專利名稱:一種煤礦地下水庫(kù)的人工擋水壩的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種煤礦地下水庫(kù)的人工擋水壩，所述人工擋水壩位于煤柱壩體之間用于隔離地下水庫(kù)和巷道，并且所述人工擋水壩的兩端深入到所述煤柱壩體中，所述人工擋水壩為單拱形，所述人工擋水壩的凸面朝向所述地下水庫(kù)。由于單拱形的人工擋水壩的凸面朝向地下水庫(kù)，減少了壩體直接受力，將力分解到兩側(cè)的煤柱壩體上，降低了壩體厚度，節(jié)省了成本。
【專利說(shuō)明】一種煤礦地下水庫(kù)的人工擋水壩

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及采礦工程與水利工程的交叉領(lǐng)域，尤其涉及一種煤礦地下水庫(kù)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，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(kāi)采，不可避免對(duì)水資源產(chǎn)生負(fù)面影響。煤炭開(kāi)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(wèn)題，如河水?dāng)嗔?、地下水位下降、泉水流量銳減或干涸。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浪費(fèi)，另一方面對(duì)地表生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生污染。
[0004]因此，在“能源金三角”地區(qū)保水開(kāi)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(kāi)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(kāi)采過(guò)程中的礦井水儲(chǔ)存于該空間內(nèi)，建設(shè)地下水庫(kù)，同時(shí)輔以工程措施，實(shí)現(xiàn)水資源在地下的過(guò)濾凈化，利用鉆孔與地面相通，為未來(lái)水資源利用提供條件。人工防水壩位于組成煤礦地下水庫(kù)的各個(gè)采空區(qū)的回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷與主巷連接處等部位，是水庫(kù)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，人工擋水壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系到地下水庫(kù)運(yùn)行安全，尤其是人工擋水壩與煤柱壩體連接部位是水庫(kù)壩體安全的薄弱環(huán)節(jié)，如何通過(guò)科學(xué)合理的設(shè)計(jì)保障其壩體安全穩(wěn)定，是人工擋水壩建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是水庫(kù)運(yùn)行安全的決定因素。
[0005]與地面水庫(kù)壩體相比，地面水庫(kù)壩體僅承受水壓作用；而煤礦地下水庫(kù)壩體受力復(fù)雜，不僅受到水壓作用，同時(shí)由于地下水庫(kù)上方巖層尚未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，巖層垮落對(duì)壩體造成沖擊，同煤層和不同煤層采動(dòng)及礦震等對(duì)壩體均有較大影響。現(xiàn)有的一種煤礦地下水庫(kù)的人工擋水壩，其設(shè)計(jì)為凹形結(jié)構(gòu)正對(duì)地下水庫(kù)，雖然減少了對(duì)人工壩體與煤柱壩體連接處的受力，但由于壩體本身需要承受較大的力，壩體厚度加大，壩體構(gòu)筑材料增加，導(dǎo)致建設(shè)成本增大。
[0006]因此，有必要設(shè)計(jì)一種壩體直接受力小，同時(shí)節(jié)約了材料，降低了建設(shè)成本的煤礦地下水庫(kù)的人工擋水壩。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種壩體直接受力小，同時(shí)節(jié)約了材料，降低了建設(shè)成本的煤礦地下水庫(kù)的人工擋水壩。
[0008]本實(shí)用新型的技術(shù)方案提供一種煤礦地下水庫(kù)的人工擋水壩，所述人工擋水壩位于煤柱壩體之間用于隔離地下水庫(kù)和巷道，并且所述人工擋水壩的兩端深入到所述煤柱壩體中，所述人工擋水壩為單拱形，所述人工擋水壩的凸面朝向所述地下水庫(kù)。
[0009]優(yōu)選地，所述人工擋水壩包括位于所述煤柱壩體之間的單拱形的主體部，和深入到所述煤柱壩體中的肩部，所述肩部的截面形狀為矩形，所述肩部的厚度等于所述主體部的厚度。
