王村煤礦防水閘門設計說明書
陝西陝煤澄合礦業有限公司王村煤礦
防水閘門設計說明書
地測科
2013年10月20日
審 批
編 製 人:華照來
地 測 科:丁天瑞
運 輸 區:鞠可寶
通 風 區:楊彪
生 產 科：李現民
機 電 科：張欣
安 監 科 :賈亮曉
地測副總：丁天瑞
總工程師：吳新選
0前言
王村煤礦水文地質類型經2010年劃分為複雜型，根據《煤礦防治水規定》第六十六、六十七條規定：“水文地質條件複雜、極複雜的礦井，應當在井底車場周圍設置防水閘門，或者在正常排水係統基礎上安裝配備排水能力不小於最大湧水量的潛水電泵排水係統。在礦井有突水危險的采掘區域，應當在其附近設置防水閘門”。根據公司(局)研究決定，在三下進風巷和三下回風巷各施工一道防水閘門，主要防止三下采區和五采區突水威脅。
1礦井水文地質概況
王村煤礦井田範圍為黃土廣厚覆蓋區，水位埋藏較深，地表水不發育。區內地表水體僅有西部大峪河及東部金水溝溪流，流量受季節性影響及降雨控製，冬春季甚微，兩條河流均發源於北部黃龍山區，自北向南流經井田東西部，分別流入黃河和洛河。金水溝河底最低高程611m，流量甚微，常有斷流現象。大峪河河底最低高程558m，年平均流量為22L/s。
區內地下水受大氣降水補給，主要蘊藏在小向斜軸部及金水溝、大峪河穀地。按含水層性質可分為第四係鬆散層孔隙水、石炭二疊係砂岩裂隙水、太原組K2灰岩及奧陶係石灰岩岩溶裂隙水三種類型。其中前者為潛水含水層，後兩者多為承壓含水層。隔水層主要為各地層段粉砂岩、泥岩段。總體上看，第四係鬆散砂土層含水不富;石炭二疊係地層的富、透水性不強;奧灰岩富、透水性強，但極不均一，形成了本區非均質的統一含水體，水位標高+371m，對礦井開采水平低於+371m的區域有不同程度的影響。王村煤礦最低開采水平為320m，故當開采水平低於371米時，奧灰水將會有一定的影響。
2工程概況
2.1防水閘門安設位置
三下進風巷防水閘門位於三下二號聯巷口向南160m位置為防水閘門中心位置，圍岩岩性為上部為細粒砂岩和粉砂岩，下部為K2灰岩，較堅硬。三下回風巷防水閘門位於三下二號聯巷口向南130m位置為防水閘門中心位置，巷道位於5號煤層，頂板岩性為K4砂岩，較堅硬。
2.2最高靜止水位
奧灰水靜止水位為+371m。
2.3湧水量
三下采區正常湧水量50m3/h。
2.4巷道的斷麵及支護形式
三下進風巷：寬×高為3.2×3.5m，支護形式為錨網噴漿。
三下回風巷：寬×高為4×3m，支護形式為錨網噴漿。
2.5巷道內運輸方式
在運輸大巷運輸為電機車+平板車加工的專用車輛，在采區巷道及聯巷為小絞車+平板車加工的專用車輛。
2.6巷道通過的設計風量
三下進風巷和三下回風巷設計風量3383m3/min。
2.7管線布置
三下進風巷西幫有管路三趟，兩趟4寸和一趟3寸;東邦共有電纜5趟，三下回風巷東幫有管路兩趟，一趟4寸和兩趟2寸;西邦共有電纜3趟。
2.8防水閘門及水溝規格
三下進風巷自動防水閘門尺寸為3.0×3.0m，水溝尺寸0.6×0.6m;三下回風巷手動防水閘門尺寸為3.0×3.6m，水溝尺寸0.3×0.3m。
3防水閘門設計
3.1軌道巷防水閘門設計布置(1.6MPa/3.0×3.0m，帶控製係統)
3.1.1設計布置
箅子門布置在防水閘門來水側15m～25m處，活動軌道設在閘門前，門扇為對開式布置，門扇上分別設絞接機構與油缸連接。PLC控製櫃、手動操作台、液壓站都集中於電、液控製硐室內，電、液控製硐室設在閘門硐室背水側5m左右處，並高於軌麵800mm以上。PLC控製櫃經光纖與地麵工控機連接。操作人員在地麵操作既可完成閘門的及時關閉。
3.1.2.結構特點
3.1.2.1防水閘門(1.6MPa/3.0×3.0m)
承壓≥1.6Mpa，兩門扇對開布置，關閉後由拉緊裝置鎖緊，當門扇處於開啟狀態時由自動門托自動支撐。
