高压防水闸门应用

1、高应力软岩中高压防水闸门施工技术张和，胡志亮（焦作煤业集团有限责任公司，河南焦作454100摘 要介绍了高应力条件下软弱岩层中高压防水闸门碉室围岩控制技术 及施工实践，为类似地质条件下施工防水闸门碉室提供了可借鉴的施工技术手段。关键词高应力软岩；高压防水闸门；施工中图分类号t d745125文献标识码b文章编号100626225（20050120081202construction technique of high pressure w aterproof gate in high stress and soft rock收稿日期2004-07-26作者简介张和（1964-,男，河南巩义人，

2、工程师，现任古汉山矿生产技术科科长。1 工程概况焦作煤业集团古汉山矿-450m生产水平东运输大巷、东疏水大巷、西运输 大巷各布置1座防水闸门，共同组成保护井底和中央泵房的防水系统 。其中，东运输大巷、东疏 水大巷2座防水闸门，因巷道揭露岩性较好，性极差,位置选址困难 时，发现巷道 围岩岩性略有好转，决定在该处建造 防水闸门碉室。该防水闸门碉室位于团相断层与 f6222断层所 组成的地堑构造煤层顶板岩层 内，距两断层水平距 离分别为134m和150m，下距二迭纪山西组二1煤顶板95100m ,埋深 542m 。碉室揭露围岩巷道底板以上为黑灰色块状粉砂岩，层面含炭质及白云母片，节 理发育，中间夹0

3、16710m厚细砂岩以及012013m厚砂质泥岩,岩层倾角2428 ;碉室底板揭露为泥岩,非常松软,遇水易膨胀泥化失去强 度。在距防水闸门后60m处的已掘巷道中,揭露一走向ne ,倾向n，倾角55 ；落差大于4m的断 层，受前后3条大小断层构造影响，防水闸门处围岩产状稍有异常，节理、裂隙 发育程度较高，垂直及构造应力大。防水闸门后方已掘巷道，矿压显现剧烈，围岩 变形量大，变形速度快，表现为底鼓，两帮收敛，曾试用多种支护型式进行支护， 效果皆不甚理想，传统的锚喷支护结合小孔径锚索补强控制不了围岩变形，经数次返修，最后采用网壳支护结合围岩注浆加固措施才使得巷道围岩趋于稳 定。2 工程设计,51,。

4、闸门碉室338m，双楔形体结构，其中主体长918m，内外护石宣长各 12m，护石宣现浇碎壁厚500mm ,主体 楔形体段最大掘进宽度10195m，最大掘进高 度9136m ,最大掘进断面89128m 2,总掘进体积126412m 3,浇注碎体积 72615m 3,其中主体迎水侧为钢筋混凝土结构，其余为混凝土结构，碎等级c30,碉室安全系数215。计划 工期4个月。3 工程实践311 施工技术关键及方案确定该防水闸门碉室处于高应力软弱岩层中，毛碉开挖断面大，施工的关键环节是 碉室的围岩控制及合理的工序安排。为增加碉室开挖后围岩的稳定性，决定对碉 室围岩采取预注浆加固措施，采用锚喷结合小孔径锚索补

5、强作为毛碉室临时支 护。312 工序安排施工顺序如下：掘导碉一导碉内深孔注浆加 固碉室围岩一开挖里护借一里 护储浇注碎一开挖外 护储一外护储浇注碎一开挖主体一稳装水闸门一主体浇 注碎。313 施工过程第1阶段：导碉掘进及碉室围岩注浆加固。高应力膨胀软岩具有大变形量、 难支护，且具18第10卷第1期(总第62期2005年 2 月 煤 矿 开 采 c oal mining t echnology v o1110n o 11(series n o 162february2005有蠕变特性，为增强碉室开挖后围岩稳定性，减少变形量及控顶难度，必须增 加碉室围岩强度。导碉仍按原大巷设计规格掘进，即半圆拱形

6、断面，净宽415m , 净高3175m，锚喷支护。导碉掘出后，在导碉内布置注浆孔对闸门段围岩进行深 孔注浆加固，设计注浆范围控制至防水闸门碉室毛断面以外2m以上，注浆管孔底落位于毛碉轮廓以外210m处，在导碉内共布置24排、155根注浆管，注浆压力4 5mpa，单液水泥浆，注浆历时20d，共注水泥27175t。注浆孔分布、孔深及孔数 见表1。表1注浆孔分布、孔数与孔深巷道通尺点 孔数/个 孔深/m孔数/个 孔深/m 7021582121584 704821285 7051582121585 707821284 70815831584 7108384 71115831584 713838212

7、7141583158212 716848212 71715851582 7198421第2阶段：,浇注里外护殖碎。,金属全螺 纹等强锚杆，20mm ,长度214m , 树脂端头锚固，锚固力不小于70kn，间排距800mm，锚杆外露150 200mm，以增 加围岩和现浇碎的粘结力，喷射混凝土厚度150mm。里护殖碎浇注时，连同底板 一体浇注，外护借底板暂不开挖浇注，待主体开挖浇注 碎完工后，再开挖浇注，以 避免影响施工进度和底板碎浇注后被损坏，但外护借两帮直墙基础要一同开挖浇 注。里外护殖和主体连接处3m长为钢筋混凝土结构，护储浇注至距主体墙015m 处，避免主体开挖时对护石宣碎造成破坏。第3阶