[0010]優(yōu)選地，所述人工擋水壩包括位于所述煤柱壩體之間的主體部，和深入到所述煤柱壩體中的肩部，所述主體部和肩部共同組成單拱形。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述肩部與所述煤柱壩體之間的連接處插入錨桿。
[0012]優(yōu)選地，所述錨桿穿過(guò)所述煤柱壩體的松動(dòng)層后，再插入到巖體層中。
[0013]優(yōu)選地，所述錨桿插入所述巖體層的深度為1-1.5m。
[0014]優(yōu)選地，所述肩部的深度為0.3-0.5m。
[0015]優(yōu)選地，所述人工擋水壩的厚度與巷道寬度之間的比值為0.18-0.20。
[0016]優(yōu)選地，所述人工擋水壩的弧度為60-90度。
[0017]采用上述技術(shù)方案后，具有如下有益效果:由于單拱形的人工擋水壩的凸面朝向地下水庫(kù)，減少了壩體直接受力，將力分解到兩側(cè)的煤柱壩體上，降低了壩體厚度，節(jié)省了成本。

【附圖說(shuō)明】

[0018]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例一中煤礦地下水庫(kù)的人工擋水壩的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是圖1中人工擋水壩的受力分布圖；
[0020]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例二中煤礦地下水庫(kù)的人工擋水壩的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]附圖標(biāo)記對(duì)照表:
[0022]1-人工擋水壩2-煤柱壩體3-地下水庫(kù)
[0023]4-巷道5-錨桿11-凸面
[0024]12-主體部13-肩部

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】。
[0026]如圖1和圖3所示，煤礦地下水庫(kù)的人工擋水壩，人工擋水壩I位于煤柱壩體2之間用于隔離地下水庫(kù)3和巷道4，并且人工擋水壩I的兩端深入到煤柱壩體2中，人工擋水壩I為單拱形，人工擋水壩I的凸面11朝向地下水庫(kù)3。人工擋水壩I用于封堵地下水庫(kù)3，地下水庫(kù)3用于儲(chǔ)存煤礦的地下水源，便于循環(huán)利用地下水資源。由于人工擋水壩I的凸面11朝向地下水庫(kù)3，凸面11減少了人工擋水壩I的直接受力，將力分解到兩側(cè)的煤柱壩體2上，從而降低了人工擋水壩I的厚度，節(jié)省了成本。
[0027]參見(jiàn)圖2，圖2為人工擋水壩的受力分布圖。水壓P作用在人工擋水壩I上，以人工擋水壩I的中心點(diǎn)為受力分界點(diǎn)，沿凸面11的切向向兩側(cè)的煤柱壩體2傳力，F(xiàn)總分解為兩個(gè)F切向，減少了對(duì)人工擋水壩I的直接沖擊，發(fā)揮了單拱形結(jié)構(gòu)的傳力功能，同時(shí)人工擋水壩I承受了來(lái)自F煤柱壩體的擠壓，進(jìn)一步增強(qiáng)了人工擋水壩I的抗擊水壓的能力。
[0028]參見(jiàn)圖1，圖1為實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。人工擋水壩I包括位于煤柱壩體2之間的主體部12，和深入到煤柱壩體2中的肩部13，主體部12和肩部13共同組成單拱形。圖1中L表示巷道4的寬度，H表示人工擋水壩I的厚度，α表示人工擋水壩I的弧度，R表示人工擋水壩I的半徑。
[0029]參見(jiàn)圖3，圖3為實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。人工擋水壩I包括位于煤柱壩體2之間的單拱形的主體部12，和深入到煤柱壩體2中的肩部13，肩部13的截面形狀為矩形，肩部13的厚度等于主體部12的厚度。矩形的肩部13方便在形成人工擋水壩I之前，對(duì)煤柱壩體2的掏槽工作。矩形的肩部13不影響人工擋水壩I將壓力分散到兩側(cè)的煤柱壩體2中，肩部3起到了連接主體部12和煤柱壩體2的作用，同時(shí)將力傳遞從主體部3傳遞給煤柱壩體2。
[0030]較佳地，肩部13還可以為其他形狀，只要能夠起到連接主體部12和煤柱壩體2的作用，同時(shí)將力傳遞從主體部3傳遞給煤柱壩體2的作用，都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0031]較佳地，如圖3所示，在實(shí)施例二中，肩部13的深度S為0.3-0.5m。肩部13嵌入煤柱壩體2的深度，取決于煤柱壩體2的松動(dòng)層(圖未示)的深度。松動(dòng)層越深，肩部13需要嵌入的越深。
[0032]較佳地，如圖1和圖3所示，肩部13與煤柱壩體2之間的連接處插入有錨桿5。錨桿5起到了加固肩部13與煤柱壩體2連接的作用，錨桿5的深度與布置的密度，根據(jù)煤柱壩體2的強(qiáng)度與煤柱壩體2的松動(dòng)層的深度來(lái)確定。