3.1.2.2.箅子門
優化設計的箅子門既可通水又可有效阻截煤泥沙石及漂浮物，為閘門關閉創造了良好條件。
3.1.2.3活動軌道
常處於水平狀態，當需要關閉閘門時，活動軌道自動移開。
3.1.2.4液壓係統
液壓站為全密封結構。
3.1.2.5電控係統
PLC控製櫃經光電轉換器、光纖與井上工控計算機與連接、工控計算機置有組太王管理軟件，實時監控閘門係統的運行工況，據有故障查詢、曆史運行記錄。
係統設有遠控及近控兩種操作模式，平常處於遠控模式，據需要可切換到近控模式。
3.1.3閘門關閉順序及耗時
關閉順序：活動軌道自動移開--門扇自動關閉。
耗時：在遠控模式下5min內自動完成。
3.2機軌合一巷閘門係統設計布置
3.2.1閘門斷麵(寬×高)3600mm×3000mm，對開布置。
兩塊門關閉後由拉緊裝置鎖緊，當門扇處於開啟狀態時由自動門托自動支撐。
3.2.2箅子門
箅子門布置在防水閘門來水側15m～25m處，優化設計的箅子門既可通水又可有效阻截煤泥沙石及漂浮物，為閘門關閉創造了良好條件。
3.3泄水管內徑選擇
根據現有資料，防水閘門開啟時，泄水管正常過水量300m3/h即0.084m3/s，設計在每個防水閘門硐室中設置兩條泄水管，因此每個泄水管流量為0.042 m3/s。查表可得出：泄水管直徑為350mm(按計算選直徑300mm也可, 為了安全向上選了一級)，且泄水管敷設坡度為0.006(6‰)時，管子的充滿度(h/d)取值為0.6，流量為0.0761m3/s，可滿足排水要求。
3.4附材
(1)光纖
軌道巷電液控製硐室需2芯光纖。
(2)電源
變電所需供出AC660V(電纜截麵≥10mm 、用於液壓站)、AC127V(用於聲光報警、攝像儀)及DC12～24V(用於液位傳感器)電源至每座電液控製硐室。
(3)46號抗磨液壓油及φ16mm液壓管若幹。
(4)硐室中所需預埋件。
(5)主要設備供貨範圍一覽表
序號 |
設備名稱 |
規格型號 |
單位 |
數量 |
備注 |
一 |
軌道巷 |
||||
1 |
防水閘門（對開式） |
MYD-1.6/3000×3000 |
台 |
1 |
承壓1.6MPa |
2 |
機械自動門托 |
調距20mm |
台 |
2 |
|
3 |
軌道巷遠程控製係統 |
YMG-B1/600 |
套 |
1 |
注1 |
4 |
箅子門 |
台 |
1 |
注2 |
|
5 |
排水管 |
DN350-7000 |
根 |
2 |
含法蘭螺栓螺母法蘭墊圈 |
6 |
高壓閘閥 |
Z41H-350 |
台 |
2 |
1.6MPa |
二 |
機軌合一巷 |
||||
1 |
防水閘門（對開式） |
MYD-1.6/3600×3000 |
台 |
1 |
承壓1.6MPa |
2 |
機械自動門托 |
調距20mm |
台 |
2 |
|
3 |
排水管 |
DN350-7000 |
根 |
2 |
含法蘭螺栓螺母法蘭墊圈 |
4 |
高壓閘閥 |
Z41H-350 |
台 |
2 |
1.6MPa |
注：
1軌道巷遠程控製係統：含液壓係統、各執行油缸;PLC控製櫃、操作台、接近開關、壓力傳感器、光電轉換器、組態王運行軟件、工控計算機等。
2箅子門按所處位置實際斷麵設計，結構為兩扇對開。
4防水閘門硐室設計
4.1 基礎資料
(1)三下進風巷防水閘門位於三下二號聯巷口向南160m位置為防水閘門中心位置，圍岩岩性為上部為細粒砂岩和粉砂岩，普氏係數f=4-6;下部為K2灰岩，較堅硬，普氏係數f=8-10。三下回風巷防水閘門位於三下二號聯巷口向南130m位置為防水閘門中心位置，巷道位於5號煤層，頂板岩性為K4砂岩，較堅硬。普氏係數f=6-8;
(2)設計最大靜水壓為1.6MPa;
