一種煤礦分布式地下水庫的人工擋水壩的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種煤礦分布式地下水庫的人工擋水壩，所述人工擋水壩包括從內(nèi)向外依次形成在輔助巷道中的支撐層、防滲層和混凝土結(jié)構(gòu)層，所述混凝土結(jié)構(gòu)層嵌入到所述輔助巷道周圍的保安煤柱和/或圍巖中。由于將混凝土結(jié)構(gòu)層嵌入到所述輔助巷道周圍的保安煤柱和/或圍巖中，使得人工擋水壩與保安煤柱結(jié)合共同形成地下水庫的擋水壩。又由于為多層設(shè)計(jì)，其防滲性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠滿足地下水庫的儲(chǔ)水需求。
【專利說明】一種煤礦分布式地下水庫的人工擋水壩
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及煤炭開采與水利工程交叉領(lǐng)域，尤其涉及一種煤礦分布式地下水庫的人工擋水壩。
【背景技術(shù)】
[0002]能源“金三角”(晉陜蒙甘寧)煤炭資源具有淺埋深、薄基巖和煤層厚等特征，2011年該地區(qū)煤炭產(chǎn)量23.82億噸，占全國(guó)總產(chǎn)量的67.7%，已成為我國(guó)煤炭資源的主產(chǎn)區(qū)。但是，西部“能源金三角”生態(tài)環(huán)境脆弱，該地區(qū)長(zhǎng)期氣候干旱，水資源短缺且時(shí)空分布不均勻。以陜北地區(qū)為例，該區(qū)域地處內(nèi)陸，降水稀少，蒸發(fā)量大，人均水資源僅為927立方米，為全國(guó)平均水平的35.7%，屬于典型的資源型缺水地區(qū)。
[0003]在該區(qū)域?qū)嵤┐笠?guī)模高強(qiáng)度的煤炭開采，不可避免對(duì)水資源產(chǎn)生負(fù)面影響。煤炭開采形成的巷道和采空區(qū)，對(duì)地表水和地下水運(yùn)移、賦存狀態(tài)造成影響，改變了地下水的循環(huán)規(guī)律，引發(fā)一系列問題，如河水?dāng)嗔?、地下水位下降、泉水流量銳減或干涸。水資源保護(hù)已成為“能源金三角”地區(qū)煤炭可持續(xù)開發(fā)的瓶頸，而由于該區(qū)域煤層地質(zhì)賦存條件的約束，傳統(tǒng)的保水開采技術(shù)(如充填法、限高開采)難以有效實(shí)施，必須進(jìn)一步探索和研究針對(duì)該區(qū)域的煤炭開采水資源保護(hù)技術(shù)和方法。目前主要實(shí)施措施是礦井水外排。礦井水外排有多種不利，一方面造成了水資源的極度浪費(fèi)，另一方面礦井水外排至地面產(chǎn)生污染，而“能源金三角”地區(qū)氣候干旱，蒸發(fā)量大，外排后礦井水大多蒸發(fā)，得不到有效利用。
[0004]因此，在“能源金三角”地區(qū)保水開采的關(guān)鍵技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)礦井水不外排，而井工煤礦開采會(huì)形成采空區(qū)，若能對(duì)采空區(qū)加以利用，將煤炭開采過程中的礦井水儲(chǔ)存于該空間內(nèi)，同時(shí)輔以工程措施，實(shí)現(xiàn)水資源在地下的過濾凈化，利用鉆孔與地面相通，為未來水資源利用提供條件。多個(gè)儲(chǔ)水采空區(qū)之間通過煤巷或管道進(jìn)行相連，形成相互貫通的地下儲(chǔ)水空間，即煤礦分布式地下水庫。壩體建設(shè)是煤礦分布式地下水庫的重要組成部分，保障了儲(chǔ)水的安全性，同時(shí)通過構(gòu)筑人工擋水壩，使得多個(gè)采空區(qū)練成一體，利用采空區(qū)高程差，實(shí)現(xiàn)礦井水在庫內(nèi)的自由流動(dòng)，對(duì)礦井水進(jìn)行凈化處理。
[0005]目前，關(guān)于煤礦分布式地下水庫擋水壩建設(shè)尚無資料參考。在《煤礦安全規(guī)程》和《煤礦防治水規(guī)定》中水閘門和水閘墻的建設(shè)進(jìn)行了規(guī)范，主要基于防治水的角度，未考慮地下水庫儲(chǔ)水的長(zhǎng)期作用；水利工程方面，對(duì)地面水庫的壩體建設(shè)做了較為詳細(xì)的規(guī)定，但與地下水庫擋水壩建設(shè)具有明顯不同。因此，如何筑建煤礦分布式地下水庫的人工擋水壩
具有重要意義。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定的煤礦分布式地下水庫的人工擋水壩。
