大型采空区井下密闭墙设计_郑学敏

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 ;
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 =B ·t an30° 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 / M Pa
设计 按抗压 按抗剪 按渗透 墙厚推 承压 计算墙 计算墙 计算墙 荐值 / M Pa 厚/m 厚/m 厚/ m / m
按尾矿水面比尾矿 按尾矿水面比尾矿 沉积面高 2 m 计算 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。
4.3 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/ f c] 1/ 2 - (a +
(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
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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
4.1 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
-190 240 4 .82 12 .41 1 .121 5 .531 5 .58 5 .6
-160 210 4 .22 10 .86 1 .003 4 .840 4 .88 5 .0
-120 170 3 .41 8 .78 0 .837 3 .913 3 .94 4 .0
-80 130 2 .6 6 .69 0 .66 2 .982 3 .01 3 .0
尾矿浆 高度/ m
10 30 60 90 110 130 150 170 190 210 230 240 260 270 330
备注
按尾矿浆高度 和密度计算
0 .12ห้องสมุดไป่ตู้ 4
0 .369 8 0 .737 9 1 .128 6 1 .352 7 1 .630 2 1 .844 6 2 .131 8 2 .336 5 2 .633 4 2 .828 4 3 .009 6 3 .191 7 3 .385 8 4 .131 8
4.2 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 。
qmax = γf ζH w + γo HD ,
(5)
式中 , f v 为混凝土设计抗剪强度 , MP a 。
(3)按抗渗透性条件计算 。
B ≥48K hab ,
(6)
式中 , K 为考虑井下密闭墙的抗渗性要求 , 取 K = 0 .000 02 ;h ab 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 .1 ×1 .2 ×1 .4 ×1 .4 =2 .587 2 ×计算承压 。
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 ;
山铜矿尾矿为 1 .181 8 t/ m3 ;γo 为尾矿水密度 , γo
=1 t/m3 ;H w 为计算断面距尾矿表面高度 , m ;H D
为计算断面距尾矿水高度 , m ;ζ为侧压力系数 , ζ
=t an(45°- / 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
b )}/(4 tan α),
(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 , M Pa ;f c 为混凝土抗压强度 设计值 , M Pa 。
(2)按抗剪强度计算 。
B ≥Pab/ 2(a +b)f v ,
计算方法 。
qmax =(1 -sin o)γf H w +γoH D ,
(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°;H D 为清水高度 , 一般可取 H D = Hw +2 ;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
参 考 文 献
1 《采矿设计 手册》 编写委 员会 .采矿设 计手册(3), 井巷工程卷 . 北京 :中国建筑工业出版社 , 1989
2 中 华人民 共和 国国家 标准 .建筑结 构设计 统一标 准(G BJ68 84).北京 :中国建筑工业出版社 , 1991
(收稿日期 2002-09-28)
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
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(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 1.5 倍承压 。
(2)
式中 , qmax 为最大压力 , MPa ;γf 为尾矿密度 , 狮子
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 。
郑学敏 :大型采空区井下密闭墙设计 2002 年第 12 期
Series No .318 December 2002
金
属 矿 山
M ET A L M IN E
20总02第年第31 812期期
·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 。
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 f c =10 MPa , 轴心抗拉强度设计值 f t = 1 .1 M Pa , 抗剪强度 f v 取(0 .1 ～ 0 .15)f c , 考虑乘 以 0 .95 系数取 f c =9 .5 MPa , f t =1 .045 M Pa , f v =1 .40 MP a 。
压力值 / M Pa
按尾矿库 排水管计算
0 .146 3
0 .462 0 .936 1 .41 1 .825 2 .041 2 .357 2 .673 2 .989 3 .304 5 3 .62 3 .778 4 .094 4 .252 5 .199
按尾矿库 排水井计算
0 .181 4
0 .584 9 1 .19 1 .795 2 .199 2 .602 3 .006 3 .409 3 .812 4 .216 4 .62 4 .821 5 .225 5 .426 6 .637
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
-40 90 1 .8 4 .63 0 .475 2 .064 2 .08 2 .0
0
50 0 .988 1 2 .231 0 .24 1 .03 1 .14 1 .2
+40 10 0 .201 7 0 .519 2 0 .225 0 .288 0 .21 0 .5
4.4 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