(3)閘門硐室采用混凝土澆築作為永久支護，混凝土強度等級采用C30;
(4)三下進風巷巷道斷麵為3.2(寬)×3.5(高)m，支護形式為錨網噴漿。三下回風巷巷道斷麵為4(寬)×3(高)m，支護形式為錨網噴漿。
4.2設計要求
1、由於閘門硐室所受的水壓1.6MPa，根據《采礦設計手冊》本防水門結構形式采用圓柱形結構;
2、由防水門受力特點，為保證發生水患時防水門不發生位移和混凝土镟體開裂，應據實際在水閘門門框和混凝土搭接處布置構造鋼筋網;
3、防水閘門硐室一側布置安設管線的管路，下部鋪設排水管;
4、水閘門混凝土牆體砌镟完畢終凝後，須進行壁後注漿。
4.3防水閘門硐室密閉厚度確定
4.3.1設計參數
硐室所受的最大靜水壓力P=1.6MPa;
混凝土強度等級采用C30，其強度設計值：軸心抗壓強度值fc=14.3N/mm2，抗拉強度值ft=1.43N/mm2;
閘門前斷麵(即來水方向斷麵)確定巷道基本參數：斷麵為三心拱形，淨寬a=3.2m或4m，防水閘門硐室支撐麵與巷道中心線夾角α=20°。
4.3.2防水閘門硐室密閉厚度計算
由於閘門硐室所受的最大水壓1.6MPa≤1.6MPa，根據《采礦設計手冊》本防水閘門硐室的結構形式采用楔形，計算如下：
三下進風巷：巷道淨寬3.0m
式中：
L—閘門牆體長度，m;
B—閘門牆體前、後巷道淨寬，m;
α—凸緣基座支承麵與硐室中心線夾角，式中取20°;
ƒcc—混凝土的軸心抗壓強度設計值，14.3N/mm2;
ro—結構的重要性係數，取1.1;
rƒ—作用分項係數，取1.3;
rd—結構係數，據硐室淨斷麵的大小取值1.5;
P—防水閘門硐室設計承受的水壓，1.6N/mm2;
H—閘門牆體前、後巷道淨高，3.0m;
代入公式計算：
按楔形公式
據以上公式驗算結果，考慮到要安全的承受水壓及地壓，最終確定新增水閘門采用楔形結構形式，牆體厚度值取2.0m。
三下回風巷：巷道淨寬4m。
式中：
L—閘門牆體長度，m;
B—閘門牆體前、後巷道淨寬，4.0m;
α—凸緣基座支承麵與硐室中心線夾角，式中取20°;
ƒcc—混凝土的軸心抗壓強度設計值，14.3N/mm2;
ro—結構的重要性係數，取1.1;
rƒ—作用分項係數，取1.3;
rd—結構係數，據硐室淨斷麵的大小取值1.5;
P—防水閘門硐室設計承受的水壓，1.6N/mm2;
H—閘門牆體前、後巷道淨高，3.0m;
代入公式計算：
按楔形公式
據以上公式驗算結果，考慮到要安全的承受水壓及地壓，最終確定新增水閘門采用楔形結構形式，牆體厚度值取2.0m。
4.3.3防水門框配置構造鋼筋
由防水門受力特點，在水壓較高時為保證發生水患時防水門不發生位移和混凝土镟體開裂，應據實際在水閘門門框和混凝土搭接處布置構造鋼筋網。
受力03manbetx ：高壓防水閘門硐室承載水壓以壓、剪應力為主，硐室破壞是壓剪應力引起的拉伸破壞;水壓不是水閘門圓弧門扇的平均承擔，防水閘門硐室自端頭向尾部各截麵上的應力逐漸衰減，硐室砌镟長度達到一定長度後，應力逐漸趨於零。
防水閘門受力示意圖
故在防水門門框周圍布置適量的構造鋼筋起維護，拉結，分布力作用。此處鋼筋分兩層布置，層間距300mm，每層鋼筋網孔225×140mm，層間連接鋼筋采用φ8搭接，上下每層縱筋和橫筋均采用φ16鋼筋布置。
4.4工程量與施工圖
4.4.1見附圖
4.4.2硐室工程量
1、三下進風巷挑頂0.8米，挑頂長度5.8米;兩幫擴幫各0.9米，擴巷長度7.4米;起底0.8米，起底長度5米，寬度1米。活動軌道起底0.6米，長度2.2米。牆體寬1.8米，厚度1米，混凝土澆注。機電控製硐室：深3.5米，寬2.5米，高度2.75米。電纜槽深度0.3米，長度根據實際情況定。風水管路槽深0.3米，長度根據實際情況定。預埋工字鋼、螺栓24個。
