矿井防水措施：防水煤柱的设置

含水层中的地下水是绝大多数矿井水害的根源，因此，地下水的防治是矿井水害防治的重要内容。为了保证矿井建设和生产的安全，应防止灾害性突水的发生；为了降低煤矿建设工程造价和煤炭生产成本，应尽量减少矿井涌水量；为了改善采、掘作业条件应尽量减少和消除采掘工作面的涌水或淋水。含水层的充水条件和富水性决定着对矿井建设和生产的威胁或影响程度，在充水条件和富水性这两个因素中，充水条件是第一位的，是决定地下水能否进入矿井的先决条件，而富水性则是第二位的，它决定了向矿井充水量大小，因而富水性也是十分重要的因素。

一、留设防水煤柱

隔离煤柱主要在相邻矿井、相邻采掘区、地质被碎带、含水层局部进入采掘破坏范围及与强补给水源相通的导水断层、裂隙、陷落柱以及有强补给水源的地表水体、老空区和未封好的透水钻孔等地方留设，以便隔绝水流，防止水害或水害扩大。因此，当采掘工作面接近隔离煤柱，必须遵照测量人员划定的煤柱边界线停止采掘，保持隔离煤柱的完整，使隔离煤柱真正起到隔水作用。隔水煤柱既可以消除突水危险，又可以减少矿井涌水量，但却要损失部分煤量资源。由于留设防水隔离作用不同，防水隔离煤柱大致可以分以下几种：

（一）井田隔离煤柱　在相邻两个矿井（或井田）之间，所有各煤层都应该留设煤柱，这样，一旦有一个矿井发生水的突出，而邻近矿井不受到影响。另外，矿井开采的年限也不是一样的，一旦有一个矿井结束，不影响相邻年轻矿井的生产。焦作王封矿、李封矿两矿井之间隔离煤柱。（如图7－13所示）

图7－13　相邻矿井开采同一煤层时在矿井分界处留出40米以上的隔离煤柱

（二）煤层防水煤柱　为防止地下水沿断层流入井下，造成出水事故，所以在一些断层的两侧要留设防水煤柱。焦作古汉山矿与九里山矿之间断层隔离煤柱，如图7－14所示的就是矿井境界以断层为分界时，所需留隔离煤柱的例子。

在有多煤层开采的井田内，要按照岩层移动角留设下部煤层的防水煤柱，这样可以保证上部煤层的煤柱不受损坏，如图7－15所示。

图7－14　相邻矿井以断层作为分界线时在断层两侧各留30米以上的隔离煤柱

若两井田以大断层为界，其隔离煤柱与计算的防水煤柱重合时，在正断层上盘的井田自最上一层煤开始留设防水煤柱；若计算的防水煤柱大于井田设计煤柱，则以防水煤柱为准；若小于井田设计煤柱，以井田煤柱为准。正断层下盘井田煤柱可以少留，但断层两侧留设的煤柱之和，不得小于矿界煤柱尺寸。

图7－15　断层防水煤柱示意图

（三）与被淹井巷间的隔离煤柱井

井下有时有局部积水或被淹井巷，积水很多，不适宜放干时，也要留设煤柱，使矿井生产地区与被淹地区隔开。如图7－16所示。

（四）防止潜水及流沙等流入巷道而留设的煤柱

井下采掘工作面，有时离冲积层或地表很近，而冲积层内有潜水及流沙。在这个情况下，采掘工作面与冲积层应该保持一定的距离，因此也须留设一定的煤柱。如图7－17所示。

（五）其它防水煤柱　在煤矿生产中，有些特殊情况也须留设煤柱，如出水量较大的钻孔防水煤柱；石灰岩溶洞陷落柱的防水煤柱等。如图7－18所示。

（六）在被淹井巷上面或下面进行采掘时，应必须先把淹井巷内的积水排除，在积水不以能排除的情况下，应按下述办法处理：

图7－16　生产地区与淹井巷间的隔离煤柱

图7－17　防止潜水及流沙流入巷道而留设的煤柱

1.回采被淹井巷下面的煤层，被淹井巷下面的煤层与上面被淹井巷煤层之间的垂直距离（与层面垂直的距离），不应小于本煤层回采高度的40倍。如图7－18所示。

图7－18　被淹井巷煤层下面的煤层与被淹井巷之间的垂直距离为本煤层厚度的40倍时，可以进行回采

图7－19　“陷落柱”的防水煤柱

2.回采被淹井巷上面的煤层，凡高于被淹井巷水平面且不受被淹井巷内水的影响的，可以回采；低于被淹井巷水平面的部分，与下面被淹井巷煤层的垂直距离，必须等于或大于被淹井巷煤层厚度的40倍，才能进行回采，如图7－20所示。

图7－20　被淹井巷煤层上面的煤层低于被淹井巷水平面的部分，与被淹井巷煤层之间的垂直距离为被淹井巷煤层厚度的40倍时也可以回采

3.在被淹井巷上面或下面的岩层中掘进巷道时，巷道与被淹井巷之间的距离，不得小于巷道掘凿高度的10倍，如图7－21所示。

以上处理的主要原因是，巷道在掘进或工作面回采以后，顶底板岩层会发生裂缝和变形，如果采掘煤层与被淹井巷的垂直距离小于上面所规定的数值，那么裂隙就会与被淹井巷的积水联通，使积水通过裂缝流入采掘地区，造成水灾。

