【摘要】因三道溝煤礦地處陝北黃土高原北緣的乾旱地帶，爲降低用水成本，在礦井回採後的採空區內對礦井涌水進行過濾淨化、存儲、利用。爲確保礦井儲水安全，根據國內已有的分析校覈方法，對防水密閉牆進行理論承壓計算，並將理論計算分析結果、實際觀測、礦井涌水量和複用水系統運行情況對比介紹，確定各採空區儲水安全水位，保證礦井安全生產。
【關鍵詞】污水 複用 水位 涌水 密閉牆 採空區
三道溝煤礦位於陝西省榆林市府谷縣廟溝門鎮，設計生產能力900萬噸/年。井田地質構造簡單，瓦斯礦井，平硐單水平開拓。礦井採用綜合機械化採煤，全部垮落法管理頂板。
煤礦生產需要消耗大量的淨水，採空區內部也將儲存大量的採空水，通過採空區儲水淨化複用、有效利用採空區空間、提高經濟環保效益的同時，合理控制水位可以減少安全隱患。目前本礦有35101(1700m水倉)、85201兩個複用水系統及大量採空區，通過國內已經比較成熟的'密閉、煤柱承壓分析校覈方法，對採空區的水位進行計算分析，從而確定合理安全水位。
一、礦井採空儲水及用水現狀
1.1 礦井複用水系統
35101複用水倉 三盤區各用水點，供水能力爲73.5m?/h。
八盤區複用水倉 四八盤區各用水點， 供水能力爲165m?/h。
1.2 其它說明
井下複用水量不足時，從地面井下消防水池取水，向井下供水。複用量富餘時，85201複用水進入八盤區水倉排水系統或反供至地面井下消防水池。
1.3 近期礦井用水情況
對我礦2014年7月至2015年4月礦井用水量進行統計，詳見表1。
二、礦井涌水量及礦井充水情況
三道溝煤礦礦牀主要充水水源爲地表水、基岩裂隙水和老空水，充水通道有采動裂隙、風化裂隙、燒變巖裂隙、斷層、裂隙密集帶、封閉不良鑽孔及小窯等。根據礦井歷年涌水量資料顯示，礦井正常涌水量64m3/h，最大涌水量106m3/h。
三道溝井田首採區範圍內小窯老空積水量81.92萬m3，本礦採空區積水量8.48萬m3，積水情況清楚。
三、各儲水區最高水位計算分析
3.1 85201、85203採空區
參照國內已經成熟的分析、校覈方法，從防水密閉牆結構受力出發，通過對物理模型的簡化，參考材料力學、彈性力學等學科知識，對防水密閉牆進行安全性評估，確定安全水壓。
(1)根據防水密閉牆混凝土強度校覈。
Ps=γh×fc×[(B+E1×2) ×(H+E2+E3)-S1]/(γ0×B×H) = 2.19MPa
式中：Ps―防水密閉牆承受的安全水壓，MPa;
B―巷道淨寬，m;取5.5m;
H―巷道淨高，m;取4.2m;
E1―幫槽深度，m;取0.5m;
E2―底槽深度，m;取0.2m;
E3―頂槽深度，m;取0.3m;
S1―牆體迎水端受水壓作用總面積，m2;取5.5×4.2=23.1;
fc―混凝土抗壓強度設計值，MPa;C20強度取9.6;
γ0―結構的重要性係數，取1.2;
γh―混凝土折減係數，取0.85;
計算得安全水頭高度h=219m。
(2)按防水密閉牆混凝土抗剪強度及本礦井實際施工的防水密閉牆主要承載結構的長度，確定其承受的安全水壓。
Ps=γh×[2×(H+B)×L]×[τ]/ (γ0×B×H) =1.45MPa
式中： ―防水密閉牆主要承載結構牆體長度，m;取1m;
―混凝土允許抗剪強度，經驗公式 ;
―混凝土抗壓強度設計值，MPa;
C20強度取9.6;
―混凝土抗拉強度設計值，MPa;
C20強度取1.1;
其它參數同上。
計算得安全水頭高度145m。
(3)根據圍巖強度校覈。根據上述公式，可以推得安全水壓公式：
Ps=[2×(H+B)×L]×τ/(γ0×γc×B×H) =0.074MPa
式中： ―防水密閉牆主要承載結構牆體長度，m;取1m;
γc―掏槽施工對圍巖影響係數，取1.6;
τ―巖體允許抗剪強度，巖體允許抗剪強度經驗公式τ=0.060～0.078R MPa;
R―巖體抗壓強度，MPa，R=ξa×Rc;
RC―岩石抗壓強度，MPa;因密閉牆在煤體中，取煤體抗壓強度，取6.3MPa;
ξa―巖體裂隙係數，取0.45;
其它參數同上。
計算得安全水頭高度7.4m。
(4)根據密閉牆的抗滲性驗算。
L>L抗滲=48KHF
上述公式的物理意義爲密閉牆牆體長度應大於依據水頭高度、牆體滲透係數確定的最小抗滲長度的要求。
根據上述公式，可以推得安全水頭高度H=L/(48KF)=91;
式中：K―混凝土滲透係數，混凝土強度等級C20對應的K值爲0.00001;
F―砌築密閉牆處巷道掘進斷面積，m2;
H―水頭高度值，m;
其它參數同上。
比較上述計算值，取最小值，安全水頭高度爲7.4m。
儲水區應留設的安全煤柱尺寸計算如下：
L=0.5KM =11.4m
式中：L―煤柱留設的寬度，m;
K―安全係數，一般取2～5，本礦井取5;
M―煤層厚度或採高，m;5-2煤取6.3m;
p―水頭壓力，0.074MPa，取7.4m安全水頭高度;
Kp―煤的抗拉強度，MPa，取0.42MPa。
現八盤區所有煤柱尺寸均在20米以上，大於11.4米，滿足計算要求。
3.2 35101採空區
同上述計算方法，35101採空區各參數取值如表2。
按牆體抗壓強度計算的安全水頭高度(m) 按牆體抗剪強度計算的安全水頭高度(m) 按煤層抗剪強度計算的安全水頭高度(m) 按牆體抗滲性計算的安全水頭高度(m)