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[摘 要]煤矿的建设过程中，开拓巷道可能需要穿越岩溶裂隙含水层，溶洞往往与地表水有直接联系，许多突水事故的发生都与溶洞有关。在开拓巷道穿越溶洞特殊地质段方面需要使用先进、科学的技术来避免安全事故的发生。本文就开拓巷道穿越溶洞特殊地质段的技术进行探讨。
[关键词]巷道；溶洞；特殊地质段；技术
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0352-02
由于目前勘探技术还存在一定的局限性，溶洞分布、大小、充水性，与地表水联系情况等难以探测，且含水溶洞一般水压较大，使得开拓巷道穿越溶洞特殊地质段具有较大的困难，矿井在建设和生产中，地质、水文部门应加强地质、水文工作的预测预报，需及时掌握施工动态和围岩变化情况，严格执行“预测预报、有疑必探，先探后掘、先治后采”的原则，防止误穿溶洞导致水灾事故的发生。在开拓巷道穿越溶洞特殊地质段方面，应当清楚了解溶洞的充水因素、流量、压力等，结合溶洞的实际情况，采用科学的技术来完成。溶洞围岩一般为石灰岩，稳定性好，但溶洞一般有水涌出，且流量较大，普通支护形式无法阻挡涌水。按照“防、堵、疏、截、排”的综合治理措施，下面将结合贵州华隆煤业有限公司新华煤矿主平硐过溶洞段防治水工程，对开拓巷道穿越溶洞特殊地质段的技术进行研究[1]。
1 工程概况
积极配合“西电东送”战略的实施，保证六枝特区火力发电厂4x300MW规模的用煤，加快煤炭资源的开发步伐，贵州华隆煤业有限公司对六枝新华煤矿进行开发建设，在主平硐掘进至三叠系统夜郎组二段（T1Y2）地层中，于K0+801米（1号）、K0+929米（2号）、K0+963米（3号）等三处遇到溶洞，在溶洞揭露后，监测到最大涌水量为43848 m3/h（雨季），最小涌水量为160 m3/h（旱季），严重威胁到煤矿生产及安全。为了解决充水对煤矿生产及安全带来的隐患，贵州华隆煤业有限公司委托贵州煤田地球物理勘探有限责任公司，对主平洞内岩头到揭露段200米和未揭露段700米进行岩溶探测，并设置挡水墙与排水沟来防止涌水溶洞对煤矿生产造成影响[2]。
2 挡水墙设计依据
2.1 挡水墙的设计依据
1、挡水墙设计承受的水压，2.0MP；
2、 主平硐过溶洞地层为石灰岩，f>6；
3、 挡水墙设计采用C35混凝土浇灌，并预埋总量满足1000m3/h以上的导水管。
防水闸门硐室墙体计算：
根据《采矿工程设计手册》P2495页表5-12-5防水闸门墙体长度倒截锥形计算公式进行计算。
Li=[ln（γ0×γf×γd×p）- ln（ft）]/0.3986=[ln（1.1×1.3×2.0×2.0）- ln（1.65）]/0.3986=3.12m；L= Li+L0=3.12+1.5=4.62m，取4.6m；S2=（γ0×γf×γd×γsd+fcc）×S/ fcc=（1.1×1.3×2.0×2.0+17.5×0.95）×（6.44）/ 17.5×0.95=8.66m2；
E=-（πB+2B+4h3）+[（πB+2B+4h3）2-4×（4+π）×（2Bh3+0.25×πB2+4h3-2S2]1/2/2×（4+π）=-（π×2.8+2×2.8+4×2.6）+[（π×2.8+2×2.8+4×2.6）2-4×（4+π）×（2×2.8×2.6+0.25×π×2.82+4×2.6-2×（8.66）]1/2/2×（4+π）=-0.696m，即墙体嵌入岩体厚度为0.696m，式中：Li –闸门墙体应力衰减段计算长度，m；ln–自然对数符号；γ0–结构的重要性系数，取1.1； γf–作用的分项系数，取1.3；γd–取1.0～2.0，水压大、硐室净断面积大的取大值，设计取2.0；ft-混凝土轴心抗拉强度设计值，N/mm2；根据《采矿工程设计手册》P2494页表5-12-4混凝土强度设计值，采用C35混凝土时ft=1.65 N/mm2；L0–闸门墙体应力回升段长度，取1.0～2.0m，设计取1.5m； S2–闸门硐室最大掘进断面积，m2，设计为m2；γsd–作用不定系数，取1.0～2.0，水压大、围岩抗压强度较低者取大值，设计取2.0；S–闸门墙体前、后巷道最大净断面积，m2，现场测定不规则计算为4.76m2；设计以半圆拱型计算后断面为6.44mm；E–闸门墙体嵌入围岩深度（含砌壁厚），m；h3–闸门墙体前后巷道墙高，m；现场测量为2.6m；β–不小于60°；γ–一般取20°；l-围岩较软时所设的平直段，其值为0.5～1.0m，闸门墙体长度长时取大值，墙体长度短时取小值；B–闸门墙体前、后巷道净宽，m，现场测量为2.8m；