二、矿井水的隔离与堵截

在探查到水源以后，由于条件所限无法放水，或者能放水但不合理，因此需采取隔离水源和堵截水流的防水措施。

图7－21　在被淹井巷上面或下面的岩层的岩层中掘进巷道时，巷道和被淹井巷之间的垂直距离不得小于巷道掘进高度的10倍

（一）隔离水源

隔离水源的措施可分为留设隔离煤柱或岩柱防水和建立人为的隔水帷幕带防水两类方法。

1.隔离煤（岩）柱

为了防止煤层开采时各种水流进入矿井内，在受水威胁的地段留一定宽度或厚度的煤（岩）柱，此段煤（岩）柱称为防水煤（岩）柱。各项防水煤柱如图7－22所示。

图7－22　不同水文地质条件下留设煤柱示意图

a—防止砂层或地表水的煤柱；b—被强含水层掩盖的煤柱；c—与强含水层直接接触的煤柱；d—与强含水层接触，局部为强含水层所掩盖的煤柱；e—接触底部含水层的煤柱；f—巷道接近断层的煤柱；H—距地表垂高；l—煤柱距含水岩层垂直距离；M—防水煤柱；β—塌陷角

一般在下列情况下需要设防水煤（岩）柱：

（1）煤层直接位于地表水体或疏松含水层之下时，如图7－22a所示。

（2）煤层直接与强含水层接触时，如图7－22c所示。

（3）煤层被强含水层或局部强含水层所掩盖，顶板冒落会达到含水层时，如图7－22bd所示。

（4）当煤层通过断层、裂缝与底部承压含水层有联系时，如图7－22e所示。

（5）当煤层接近充水断裂带时，如图7－22。

（6）在被淹井巷上面或下面的煤层或岩层中进行采掘工作时。

（7）相邻矿井开采同一煤层，必须在矿井分界处留防水煤柱。如果矿井是以断层分界时，要在断层两侧留有隔离煤柱。

合理确定煤（岩）柱尺寸的原则是：既能抵抗水的压力，又要尽可能减少煤炭损失。因为防水煤（岩）柱尺寸的大小，受多种因素影响，如水源压力、水量、煤层赋存情况、地质构造、围岩及煤层地质等。所以至今国内外还没有一个完善的计算方法。各矿区常按具体情况和实践经验确定煤（岩）柱尺寸。但有时也可以先按理论或经验计算式求出近似防水煤（岩）柱尺寸，然后再按实际进行修正。下面分四种情况简介防水煤（岩）柱的计算方法：

2.图7－22是属于确定地表水体或疏松含水层之下煤层上部开采界限，此防水煤柱的尺寸取决于裂隙带的高度能否达到地表水体或上覆含水层的底板，即煤柱的尺寸应大于冒落带的最大高度hI（米）与裂隙带最大高度hII（米）之和。

用倾斜分层全部冒落法开采倾斜和缓倾斜的煤层：

（1）对隔离水性不好的坚硬岩层

式中　∑m—煤层累计采高，米。

式中　±8.9—代表计算中的误差值，米。

（2）隔水性较好的中硬岩层

（3）隔水性好的较硬岩层

3.单一煤层，对于巷道前方或侧帮有含水层或充水断裂带时，所需留设的煤柱尺寸，按下式计算：

式中a—煤柱留设宽度，m；

M—巷道的高度；

K—安全系数，一般取2－5；

P—含水层或水体给予侧帮的静水压，MPa；

KY—煤层的平均抗拉强度，MPa；

上式是把防水煤柱视作材料力学中的均质简支梁，略去煤柱自重，承受均布载荷（水压），按其最大弯曲拉应力计算出来的理论公式。

4.煤层顶底有承压含水层，水压可鼓破采掘工作面时，所需的隔水层以及断层带的隔水层的最小安全理论厚度即可按下式计算：

式中　l—巷道宽度，米；

r—顶底板隔水层岩石重度，MN／m3，由试验确定；

Hs—顶底板含水层的实际水压，MPa；

Ky—隔水层的允许抗拉强度，MPa；

当采掘工作面在含水层之上时，隔水层自重（rl）抵消一部分水压力，故上式取“一”号；相反，采掘工作面在含水层之下时取“十”号。

5.煤层赋存情况如图7－22，b、d和多煤层同时开采时，防水煤桂的留设，除各层按上述计算确定外，还要用塌陷角（可根据观测或计算求出）进行验算，以防开采下部煤层时破坏上部煤层留设的防水煤柱。

（二）隔水帷幕带

隔水帷幕带就是将预先制好的浆液通过由井巷向前方所打的具有一定角度的钻孔，压入岩层的裂缝中，浆液在空隙中渗透和扩散，再经凝固硬化后形成的隔水帷幕带，起到隔离水源的目的。由于注浆工艺过程和使用的设备都较简单，效果亦好。因此，目前均认为它是矿井防治水害的有效方法之一。

在下述条件下可采用注浆建立隔水帷幕带：

1.当老空水或被淹井巷的水与强大水源有密切联系，单纯用排除积水不可能或不经济时。

2.当井巷必须穿过含水丰富的含水层或充水断层，不隔离水源就无法掘进时。

3.某些大涌水量的矿，为了减少矿井的涌水量而采用水帷幕带。

为了取得注浆隔水的预期效果，必须首先查明水源的存在情况，以便制定切合实际的注浆隔水方案。包括确定隔水部位，钻孔布置、注浆材料的选择、配比和数量、注浆方法，注浆系统，施工工艺和方法、隔水效果的观测以及安全措施等。

合理选择注浆材料十分重要，它关系到注浆工艺，工期，成本及隔水效果。目前应用的注浆材料多种多样，可分为硅酸盐类化学类以及粘土等惰性材料等。

硅酸盐类浆液有单纯水泥浆与水泥一水玻璃（硅酸钠）浆液两种。由于水泥的来源广，便宜，强度高，所以水泥是应用最多的注浆材料。但水泥浆的初凝时间太长，结石率低，而且在动水条件下易被冲走。水泥—水玻璃混合浆液的初凝时间可以控制在一分钟以内，而且结石率可达百分之百。

化学类浆液材料的种类较多。目前国内用得较多的是丙凝（MG－646）、铬木素、脲醛树脂、MS－10树脂和AF－3甲醛丙酮等。MG－646粘度几乎和水一样，凡是水可以渗透的岩层，它都可以渗入。它的凝胶时间从几秒到几小时，可以准确控制，并且在凝胶前粘度不变。MS－10树脂和AF－3甲醛丙膈成本低，货源广，具有扩散能力强，加固隔水性能好的特点。

