孔庄矿地下开采对水闸的影响分析及防治

摘要：孔庄矿地下开采对微山湖湖区挖工庄东闸的的安全防洪产生了一定影响，文章通过资料分析和沉陷变形预计，研究了各个开采阶段对挖工庄东闸的影响情况，结合挖工庄东闸的防洪要求，提出了对挖工庄东闸各个开采阶段的处理措施，为挖工庄东闸的安全运营提供了科学依据，同时为类似条件的水闸下安全采煤提供了借鉴。

关键词：地下开采；水闸；地表沉降预测；地表沉降预测

中图分类号：TD325　文献标识码：A　文章编号：1009-2374(2011)10-0136-03

孔庄井田地处江苏省沛县和山东省境内，工业广场在沛县城北4公里处，东邻微山湖，地表河流、沟渠纵横，分布多个大小水闸；开采不可避免对这些水闸造成影响，为了确保防洪安全，研究开采对水闸的影响情况及其防治措施具有重要的理论意义和实际意义。

数十年来，目前国内在各类建(构)筑物下进行过许多采煤实践，并取得了丰富的经验，促进了我国的三下采煤事业的发展，我国民经济建设提供了能源保障；但是，迄今为止，在水闸下采煤的实践较少，为此，需要进行这方面的研究。

受上海大屯能源股份有限公司孔庄煤矿7337、7339、7431等工作面的影响，已造成微山湖湖西大堤挖工庄东闸塌陷破坏；孔庄矿计划在水闸附近再开采8352、7354、8354等工作面，为保证微山湖南四湖的防洪安全，需进行开采影响分析和防治措施研究。

一、挖工庄东闸概况

挖工庄东闸位于微山县赵庙乡挖工庄村东，挖工庄河入湖口处，河底高程29.29m，滩地高程32.79m，堤顶高程39.0m，大堤内土质为黄色粘土、粉质粘土、粉细砂，底板持力层为粉质粘土，地下水位随湖河水位变化而变化，水位变幅32.29～30.29之间。

挖工庄东闸始建于1969年，按IV级建筑物设计，标准为二十年一遇，设计上游水位32.79m，下游水位31.79m，设计流量为每秒40立方米。于1999年按原标准进行了重新设计和重建。闸底板设计高程29.29m，涵洞洞高4m，洞口尺寸为2孔3.5×4.0m，涵洞纵坡i＝0，涵洞长36m，每12m设置2cm沉降缝。潜孔闸门净宽3.5m，净高4.0m，承受上游水面到底槛6.0m的水压力(内河设计洪水位35.79m)，下游承受3.0m水压力(外河除洪水位32.79m)，采用钢筋混凝土平板面板的梁格式闸门。

挖工庄东闸情况如图1所示：

二、地下开采情况

孔庄矿井田内主要含煤地层有太原组、山西组及下石盒子组，主要可采煤层为7煤、8煤。7号煤层位于山西组，煤层厚度2.05～6.52m，平均4.56m。8号煤层位于山西组底部，煤厚0.29～4.96m，平均2.93m，为一较稳定煤层，煤层结构简单。

在挖工庄东闸下方及附近开采煤层两层，从上而下分别为7煤、8煤，孔庄矿没有位于挖工庄东闸正下方的工作面，对挖工庄东闸有一定影响的工作面为9个。这些工作面大部分为走向长壁开采，顶板管理方法为全部垮落法。已采工作面中7煤开采深度为403―896m，采厚为4.52～5.87m，倾角24°；8煤开采深度为370～530m，采厚为1.52～3.0m，倾角24°。

除了已经开采的工作面外，对于7煤，孔庄矿计划在挖工庄东闸东部开采7354工作面；对于8煤，孔庄矿计划在挖工庄东闸东部开采8352、8354工作面。计划开采顺序为：8352面、7354面、8354面；7煤开采深度为663～733m，采厚为5.6m，倾角24°；8煤开采深度为515～753m，采厚为2.92～3.52m，倾角24°。

图2给出了本区7煤井上下对照图，图3给出了本区8煤井上下对照图：

三、地表沉降预测

本区的地表移动和变形预计采用概率积分法预测模型，地表沉陷预计采用中国矿业大学开采损害及防护研究所研制的矿区开采沉陷预测预报系统。

通过地表移动变形预计计算，表1给出了不同阶段开采后挖工庄东闸的最大移动变形值。根据预计计算结果， 目前挖工庄东闸已产生的移动变形最大值为：最大下沉730mm；沿河堤方向最大倾斜4.4mm／m，沿河堤方向最大拉伸变形1.6mm／m，垂直于河堤方向最大倾斜0.6mm／m，垂直河堤方向最大拉伸变形4.6mm／m。