fcc-素混凝土的轴心抗压强度设计值，其值由表5-12-4规定的混凝土轴心抗拉强度设计值fc值乘以系数0.95确定，N/mm2；根据《采矿工程设计手册》P2494页表5-12-4混凝土强度设计值，采用C35混凝土时fcc=17.5×0.95；P-防水闸门硐室设计承受的水压，2.0N/mm2；L-闸门墙体长度，m[3]。
2.2 挡水墙设计验算
挡水墙设计验算的依据为：
1、挡水墙设计承受的水压，MP；p=2.0MP
2、 主平硐过溶洞地层为石灰岩，f>6；
3、挡水墙设计采用C35混凝土浇灌，并预埋总量满足1000m3/h以上的导水管；
4、C35混凝土浇灌轴心抗压fc=16.3N/mm2；钢材抗弯强度fY=300N/mm2；
锚固端：
4 结论
使用挡水强和排水沟能够对涌水溶洞起到一定的限制作用，减少涌水溶洞出现大量涌水而充满煤矿，对煤矿生产造成重大影响。本文结合工程案例，通过对防水墙和排水沟进行计算，显示出了使用挡水强和排水沟之后与未使用之前的差异，说明挡水强和排水沟对煤矿生产的重要作用。
采用设置挡水墙与排水沟的技术对防止涌水溶洞充水起到了很大的作用，说明在开拓巷道溶洞特殊地质段方面，对于涌水溶洞可以采取挡水墙和排水沟的方式来减少涌水溶洞对煤矿生产造成的影响，本文结合了相关工程案例进行研究，但由于研究对象有限，所以关于开拓巷道溶洞特殊地质段的技术还需要再进一步进行探讨。
参考文献
[1] 刘向红，赵晶.矿用电磁仪在溶洞地质灾害超前探测中的应用[J].煤炭科技，2010，15（3）：92-93.
[2] 赵延林，张盛国，万文等.基于流态转换理论巷道前伏溶洞突水的流固耦合-强度折减法分析[J].岩石力学与工程学报，2014，25（9）：1852-1862.
[3] 何坤.织金矿区巷道穿溶洞施工技术措施探讨[J].煤矿现代化，2014，45（4）：124-125.
[4] 刘帆.全岩巷道过溶洞掘进及支护方式的探讨[J].广东科技，2012，21（7）：143-144.
[关键词]巷道；溶洞；特殊地质段；技术
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0352-02
由于目前勘探技术还存在一定的局限性，溶洞分布、大小、充水性，与地表水联系情况等难以探测，且含水溶洞一般水压较大，使得开拓巷道穿越溶洞特殊地质段具有较大的困难，矿井在建设和生产中，地质、水文部门应加强地质、水文工作的预测预报，需及时掌握施工动态和围岩变化情况，严格执行“预测预报、有疑必探，先探后掘、先治后采”的原则，防止误穿溶洞导致水灾事故的发生。在开拓巷道穿越溶洞特殊地质段方面，应当清楚了解溶洞的充水因素、流量、压力等，结合溶洞的实际情况，采用科学的技术来完成。溶洞围岩一般为石灰岩，稳定性好，但溶洞一般有水涌出，且流量较大，普通支护形式无法阻挡涌水。按照“防、堵、疏、截、排”的综合治理措施，下面将结合贵州华隆煤业有限公司新华煤矿主平硐过溶洞段防治水工程，对开拓巷道穿越溶洞特殊地质段的技术进行研究[1]。
1 工程概况
积极配合“西电东送”战略的实施，保证六枝特区火力发电厂4x300MW规模的用煤，加快煤炭资源的开发步伐，贵州华隆煤业有限公司对六枝新华煤矿进行开发建设，在主平硐掘进至三叠系统夜郎组二段（T1Y2）地层中，于K0+801米（1号）、K0+929米（2号）、K0+963米（3号）等三处遇到溶洞，在溶洞揭露后，监测到最大涌水量为43848 m3/h（雨季），最小涌水量为160 m3/h（旱季），严重威胁到煤矿生产及安全。为了解决充水对煤矿生产及安全带来的隐患，贵州华隆煤业有限公司委托贵州煤田地球物理勘探有限责任公司，对主平洞内岩头到揭露段200米和未揭露段700米进行岩溶探测，并设置挡水墙与排水沟来防止涌水溶洞对煤矿生产造成影响[2]。
2 挡水墙设计依据
2.1 挡水墙的设计依据
1、挡水墙设计承受的水压，2.0MP；
2、 主平硐过溶洞地层为石灰岩，f>6；