粘土类惰性材料目前应用很广。

采用什么浆液，应按注浆隔水的水文地质条件以及施工的条件而定。在基岩裂隙条件下，进行地面预注浆或井筒工作面预注浆时，由于需要的浆液最多且要求浆液有较高的抗

压强度，一般采用水泥浆或水泥—水玻璃混合浆。当进行井筒壁后注浆时，需要浆液量小，而且要求凝胶时间快并能准确地控制，一般可用水泥—水玻璃浆液、铬木素等。在冲积层注浆时：对于粗砂、中砂可采用水泥—水玻璃浆液；对于细砂、粉砂、沙质粘土以及细小裂隙，宜采用可注性好的各种化学类浆液，如MS－10树脂，浆液在温度20℃时，可在弱透水的干燥式饱水地层内进行。若以铵盐或铵酸作催化剂，凝胶时间可控制在数分钟至数小时。AF－3甲醛丙酮能在碱性介质中形成凝胶，催化剂采用氢氧化钠水溶液，调整催

化剂的浓度，凝胶时间可控制在30分钟至数小时。至于溶洞、断层，破碎带和突水事故处理，目前采用的办法是：先注惰性材料，如砂子，炉碴、岩粉砾石，锯末等，以充填过水通道，缩小过水断面，增加浆液流动阻力，减少跑浆；然后再注快凝水泥—水玻璃浆液，或采用强度较高的化学浆液材料。

钻孔布置得是否合理，直接关系到注浆效果。如某矿通风石门掘进时，穿过一条走向方位5°～10°的倾斜的裂缝（裂缝开度为0.15米）而发生了突然涌水，采用了打钻注浆的方法，钻孔布置如图7－23所示。开始时，在靠近混凝土隔墙打l号钻孔注入20米3泥浆，因隔墙支撑不住所注入的泥浆，致使泥浆沿巷道整个工作面流出。后打2号、3号钻孔、孔长均为38米，每孔注入870米3泥浆，泥浆压力为11.9MPa，所用泥浆重率为1239～1280千克／米3的粘土水泥浆。泥浆的动剪应力为197pa，消除涌水，保证了掘进工作正常进行。

图7－23　钻孔注浆法钻孔布置示意图

1－通风石门；2－含水裂缝；3－混凝土断墙；4－1号钻孔；5－2号号钻孔；6－3号钻孔

图7－24　防水闸门示意图

注浆堵水的方法叉可分为动水注浆和静水注浆两种：静水注浆，浆液不易流失，容易控制，但有时为了达到地下水处于静止状态，必须增加许多工程和辅助设施。动水注浆。若地下水流速不大时，有助于浆液流动扩敞，充填空隙，对注浆有利；但如果水流速度过大，则容易冲走浆液，不利于充填固结。因此在动水注浆时，应先灌注惰性材料作为骨料用，根据浆液扩散距离，在浆液中加入适量的促凝剂（水玻璃、氯化钙）。有时为了使浆液流散的面积大一些，而需要减缓凝结，则可在浆液中加缓凝剂（磷酸氢二钠、木质亚硫酸等），能取得较好效果。

（三）矿井突水的堵截

为预防采掘过程中突然涌水而造成波及全矿的淹井事故，通常在巷道穿过有足够强度隔水层的适当地段上，设置防水闸门和防水墙。

1.防水闸门

防水闸门一般是由混凝土墙垛、门框和能开闭的门板组成。门框的尺寸应满足运输的需要，一般宽在0.9～1.0米以上，高为1.8～2.0米。门扇视具体情况可采用单扇门如图7－24所示，或双扇门如图7－25所示。门扇的形状有圆形和矩形两种。门的形式通常是平面形，如图7－26所示，以及单向拱形闸门如图7－27所示。当水压超过2453～2943千帕时，可采用球面形如图7－28所示。无论平面形或球面形的门扇，其与门框的接触面都要做成斜的，而且门与门框之间，均应垫有橡胶或浸过焦油的帆布或铅扳，以保证接触严密不漏水。当水压不超过2943～3924千帕时，用35～65毫米的铜板制成，或在工字饲两面焊以一定厚度的钢板，当压力更大时，可用铸铁或铸钢浇铸而成。水闸门门体的强度必须保证在承受水压时不挠曲，使门扇和门框紧密吻合。墙的四周要楔入岩石，使它不致漏水并能承受较大的水压。

防水闸门应当砌筑在通往水害威胁地区巷道的总汇合处，井底车场和井下水泵房也都应设置防水闸门。水闸门平时是开启的，在需要运输的巷道里，闸门所在位置装设短的活动铁轨，当发生透水时，可迅速将活动铁轨拆除，关闭闸门。

抗压强度可根据现场需要选用。河南常用的自制系列产品，有圆弧板形及膜形扁壳形防水闸门，常用规格如表7－16所示。

图7－25　水闸门

1－混凝土墙垛；2－门扇；3－放水管；4－压力表；5－放气管

图7－26　平板矩形闸门

1－门扇；2－门框；3－门棱；4－拉杆；5－止水橡皮

图7－27　单向拱形闸门

1－　门扇；2－门框；3－门绞；4－拉杆；5－止水垫料

图7－28　球形拱形闸门

1－门扇；2－门框；3－门绞；4－拉杆；5－止水垫料

表7－16　几种钢制井下水闸门设计特征

根据闸门硐室设计建筑闸门硐室时，应正确选择硐室位置，并结合巷道开拓部署进行，掘进到选择硐室位置，并预留前方试压空间后，应首先建门，以免丧失耐压试验条件，耐压检查合格后方可进行后续工程。闸门硐室一般要求设置在围岩中等稳定以上巷道中，若条件限制迫不得已放在软岩（煤）中时，应考虑特殊的加固措施。