[0007]本實(shí)用新型的一個(gè)技術(shù)方案提供一種煤礦分布式地下水庫的人工擋水壩，所述人工擋水壩包括從內(nèi)向外依次形成在輔助巷道中的支撐層、防滲層和混凝土結(jié)構(gòu)層，所述混凝土結(jié)構(gòu)層嵌入到所述輔助巷道周圍的保安煤柱和/或圍巖中。
[0008]優(yōu)選地，所述混凝土結(jié)構(gòu)層嵌入所述保安煤柱和/或所述圍巖的深度為30-80cm。
[0009]優(yōu)選地，所述混凝土結(jié)構(gòu)層與所述保安煤柱和/或所述圍巖之間設(shè)有多根錨桿。
[0010]優(yōu)選地，所述錨桿的長(zhǎng)度為180-210cm，所述錨桿插入到所述保安煤柱和/或所述圍巖的深度為30-80cm。
[0011]優(yōu)選地，所述混凝土結(jié)構(gòu)層中設(shè)有工字鋼，所述工字鋼呈“井”字形。
[0012]優(yōu)選地，所述支撐層為厚度為1.5m的磚混結(jié)構(gòu)層。
[0013]優(yōu)選地，所述防滲層為厚度為2m的矸石結(jié)構(gòu)層或黃土結(jié)構(gòu)層。
[0014]優(yōu)選地，所述人工擋水壩的橫截面為矩形或弧形，弧形的所述人工擋水壩的凹面朝向所述地下水庫。
[0015]優(yōu)選地，所述支撐層、所述防滲層和所述混凝土結(jié)構(gòu)層中均預(yù)留有觀測(cè)應(yīng)急孔。
[0016]采用上述技術(shù) 方案后，具有如下有益效果:由于將混凝土結(jié)構(gòu)層嵌入到所述輔助巷道周圍的保安煤柱和/或圍巖中，使得人工擋水壩與保安煤柱結(jié)合共同形成地下水庫的擋水壩。又由于為多層設(shè)計(jì)，其防滲性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠滿足地下水庫的儲(chǔ)水需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型一實(shí)施例中分布式地下水庫的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本實(shí)用新型一實(shí)施例中人工擋水壩的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是圖2中A-A的截面圖；
[0020]圖4是本實(shí)用新型另一實(shí)施例中人工擋水壩的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]附圖標(biāo)記對(duì)照表:
[0022]I——輔助巷道 2——保安煤柱3——圍巖
[0023]4——采空區(qū) 5——主巷11——運(yùn)輸巷道
[0024]12——回風(fēng)巷道13——聯(lián)絡(luò)巷道 10——支撐層
[0025]20—防滲層 30—混凝土結(jié)構(gòu)層31——錨桿
[0026]32——工字鋼 33——凹槽
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】。
[0028]如圖1所示，保安煤柱2是為保護(hù)地表地貌、地面建筑、構(gòu)筑物和主要井巷，防止塌陷，分隔礦田、井田、含水層、火區(qū)及破碎帶等而留下不采或暫時(shí)不采的部分礦體，起到支撐作用，位于輔助巷道I的左右側(cè)。圍巖3 (參見圖3)是輔助巷道I掘進(jìn)時(shí)候形成的，位于輔助巷道I的上下側(cè)。輔助巷道I包括運(yùn)輸巷道11和回風(fēng)巷道12，運(yùn)輸巷道11和回風(fēng)巷道12之間通過聯(lián)絡(luò)巷道13連通。運(yùn)輸巷道11在開采煤時(shí)，起到運(yùn)輸?shù)淖饔?；回風(fēng)巷道12在開采煤時(shí)，起到了通風(fēng)的作用。當(dāng)工作面開采完后，運(yùn)輸巷道11與回風(fēng)巷道12之間形成采空區(qū)4，輔助巷道I的上覆巖層冒落，輔助巷道I和采空區(qū)4 一起形成地下水庫。本實(shí)用新型中，保安煤柱2位于地下水庫與主巷5之間，利用保安煤柱2形成地下水庫壩體的一部分。由于輔助巷道I與主巷5相通，因此只需要封堵輔助巷道I與主巷5之間的位置。
[0029]如圖2所示，本實(shí)用新型中煤礦分布式地下水庫的人工擋水壩，包括從內(nèi)向外依次形成在輔助巷道I中的支撐層10、防滲層20和混凝土結(jié)構(gòu)層30，混凝土結(jié)構(gòu)層30嵌入到輔助巷道I周圍的保安煤柱2和圍巖3中。本實(shí)施例中，支撐層10為厚度為1.5m的磚混結(jié)構(gòu)層，防滲層20為厚度為2m的矸石結(jié)構(gòu)層或黃土結(jié)構(gòu)層，混凝土結(jié)構(gòu)層30的厚度為
1.5m，人工擋水壩的總厚度為5m。
