一种煤矿井下快速成型防水预隔断墙的制作方法

本发明涉及矿业工程防治水领域，尤其涉及一种煤矿井下快速成型防水预隔断墙的结构、墙体尺寸参数设计与施工流程。
背景技术：
：煤炭是我国最主要的一次消费能源，开采量巨大，每年开采原煤在30亿t以上。然而，我国煤炭赋存地质条件复杂，尤其是多构造板块多序次的地层结构导致我国煤矿水文地质条件复杂多变，井下突水事故时有发生。《煤矿防治水细则》(2018)第九十六条规定“在水文地质类型复杂、极复杂或者有突水淹井危险的矿井，应当设置防水闸门或闸墙”。目前，我国煤矿在役防水闸墙多为单墙结构，且大部分为工作面收作之后用于封闭采空区，由于防水闸墙砌筑周期长与矿井突水迅猛的时差矛盾，真正用于井下防水的闸墙并不多见。为更好的适应井下突水、防水特征，本发明设计了一种可以快速成型的煤矿井下防水预隔断墙。该防水预隔断墙在矿井生产期间(掘进或回采等)提前修筑墙体基础，不影响矿井生产，若井下发生突水，能够快速成墙，起到防突作用。技术实现要素：本发明目的是提供一种煤矿井下防水预隔断墙的设计方法，用于应急堵水或者永久封闭堵水，也可用于工作面收作后采空区封闭。在应急堵水的时，在预先施工好的基础上及时将木板插入木板凹槽，建立木板里墙和外墙并预装相关管路设备设施，后在里、外墙中间充填大量矸石、废钢筋巴片或其它废铁料再灌注水泥单液浆或化学浆，快速有效地将主墙体施工完毕，达到及时堵水的目的；用于永久封闭巷道时，在提前施工预隔断墙基础上，后期视情况施工里、外墙及主墙体。本发明的内容和目的是通过以下方式实现的：1预隔断墙结构预隔断墙由加强带及墙体组成，加强带和墙体的厚度视矿井情况而定，加强带巷道两帮及顶板做混凝土浇筑或喷浆处理，墙体由里墙、外墙及中间部分组成，里墙、外墙巷道两帮及顶板掏槽部分补打锚杆，之后采用混凝土浇筑，掏槽浇筑时留设木板凹槽，凹槽深度也视矿井情况而定，木板留设注浆管及引水管孔，中间部分巷道两帮及顶板做混凝土浇筑或喷浆处理。里墙和外墙靠近中间部分1m及中间部分共同组成主墙体，主墙体顶板及巷道两帮均匀布置锚索，锚索外露段4m，正常期间利用铁丝等固定于顶板及巷道两帮上。预隔断墙基础平面、预隔断墙基础剖面图、里墙和外墙断面图及木块三视图分别见图1、图2、图3和图4所示。2墙体主要参数选取煤矿井下防水预隔断墙主墙体厚度(图1中l2)和掏槽深度应根据水头高度、围岩条件、煤层参数、巷道大小等参数确定，也可按照本专利给出的以下方法确定：①巷道净断面15.0≤s≤20.0m2时围岩抗压强度12.0mpa，如达不到该强度可通过注浆加固达到，防水预隔断墙各参数随采空区水头高度的变化，其对应的参数尺寸见表1。表1防水预隔断墙设计参数(续表1)15<h≤20c25500500150020<h≤25c25500500180025<h≤30c25500500200030<h≤35c25500500240035<h≤40c25500500280040<h≤45c255005003000注：1为确保防水密闭墙墙体安全，各设计参数均根据最大巷道净断面20.0m2计算获取；2结合井下现场施工条件，为确保掏槽的尺寸满足设计要求，本表中计算的帮槽最小深度d1、底槽最小深度d2、顶槽最小深度d3均进行了扩大。②巷道净断面20.0<s≤26.0m2时围岩抗压强度12.0mpa，如达不到该强度可通过注浆加固达到，防水预隔断墙各参数随采空区水头高度的变化，其对应的参数尺寸见表2。