门硐尺寸确定后，抗水压力、混凝土设计强度、安全系数便成为硐室设计的主要技术参数。深部水平水压很大，应考虑水平隔离，把门建在深部水平的上限或水位升至某一高度时让其自流排泄，以降低闸门的抗水压要求。

在选择硐室混凝土强度时，应根据巷道围岩性质、施工单位技术素质和井下作业条件等项确定后。巷道围岩条件好，如砂岩、灰岩、岩石硬度系数f＞6时，可采用C25以上高标号混凝土，以减少工程量，节约资金。但在砂质泥岩、泥岩、煤巷中设置水闸门硐室时，可采用C15～C20低标号混凝土，以适应软岩低强度支撑条件。

混凝土强度设计值，一般均采用《混凝土结构设计规范（GBJ10～89）》中规定的混凝土强度，其值如表7－17所示。

表7－17　混凝土强度设计值

防水闸门硐室的泄水方式有水管排水、水沟排水及泄水巷放水3种。3种泄水方式所使用条件各有不同，但较常用的为水管泄水及水沟闸门。其断面计算，如表7－18所示，河南部分水闸门硐室规格设计如表7－19所示。

焦作矿区针对矿井涌水大的特殊需要，水闸门硐室曾作过以下形式的设计，应用效果较好。

表7－18　泄水管及水沟断面计算

表7-19　部份水闸门硐室规格

（1）大水量专用防水闸门硐室：九里山矿开采深度较大，属高瓦斯矿井，涌水量大、水压高、煤层顶底板破碎，使得防水闸门硐室设计布置有许多困难。西流水巷是一条流水通风，行人专用巷道，设计最大流水量127m3／min，抗水压力3.1MPa，为避免水沟闸门关闭不严（甚至关不住）以及关水沟闸门后再关门措施不及的困难，该水闸门硐室采用9根Φ426mm泄水管和一个1.8m×2.2m铸钢水闸门。水闸门于1988年12月竣工投入使用后，流水控制方便，巷道通风条件良好，为焦作矿区大水量专用防水闸门硐室解决因水沟断面大，降低门硐稳定性和抗压强度等问题找到一个较好解决办法，如图7－29所示。

（2）多用途双向防水闸门硐室：中马村矿250m水平流水巷，将二一一、二九、二七、二五、二三等5个下山采区流水集中于二三采区下车场，以卧泵钻孔形式直接排出地面，为防止某一采区突水危及其他采区安全，在流水巷中部设置了一座排水、行人、通风多用途双向防水闸硐室。该硐室设计双向抗水压力1.5MPa，两边均设有水闸门和水沟闸门，硐室可双向承受水压，任一方向采区突水，都可使用，如图7－30所示。

图7－29　九里山矿西流水巷防水闸门硐室

1—水闸门（2200mm×1800mm）；2—封面钢板（δ75mm）；3—门框加固工字钢（I30）；4—水管加固工字钢（I30）；5—泄水管（Φ426mm）；6—闸阀（Z441Y－40I）；7—注浆管（Φ50mm）；8—起重架（I20）；9—行人工作台

图7－30　中马矿－250m流水巷双向防水闸门硐室

1—水闸门（1700mm×2300mm）；2—门框加固工字钢（I24）；3—水沟闸门（700mm×700mm）；4—水沟闸门加固工字钢（I20）；5—注浆管（Φ50mm）；6—门硐加固梁（I10）；7—电缆管（Φ50mm）；8—压风管（Φ100mm）；9—泄水管（Φ200mm）

2.防水闸门的构筑施工与管理

井下防水闸门的构筑，一般均按设计单位提供的设计图施工，最基本的要球是：能密闭隔水，切断水流，并能抵抗设置地点的最大静水压力。

防水闸门在井下属大断面开挖，精心施工确保质量非常重要，施工前应制定专门措施。应先施工来水侧，后施工背水侧，最后施工中间楔形段；采用先扩拱，后刷帮，及时进行临时锚喷支护的方法；门硐部位的刷帮挑顶和挖底，一般不放炮爆破；浇注混凝土时强度必须达到设计要求。门硐四周混凝土应连续浇注，闸门硐室两端的护碹范围应整体浇注，底拱门硐四周靠近门框附近和来水方向的门框周围，应特别加固，增强压力集中带混凝土的抗剪强度，防止门框外围渗水和局部破裂。如新安矿西石门水闸门施工中，闸门位置虽位于砂质泥岩中，但由于精心施工，水闸门建成后试压仅0.5h，压力即升至3.0MPa，做到了一次试压验收成功。

注浆加固：水闸门建成后，为了预防顶帮处渗漏透水，需在防水闸门的围岩里，按一定形式，打一定数量，具有一定深度的注浆钻孔。用注浆泵将配制好的浆液压入围岩的裂隙区、节理及构造带，堵塞裂隙，切断承压水流通道。同时，浆液把围岩构筑物牢固地结成一个理想的、具有一定范围和规模的楔形止水体和构筑物，把水堵在构筑物以里。

试压验收：水闸门建成后，必须按规定进行严格的试压验收。如某矿双门硐水闸门建成后，于1996年10月28日15时到29日13时对水闸门进行5.5MPa压力的耐压试验，结果水闸门硐室及端水端混凝土表面无一处漏水，所有预注浆管无一漏水，预埋注浆管周围混凝土结合部无一处漏水，水闸门硐室承受了5.5MPa的耐压试验，没有异常现象发生，但其巷道围岩及压力管接头却有不同程度的漏水，如图7－31所示。

图7－31水闸门硐室耐压试验曲线

1－压力曲线；2－碹端外巷道围岩及压力管接头漏水量曲线

建成后，水闸门管理也十分重要。突水关门虽然有的十年亦难遇上一次，但水闸门是防患于未然的构筑物，以往有些矿井对水闸门维护、管理严格，多次突水，由于关水闸门及时，避免了淹井和地区事故，如表7－20所示。

