煤矿地下水库坝体结构防渗技术研究现状*

杨夺，王文才

(1.内蒙古科技大学 矿业与煤炭学院，内蒙古 包头 014010；2.内蒙古科技大学 矿业研究院，内蒙古 包头 014010)

对于防渗技术的研究，国内始于水库坝体，宗敦峰提出超深防渗墙技术[1]，沈振中提出深埋坝体垂直防渗、水平防渗和联合防渗措施[2].但是对于采动影响下煤矿地下水库坝体结构的防渗技术研究较少.地下水库坝体防渗技术对于其稳定性影响较大，归结为两方面：一是煤柱的坝体受到周围扰动形成的裂隙，尤其是塑性应变区和侧向裂缝区；二是分别对人工构筑物和煤柱坝体进行防渗漏施工.在煤柱和人工构筑物间的接缝处出现渗漏，渗透性与水压、裂缝通道大小有关.

1 煤柱坝体采动影响下裂缝防渗漏研究

1.1 煤柱自身采动裂隙防渗

封堵裂缝、注浆加固等措施用于煤柱受周围采动影响而产生的裂缝区和渗漏区.可采用化学灌浆材料，包括丙烯(丙烯酰胺浆液凝胶体)、甲基丙烯酸甲酯堵漏浆液(甲凝)、硅化用灌浆材料(以水玻璃为主)、环氧树脂灌浆材料等.对于煤柱防渗工程采用较多的方法有较为混凝土防渗墙和水泥浆防渗墙等[3，8].

1.2 煤柱顶板岩层裂隙防渗

以李家壕煤矿为例，由于李家壕煤矿目前地下水库处于2-2中煤和3-1煤重复采动的采空区，而上下煤层工作面布置又存在一定的错开距，如图1所示.

所以在两煤层间的岩层中导水裂隙带的侧向偏移距将较大.根据上下煤层工作面及巷道布置的相对位置可知，3-1煤31109工作面回撤通道正好位于2-2煤工作面停采线正下方，由此，31109回撤通道将存在“顶水”的危险.结合煤岩体浸泡水的测试实验可以看出，煤层直接顶中的砂质泥岩存在遇水崩解软化现象，采空区储水通过侧向裂隙的侵入必然加剧此类直接顶岩层的崩解，从而造成裂隙发育范围的增大.因此，应对侧向裂隙发育范围内直接顶砂质泥岩采用钻孔注浆方式灌注隔水剂，以封堵水体在砂质泥岩中的进一步侵入，防治裂隙范围的扩散，达到防止储水渗漏的目的[4，8].

2 人工构筑坝体防渗技术研究

人工构筑坝体的结构除满足采空区最高水位时的压强要求外，还要满足一定的防渗漏水要求.人工构筑坝体结构外面为加固墙，其结构为锚杆、“井”字型11号矿用工字钢骨架及砼墙体，厚度由水库水位决定；内墙为防渗漏墙，是由黄土和两层0.8 m厚的砖墙组成.立交处施工1.6 m的混凝土密闭墙，在各水库出水口处的防水墙外面再施工支撑腿，以进一步提高人工坝体整体强度.为了提高人工构筑坝体的防渗性能，在防渗墙与加固墙之间可利用防渗膜铺贴、以及周边接茬处涂抹密封胶胶或喷射防水材料[8].

2.1 坝体构筑工艺

构筑坝体时采用板式和H型，见图2，同时应嵌深度为0.3～0.8 m.还要进行防渗漏的技术措施，可以采用喷砼和混凝土防渗措施确保水库的安全运行[5].

2.2 加固墙坝体结构与施工参数

人工构筑坝体由防渗墙和加固墙组成，由于防渗墙结构较为简单，而加固墙结构复杂，且承担着坝体安全与防渗双重责任，因此，对加固墙进行专门介绍.由于不同形状的巷道断面，加固墙坝体有三种类型：顺槽皮带机头立交、普通巷道人工坝体、十字交叉对角线.

(1)普通巷道人工坝体

矩形煤巷，采用“T”字型，以工字钢和砼等材料为主.掏槽深度200～300 mm为宜，如图3所示.布置方式为中间横3，外边竖1和里边竖5等方式，横向采用1.645 m，25b工字钢，竖向采用5.1 m，25b工字钢.采用电气焊连接，顶底槽掏槽尺寸为0.4 m×0.4 m×0.8 m，顶底帮均施工Φ18×2 100 mm螺纹钢锚杆，铺设Φ7 mm钢筋网，用铅丝绑扎[6].

(2)十字交叉对角线

对角线人工坝体能够形成通风系统.对角线位置为坝体主墙，长度一般为9～15 m，坝采用3点支撑，掏槽深度200～300 mm为宜，如图4所示.坝墙外共布置3道丁字形支撑墙，“T”字形支撑墙内25b工字钢布置方式为里竖1，中横3，外竖1，电气焊连接接，顶底槽掏槽尺寸为0.4 m×0.4 m×0.8 m，里外侧采用Φ18 mm×2 200 mm螺纹钢锚杆，铺设两层Φ7 mm钢筋网，绑扎在一起.并采用混凝土浇筑，中部丁字形支撑墙两头采用竖工字钢并浇筑C30混凝土，中间留设通风通道[7].

(3)巷道皮带机头立交大断面巷道人工坝体

对于立交拱形巷道，由于断面面积大，采用“T”字型坝体，主要材料和前两种坝体相同，顶槽掏槽尺寸为0.4 m×0.4 m×0.5 m，底槽掏槽尺寸为0.4 m×0.4 m×0.9 m，工字钢全部插入槽内，工字钢底部设置垫片，并焊接支撑腿，如图5所示.

对于地下水库坝体容易出现渗漏情况，分别对人工构筑物坝体和煤柱坝体进行防渗漏研究.煤柱坝体采动裂隙的防渗区域主要为煤柱自身塑性裂隙区以及顶板中黏土矿物成分较高的岩层区域，可采取注浆加固、封堵裂隙、喷涂防水材料等.人工构筑物坝体分设防渗漏墙、加固墙，提出了普通断面巷道、十字交叉和皮带机头立交区域的坝体结构设计方案.