2、三下回風巷挑頂1米，挑頂長度5.3米;兩幫擴幫各0.8米，擴幫長度5.8米;起底1米，起底巷道長度7米。牆體寬2米，厚度1米，混凝土澆注。
3、兩道防水閘門左右底板下方均預埋兩趟排水管，直徑350mm。
4.5主要附屬設施
三下進風巷自動控製防水閘門附屬設施：
1、箅子門：優化設計的箅子門既可通水又可有效阻截煤泥沙石及漂浮物，為閘門關閉創造了良好條件。
2、活動軌道：常處於水平狀態，當需要關閉閘門時，活動軌道自動移開。
3、液壓係統：液壓站為全密封結構。
4、電控係統：PLC控製櫃經光電轉換器、光纖與井上工控計算機與連接、工控計算機置有組太王管理軟件，實時監控閘門係統的運行工況，據有故障查詢、曆史運行記錄。
三下回風巷手動控製防水閘門附屬設施：
1、箅子門：箅子門布置在防水閘門來水側15m～25m處，優化設計的箅子門既可通水又可有效阻截煤泥沙石及漂浮物，為閘門關閉創造了良好條件。
5施工方案
5.1施工順序
三下進風巷和三下回風巷兩道防水閘門計劃同時施工。
1、施工流程
第一步：將兩巷的管路拆卸後用軟管連接，放在巷道下方埋好;電纜小線在巷道下方挖槽埋好，並用護皮保護好。
第二步：(挑頂、擴幫、起底)先刷頂部，再刷兩幫，最後由前向後按設計尺寸落底。支護方式：一次支護(臨時支護)采用錨網噴支護，永久支護采用鋼梁砼支護，壁厚500mm，混凝土標號為C30，鋼梁采用32b"工"字鋼，鋼梁搭接處用電焊焊死。
第三步：下閘門門框→安裝門框、找平、調整、焊接固定。
第四步：安裝地下排水管道及兩側管路和管線。
第五步：安裝模架→配料攪拌→澆注混凝土→終凝拆模→灑水養護
第六步：下防水閘門門扇→安裝閘門門扇;
2、掏槽擴幫嚴格按措施要求的炮眼布置及規格尺寸施工，保證開挖尺寸滿足設計要求;
3、澆注閘門镟體所用混凝土等級C30;
4、混凝土配置前必須將碎石材用水衝洗，以提高混凝土澆注效果，澆注使用振動棒搗實，保證穩固可靠;若采用人工插搗混凝土，一次澆注厚度應≤50cm，鋼釺要插到每次所澆注厚度的底部按螺旋方向插搗，使內部氣泡排出，保證混凝土的密實、均勻及連續性;
5、當關閉水閘門使其受壓時，最大應力在閘門與混凝土镟體的搭接處，易造成位移和開裂，此處應采取措施，在閘門與混凝土的搭接處焊接配筋，同時加強混凝土的澆注質量，澆注一次成型;
6、整個閘牆體須連續澆注，保證緊密結合，嚴防漏水;
7、水閘門的調試、安裝由車間部門負責，廠家現場指導，現場施工區隊應協助好車間部門的安裝作業;
8、閘牆體砌镟完畢終凝後，應進行壁後注漿。
5.2質量要求及注意事項
1、混凝土澆築前先架設模架，找平固定防水閘門門框;
2、防水閘門的各項施工及質量，應符合設計要求。閘門和閘門硐室不得漏水;
3、防水閘門硐室前、後兩端，分別砌築不小於5m的混凝土護镟，镟後用混凝土填實，不得空幫、空頂。防水閘門和護镟采用統一高標號水泥進行注漿，注漿壓力要符合設計要求;
4、防水閘門來水一側排水管口要焊接鐵箅子。
5、防水閘門的軌道、帶式輸送機等能夠靈活易折。通過牆體的各種管路和安設在閘門外側的閘閥的耐壓能力，與防水閘門所設計壓力相一致。電纜、管道通過防水閘門牆體處，用堵頭和閥門封堵嚴密，不得漏水;
6、防水閘門應安設觀測水壓的裝置，並有放水管和放水閘閥;
1、硐室施工前施工單位必須根據設計說明書編製詳細的施工安全技術措施。包括打眼、放炮、支護、噴漿、澆注混泥土、起吊安裝等措施。
2、運輸區須根據防水閘門的實際尺寸，在地麵加工專門運輸車輛以及捆綁牢固下井，車間、機電科配合;同時，負責編製下罐和大巷運輸的安全技術措施。
3、施工單位負責編製從15度坡底到安裝地點的運輸措施。包括沿途的小絞車、軌道、其他安全設施必須齊全完好，三下回風巷運輸從二號聯巷進，在二號聯巷風門裏交叉點處更換成化子車。