但也有些矿井对于防水闸门的设置与管理抓得不紧，重视不够，起不到防患于未然的效果，当矿井突水时，水闸门关闭失效，以致淹井。如表7－21所示。

表6－21中所示淹井事故中，管理不善所致有10次，水闸门破损失效有3次。如1979年11月2日五里源小煤窑因开采断层煤柱发生突水37.5m3／min，殃及冯营矿东部地区。该矿在关闭东大巷水闸门后，漏水量约8m3／min，当漏水减至2m3／min时，压力上升，随压力上升漏水量逐渐增加，当水压增到2.18MPa时，水闸门底鼓破裂，涌水量达204m3／min，致使全井淹没。又如新峰一矿于1985年7月7日8时30分发现＋30m回风巷向外流水，对发生突水已警觉，可一直到23时10分才到西大巷－200m水闸门处清理杂物挡深，通往水仓的水道被堵，无法借助水泵排水减轻水势，最后进入变电所，造成全矿停电。零点50分下令关闸门，因杂物多，一扇关不上，造成淹井。

表7－20　对水闸门维护管理严格的矿井突水时关闭水闸门的情况

续表

表7－21　对水闸门管理不严矿井突水时关闭水闸门的情况

上述关水闸门失误造成的淹井事故，多数是疏于管理造成。根据安全规程有关水闸门构筑物的管理规定应抓好以下几方面工作：

（1）防水闸门来水一侧15～25m处，应加设一道挡物箅子门。防水闸门与箅子门之间，不得停放车辆或堆放杂物。来水时先关箅子门，后关防水闸门。如果用双向防水闸门，应在两侧各设一道箅子门。

（2）闸门附近的轨道、电机车架空线、带式输送机等必须灵活，并易于拆卸。

（3）对水闸门墙体穿过的各种管路及其电缆孔等，均应严加管理。在管路外侧应安装高压阀门，通过墙体的电缆孔应在里侧封堵严密，不得漏水。

（4）不准轻易拆除防水闸门构筑物，闸口部件要保持完整，若有缺件或破损应及时处理。

（5）水闸门以里一段巷道及水沟应经常保持清洁干净，特别是当发现突水时更应抓紧清理，防止杂物进入闸门硐室及水沟内。

（6）防水闸门是井下重要的应急设施，对井下防水闸门的管理应由矿长负责。每年进行二次关闭试验，发现闸体及巷道变形应及时修整，对防水闸门所有工具和零件必须按指定地点存放，并有专人管理。安全检查时应检查水闸门状况，发现问题限期处理。做到管得好，用得上，紧急时能起到防水作用，以确保矿井安全。

3.焦作矿区各矿为地质水文复杂矿区，在建设和生产过程中井下设置防水闸门近百座，在历次矿井突水时既有成功的经验亦有失败的教训，通过总结对水闸门峒室设计、制作、施工、安装、耐压试验、水闸门关闭、开启作了较详细规定现附于后。

（1）防水闸门及防水闸门峒室设计

①凡进行新井、水平开拓或采区设计的，必须根据水文地质情况，考虑设立防水闸门峒室位置，并须在峒室的附近保留足够的防水煤（岩）柱。

②各矿向设计单位提供防水工程（包括防水闸门峒室及水闸墙）设计资料时，应提供以下内容：A.最高静止水位；B.涌水量；C.围岩性质；D.巷道断面；E.运输条件；F.通过风量；G.管线布置；H.防水闸门规格及水沟闸门规格等。

③防水闸门峒室设计应包括以下内容：A.设计说明书和计算书；B.防水闸门峒室与位置；C.峒室内主要设施；D.对施工方法或施工质量的要求；E.注浆防渗；F.耐压试验；G.主要材料表（注明规格）及工程量表。

④凡属采用设计，采用人员（限于设计单位）须根据规定设计内容和必要的计算基础进行检查验算，设计内容缺项必须补齐。采用人必须在图纸上签名，并履行规定审批手续后，方可交付施工。

⑤防水闸门制造设计，应包括以下内容：A.设计说明书及设计计算书（内容包括：技术要求、技术指标、质量检查方法、制造和安装分差、防腐蚀要求等）；B.全套制造图（包括装配图、拉紧装置、全部零件制造图和材料表）。

⑥当防水闸门峒室包括有水沟闸门时，水沟闸门必须与过车门峒错开，大门与小门不得上下重叠布置。

⑦防水闸门峒室迎水端向里25米处，须安设向里开的巷道铁栅栏门和水沟篦子。峒室两端护碹范围内的混凝土底拱应与护碹直墙整体浇注。门峒四周靠近门框附近及迎水面门框周围必须采取加固措施，增强压力集中部位混凝土的抗剪强度，以防止门框周围与混凝土接触部分渗水或造成局部突破。

⑧防水闸门峒室（或水闸墙）位置的选择，应考虑如下因素：

A.防水闸门峒室位置及其防水作用不受井下采动影响；

B.应选于较致密岩（煤）层内；

C.远避断层和岩石破碎地带；

D.从通风、运输、行人、放水安全等方面考虑，要便于灾后恢复生产；

E.尽可能设于单轨运输的小断面巷道内；

F.不受多煤层开采因素影响。

⑨防水闸门的门轴，尽可能采用滚珠轴承。如采用其他门轴时，必须保证开关灵活和在关门时门扇不产生移位而影响门、框密合。

（2）防水闸门的制作

①使用防水闸门的单位，必须提前半年，按照机电修配总厂的要求，提出经过审批的防水闸门制造图纸，向机电修配总厂办理委托制造手续。

②如因材料、工艺、设备能力等原因需要修改防水闸门设计时，须取得原设计单位的同意。

③防水闸门出厂前必须按照设计要求测试方法和标准进行测试；出厂时必须附有测试结果和测试人员签章的检验证书。

④领取防水闸门的单位，要对出厂的防水闸门进行验收，或派有经验的技术人员参加出厂前的测试工作，办理验收手续。领取单位将验收结果、出厂检验证书一起存档备查。(www.xing528.com)

