CN106761914B - 一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法 - Google Patents

一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法 Download PDF

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CN106761914B CN201611132130.6A CN201611132130A CN106761914B CN 106761914 B CN106761914 B CN 106761914B CN 201611132130 A CN201611132130 A CN 201611132130A CN 106761914 B CN106761914 B CN 106761914B
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21FSAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F16/00Drainage

Abstract

本发明公开了一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法,包括步骤:一、确定浅埋煤层工作面地表待修筑挡水围堰上游沟道流域面积F;二、计算重现期为N年的待修筑挡水围堰上游洪水流量QN;三、获取矿井地表沟道常态洪水流量Q';四、待修筑挡水围堰导水管道的构建以及挡水围堰的修筑;五、修筑临时人工导流明渠;六、填充裂缝;七、修筑永久性人工导流明渠。本发明设计新颖,方法步骤简单,可提供浅埋煤层工作面回采前、回采时、回采结束后三个不同时期地表沟道洪水防治方法,既可减少煤炭资源开采过程中的不必要浪费,又能有效预防矿井水害。

Description

一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法
技术领域
[0001] 本发明属于矿井沟道溃水技术领域,具体涉及一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水 害防治方法。
背景技术
[0002] 随着我国煤炭资源开发战略西移,近些年,西部煤炭资源大规模开采中遇到的矿 井水害问题日益突出。其中,在煤层埋藏较浅、地表沟道及其支沟发育的区域,煤层开采后 上覆岩层中产生的垮落带和裂缝带会直达地表,在地表形成比较宽的裂缝,一旦遇到暴雨, 就可能引发沟道洪水溃入井下而造成水害事故,因此在煤炭生产中需要研究过沟开采水害 防治方法。目前,对过沟开采沟道洪水溃入井下的防治方法有多种,第一种方法为留设沟道 防水煤柱而直接丢弃沟道下方煤炭资源;第二种方法为填埋沟道裂缝防止洪水溃入井下。 第一种方法给采煤工作面布置造成较大困难,且会造成煤炭资源的浪费。第二种方法是在 沟道产生裂缝后简单填埋裂缝,不能保证裂缝填埋质量不高而在洪水作用下开裂溃水,也 不能预防过沟开采过程中产生的未及时填埋裂缝的溃水,使矿井安全难于保障。鉴于以上 缺陷,本发明提出一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害的防治方法,以克服上述技术问题, 对浅埋煤层过沟开采水害防治工作具有实际指导意义。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种浅埋煤层 矿井沟道洪水溃水水害防治方法,方法步骤简单,可提供浅埋煤层工作面回采前、回采时、 回采结束后三个不同时期地表沟道洪水防治方法,既可减少煤炭资源开采过程中的不必要 浪费,又能有效预防矿井水害,便于推广使用。
[0004] 为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃 水水害防治方法,其特征在于该方法包括以下步骤:
[0005] 步骤一、确定浅埋煤层工作面地表待修筑挡水围堰上游沟道流域面积F:首先,实 地勘探浅埋煤层工作面地表影响区域,确定待修筑挡水围堰位置;然后,采用卫星地面遥感 影像或地表高程数据确定地表分水岭分布特征,确定浅埋煤层工作面地表待修筑挡水围堰 上游的汇水范围并获取待修筑挡水围堰上游的沟道流域面积F;