8、段：碉室主体部分及外护储底板施工。楔形体开挖时，顶帮仍采用锚喷 临时支护，拱基以上采用小孔径锚索补强，锚索直径1512mm ,长度615m，共计打 锚索31根。因断面太大，开挖后3d内临时支护喷砂即出现多处开裂，矿压显现 明显。为保证开挖安全，同时使楔形体保持较好轮 廓，在开挖期间，对楔形体部位 周边围岩进行了局 部壁后化学注浆加固,共布3排计27个注浆孔，孔深314415m , 分别控制两个楔形体顶部和内凸 部位，注入河北邢台同成矿业科技公司生产的化学 浆液（波雷因1950kg，取得了较好效果。楔形体 开挖结束，在对开挖后的毛碉验收 时，发现毛碉底 板大部分为泥岩，遇水膨胀、泥化，极为松软，

9、为保证碉室整体安 全，决定将底板软弱岩层开挖掉，但考虑到楔形体毛断面，已达10313m1994*20062,开挖深度过大，可能导致直墙失稳，决定开挖至设计轮廓线 以下500600mm处不再开挖。主体碎开始浇注，防水闸门铁门稳装、主体硅浇注结束，在主体硅浇 注过程中，钢筋绑扎同时进行主体施工结束后进行了外护石宣底板开挖浇注。第4阶段：碉室碎壁后注浆碎壁后注浆顺序为先两头后中间，注浆管编号 返复注浆，不少于3遍，直至达 到设计压力。在里护储壁后注浆时，发现外护借底板碎底鼓，出现裂缝，后采取打 地锚索、重新注浆加固等补救措施，因漏浆严重，效果不理想，决定将外护借底板 碎开挖掉,重新浇注外护储底板碎,

10、采取了碎内加一体，保持距,以保证,同时可有 效加大。注浆工作全部结，共布注浆管220根，注入水泥95175t，注浆压力均达到 515mpa以上,至此，该防水闸门工程全 部结束。314 注水试压按照焦煤集团公司防水闸门(墙管理办法的要求，进行充水试压，充水水 源采用地面静 压水，水头压差值高于水闸门碉室设计压力，经注水、多阶段低压 稳压，压力达到515mpa，经稳压24h观察,防水闸门碉室基本不漏水，仅外护借端 头外巷道顶板出现轻微滴淋水现象，充水试压工作顺利结束。经集团公司验收， 确认该防水闸门碉室 工程质量合格，可以投入使用4 结论(1高应力地区软岩中施工大型碉室，因碉室投资大，不允许反复返

11、修，控制围 岩变形是关键，施工前必须制定控制围岩变形的有效措施。围岩预注浆加固,提高围岩强度，是一种有效的软岩变形控制措施。(2技术措施严密，施工组织得力，工序安排 合理，保证了防水闸门的顺利施(3由于碉室底板开挖后裸露，且强度遇水弱 化，导致现浇碎和底板岩石粘结不好，存在弱面，壁后注浆时，弱面成为导浆通道，一是不同地(下转11页28总第62期煤矿 开采2005年第1期出，倾向平移正断层在a 2a 切面方向上表现出逆 断层的视觉假象。所以, 在断层观测中，不能仅仅凭断层两盘的上下滑动简单地确定为正断层或逆断层，而要细心观察断层面及断层两盘派生地质现象，并观测断层有无发生平移活动0图2 断层平移

12、引起的断层效应113 层滑构造易产生断层效应煤系地层中如果煤层及其顶底板岩性特征差距过大，在构造活动中，常常会造成层间滑动，形成层滑构造”。淮南矿区 潘谢井田内1122滑构造特别发育一如顶板单断 层，/ x z/ 、 / jrwjjc-/xz /1 r $/ l/jf 1/ tl，fjr , jjfz j jr卜/jr jr 、jr jr/ / v图3层f ,上盘煤层变薄，下盘煤层增厚。如果依据断层两盘煤层的升降很 难判断f的性质，从顶板侧看象正断层，从底板侧看象逆断 层。这时，只有通过 确定断层的力学性质才能作出准确判断。图3层滑引起的断层效应114 倾向断层有时也会产生断层效应图4反映的是

13、最常见的倾向正断层，对此类断 层的性质一般不会作出错误的判 断，但是在某些特 定的方向也会产生视觉错误。比如，从-560m水平切面图上看 会产生平移断层的断层效应；从b 2b剖面来看，甚至会出现逆断层的视觉假象。图4特定方向倾向断层引起的断层效应2 结束语(1理论上来说，断层面的上侧是上盘，下侧是下盘，而依照断层上、下两盘的相对运动可以将断层分为正、逆和平移断 层来确定断层的性 质，(4。在断层观测，注重构造的整体(2实践证明，矿井内断 层的两盘运动多以旋 转运动为主，直线运动次之。断煤交线不可能完全 平行，而 是不规则的变化曲线，同一条断层的落差 也会有很大的变化。因此，在日常构造分 析工作中，必须全面地分析区域范围的地质资料，结合井田范围内的总体构造特 征，而不能凭空想象或主观臆断。(3矿井地质是煤矿不可缺少的眼睛”现代化矿井要想在安全的前提下稳步发展，矿井地质 工作者不仅需要丰富的理论知识，更需要在实践中不断地摸索、总结，增强构造预测的准确性，从而更好地为煤矿的安全生产 服务。责任编辑：邹正立(上接82页点容易用浆，二是软岩遇水膨胀力加上较高的注浆压力可能导致现浇碎崩裂。注浆时，可加注水玻璃，加速浆液凝固速度，增加 注浆次数。(4施工中采用了混凝土搅拌机、自制小胶带 输送机等设备，适应了浇注碎量 大的实际情况，有效地提高和加快了施工质量和施工速度。(5利用地面静压水源作为