（3）防水闸门的搬运

①防水闸门要尽量做到整体组合搬运。如因条件限制不能整体组合搬运时，在取得矿总工程师的同意后，可以采取防止组合误差措施，拆开分件搬运。无论整体组合搬运或拆开分件搬运，都必须指定专人负责，轻装轻卸，放平放稳，保证不得碰坏任何零部件或造成主件变形。

②在进行井下搬运前，要对井下通过的井巷断面进行检查，门体通过有困难肘，应及早做出相应处理。

③井下运送防水闸门，必须由指定的专责单位和专责人员进行。下井前由运送单位制订保证运送安全、防止构件变形的具体措施，由矿总工程师批准后执行。

（4）防水闸门峒室施工及安装

①防水闸门峒室施工前，矿工程师室（或技术科）必须认真向施工区队作好图纸交底工作，并根据设计要求和具体施工条件制订施工组织措施。施工组织措施经矿总工程师批准以后，由施工区队认真向有关人员进行贯彻。

②防水闸门峒室施工时，须指定专人负责，每班都有技术人员值班，负责安全质量检查，指导施工；班组长要对该组施工部位负责。施工记录，要有每班施工负责人、值班技术人员和班组长签字。于工程完工后，将施工记录及施工图纸一并归档备查。

③浇注混凝土部分的施工顺序，应先里后外，先下后上。有条件时，峒室混凝土主体也可以一次连续施工。为避免施工接茬形成薄弱部位，其接茬处必须远离门峒，门峒上下接茬处距门峒边沿的距离不得小于0.8米。接茬面必须予埋连接钢筋并清洗干净，再接着浇注混凝土。其相邻两次浇注混凝土的间隔时间，不得超过8个小时。

④防水闸门峒室主体混凝浇注以前，矿总工程师要指定专人按照设计对围岩刷帮、挖底和挑顶的具体尺寸及周边岩粉的清洗情况进行检查和验收，符合设计要求时，方可立模，进行混凝土浇筑。如松动围岩没有剔除干净，或尺寸不够，必须责令返工。挑顶、刷帮以后，分别以喷射沙浆暂时维护，防止冒顶片帮。

⑤混凝土标号不得低于设计要求。浇注混凝土以前，矿工程师室（或技术科）要作混凝土配比试验，选择适宜配比。所用水泥必须有出厂检验证书，标号不得以低代高，水泥性能必须稳定。

⑥混凝土搅拌时，必须严格控制水灰比。所用水质必须清洁，不得使用污水，水内不得含有煤、泥和木屑等杂物。混凝土搅拌必须均匀适度。

⑦混凝土入模时，须用插入式震捣棒，边捣固边浇注，达到水灰分离为止。

⑧防水闸门峒室主体混凝土施工时，矿工程师室（或技术科）要作四组混凝土试块：第一组施工前作检查选择材料配比；第二组选在防水闸门下部备查；第三组选在门峒两帮备查；第四组选在门峒顶部备查。第二、三、四组试块要在施工现场混凝土施工时同条件制作。各组试块都要在井下相同条件下进行养护。

⑨每组试块不得少于三块，试块规格及试验数据取值，均应按照国家标准《钢筋混凝土工程施工及验收规范》有关规定执行。

⑩防水闸门安装前，门与框要最后组装校对，有问题要及时进行处理，有条件时，门与框必须组合固定为一体进行安装。

⑪防水闸门必须严格按照设计规定的中腰线进行安装。除中腰线外，还要设置几条便于随时检查的辅线，要十分注意防止浇注混凝土时门框受挤而走动变位，以确保门框四角平正，不得发生绞棱。

⑫主体混凝土浇筑工程完成一星期以后，方可进行注浆。注浆顺序要按预留注浆管的位置先下后上、先两头后中间（两端护碹的碹顶及碹帮必须事先封堵严密，以防注浆时跑浆）。注浆工作要反复进行，最少不得少于三遍。每孔注浆前要以清水予注，注浆后要以清水冲洗管壁。每孔开始注浆浆液不能压入时，要以风钻透孔以后再注，透孔要深入混凝土体外岩层0.2米以上。注浆孔数、耗灰量及注浆时间，都要有专人负责指挥和记录。注浆压力应不低于防水闸门峒室设计工作压力，也不应高于设计工作压力的5%。

⑬防水闸门峒室工程全部完工后，由矿总工程师负责组织验收。不合格部分必须提出补救办法报局主管开拓的总工程师批准后执行。如补救无效，必须返工。

⑭水闸墙的设计及施工要求与防水闸门峒室的设计及施工要求相同，不再另作规定。

（5）防水闸门峒室的耐压试验

①所有防水闸门峒室建成并验收以后，由矿总工程师具体组织耐压试验。耐压试验开始日期距注浆完成日期的间隔时间应不少于15天。

②防水闸门峒室进行耐压试验以前，矿总工程师须组织有关人员编制出耐压试验的进行步骤和安全措施，作好充分准备以后，方可开始试验。

③采用水泵注水试压时，要求水压表的最终显示压力不得低于峒室设计水压，也不要高于峒室设计水压的十分之一；采用峒室以里巷道涌水自灌试压时，在垌室附近围岩、护碹范围以内混凝土砌体及防水闸门本身不呈股流漏水的情况下，试到稳压时为止。无论采用上述哪种试压方式，其连续稳压时间都不得低于48个小时。

④耐压试验工作完成以后，要将试验记录进行系统整理，注明试验责任者、试验日期、试验情况、漏水地点及漏水量、附近巷道及影响地点原涌水量的变化等，写出专题报告报局总工程师审批。如果发现严重漏水或出现其他重要质量问题时，必须制订补救办法，一并报局。

