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中图分类号：X9 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0720072－01
近年来，煤矿发生透水事故屡见不鲜。处理巷道透水的方法很多，其中利用挡水墙处理巷道透水以其简单、实用、经济、方便的特点而被广泛应用。但是由于有关工程技术人员对挡水墙设计及施工技术掌握程度的不同，以及挡水墙部位工程地质及施工条件的差异，在具体设计及实施过程中往往存在某些偏差。为了使挡水墙既能安全可靠，又能经济合理地在煤矿防治水中发挥其积极而有效的作用，根据实践经验，浅谈一下挡水墙在设计及施工中应注意的幾个问题。
一、挡水墙型式选择问题
挡水墙结构形式一般为楔型、矩型（不掏槽）和球型三种，而楔型又分为单锥楔型和多锥楔型两种。楔型挡水墙比较常用，矩型次之，球型一般很少采用。在实际生产中，常用的是单锥楔型挡水墙，因为该型式挡水墙在水压作用下坚固可靠，有较大的稳定性，与巷道围岩接触紧密，静水压在2.5 Mpa以内的均可采用该型式。但是，在松软岩层中，不允许破坏岩层或发生穿水需紧急封堵而时间又不允许掏槽时不宜采用楔型挡水墙而应采用矩型挡水墙。由于矩型挡水墙是依靠与围岩的粘结力抵抗静水压力的，所以该型式只适应于静水压力不大（1Mpa以下）时采用。
二、挡水墙设计问题
（一）挡水墙厚度计算公式的推导
挡水墙的设计在挡水墙结构型式确立之后实际上是其厚度的设计。目前在有关工具书（如《矿井地质工作手册》、《煤矿矿井采矿设计手册》等）所推荐的计算公式比较单一，也不完全统一。在生产实践中一些工程技术人员在采用中不了解公式的来历过程而盲目加以引用，由于挡水墙的厚度取决于地下水的静压、墙体材料及围岩强度和巷道断面的形状及大小，所以在引用中难免出现偏差。根据我国煤矿井下巷道断面的特征，现以单锥楔型、矩型墙半圆拱巷道为例（如图1），介绍其推导过程，以利于对公式特点的认识以及在不同类型巷道使用中的公式变换。图1：
图中：
－巷宽；
－巷道墙高；
－墙的外面与水平线夹角；
－作用在单锥楔型水闸墙上的全部水压力，简化成作用在巷道的纵轴上；
Q－与P相抵抗的单锥楔型水闸墙支撑在围岩上的总反力（水闸墙自重忽略不计）。
则：作用在楔型水闸墙上的力在水平方向的平衡条件为：
Σx=P-Qsinα=0（合力为零）
即：Q=P/sinα （1）
由于单锥楔型水闸墙支撑在围岩上，其承受压力的等式可写成：
KQ=RδF（2）
式中：K－安全系数；
Rδ－混凝土（或围岩）抗压计算强度；
F－水闸墙支撑在围岩上的整个侧面积；
（1）式中P=Pr·S=Pr·a（b+πa/8）
Pr－静水压力；
S－水闸墙断面面积。
（2）式中F=B/cosα·[（πa/2+a）+2b+（π/2+2）Btgα]
（6）式就是所要推导的水闸墙厚度计算公式（单锥楔型）
（二）有关参数选取问题
从公式中不难看出，在巷道形状规格及静水压力为特定的情况下，其厚度与挡水材料（或围岩）强度Rδ和墙的斜面与水平线的夹角α成反比，与所取的安全系数K成正比。
①Rδ取值问题。在构筑挡水墙的部位，如果岩层的抗压计算强度小于建筑材料的抗压计算强度，那么在计算时务必选用岩层在饱和含水状态下的抗压计算强度Rδ（一般取岩层抗压强度的1/10），反之，则取建筑材料的抗压计算强度。
② α取值问题。一般为15°－30°，在实际施工过程中，α值越大，其施工难度也相应增大。α取值一般以10°－20°为宜。
③K取值问题。K取值至关重要，因为K是安全系数，其中包含了挡水墙的超载系数及工作条件系数。由于挡水墙的承载体为地质体，具有相当的不确定因素，如静水压的变化，围岩破坏程度的变化，挡水墙的施工与设计的差异等等。有关工具书K取值建议为2－3，但更多认为，K取值3－5更为安全，因为挡水墙一旦实施完毕即发挥其封堵穿水的功能，要求绝对安全，否则后果不堪设想。
三、挡水墙的施工问题
挡水墙施工质量的好坏直接关系到煤矿的安全生产以及挡水墙堵水功能是否得到正常发挥。通过具体实施，认为挡水墙在施工过程中应注意以下几个问题。