[0006] 步骤二、根据公式ρ、=AViTzy//:\,计算重现期为N年的待修筑挡水围堰上游洪 水流量Qn,其中,S为步骤一中地表开采区域综合参数,α为重现期N的指数,β为流域面积F的 指数,口为待修筑挡水围堰上游沟道流域形状系数且
Figure CN106761914BD00051
Y为待修筑挡水围堰上游沟道 流域形状系数,的指数,1为实地探测的待修筑挡水围堰上游沟道流域主沟道长度,Hxn为对 应地表开采区域重现期N年X小时的降雨量,Tl为降雨量H的指数;
[0007] 步骤三、获取矿井地表沟道常态洪水流量Q’ :根据步骤二中重现期为N年的待修筑 挡水围堰洪水流量Qn估算矿井沟道常态洪水流量Q’,其中,矿井沟道常态洪水流量Q’满足: Q'<Qn;
[0008] 步骤四、待修筑挡水围揠导水管i首的构建以及挡水围堰的修筑:首先,根据步骤三 中矿井沟道常态洪水流量Q’且
Figure CN106761914BD00061
,构建待修筑挡水围堰导水管道,其中,D为管道 直径,V为待修筑挡水围堰中导水管道水流流速且
Figure CN106761914BD00062
,C1为管道谢才系数且
Figure CN106761914BD00063
,R1为管道水力半径且
Figure CN106761914BD00064
,m为管道粗糙度,心为管道水力坡度5
Figure CN106761914BD00065
^hi 为管道两端水位差,L1为管道长;然后,根据确定的矿井沟道常态洪水流量Q’以及待修筑挡 水围堰导水管道尺寸在沟道内修筑铺设有导水管道的挡水围堰;
[0009] 步骤五、修筑临时人工导流明渠:在浅埋煤层工作面回采前,在与所述挡水围堰连 接的下游采用沙土袋修筑内侧坡降比为1:1的临时人工导流明渠,过程如下:
[0010] 步骤501、根据公式
Figure CN106761914BD00066
,计算临时人工导流明渠过水断面面积A,其中,ν’为实 测临时人工导流明渠最大过水断面洪水流速;
[0011] 步骤5 0 2、根据公式
Figure CN106761914BD00067
,计算临时人工导流明渠水力半径
Figure CN106761914BD00068
,其中,n2为临时人工导流明渠粗糙系数,J2为临时人工导流明渠水力坡度且
Figure CN106761914BD00069
,h2为临时人工导流明渠两端水位差,L2为临时人工导流明渠长,(:2为临时人工导流 明渠谢才系数;
[0012] 步骤503、根据公式
Figure CN106761914BD000610
,计算临时人工导流明渠湿周Pw;
[0013] 步骤504、根据公式
Figure CN106761914BD000611
,计算临时人工导流明渠有效底宽L3、临时人 工导流明渠有效顶宽L4和临时人工导流明渠有效高度h3;
[0014] 步骤505、将自然河道向下开挖,并将挖出的土方一部分按步骤504中所计算的临 时人工导流明渠尺寸堆积到河道两岸,另外部分装成沙土袋;
[0015] 步骤506、在河道内铺设防渗土工布并将步骤505中装好的沙土袋分两层堆积在防 渗土工布上,修筑临时人工导流明渠;
[0016] 步骤六、填充裂缝:在浅埋煤层工作面回采过程中,对沟道中出现的裂缝进行填 充;
[0017] 步骤七、修筑永久性人工导流明渠:在浅埋煤层工作面回采结束后,在沟道修筑永 久性人工导流明渠。
[0018] 上述的一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法,其特征在于:步骤四中所 述导水管道为PVC双壁波纹管,所述PVC双壁波纹管的管道粗糙度m为0.008〜0.009。
[0019] 上述的一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法,其特征在于:步骤七中修 筑永久性人工导流明渠:实地查看临时人工导流明渠所处的地理位置,当临时人工导流明 渠所处位置一边是田地,另一边是原有天然河道时,执行步骤71;当临时人工导流明渠所处 河道上时,执行步骤72;
[0020] 步骤71、实地查看临时人工导流明渠防水,当浅埋煤层工作面回采结束后,临时人 工导流明渠防水作用未受破坏,将临时人工导流明渠作为永久性人工导流明渠,重新加高 修筑临时人工导流明渠并对另一边原有天然河道进行填压改造;当浅埋煤层工作面回采结 束后,临时人工导流明渠防水作用已被破坏,拆除临时人工导流明渠,在修筑永久性人工导 流明渠前需将临时人工导流明渠防移除或移至河道边上,对临时人工导流明渠所占用的河 道裂缝进行修复夯实,修筑永久性人工导流明渠;