⑤凡过去巳施工的防水闸门峒室，没有做过耐压试验的，各矿要做出统筹安排，限期逐个补试。

⑥新筑水闸墙的试压要求，与防水闸门峒室相同，不再另作规定。

（6）防水闸门及峒室的日常维护和管理

①各矿矿长要指定专责单位，明确专人，按制度规定对本矿的防水闸门和防水闸门垌室进行认真的日常维护和管理。

②各矿在编制矿井灾害预防和处理计划时，要充分考虑遇突水时关闭防水闸门的可能性和关闭防水闸门前后相应的安全措施。

③各矿每季要对每个防水闸门作一次不承压关门试验，检查门的密合程度、峒室围岩变化，附件是否齐全、设施有无损坏及制度执行情况等，发现问题，做出记录，明确责任，提出处理意见。每次检查和试验结果，都必须送交矿总工程师审阅。

④防水闸门及其峒室的报废，必须报请局总工程师批准。

（7）防水闸门的关闭

①当井下发生突然涌水或出现突水象征危及矿井安全时，除须立即作好关闭防水闸门的准备工作外，矿调度室必须立即向局调度室汇报。需要关闭防水闸门时，须得局总工程师的同意。

在正常情况下，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、静止水位、关闭原因、今后工作打算以及关闭防水闸门的安全技术措施等），报局总工程师批准。

关闭防水闸门时，矿长要深入现场具体指挥组织关闭工作。

②关闭防水闸门以前，须先作好以下工作：

A.影响区域的人员全部撤退完毕，并在各主要进入封闭区的通道口设岗警戒，防止人员误入封闭区；

B.防水闸门峒室的所有设施（如放水截门、水压表、管子堵头、能随时拆除的活节短轨等），都已准备妥当；

C.先关好防水闸门以里的栅栏门；

D.防水闸门以外地区的避灾路线都能畅通无阻；

E.防水闸门峒室附近的杂物和水沟内的杂物都已清理干净；

F.关闭后的通风系统已经具备。

以上工作都已准备妥当，由矿长发布关门命令。

③有几个防水闸门需要关闭时，其关门顺序应是先关闭所在位置较低的，然后关闭所在位置较高的，依次进行关闭。

④防水闸门关闭以后，防水闸门峒室附近必需事先装有专用电话，指派专人（同时不少于两人）观测水压变化、漏水情况、巷道压力及峒室有无异常，做出记录，定时或及时向矿调度室汇报。有问题时要立即处理。矿调度室定时向局调度室汇报。

⑤关闭防水闸门以前，矿地测科要以书面通知邻近有关矿井和局地测处，使其加强对有关水文孔和出水点进行观测，作好资料整理和交流，出现对安全生产有关重大影响问题时，要及时向局调度室汇报。

⑥防水闸门关闭、水压稳定七天以后，如无特殊情况，方可停止一切观测工作，撤退观测人员。为了防止地压对防水闸门峒室的破坏，每月安全质量大检查时，矿长须指定人员（如防水闸门处于不通风的盲巷内，可能有瓦斯积聚时，要指定矿救护队），对防水闸门、峒室及其附件进行认真检查，检查漏水、水压有无变化，铁件有无锈蚀，护碹有无开裂。发现问题立即采取措施，认真处理。

⑦上述防水闸门关闭的有关规定，同时适用于新筑水闸墙，不再另作规定。

（8）防水闸门的开启

①防水闸门开启前，矿工程师室（或技术科）必须编制开启防水闸门的安全技术措施，经矿总工程师组织有关人员研究审批后，在参与该项工作或有关人员中认真贯彻执行。

②在开启防水闸门以前，矿机电科要对矿井的供电、排水系统进行一次全面检查，排水能力要与防水闸门峒室放水管的放水量相适应；水仓要清理干净，水沟要畅通。

③开启防水闸门要首先打开放水管，有控制地泄压放水。当水源已经封闭或已疏干时，水压必须泄到零位，才能打开防水闸门；如果水压不能泄到零位，必须承压开启时，其安全技术措施和可承最高水压，必须取得矿总工程师的审查同意，方可开启。

④有几个防水闸门需要开启时，应先开启所在位置较高的，然后开启所在位置较低的，依次进行开启。

⑤防水闸门开启后，首先须由矿救护队进入检查瓦斯和巷道情况，只有在恢复通风、一切认为安全时，才准许其他人员进入防水闸门以内工作。

（9）防水闸墙

水闸墙是井下防水并分区隔离的一种构筑物，用于隔绝积水老空和井下水文地质条件复杂的有突水危险的区域。水闸墙的建筑和选址应满足以下要求：

①能密闭隔水、切断水流，并能抵抗设置地点的最大静水压力。

②如无特殊情况，一般不选在裂隙发育、构造破碎带的岩层和煤层中。

③闸墙本身具有足够强度，能承受涌水压力。

④不透水、不变形、不位移。

⑤应装有测量水压的压力表和降低水压的放水管，做到既能密闭隔水，又能安全放水。

根据抗水压力等级不同，一般分高压水闸墙大于1Mpa，低压水闸样小于1Mpa和挡水墙3种，按构筑材料分有砖木结构挡水墙（图7－32），和有混凝土结构的水闸墙（图7－33）。

依抗水压大小，水闸墙的形状有：平面形和圆柱如图7－34所示。防水墙的厚度可根据最大水压、围岩状况、构筑材料的允许强度进行计算。

图7－32　木制平面防水墙

L－水闸墙长度；p－防水墙承受的水压；b－巷道宽；l－水闸墙楔入岩壁中深度；s－水闸墙厚度

图7－33　混凝土防水墙

1－截口槽；2－细管；3－保护栅栏；4－放水管；5－压力表

图7－34　四柱形防水墙计算示意图

平面形防水样结构简单，应用较广。河南地方煤矿常用平面形防水墙，一般适用于抗水压力低和单轨小断面巷道中。如新中煤矿水文地质条件比较复杂，十号井自1972年以后，开采石炭系一1煤层，设计能力21万t／a，先后发生3m3／min以上突水事故12次，其有9次是用平面形防水墙来阻隔涌水的，取得了较好的效果，如表7－22所示。