四、挖工庄东闸影响分析及防治措施

(一)开采对挖工庄东闸影响分析

第一，已开采工作面对挖工庄东闸影响分析。根据前面预计结果，目前开采引起的变形已经对挖工庄东闸产生影响，主要表现在闸门倾斜、起动不便，部分挡土墙出现裂缝等。由于涵洞方向设置有变形缝，垂直河堤方向的变形影响相对小。建议在该阶段对启闭机进行调整，消除倾斜变形的影响，保证闸门起动顺利。

第二，8352工作面开采后对挖工庄东闸影响分析。根据表1，8352工作面开采后引起的变形可能使闸达到III级损害，出现闸门偏斜、起动不便，闸门挤死等现象，必须加以维修处理。

第三，7354工作面开采后对挖工庄东闸影响分析。根据表1，7354T作面开采后引起的变形可能使闸达到III级损害，出现闸门偏斜、起动不便，闸门挤死等现象，必须加以维修处理。

第四，8354工作面开采后对挖工庄东闸影响分析。根据表1，8354工作面开采后引起的变形可能使闸达到IV级损害，出现闸门偏斜、起动不便，闸门挤死等现象，必须加以维修处理。

第五，地下开采对挖工庄东闸影响总体分析。挖工庄东闸周围工作面开采后，引起挖工庄东闸下沉总量1130mm，沿河堤方向最大倾斜为7.0 mm／m，最大拉伸变形1.7mm／m，这些变形可能导致闸底板高程比设计时低1130mm，高程变为28.16m；垂直河堤方向最大拉伸变形为7.2mm／m，最大倾斜变形为4.0mm／m。

表1给出了今后各工作面开采挖工庄东闸移动变形变化过程。分析移动变形过程可以看出，已经开采的工作面对挖工庄东闸造成的移动变形较大，下沉和倾斜变形2／3都已经发生，拉伸变形基本出现在该阶段，后期开采增加较小。分析后期开采工作面还可以看出，后期开采对挖工庄东闸主要有影响的工作面为7354了作面，如果在7354工作面开采后进行挖工庄东闸重建，重建后的挖工庄东闸将受到8354工作面开采的影响，此工作面开采引起挖工庄东闸下沉为80mm，沿河堤方向倾斜为0.7mm／m，拉伸变形0.1mm／m，垂直河堤方向最大倾斜0.7mm／m，最大拉伸变形为0.6mm／m。这些变形不会引起挖工庄东闸的损害，因此在7354工作面开采后对挖工庄东闸进行维修是合适的。

(二)防治措施

以上分析表明，目前地下开采已经对挖工庄东闸造成了影响，使闸门启动不畅，为经济合理的对闸进行加固维修，结合《规程》，建议采取以下措施：

在目前的情况下，闸门和涵洞均未严重破坏，考虑到后期开采还将对闸门造成较大影响，从经济和使用两方面考虑，目前不宜对闸门进行重建，只要对闸门进行适当调整，保证闸门正常使用，因此，建议对启闭机和螺杆进行调整，保证螺杆垂直度，对主然块适当调整，保障闸门启动的顺畅。

7354工作面开采后，对闸门可以考虑两种方案：

第一，全部进行重建处理，在重建时，对闸门进行预加高，加高80mm左右，以消除8354工作面开采后下沉的影响，保证闸门防洪的标高。此外，为消除8354工作面开采的变形影响，在闸门设计时，适当增加配筋，提高闸门抗变形的能力，同时将闸门启闭机设计成可调变形装置，以便消除后续工作面开采引起的地表变形的影响。

第二，仅对闸门部分进行加高维修或重建处理，对涵洞进行适当维修。由于涵洞为混凝土整体浇注，抗变形能力较强，目前来看，破坏的可能性小，如果能够将原闸门适当加高，保证闸门挡水能力和防洪的要求，对滑槽等维修调整，保证闸门启动的顺畅，仍然可保证闸门的防洪能力。

第三，如果对整闸进行重建，对于涵洞，可以考虑将其改为圆形涵洞，以增加其抗变形能力。

五、结语

通过资料分析和沉陷变形预计，研究了孔庄煤矿各个开采阶段对微山湖挖工庄东闸的影响情况，结合挖工庄东闸的防洪要求，提出了对挖工庄东闸各个开采阶段的处理措施，为挖工庄东闸的安全运营提供了科学依据，同时为类似条件的水闸下安全采煤提供了借鉴。

参考文献

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