木木木煤矿主斜井井口永久封闭方案
在实际生产中，最常用的是单锥楔型挡水墙，因为该型式挡水墙在水压作用下坚固可靠，有较大的稳定性、与巷道围岩接触紧密，当静水压在2. 5MPa以内均可采用该型式。如果静水压达2. 0MPa 以上，同时楔型挡水墙设计厚度大于6m 以上时，可以采用多锥楔型挡水墙。
3、挡水墙设计
3.1挡水墙厚度计算公式推导
挡水墙的设计在挡水墙结构型式确立之后实际上是其厚度的设计。由于挡水墙的厚度取决于水的静压、墙体材料及围岩强度和巷道断面的形状及大小，现根据本矿井井筒断面特征，选以单锥楔型矩型墙半园拱巷道为例，介绍其推导过程，以利于对公式特点的认识以及在不同类型巷道使用中的公式变换。(见图3)
Qa/2eb+2e+a/2Peααbeaa+2eeBeeQ
图3 矩形墙半园拱巷道单锥楔形挡水墙示意图
图中:
B -挡水墙设计厚度，m a -巷宽，m b -巷道墙高，m
d-挡水墙设计斜厚(锥体斜边长) ，m e-挡水墙设计掏槽深度，m α-墙的斜面与水平线夹角，度
3.2 按抗压强度计算挡水墙厚度
作用在楔型挡水墙上的力在水平方向的平衡条件为:
P?Qsin??0
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木木木煤矿主斜井井口永久封闭方案
? (1) 即: Q?P/sin式中:P -作用在单锥楔型水闸墙上的全部水压力，简化成作用在巷道的纵轴
上。
由于单锥楔型水闸墙支撑在围岩上，其承受压力的等式可写成:
KQ?R?F (2)
式中:K—安全系数
R?—混凝土(或围岩)结构抗压计算强度，MPa F —挡水墙支撑在围岩上的整个侧面积，m2 (1) 式中: P?PrS?Pra(b??a/8)
Pr-静水压力， MPa
S -挡水墙断面面积，m2［S?a(b??a/8)］ (2) 式中: F?d???/2a?a?2b???/2?2?e? 式中:
d?B/cos?;e?Btg?
将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) 式变换为:
Q?Pra(b??a/8)/sin? (4) 式变换为:
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??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) 式就是按抗压强度推导的水闸墙厚度计算公式。
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(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
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3.3 按抗剪强度计算挡水墙厚度
静水压力作用在楔形墙上，沿巷道筑墙的周边将产生剪应力。单锥楔形挡水墙抗剪强度的等式可写成:
KLP???SO (8)
式中:
??—混凝土(或围岩) 抗剪计算强度，MPa
SO—楔形挡水墙受剪面积，m2 半圆拱断面挡水墙受剪面积为:
SO?1/2???/2?a?4b?Bc (9)
式中：
Bc—挡水墙设计厚度，m
P?PrSoP = PrSo
将P 和SO代入(8) 式，即可求得矩形墙半圆拱楔形挡水墙设计厚度:
Bc?KLPRa(8b??a) (10)
4??????2?a?4b? 按煤矿安全规程要求，根据矿井徐灰、草灰、奥灰含水层在地面广泛出露，
直接接受大气降水和第四系潜水的强烈补给，含水层富水性强，动水量较大等特点，水闸墙(水闸门) 设在井口以下13.5m处，水闸墙处在第四纪冲击层中，硬度系数按f=1~3 ，设计水压3. 0MPa ，采用砼强度等级C30，防水闸墙(防水闸门) 的设计计算如下:
（1）按抗压强度计算挡水墙厚度
B???/2?1?a?2b?4KPra(b??a/8)(?/2?2)?1=2.43m
22(?/2?2)tg?R??(?/2?1)a?2b?Bc?KLPRa(8b??a)=2.08M
4??????2?a?4b?（2）按抗剪强度计算挡水墙厚度
以上各式中按设计手册及规程相关要求参数如下:
a-2.5m;b-1.0mα-20°;Pr-3.0 Mpa;R?- 17.5 Mpa;K-2.0;KL-3.5;??-3.15 Mpa 总上，水闸墙厚度为2.43m，考虑到该位置为井口处，围岩稳定性差，决定采用墙体厚度为3.0m的双楔形布置，并在该墙体内布置Ф216mm泄水管路两趟，具体如图4。
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木木木煤矿主斜井井口永久封闭方案
密闭门（砖混或砼）50011003000500A第二施工段3000注浆管黄泥充填250027°550550分段界线1350第一施工段6500A1100泄水管6000
图4 防水闸墙平面布置图
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木木木煤矿主斜井井口永久封闭方案
A-A550110012505501250580012505501100
图5
4、井筒注浆设计及工艺
采用风钻施工壁后注浆。由于围岩与井壁之间常有过水通道，如果采用自上而下的施工顺序，浆液易沿过水通道向下流失，达不到堵水目的。为此根据井壁漏水的位置采取自下而上进行注浆。为保证井筒封堵后，由于地表水的不断浸透而出现向井内溃水现象，决定从井口向下100m范围内进行壁后注浆，注浆孔间排距为1.0m×2.0m。
注浆材料是防治水注浆技术的一个重要组成部分，能否正确地选配注浆材料，不但直接影响着工程质量，而且也直接影响着经济技术指标。 4. 1 选择注浆材料的原则
(1) 浆液粘度低，流动性好，细度高，可注性好，扩散范围大，能取得最好注浆效果;
(2) 注浆凝固时间可以宽域时间内任意调节，并能人为地加以准确控制; (3) 浆液结石率高，稳定性能和抗渗性能好，塑性强度较高，结石体在水中长期浸泡不发生态变;
(4) 浆液无毒、无嗅，不污染环境，对人体无害，对注浆设备，管路无腐蚀作用，并且容易清洗。
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