（一）掏槽清底问题
掏槽清底是挡水墙施工的第一道工序，其施工质量的好坏直接影响挡水墙的施工质量，因为挡水墙主要依赖围岩的支撑力（或与围岩的粘结力）来抵抗静水压力。掏槽应按设计进行，由于施工人员的技术素质问题一般很难达到技术标准。但是，在挡水墙施工之前必须对围岩四周的松动岩石清除干净，尤其是巷底的松散余碴更应清理干净，否则挡水墙底部发生漏水很难处理。
（二）截流导水问题
挡水墙一般均施工在有流水的巷道中，根据巷道断面及流水水量的大小，有的巷道流水淹没深度达1.0米左右，在这种情况下，施工挡水墙必须首先采取截流导水措施，尽可能地保证挡水墙施工段无动水，否则挡水墙无法施工，或挡水墙施工质量无法保证。
（三）挡水墙与围岩接触部位注浆充填及围岩注浆加固问题
挡水墙与围岩接触部位注浆充填及围岩注浆加固是挡水墙施工过程中最后一道工序，也是至关重要的一道工序，不可缺少。因为挡水墙在施工中，无论采取何种插扦接顶等措施，挡水墙的两侧及顶部（尤其是顶部）都或多或少存在一些缝隙。一旦挡水墙封闭之后，在静水压作用下就会通过缝隙发生漏水，甚至严重漏水而失去挡水墙堵水效果。鉴于此，可以在挡水墙施工结束之际在挡水墙四周预埋一部分注浆管对其进行注浆充填。
另外，挡水墙四周围岩裂隙（即使是非常细小）也是不容忽视的现象。在具体实施过程中，无论围岩岩性如何，裂隙发育与否，均在对挡水墙四周注浆充填的同时对周围的围岩进行预注浆。注浆浆液以水泥水玻璃双液浆为宜，其注浆压力视具体情况而定。其目的一是封堵裂隙漏水通道，以使挡水墙四周不漏水，二是加固围岩，使其与挡水墙连为整体，增强挡水墙的整体抗破坏能力，尤其是松软破碎围岩更应如此。
四、结束语
随着矿井不断往深部开采，以及邻近小煤窑开采的破坏，使得矿井水文地质条件日渐复杂。挡水墙的实施对矿井
老窑水、地表水、底灰水等综合治理的过程起着极大的推动作用。我们应在挡水墙设计、施工中不断实践，进一步分析总结，不断完善，以确保矿井安全生产。
作者简介：
任向阳，男，1993年毕业于西安矿业学院地质系，工程师，现任陕西瑞能煤业有限责任公司石炭沟煤矿总工程师。
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
近年来，煤矿发生透水事故屡见不鲜。处理巷道透水的方法很多，其中利用挡水墙处理巷道透水以其简单、实用、经济、方便的特点而被广泛应用。但是由于有关工程技术人员对挡水墙设计及施工技术掌握程度的不同，以及挡水墙部位工程地质及施工条件的差异，在具体设计及实施过程中往往存在某些偏差。为了使挡水墙既能安全可靠，又能经济合理地在煤矿防治水中发挥其积极而有效的作用，根据实践经验，浅谈一下挡水墙在设计及施工中应注意的幾个问题。
一、挡水墙型式选择问题
挡水墙结构形式一般为楔型、矩型（不掏槽）和球型三种，而楔型又分为单锥楔型和多锥楔型两种。楔型挡水墙比较常用，矩型次之，球型一般很少采用。在实际生产中，常用的是单锥楔型挡水墙，因为该型式挡水墙在水压作用下坚固可靠，有较大的稳定性，与巷道围岩接触紧密，静水压在2.5 Mpa以内的均可采用该型式。但是，在松软岩层中，不允许破坏岩层或发生穿水需紧急封堵而时间又不允许掏槽时不宜采用楔型挡水墙而应采用矩型挡水墙。由于矩型挡水墙是依靠与围岩的粘结力抵抗静水压力的，所以该型式只适应于静水压力不大（1Mpa以下）时采用。
二、挡水墙设计问题
（一）挡水墙厚度计算公式的推导
挡水墙的设计在挡水墙结构型式确立之后实际上是其厚度的设计。目前在有关工具书（如《矿井地质工作手册》、《煤矿矿井采矿设计手册》等）所推荐的计算公式比较单一，也不完全统一。在生产实践中一些工程技术人员在采用中不了解公式的来历过程而盲目加以引用，由于挡水墙的厚度取决于地下水的静压、墙体材料及围岩强度和巷道断面的形状及大小，所以在引用中难免出现偏差。根据我国煤矿井下巷道断面的特征，现以单锥楔型、矩型墙半圆拱巷道为例（如图1），介绍其推导过程，以利于对公式特点的认识以及在不同类型巷道使用中的公式变换。图1：
图中：
－巷宽；
－巷道墙高；
－墙的外面与水平线夹角；
－作用在单锥楔型水闸墙上的全部水压力，简化成作用在巷道的纵轴上；
