大型采空区井下密闭墙设计.pdf

Series No. 318 December 2002 金 属 矿 山 METAL MINE 总第318期 2002年第12期 郑学敏,铜陵有色金属公司狮子山铜矿总工程师,高级工程师, 244031安徽省铜陵市狮子山。 生产技术 大型采空区井下密闭墙设计 郑学敏 铜陵有色金属公司狮子山铜矿 摘 要 狮子山铜矿东、 西山矿段将要闭坑,现正在进行全尾砂充填的研究,工程一旦实施,不仅处理了400 余万立方米井下采空区,而且节省了尾矿库基建及管理费用。但由于相邻及深部矿段正在生产或基建,井下采空 区全尾砂充填的安全极为重要,尤其是井下密闭墙的设计和施工在安全方面要作充分考虑。 关键词 大型采空区 全尾砂充填 密闭墙 安全 1 井下密闭墙结构要求 1密闭墙要满足全尾砂充填工艺及结构受力 要求,安全隔离尾矿浆; 2尾矿料浆的比重大于水,故密闭墙比矿山 一般常用的隔水墙和防水门强度和防渗要求更高; 3外形尺寸尽可能简单,减少硐室开挖工程 量; 4尾矿水呈碱性,墙体材料应满足抗尾矿水 腐蚀的要求; 5施工程序简单,便于施工作业,管理方便。 2 井下密闭墙位置的选择原则 1满足堵住尾矿浆工艺要求;充分调查原有 井巷工程,不允许有渗漏的地方; 2选择在巷道围岩工程地质良好地段; 3宜建在主巷道上,且选在巷道断面较小处, 以减少工程量; 4考虑到今后检查和可能出现的补充封闭施 工的需要,密闭墙地点应有必要的检查通道和应急 施工的位置; 5考虑施工方便性,施工地点应相对集中。 3 密闭墙荷载作用的特点 1密闭墙在充填期间承受具有一定势能的静 水压力,由于密闭墙较厚且受采空区周围岩体的空 间约束,可不考虑动水压力影响; 2密闭墙为地下结构物,尾矿浆对墙体的作 用主要为侧压力,因墙体厚度大,空间约束作用强, 表现为相对静止状态。因此,可按静止水压力计算, 其水头应按最高水位计算; 3尾矿充填初期固结沉降与时间呈线性相 关,内摩擦角值递增速度较快。密闭墙在充填尾矿 浆初期承压较大,随着尾矿沉积,逐层向上固化沉 淀,密闭墙承压快速递减。 4 密闭墙设计与确定 411 设计依据 全尾矿充填的密闭墙设计计算方法无专用公 式,根据作用和使用条件,参照井下防水闸门闭墙楔 形计算方法计算。 隔水密闭墙支撑面与巷道夹角α、 β值由围岩 性质确定,考虑狮子山铜矿围岩稳固性f 6 ,取α 30,β 70 。 隔水密闭墙密闭材料采用C20素混凝土,其材 料强度按设计规范取用。C20级混凝土轴心抗压强 度设计值fc 10 MPa ,轴心抗拉强度设计值ft 1. 1 MPa ,抗剪强度fv取 0. 1 ～0. 15fc,考虑乘 以0. 95系数取fc 9. 5 MPa ,ft 1. 045 MPa ,fv 1. 40 MPa。 412 密闭墙承压计算 密闭墙上压力值按以下3种方法计算后取最大 值作为计算承压 1按尾矿浆高度和密度核算的静水压力。 P γH ,1 式中,γ为尾矿浆密度,γ 1. 254 t/ m3;H为尾矿 浆高度,m。 2参照 尾矿设施设计 尾矿库内排水管荷载 计算方法。 qmaxγfζHwγoHD,2 式中,qmax为最大压力,MPa ;γf为尾矿密度,狮子 65 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 山铜矿尾矿为1. 181 8 t/ m3;γo为尾矿水密度,γo 1 t/ m3;Hw为计算断面距尾矿表面高度,m;HD 为计算断面距尾矿水高度,m;ζ为侧压力系数,ζ tan45-/ 2 ,经计算ζ 0. 49。 3参照 尾矿设施设计 尾矿库内排水井荷载 计算方法。 qmax 1-sinoγfHwγoHD,3 式中,o为尾矿有效应力抗剪角度,无资料时取5 ～10,现取8;HD为清水高度,一般可取HD Hw2 ;其余符号同上。 3种计算方法计算结果见表1。 表1 密闭墙压力值计算结果 尾矿浆 高度/ m 压力值 / MPa 按尾矿浆高度 和密度计算 按尾矿库 排水管计算 按尾矿库 排水井计算 100. 125 40. 146 30. 181 4 300. 369 80. 4620. 584 9 600. 737 90. 9361. 