[0033]較佳地，錨桿5先穿過(guò)煤柱壩體2的松動(dòng)層后，再插入到巖體層(圖未示)中。巖體層的質(zhì)地較致密，錨桿5插入巖體層后，有利于提升人工擋水壩I與煤柱壩體2的連接穩(wěn)定性。
[0034]較佳地，錨桿5插入巖體層的深度為1-1.5m。
[0035]較佳地，人工擋水壩I的厚度H與巷道4寬度L之間的比值為0.18-0.20，人工擋水壩I的弧度α為60-90度。在實(shí)際應(yīng)用中，以地下水庫(kù)儲(chǔ)水技術(shù)參數(shù)為基礎(chǔ)，來(lái)計(jì)算人工擋水壩的厚度和弧度等參數(shù)，形成具有單拱形結(jié)構(gòu)的壩體。
[0036]以神東礦區(qū)某礦地下水庫(kù)為例，目前建設(shè)有44處人工擋水壩，均采用矩形壩或凹形壩，每個(gè)壩體厚度約Im左右，耗用混凝土方量約19.4m3，建設(shè)成本約20000元；若采用單拱形壩體厚度約為0.7m，可滿足安全要求，同時(shí)耗用混凝土方量16.8m3，可節(jié)約混凝土材料
2.6m3，按每噸成本600元，每座壩體可節(jié)約材料成本1560元；同時(shí)在該煤礦地下水庫(kù)后續(xù)建設(shè)壩體均采用單拱形結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)，滿足儲(chǔ)水工程需求，且安全可靠。
[0037]神東礦區(qū)包括19個(gè)礦，以每礦建設(shè)3座地下水庫(kù)為例，每座地下水庫(kù)由7-8個(gè)工作面采空區(qū)組成，需要建設(shè)14-16處人工擋水壩工程，累計(jì)需要建設(shè)約800處人工擋水壩工程，相比較矩形壩或凹形壩，采用單拱形人工擋水壩，僅材料費(fèi)用可節(jié)約125萬(wàn)左右。
[0038]本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)人工擋水壩的結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，可形成具有良好抗滑性能的人工擋水壩，較以往人工擋水壩相比，保障了壩體安全，同時(shí)節(jié)約了材料，降低了建設(shè)成本。
[0039]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(lái)說(shuō)，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】
1.一種煤礦地下水庫(kù)的人工擋水壩，所述人工擋水壩位于煤柱壩體之間用于隔離地下水庫(kù)和巷道，并且所述人工擋水壩的兩端深入到所述煤柱壩體中，其特征在于，所述人工擋水壩為單拱形，所述人工擋水壩的凸面朝向所述地下水庫(kù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦地下水庫(kù)的人工擋水壩，其特征在于，所述人工擋水壩包括位于所述煤柱壩體之間的單拱形的主體部，和深入到所述煤柱壩體中的肩部，所述肩部的截面形狀為矩形，所述肩部的厚度等于所述主體部的厚度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦地下水庫(kù)的人工擋水壩，其特征在于，所述人工擋水壩包括位于所述煤柱壩體之間的主體部，和深入到所述煤柱壩體中的肩部，所述主體部和肩部共同組成單拱形。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的煤礦地下水庫(kù)的人工擋水壩，其特征在于，所述肩部與所述煤柱壩體之間的連接處插入錨桿。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤礦地下水庫(kù)的人工擋水壩，其特征在于，所述錨桿穿過(guò)所述煤柱壩體的松動(dòng)層后，再插入到巖體層中。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤礦地下水庫(kù)的人工擋水壩，其特征在于，所述錨桿插入所述巖體層的深度為1-1.5m。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦地下水庫(kù)的人工擋水壩，其特征在于，所述肩部的深度為 0.3-0.5mο8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦地下水庫(kù)的人工擋水壩，其特征在于，所述人工擋水壩的厚度與巷道寬度之間的比值為0.18-0.20。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦地下水庫(kù)的人工擋水壩，其特征在于，所述人工擋水壩的弧度為60-90度。
【文檔編號(hào)】E21F17-103GK204299622SQ201420680029
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