Q－与P相抵抗的单锥楔型水闸墙支撑在围岩上的总反力（水闸墙自重忽略不计）。
则：作用在楔型水闸墙上的力在水平方向的平衡条件为：
Σx=P-Qsinα=0（合力为零）
即：Q=P/sinα （1）
由于单锥楔型水闸墙支撑在围岩上，其承受压力的等式可写成：
KQ=RδF（2）
式中：K－安全系数；
Rδ－混凝土（或围岩）抗压计算强度；
F－水闸墙支撑在围岩上的整个侧面积；
（1）式中P=Pr·S=Pr·a（b+πa/8）
Pr－静水压力；
S－水闸墙断面面积。
（2）式中F=B/cosα·[（πa/2+a）+2b+（π/2+2）Btgα]
（6）式就是所要推导的水闸墙厚度计算公式（单锥楔型）
（二）有关参数选取问题
从公式中不难看出，在巷道形状规格及静水压力为特定的情况下，其厚度与挡水材料（或围岩）强度Rδ和墙的斜面与水平线的夹角α成反比，与所取的安全系数K成正比。
①Rδ取值问题。在构筑挡水墙的部位，如果岩层的抗压计算强度小于建筑材料的抗压计算强度，那么在计算时务必选用岩层在饱和含水状态下的抗压计算强度Rδ（一般取岩层抗压强度的1/10），反之，则取建筑材料的抗压计算强度。
② α取值问题。一般为15°－30°，在实际施工过程中，α值越大，其施工难度也相应增大。α取值一般以10°－20°为宜。
③K取值问题。K取值至关重要，因为K是安全系数，其中包含了挡水墙的超载系数及工作条件系数。由于挡水墙的承载体为地质体，具有相当的不确定因素，如静水压的变化，围岩破坏程度的变化，挡水墙的施工与设计的差异等等。有关工具书K取值建议为2－3，但更多认为，K取值3－5更为安全，因为挡水墙一旦实施完毕即发挥其封堵穿水的功能，要求绝对安全，否则后果不堪设想。
三、挡水墙的施工问题
挡水墙施工质量的好坏直接关系到煤矿的安全生产以及挡水墙堵水功能是否得到正常发挥。通过具体实施，认为挡水墙在施工过程中应注意以下几个问题。
（一）掏槽清底问题
掏槽清底是挡水墙施工的第一道工序，其施工质量的好坏直接影响挡水墙的施工质量，因为挡水墙主要依赖围岩的支撑力（或与围岩的粘结力）来抵抗静水压力。掏槽应按设计进行，由于施工人员的技术素质问题一般很难达到技术标准。但是，在挡水墙施工之前必须对围岩四周的松动岩石清除干净，尤其是巷底的松散余碴更应清理干净，否则挡水墙底部发生漏水很难处理。
（二）截流导水问题
挡水墙一般均施工在有流水的巷道中，根据巷道断面及流水水量的大小，有的巷道流水淹没深度达1.0米左右，在这种情况下，施工挡水墙必须首先采取截流导水措施，尽可能地保证挡水墙施工段无动水，否则挡水墙无法施工，或挡水墙施工质量无法保证。
（三）挡水墙与围岩接触部位注浆充填及围岩注浆加固问题
挡水墙与围岩接触部位注浆充填及围岩注浆加固是挡水墙施工过程中最后一道工序，也是至关重要的一道工序，不可缺少。因为挡水墙在施工中，无论采取何种插扦接顶等措施，挡水墙的两侧及顶部（尤其是顶部）都或多或少存在一些缝隙。一旦挡水墙封闭之后，在静水压作用下就会通过缝隙发生漏水，甚至严重漏水而失去挡水墙堵水效果。鉴于此，可以在挡水墙施工结束之际在挡水墙四周预埋一部分注浆管对其进行注浆充填。
另外，挡水墙四周围岩裂隙（即使是非常细小）也是不容忽视的现象。在具体实施过程中，无论围岩岩性如何，裂隙发育与否，均在对挡水墙四周注浆充填的同时对周围的围岩进行预注浆。注浆浆液以水泥水玻璃双液浆为宜，其注浆压力视具体情况而定。其目的一是封堵裂隙漏水通道，以使挡水墙四周不漏水，二是加固围岩，使其与挡水墙连为整体，增强挡水墙的整体抗破坏能力，尤其是松软破碎围岩更应如此。
四、结束语
随着矿井不断往深部开采，以及邻近小煤窑开采的破坏，使得矿井水文地质条件日渐复杂。挡水墙的实施对矿井
老窑水、地表水、底灰水等综合治理的过程起着极大的推动作用。我们应在挡水墙设计、施工中不断实践，进一步分析总结，不断完善，以确保矿井安全生产。
作者简介：
任向阳，男，1993年毕业于西安矿业学院地质系，工程师，现任陕西瑞能煤业有限责任公司石炭沟煤矿总工程师。
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”