表2防水预隔断墙设计参数注：1为确保防水密闭墙墙体安全，各设计参数均根据最大巷道净断面26.0m2计算获取；2结合井下现场施工条件，为确保掏槽的尺寸满足设计要求，本表中计算的帮槽最小深度d1、底槽最小深度d2、顶槽最小深度d3均进行了扩大。3设备设施预隔断墙结构中的里墙、外墙由木块构成；在主墙体浇筑前需要在巷道两帮布置锚索线，主墙体施工时锚索连接两侧巷帮并施加预紧力，以提高墙体强度。此外，为实现对采空区水体、气体的监控，根据监控参数，合理采取有效的控制水体、气体措施，可根据实际需要，在相应的防水密闭墙墙体中预埋所需用途的管路，引水管、注浆管、注水管、气体检测管等，各管路上均配备阀门，其中注水管上要求配备止回阀。防水预隔断墙各管路安装位置可见图1、图2和图3。各设备设施参数选择及施工介绍如下：①木板木板长度应略小于两侧帮槽之间距离，木板两侧可以加工成200×200mm的正方形，现场实际需求尺寸可以根据实际情况加工。②锚索埋设参数顶板补打锚索线，锚索线外露4000mm。两帮补打锚索线，锚索线外露4000mm(从浇筑后混凝土壁或者喷浆后巷道两帮算起)，顶板和帮部锚索线菱形布置，垂距和水平距、排距均为1000mm。锚索直径和长度视矿井具体情况而定。③锚杆配备墙体中掏槽锚杆配备规格不应低于锚固深度不低于1600mm，帮槽和顶板外露长度500mm，底槽外露与d2深度一致。锚杆间排距应结合墙体厚度布置，间排距不应大于800×600mm，锚杆菱形均匀布置。④引水管井下采空区引水管路宜采用d168×5.0mm、d219×7.0mm、d273×8.0mm无缝钢管或复合钢管，管路数量及直径根据采区排水量确定，引水管路上配备一个与管路相匹配的压力等级为pn1.0mpa闸阀。同一排水系统的引水管路中，在其中一趟上配备压力、流量仪器仪表，压力及流量表配备见表3。表3压力、流量仪器仪表配备表⑤注水管井下采空区注水管宜采用d168×5.0mm、d219×7.0mm、d273×8.0mm的无缝钢管或复合钢管，管路数量及直径根据采区注水量确定，注水管在采空区一侧超出墙体不少于0.5m，各趟注水管路上配备一个与管路直径及注水压力等级相匹配的止回阀。⑥气体检测管气体检测管路宜采用d34×3.0mm无缝钢管，布置在墙体中上部，在采空区一侧超出墙体不小于0.5m，每趟配备dn25pn1.0mpa闸阀一个。防水预隔断墙附图说明图1预隔断墙基础平面图图2预隔断墙基础剖面图图3里墙、外墙断面图图4木块三视图具体实施方式煤矿井下防水预隔断墙的施工分为两个阶段：第一阶段，在巷道掘进过程中预先施工预隔断墙基础(包括加强带、里墙掏槽及外墙掏槽)。加强带施工采用混凝土浇筑和喷浆方法。掏槽施工流程：掏里墙帮墙槽→施工帮墙槽内锚杆和锚杆眼→帮墙槽喷浆、打锚杆。第二阶段，在发生突水或工作面收作封闭时，浇筑主墙体。首先，施工并固定工字钢；其次，在里、外墙凹槽插入并固定木板，前后墙固定木板过程中安设相应管路；最后，浇筑主墙体。浇筑主墙体流程：通过外墙下层注浆管向里、外墙间灌注水泥浆→中层注浆管返注时，关闭外墙下层注浆管→通过外墙中层注浆管向里、外墙间灌注水泥浆→外墙上层灌注浆管返浆时，关闭外墙中层注浆管→通过外墙上层注浆管向里、外墙间灌注水泥浆→外墙上层注浆管压力达到6mpa停止注浆。当前第1页12