19 901. 128 61. 411. 795 1101. 352 71. 8252. 199 1301. 630 22. 0412. 602 1501. 844 62. 3573. 006 1702. 131 82. 6733. 409 1902. 336 52. 9893. 812 2102. 633 43. 304 54. 216 2302. 828 43. 624. 62 2403. 009 63. 7784. 821 2603. 191 74. 0945. 225 2703. 385 84. 2525. 426 3304. 131 85. 1996. 637 备 注 按尾矿水面比尾矿 沉积面高2 m计算 按尾矿水面比尾矿 沉积面高2 m计算 注取3种方法计算出的最大值,作为计算承压。 413 密闭墙厚度计算 密闭墙结构厚度计算公式采用楔形计算法。参 见 采矿设计手册“井巷工程卷” 防水闸门硐室。 1按抗压强度计算。 B{ [ a b 2 4Pab/ fc]1/ 2 - a b }/ 4tanα , 4 式中,B为密闭墙厚度,m;a为密闭墙所在巷道净 宽度,m;b为密闭墙所在巷道净高度,m;P为密闭 墙上的设计静水压力,MPa ;fc为混凝土抗压强度 设计值,MPa。 2按抗剪强度计算。 B≥Pab/2 a b fv,5 式中,fv为混凝土设计抗剪强度,MPa。 3按抗渗透性条件计算。 B≥48Khab,6 式中,K为考虑井下密闭墙的抗渗性要求,取K 0. 000 02 ;hab为设计承压静水压头高度,m。 井下防水闸门硐室混凝土密闭结构通常安全等 级按一级设计,结构安全系数 γo 1. 1 ,永久作用 荷载分项系数γQ 1. 4 ;考虑到井下隔水密闭墙 的永久性和抗震性,墙体按地震烈度7度设防,增加 富余安全系数 γf 1. 4。设计承压计算承压 1. 11. 21. 41. 4 2. 587 2 计算承压。 为简化计算,密闭墙所在平巷面均按2. 4 m 2. 6 m考虑,密闭墙嵌入岩体深度按L Btan30 公式计算。 密闭墙厚度计算结果见表2。 表2 密闭墙厚度计算结果 中段 高度 / m 计算 承压 / MPa 设计 承压 / MPa 按抗压 计算墙 厚/ m 按抗剪 计算墙 厚/ m 按渗透 计算墙 厚/ m 墙厚推 荐值 / m - 1902404. 8212. 411. 1215. 5315. 585. 6 - 1602104. 2210. 861. 0034. 8404. 885. 0 - 1201703. 418. 780. 8373. 9133. 944. 0 - 801302. 66. 690. 662. 9823. 013. 0 - 40901. 84. 630. 4752. 0642. 082. 0 0500. 988 1 2. 2310. 241. 031. 141. 2 40100. 201 7 0. 519 2 0. 2250. 2880. 210. 5 414 井下隔水密闭墙施工要求 考虑到密闭墙的重要性,施工时要有监理单位 监理。 1墙基开挖时,应采用浅打眼、 少装药爆破方 法,降低爆破震动影响围岩的稳定性,岩帮松动后, 把浮石撬干净,并用水冲洗,清除残余岩粉,使混凝 土墙和岩体紧密结合; 2墙底部极易漏水,开挖后必须把压在巷道 底板上的浮石全部清除干净后才能制模板进行混凝 土浇注作业; 3严格按C20混凝土配料比配料,石子、 黄沙 用水洗净,确保混凝土达到设计强度; 4连续注混凝土时,要振捣密实,不能留有 空隙,蜂窝麻面,尤其是墙体顶部,一定要结顶密实。 5墙体浇筑好后,利用预留的8根注浆管进 行壁后注浆,注浆压力要求大于115倍承压。 参 考 文 献 1 采矿设计手册 编写委员会 1 采矿设计手册 3 , 井巷工程卷 1 北京中国建筑工业出版社,1989 2 中华人民共和国国家标准 1 建筑结构设计统一标准 GBJ68 - 84 1 北京中国建筑工业出版社,1991 收稿日期20022092 28 75 郑学敏大型采空区井下密闭墙设计 2002年第12期 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.