[0030]本實(shí)用新型中的“內(nèi)”是指靠近地下水庫的一側(cè)，“外”是指靠近主巷5的一側(cè)。從內(nèi)向外的第一層，即磚混結(jié)構(gòu)層承擔(dān)部分擋水作用，并對(duì)上方圍巖3形成支撐作用；第二層，即矸石或黃土結(jié)構(gòu)層是利用矸石和黃土構(gòu)成相對(duì)密閉的墻體結(jié)構(gòu)，一方面起到防滲作用，同時(shí)也節(jié)約了人工擋水壩的成本，充分利用了煤礦開采過程中的廢棄物作為原料。混凝土結(jié)構(gòu)層30本身具有很好的防滲性能，更重要的是混凝土結(jié)構(gòu)層30嵌入到輔助巷道I左右側(cè)的保安煤柱2和輔助巷道I上下側(cè)的圍巖3中，增加了人工擋水壩的強(qiáng)度。
[0031]較佳地，磚混結(jié)構(gòu)層的厚度不限于1.5m，矸石結(jié)構(gòu)層或黃土結(jié)構(gòu)層的厚度不限于2m，混凝土結(jié)構(gòu)層30的厚度不限于1.5m。
[0032]較佳地，矸石結(jié)構(gòu)層或黃土結(jié)構(gòu)層中可加入羅克休等防滲材料，增強(qiáng)人工擋水壩的防滲性能。
[0033]較佳地，混凝土結(jié)構(gòu)層30可以只嵌入到保安煤柱2中，也可以只嵌入到圍巖3中。
[0034]本實(shí)施例中，如圖3所示，混凝土結(jié)構(gòu)層30嵌入保安煤柱2和圍巖3的深度為30-80cm,深度的方向與混凝土結(jié)構(gòu)層30的寬度方向相同。具體地，混凝土結(jié)構(gòu)層30嵌入保安煤柱2的深度可以為50-80cm，混凝土結(jié)構(gòu)層30嵌入圍巖3的深度可以為30-60cm。混凝土結(jié)構(gòu)層30與保安煤柱2和圍巖3之間均設(shè)有三根錨桿31，錨桿31的數(shù)量還可以為三根以上，多根錨桿31間隔排布，可以每隔20cm設(shè)置一根錨桿31。錨桿31的長(zhǎng)度為180-210cm,錨桿31插入到保安煤柱2和圍巖3的深度為30-80cm。具體地，錨桿31插入到保安煤柱2中的深度可以為50-80cm，錨桿31插入到圍巖3的深度可以為30-60cm。同時(shí)錨桿31要保證垂直，以保證具有較好的穩(wěn)定性。錨桿31可由鋼筋支撐，起到連接人工擋水壩與保安煤柱2或圍巖3的作用，進(jìn)一步增強(qiáng)了人工擋水壩的強(qiáng)度。
[0035]較佳地，錨桿31還可以只形成在保安煤柱2與混凝土結(jié)構(gòu)層30之間，也可以只形成在圍巖3與混凝土結(jié)構(gòu)層30之間。還可以是混凝土結(jié)構(gòu)層30嵌入到保安煤柱2中，混凝土結(jié)構(gòu)層30與圍巖3之間插入錨桿31?；蛘呋炷两Y(jié)構(gòu)層30嵌入到圍巖3中，混凝土結(jié)構(gòu)層30與保安煤柱2之間插入錨桿31。
[0036]本實(shí)施例中，如圖3所示，混凝土結(jié)構(gòu)層30中還設(shè)有工字鋼32，工字鋼32呈“井”字形，形成在整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)層30中，縱向工字鋼32的長(zhǎng)度等于混凝土結(jié)構(gòu)層30的高度，橫向工字鋼32的長(zhǎng)度等于混凝土結(jié)構(gòu)層30的寬度。工字鋼可以增強(qiáng)人工擋水壩的強(qiáng)度，足夠抵擋地下水庫的水壓。
[0037]較佳地，工字鋼32還可以形成其他形狀，例如，呈“米”字形或交叉形成在混凝土結(jié)構(gòu)層30中。
[0038]本實(shí)施例中，人工擋水壩的橫截面為矩形。
[0039]較佳地，如圖4所示，人工擋水壩的橫截面還可以為弧形，弧形的人工擋水壩的凹面朝向地下水庫。能有效緩沖突然水壓增大對(duì)壩體的沖擊。
[0040]較佳地，支撐層10、防滲層20和混凝土結(jié)構(gòu)層30中均預(yù)留有觀測(cè)應(yīng)急孔(圖未示)。為防止庫內(nèi)水壓突增對(duì)水庫安全運(yùn)行產(chǎn)生威脅，發(fā)生潰壩風(fēng)險(xiǎn)，在人工擋水壩合適位置設(shè)置觀測(cè)應(yīng)急孔，作用包括:一是利用該孔對(duì)庫內(nèi)水壓水位和水質(zhì)等進(jìn)行觀測(cè)取樣；同時(shí)利用閥門，設(shè)置閥門啟動(dòng)壓力，當(dāng)水壓超過閥門核定安全警戒值時(shí)，自動(dòng)或人工啟動(dòng)，排水泄壓，保障地下水庫運(yùn)行安全。
[0041]本實(shí)用新型中煤礦分布式地下水庫的人工擋水壩的筑壩方法，包括以下步驟:
[0042]步驟SlOl:在輔助巷道I中的保安煤柱2之間選取人工擋水壩的筑壩位置；
