区:生产科：机电科：安监科 :地测副总：总工程师：王村煤矿防水闸门设计说明书0前言王村煤矿水文地质类型经2010年划分为复杂型，根据《煤矿防治水规定》第六十六、六十七条规定：“水文地质条件复杂、极复杂的矿井，应当在井底车场周围设置防水闸门，或者在正常排水系统基础上安装配备排水能力不小于最大涌水量的潜水电泵排水系统。

在矿井有突水危险的采掘区域，应当在其附近设置防水闸门”。

根据公司（局）研究决定，在三下进风巷和三下回风巷各施工一道防水闸门，主要防止三下采区和五采区突水威胁。

1矿井水文地质概况王村煤矿井田范围为黄土广厚覆盖区，水位埋藏较深，地表水不发育。

区内地表水体仅有西部大峪河及东部金水沟溪流，流量受季节性影响及降雨控制，冬春季甚微，两条河流均发源于北部黄龙山区，自北向南流经井田东西部，分别流入黄河和洛河。

金水沟河底最低高程611m，流量甚微，常有断流现象。

大峪河河底最低高程558m，年平均流量为22L/s。

区内地下水受大气降水补给，主要蕴藏在小向斜轴部及金水沟、大峪河谷地。

按含水层性质可分为第四系松散层孔隙水、石炭二叠系砂岩裂隙水、太原组K2灰岩及奥陶系石灰岩岩溶裂隙水三种类型。

其中前者为潜水含水层，后两者多为承压含水层。

隔水层主要为各地层段粉砂岩、泥岩段。

总体上看，第四系松散砂土层含水不富；石炭二叠系地层的富、透水性不强；奥灰岩富、透水性强，但极不均一，形成了本区非均质的统一含水体，水位标高+371m，对矿井开采水平低于+371m的区域有不同程度的影响。

王村煤矿最低开采水平为320m，故当开采水平低于371米时，奥灰水将会有一定的影响。

2工程概况2.1防水闸门安设位置三下进风巷防水闸门位于三下二号联巷口向南160m位置为防水闸门中心位置，围岩岩性为上部为细粒砂岩和粉砂岩，下部为K2灰岩，较坚硬。