3、 挡水墙设计采用C35混凝土浇灌，并预埋总量满足1000m3/h以上的导水管。
防水闸门硐室墙体计算：
根据《采矿工程设计手册》P2495页表5-12-5防水闸门墙体长度倒截锥形计算公式进行计算。
Li=[ln（γ0×γf×γd×p）- ln（ft）]/0.3986=[ln（1.1×1.3×2.0×2.0）- ln（1.65）]/0.3986=3.12m；L= Li+L0=3.12+1.5=4.62m，取4.6m；S2=（γ0×γf×γd×γsd+fcc）×S/ fcc=（1.1×1.3×2.0×2.0+17.5×0.95）×（6.44）/ 17.5×0.95=8.66m2；
E=-（πB+2B+4h3）+[（πB+2B+4h3）2-4×（4+π）×（2Bh3+0.25×πB2+4h3-2S2]1/2/2×（4+π）=-（π×2.8+2×2.8+4×2.6）+[（π×2.8+2×2.8+4×2.6）2-4×（4+π）×（2×2.8×2.6+0.25×π×2.82+4×2.6-2×（8.66）]1/2/2×（4+π）=-0.696m，即墙体嵌入岩体厚度为0.696m，式中：Li –闸门墙体应力衰减段计算长度，m；ln–自然对数符号；γ0–结构的重要性系数，取1.1； γf–作用的分项系数，取1.3；γd–取1.0～2.0，水压大、硐室净断面积大的取大值，设计取2.0；ft-混凝土轴心抗拉强度设计值，N/mm2；根据《采矿工程设计手册》P2494页表5-12-4混凝土强度设计值，采用C35混凝土时ft=1.65 N/mm2；L0–闸门墙体应力回升段长度，取1.0～2.0m，设计取1.5m； S2–闸门硐室最大掘进断面积，m2，设计为m2；γsd–作用不定系数，取1.0～2.0，水压大、围岩抗压强度较低者取大值，设计取2.0；S–闸门墙体前、后巷道最大净断面积，m2，现场测定不规则计算为4.76m2；设计以半圆拱型计算后断面为6.44mm；E–闸门墙体嵌入围岩深度（含砌壁厚），m；h3–闸门墙体前后巷道墙高，m；现场测量为2.6m；β–不小于60°；γ–一般取20°；l-围岩较软时所设的平直段，其值为0.5～1.0m，闸门墙体长度长时取大值，墙体长度短时取小值；B–闸门墙体前、后巷道净宽，m，现场测量为2.8m；
fcc-素混凝土的轴心抗压强度设计值，其值由表5-12-4规定的混凝土轴心抗拉强度设计值fc值乘以系数0.95确定，N/mm2；根据《采矿工程设计手册》P2494页表5-12-4混凝土强度设计值，采用C35混凝土时fcc=17.5×0.95；P-防水闸门硐室设计承受的水压，2.0N/mm2；L-闸门墙体长度，m[3]。
2.2 挡水墙设计验算
挡水墙设计验算的依据为：
1、挡水墙设计承受的水压，MP；p=2.0MP
2、 主平硐过溶洞地层为石灰岩，f>6；
3、挡水墙设计采用C35混凝土浇灌，并预埋总量满足1000m3/h以上的导水管；
4、C35混凝土浇灌轴心抗压fc=16.3N/mm2；钢材抗弯强度fY=300N/mm2；
锚固端：
4 结论
使用挡水强和排水沟能够对涌水溶洞起到一定的限制作用，减少涌水溶洞出现大量涌水而充满煤矿，对煤矿生产造成重大影响。本文结合工程案例，通过对防水墙和排水沟进行计算，显示出了使用挡水强和排水沟之后与未使用之前的差异，说明挡水强和排水沟对煤矿生产的重要作用。
采用设置挡水墙与排水沟的技术对防止涌水溶洞充水起到了很大的作用，说明在开拓巷道溶洞特殊地质段方面，对于涌水溶洞可以采取挡水墙和排水沟的方式来减少涌水溶洞对煤矿生产造成的影响，本文结合了相关工程案例进行研究，但由于研究对象有限，所以关于开拓巷道溶洞特殊地质段的技术还需要再进一步进行探讨。
参考文献
[1] 刘向红，赵晶.矿用电磁仪在溶洞地质灾害超前探测中的应用[J].煤炭科技，2010，15（3）：92-93.
[2] 赵延林，张盛国，万文等.基于流态转换理论巷道前伏溶洞突水的流固耦合-强度折减法分析[J].岩石力学与工程学报，2014，25（9）：1852-1862.
[3] 何坤.织金矿区巷道穿溶洞施工技术措施探讨[J].煤矿现代化，2014，45（4）：124-125.
[4] 刘帆.全岩巷道过溶洞掘进及支护方式的探讨[J].广东科技，2012，21（7）：143-144.