4、安監科安排專職安監員在運輸、安裝、施工現場進行跟班監督安全管理。
5、安裝、調試期間防水閘門廠家安排專門技術人員指導施工。
6、礦安排科室管理人員現場跟班，監督指導施工，認真負責好現場管理，並與班組負責人協調及時解決生產中出現的安全隱患及其它問題。
7、小絞車司機必須持證上崗，同時嚴格執行《絞車司機01manbetx 01manbetx 》。
8、小絞車司機操作前，必須認真檢查絞車各部件及各項安全設施的完好情況，摘掛鉤工每次接班後，必須認真檢查鏈環，鉤頭完好，鋼絲繩的磨損情況及軌道質量，發現問題及時彙報處理後，方可開始工作。鋼絲繩因斷絲，磨損需要更換時，按《煤礦安全01manbetx 》第402條執行。
9、小絞車要有護繩板，滾筒上必須留餘繩三圈，繩頭壓板必須壓牢，滾筒排繩要整齊，鋼絲繩磨損超限時，禁止使用。
10、小絞車司機必須站在護繩板後開車，嚴禁站在絞車前方或側方開車。
11、小絞車司機和摘掛鉤工，必須牢記一停、二開、三放車的有關規定，每次拉放車，必須先發信號，禁止不發信號或先開車後發信號，信號不清，嚴禁開車。
12、絞車在運行中，嚴禁用手或腳撥動運行中的鋼絲繩和檢查處理機器的運轉部件。
13、絞車運輸其繩索、鉤環、保險繩、擋車器、聲光信號、絞車製動、安全裝置以及保護罩等，必須安全完好、靈活可靠，每次使用前必須進行檢查，確保正常使用。
14、車輛連接必須統一使用三鏈環。
15、鉤頭U型環安裝必須朝向主繩方向。
16、運料時必須做到以下幾點：
⑴ 物料運輸前必須認真檢查裝車情況，防止物料滑落。
⑵ 料車在巷道內存放時必須支牢。
⑶ 在車上翻物料時，必須相互配合好，防止擠手。
⑷ 嚴禁亂扔亂放，按井下標準化要求進行擺放。
17、信號工發出信號前要對附近人員發出開車警告，嚴禁其通行;如開車前已有人員通行則不得發出開車信號，嚴格堅持“行人不行車，行車不行人”製度。
18、處理掉道車，工長必須現場指揮，處理人員不少於4人，嚴禁用絞車強拉複位，應采用木質較好的背板多人合作，抬車上道;斜坡處理掉道車，必須設專人負責看護絞車，必須將車閘死，先抬下部上道，然後支穩礦車下部，再抬上部使其上道，處理人員必須站在車兩邊，嚴禁任何人員在車後方及下方逗留，處理好後，所有人員撤離至安全地點後，方可打信號開車;
19、設備必須用8#鐵絲雙股或細鋼絲繩捆綁牢固，並使設備中心置於料車中心，運送大件必須采用專用料車，確保斜坡拉放車安全。
20、人工搬運物料，搬運人員必須口令統一動作一致防止碰傷。
21、鋼絲繩檢查：鉤頭20m以內由掛鉤工負責，其餘由小絞車司機負責，發現問題及時處理，並彙報隊值班。
22、使用絞車時司機、掛鉤工不少於5人。
23、過風門時，必須嚴格執行“過一關一”的順序，防止風流短路。
24、運料工必須按支護材料標準、規格、要求進行驗料、裝料，嚴禁不合格支護材料入井。
25、斜巷拉放空重車數量嚴格執行絞車放行牌版規定。
26、上、下山運輸時，嚴禁放飛車，非專用料車時必須將材料、設備、工具等要係牢，以防下滑。
27、斜巷運輸中途需停車裝卸時，絞車司機必須刹緊閘把，堅守崗位，裝卸人員采用卡道器將車支好，才能裝卸。裝卸物料期間，車輛下方嚴禁有人工作或逗留。
28、斜巷運輸必須設置“一坡三擋”。
29、推車時不準扶在車沿上，手應扶在車沿下200mm的地方，以防擠手。
30、人力推車時，嚴禁在車的兩側推車，防止車輛歪倒傷人。
31、人工抬運設備時，需用雙股8#鐵絲將設備捆綁牢固，用二寸管子或圓木抬運，並統一速度前進，設備運至指定地點後下放時，統一緩慢放下設備或前方人員緩慢放下後，後方人員再緩慢放下放下，嚴禁所有人同時拋扔以防設備倒下傷人。
32、其他仍執行《煤礦安全01manbetx 》、《各工種01manbetx 01manbetx 》及礦隊有關規章製度的規定，同時執行專題會議的有關規定。
