煤礦地下水庫壩體結構防滲技術研究現(xiàn)狀*

楊奪，王文才

(1.內(nèi)蒙古科技大學 礦業(yè)與煤炭學院，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.內(nèi)蒙古科技大學 礦業(yè)研究院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

對于防滲技術的研究，國內(nèi)始于水庫壩體，宗敦峰提出超深防滲墻技術[1]，沈振中提出深埋壩體垂直防滲、水平防滲和聯(lián)合防滲措施[2].但是對于采動影響下煤礦地下水庫壩體結構的防滲技術研究較少.地下水庫壩體防滲技術對于其穩(wěn)定性影響較大，歸結為兩方面：一是煤柱的壩體受到周圍擾動形成的裂隙，尤其是塑性應變區(qū)和側向裂縫區(qū)；二是分別對人工構筑物和煤柱壩體進行防滲漏施工.在煤柱和人工構筑物間的接縫處出現(xiàn)滲漏，滲透性與水壓、裂縫通道大小有關.

1 煤柱壩體采動影響下裂縫防滲漏研究

1.1 煤柱自身采動裂隙防滲

封堵裂縫、注漿加固等措施用于煤柱受周圍采動影響而產(chǎn)生的裂縫區(qū)和滲漏區(qū).可采用化學灌漿材料，包括丙烯(丙烯酰胺漿液凝膠體)、甲基丙烯酸甲酯堵漏漿液(甲凝)、硅化用灌漿材料(以水玻璃為主)、環(huán)氧樹脂灌漿材料等.對于煤柱防滲工程采用較多的方法有較為混凝土防滲墻和水泥漿防滲墻等[3，8].

1.2 煤柱頂板巖層裂隙防滲

以李家壕煤礦為例，由于李家壕煤礦目前地下水庫處于2-2中煤和3-1煤重復采動的采空區(qū)，而上下煤層工作面布置又存在一定的錯開距，如圖1所示.

所以在兩煤層間的巖層中導水裂隙帶的側向偏移距將較大.根據(jù)上下煤層工作面及巷道布置的相對位置可知，3-1煤31109工作面回撤通道正好位于2-2煤工作面停采線正下方，由此，31109回撤通道將存在“頂水”的危險.結合煤巖體浸泡水的測試實驗可以看出，煤層直接頂中的砂質泥巖存在遇水崩解軟化現(xiàn)象，采空區(qū)儲水通過側向裂隙的侵入必然加劇此類直接頂巖層的崩解，從而造成裂隙發(fā)育范圍的增大.因此，應對側向裂隙發(fā)育范圍內(nèi)直接頂砂質泥巖采用鉆孔注漿方式灌注隔水劑，以封堵水體在砂質泥巖中的進一步侵入，防治裂隙范圍的擴散，達到防止儲水滲漏的目的[4，8].

2 人工構筑壩體防滲技術研究

人工構筑壩體的結構除滿足采空區(qū)最高水位時的壓強要求外，還要滿足一定的防滲漏水要求.人工構筑壩體結構外面為加固墻，其結構為錨桿、“井”字型11號礦用工字鋼骨架及砼墻體，厚度由水庫水位決定；內(nèi)墻為防滲漏墻，是由黃土和兩層0.8 m厚的磚墻組成.立交處施工1.6 m的混凝土密閉墻，在各水庫出水口處的防水墻外面再施工支撐腿，以進一步提高人工壩體整體強度.為了提高人工構筑壩體的防滲性能，在防滲墻與加固墻之間可利用防滲膜鋪貼、以及周邊接茬處涂抹密封膠膠或噴射防水材料[8].

2.1 壩體構筑工藝

構筑壩體時采用板式和H型，見圖2，同時應嵌深度為0.3～0.8 m.還要進行防滲漏的技術措施，可以采用噴砼和混凝土防滲措施確保水庫的安全運行[5].

2.2 加固墻壩體結構與施工參數(shù)

人工構筑壩體由防滲墻和加固墻組成，由于防滲墻結構較為簡單，而加固墻結構復雜，且承擔著壩體安全與防滲雙重責任，因此，對加固墻進行專門介紹.由于不同形狀的巷道斷面，加固墻壩體有三種類型：順槽皮帶機頭立交、普通巷道人工壩體、十字交叉對角線.

(1)普通巷道人工壩體

矩形煤巷，采用“T”字型，以工字鋼和砼等材料為主.掏槽深度200～300 mm為宜，如圖3所示.布置方式為中間橫3，外邊豎1和里邊豎5等方式，橫向采用1.645 m，25b工字鋼，豎向采用5.1 m，25b工字鋼.采用電氣焊連接，頂?shù)撞厶筒鄢叽鐬?.4 m×0.4 m×0.8 m，頂?shù)讕途┕う?8×2 100 mm螺紋鋼錨桿，鋪設Φ7 mm鋼筋網(wǎng)，用鉛絲綁扎[6].

(2)十字交叉對角線

對角線人工壩體能夠形成通風系統(tǒng).對角線位置為壩體主墻，長度一般為9～15 m，壩采用3點支撐，掏槽深度200～300 mm為宜，如圖4所示.壩墻外共布置3道丁字形支撐墻，“T”字形支撐墻內(nèi)25b工字鋼布置方式為里豎1，中橫3，外豎1，電氣焊連接接，頂?shù)撞厶筒鄢叽鐬?.4 m×0.4 m×0.8 m，里外側采用Φ18 mm×2 200 mm螺紋鋼錨桿，鋪設兩層Φ7 mm鋼筋網(wǎng)，綁扎在一起.并采用混凝土澆筑，中部丁字形支撐墻兩頭采用豎工字鋼并澆筑C30混凝土，中間留設通風通道[7].

(3)巷道皮帶機頭立交大斷面巷道人工壩體

對于立交拱形巷道，由于斷面面積大，采用“T”字型壩體，主要材料和前兩種壩體相同，頂槽掏槽尺寸為0.4 m×0.4 m×0.5 m，底槽掏槽尺寸為0.4 m×0.4 m×0.9 m，工字鋼全部插入槽內(nèi)，工字鋼底部設置墊片，并焊接支撐腿，如圖5所示.

對于地下水庫壩體容易出現(xiàn)滲漏情況，分別對人工構筑物壩體和煤柱壩體進行防滲漏研究.煤柱壩體采動裂隙的防滲區(qū)域主要為煤柱自身塑性裂隙區(qū)以及頂板中黏土礦物成分較高的巖層區(qū)域，可采取注漿加固、封堵裂隙、噴涂防水材料等.人工構筑物壩體分設防滲漏墻、加固墻，提出了普通斷面巷道、十字交叉和皮帶機頭立交區(qū)域的壩體結構設計方案.