[0043]步驟S102:在輔助巷道I中從內(nèi)向外依次形成的支撐層10、防滲層20 ；
[0044]步驟S103:在緊貼防滲層20外側(cè)的輔助巷道I周圍的保安煤柱2和圍巖3中開槽，形成凹槽33 ；
[0045]步驟S104:在凹槽33中向保安煤柱和圍巖中打入多根錨桿31 ；
[0046]步驟S105:將工字鋼32嵌入到凹槽33中；
[0047]步驟S106:高壓噴射混凝土,在凹槽33中形成混凝土結(jié)構(gòu)層30。
[0048]凹槽33的深度可為30_80cm，并根據(jù)周邊地質(zhì)條件和地下水庫庫容進(jìn)行調(diào)整。具體地，保安煤柱2的凹槽33的深度可以為50-80cm，圍巖3的凹槽33的深度可以為30-60cm。本實(shí)用新型筑壩方法的優(yōu)點(diǎn)與上述人工擋水壩的優(yōu)點(diǎn)相同，在此不再累述。
[0049]較佳地，選取人工擋水壩的筑壩位置的步驟SlOl進(jìn)一步包括:
[0050]步驟S201:利用物探和鉆探手段，對(duì)待施工巷道的煤巖性質(zhì)、地層、構(gòu)造進(jìn)行勘探；
[0051]步驟S202:選擇構(gòu)造簡(jiǎn)單、煤巖性質(zhì)穩(wěn)定的部位作為人工擋水壩的筑壩位置。
[0052]較佳地，在輔助巷道中依次形成的支撐層、防滲層的步驟S102之前還包括:
[0053]步驟S301:預(yù)估輔助巷道I中的水壓；
[0054]步驟S302:根據(jù)水壓來設(shè)定人工擋水壩的截面形狀。
[0055]當(dāng)水壓較高時(shí)，或者處于水庫較低位置的人工擋水壩可優(yōu)先選擇弧形，以緩沖水壓?；⌒蔚娜斯跛畨卧谛纬砂疾?3時(shí)，圍巖中的凹槽33也形成弧形。
[0056]以上所述的僅是本實(shí)用新型的原理和較佳的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在本實(shí)用新型原理的基礎(chǔ)上，還可以做出若干其它變型，也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種煤礦分布式地下水庫的人工擋水壩，其特征在于，所述人工擋水壩包括從內(nèi)向外依次形成在輔助巷道中的支撐層、防滲層和混凝土結(jié)構(gòu)層，所述混凝土結(jié)構(gòu)層嵌入到所述輔助巷道周圍的保安煤柱和/或圍巖中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工擋水壩，其特征在于，所述混凝土結(jié)構(gòu)層嵌入所述保安煤柱和/或所述圍巖的深度為30-80cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工擋水壩，其特征在于，所述混凝土結(jié)構(gòu)層與所述保安煤柱和/或所述圍巖之間設(shè)有多根錨桿。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的人工擋水壩，其特征在于，所述錨桿的長(zhǎng)度為180-210cm，所述錨桿插入到所述保安煤柱和/或所述圍巖的深度為30-80cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工擋水壩，其特征在于，所述混凝土結(jié)構(gòu)層中設(shè)有工字鋼，所述工字鋼呈“井”字形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工擋水壩，其特征在于，所述支撐層為厚度為1.5m的磚混結(jié)構(gòu)層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工擋水壩，其特征在于，所述防滲層為厚度為2m的矸石結(jié)構(gòu)層或黃土結(jié)構(gòu)層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工擋水壩，其特征在于，所述人工擋水壩的橫截面為矩形或弧形，弧形的所述人工擋水壩的凹面朝向所述地下水庫。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工擋水壩，其特征在于，所述支撐層、所述防滲層和所述混凝土結(jié)構(gòu)層中均預(yù)留有觀測(cè)應(yīng)急孔。
【文檔編號(hào)】E21F17/16GK203412629SQ201320496155
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月14日
【發(fā)明者】顧大釗 申請(qǐng)人:中國(guó)神華能源股份有限公司