表7－22　新中煤矿用平面形防水墙阻隔涌水的效果

当防水墙要承受较高水压头时，一般均构筑圆柱形防水墙，其厚度计算示意图见图7－34，其ABCD为防水墙，AB与CD支撑面承受防水墙上的静水压力。

设r为防水墙的内半径（cm）；R为防水墙的外半径（cm）；S为防水墙的厚度（cm）；K为防水墙建筑材料或围岩和允许抗压强度（KPa），取其中小值；P为最大水压，根据水源而定（KPa）。

为使防水墙稳定、坚固，应满足下式：

S·K≥P·R

如以半径表示，将R＝r＋S代入上式得：

S·K≥P×（r＋S）

高水压防水闸墙混凝土的浇注应根据设计要求的厚度和强度施工，但由于水闸墙所在位置的围岩一般是非均质性的，又通过后期的各种地质作用使围岩产生不同程度的节理，裂隙、破碎带、孔洞等，而且开挖水闸墙巷道时，炸药在岩层中爆破又形成了粉碎区、裂隙区和震动区，一般宽度深度可达1～1.5m（图6－35），正是由于这些裂隙使具有压力的水流，可以通过上述通道绕过闸体，作用在构筑物外面的碹体上而涌水（图7－36），甚至致使堵水失败，而造成灾害。通常均用壁后注浆来加固岩体，切断承压水流的通道，同时，浆液的固结作用，把围岩与构筑物牢固地结成一个具有一定范围和规模的楔形止水体，如图7－37所示。

用下式确定楔形止水体直径D：

D＝2（A＋R）＋B或D＝4R＋B

式中

R—浆液扩散半径，m；

A—孔底沿巷道中心方向至巷道的距离，m；

B—巷道宽度，m。

浆液在岩石中的扩散半径R，可参照表7－23选择。

注浆钻孔数量N的确定：

图7－35　炸药爆破形成的裂隙

a－药包的内部爆破作用；b－巷道外围的裂隙区和震动区
I－粉碎区；II－裂隙区；III－震动区
1－药包；2－径向裂隙；3－切向裂隙

图7－36　高压水通过围岩裂隙及震动裂隙区绕过闸体而流出示意图

图7－37　楔形止水体

D－止水体直径；R－浆液扩散半径；A－孔口至孔底在立面投影上的距离；B－巷道宽度；5－注浆钻孔编号

表7－23　浆液在岩石中的扩散半径

式中L—两孔底间距离，m；

K—系数，一般1.1～1.4为宜（地质条件复杂R大时，则K取较小值，反之K取较大值）。

钻孔数目确定之后，将钻孔按其巷道周边长均匀对称呈辐射状布置，如图7－37所示。钻孔用红旗150型和TXU－75型矿用钻机施工，孔径一般为75～89mm钻孔。施工时要对称进行，切不可将钻孔施工完毕再注浆，这样浆液会在邻近钻孔间串浆、跑浆，不仅浪费注浆材料，而且会影响注浆质量。

注浆钻孔长度、角度的计算可参见表7－24所示。

注浆时应先稀后浓，并结合具体情况随时调整浆液浓度，尽可能保持注浆的连续性。若有跑浆，一定要堵塞后再注，避免浪费注浆材料，并确保注浆质量，注浆终压应达到P终（8～15）＋P（静水压力）。上述各施工程序完成后，楔形止水体方可形成，待一周后即可启用。

表7-24　注浆钻孔长度、角度计算表

图7－38　三里寨一号井开拓系统3、水闸墙应用实例

朝川三里寨一号井，水文地质条件复杂，矿井建设期间，正常涌水量为2306m3／h，最大水量达2800m3／h，水头静水压力保持在1.85Mpa。当井巷工程基本结束，东西翼上山将要贯通时，由于电力不足不能疏干降压，只好探水前进。先在东翼运输轨道上山打了5个探放水钻孔，孔孔出水，总涌水量达700～800m3／h，东翼大巷满巷是水，新增排水系统亦难以施工，故决定构筑水闸墙将钻孔水堵住。井下巷道开拓系统及探水钻孔布置如图7－38和图7－39所示。

图7－39　探放水孔和水闸墙位置

图7－40　水闸墙结构

a－单级壁座、单闸墙结构（最初）；b－双级壁座，双闸墙结构（最终）

（10）水闸墙位置及结构选择

该水闸墙建在上山平巷内，距出水孔较近，但其围岩为二1煤层直接顶板的细砂岩、砂质泥岩互层，层理、节理、裂隙均很发育。水闸墙最初采用单级壁座，单闸墙结构如图7－39所示。经计算墙厚1.5m，壁座深入岩石0.5m，墙内埋4根150mm直径的放水管，并安装截水门控制水量，墙内外分别浇注2m和3m的混凝土。施工完后，用风钻打眼，对水闸墙进行壁后注浆。水闸墙筑好后，进行试压堵水，当压力升到1.4Mpa时，水通过岩石裂隙绕过闸墙沿混凝土碹外5～7m处冲出而失效。后又砌7m混凝土碹并打地拱，再次进行试压堵水，当压力升到1.4～1.45Mpa、关闭3.5h时，发现闸墙外2m处的碹壁和底拱崩裂，高压水由裂缝中喷出，堵水又一次失败。最终水闸墙结构由单级壁座结构而变为不连续中间填实的双级壁座，双闸墙结构形式如图7－40所示。

（11）水闸墙注浆

考虑围岩裂隙发育以及静水压力较高，确定扩散半径为4m，布置注浆孔10个，沿巷道周长均匀对称呈辐射状布置，墙和拱布置6个，底板布置4个，孔深6～10m，注浆后形成止水体，如图7－41所示。注前用1～1.5Mpa作压水试验，注浆终压为2.5～3.0Mpa。

通过半个月注浆堵水试压观察，压力为1.4～1.7Mpa水闸墙滴水甚少，堵水效果100%，水闸墙构筑终于成功，堵住涌水800m3／h。

图7－41　注浆钻孔布置及楔形止水体图