[0021] 步骤72、实地查看临时人工导流明渠防水,当浅埋煤层工作面回采结束后,临时人 工导流明渠防水未受破坏,将临时人工导流明渠作为永久性人工导流明渠;当浅埋煤层工 作面回采结束后,临时人工导流明渠防水被破坏,拆除临时人工导流明渠,在修筑永久性人 工导流明渠前需将临时人工导流明渠防移除或移至河道边上;然后,将自然河道向下开挖, 对河道内形成的裂缝进行修复夯实,修筑永久性人工导流明渠。
[0022] 上述的一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法,其特征在于:步骤72中对 河道内形成的裂缝进行修复夯实并修筑永久性人工导流明渠时,首先,采用沙袋、树枝和石 块作为骨架,再用沙土填充夯实,修复河道内形成的裂缝;然后,将挖出土方一部分堆积到 河道两岸,另外部分装成沙土袋,在河道内铺设第一层防渗土工布,在第一层防渗土工布上 面堆积第一层沙土袋,再在第一层沙土袋上铺设第二层防渗工程布,在第二层防渗土工布 上堆积第二层沙土袋,形成永久性人工导流明渠。
[0023] 上述的一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法,其特征在于:步骤72中对 河道内形成的裂缝进行修复夯实并修筑永久性人工导流明渠时,首先,采用沙袋、树枝和石 块作为骨架,再用沙土填充夯实,修复河道内形成的裂缝;然后,铺设三合土河床,所述三合 土河床中三合土采用泥土、熟石灰和沙,泥土、熟石灰和沙依次的配比比例为1:3:6。
[0024] 上述的一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法,其特征在于:步骤72中对 河道内形成的裂缝进行修复夯实并修筑永久性人工导流明渠时,首先,采用沙袋、树枝和石 块作为骨架,再用沙土填充夯实,修复河道内形成的裂缝;然后,依次铺设膨润土、黏土和碎 石层,从沟底至两边回填沙土且分层进行机械或人工夯实,所述永久性人工导流明渠为弧 形结构。
[0025] 上述的一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法,其特征在于:步骤71中对 临时人工导流明渠所占用的河道内形成的裂缝进行修复夯实并修筑永久性人工导流明渠 时,过程如下:
[0026] 步骤I、测量临时人工导流明渠所占用的河道内形成的裂缝宽度:当该裂缝宽度大 于0.2m时,执行步骤II;当该裂缝宽度在0.02m〜0.2m时,执行步骤III;当该裂缝宽度小于 0.02m时,执行步骤IV;
[0027] 步骤II、在临时人工导流明渠所占用的河道内向下开挖深度大于lm,用矿井产生 的煤矸石、沙袋和大石块作为骨架来进行充填,再用黄土填充夯实,形成衬垫层且所述衬垫 层深度不小于〇.2m;在所述衬垫层上用三七土进行充填夯实,所述三七土采用泥土和熟石 灰,泥土和熟石灰的配比比例为7:3,形成防渗层且所述防渗层深度不小于0.5m;在所述防 渗层上用该裂缝两侧的黄土来填充夯实,形成表土层且所述表土层深度不小于〇. 3m;
[0028] 步骤III、在临时人工导流明渠所占用的河道内向下开挖深度大于0.6m,用树枝和 石块作为骨架,再用黄土填充夯实,形成衬垫层且所述衬垫层深度不小于〇. 2m;在所述衬垫 层上用三七土进行充填夯实,所述三七土采用泥土和熟石灰,泥土和熟石灰的配比比例为 7:3,形成防渗层且所述防渗层深度不小于0.3m;在所述防渗层上用该裂缝两侧的黄土来填 充穷实,形成表土层且所述表土层深度不小于〇. Im;
[0029] 步骤IV、采用黄土填充夯实,再在夯实的黄土上铺设三七土进行充填夯实,所述三 七土采用泥土和熟石灰,泥土和熟石灰的配比比例为7:3。
[0030] 上述的任意一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法,其特征在于:步骤七 中修筑的永久性人工导流明渠与临时人工导流明渠尺寸相同。
[0031] 上述的任意一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法,其特征在于:步骤四 中所述导水管道和步骤五中所述临时人工导流明渠的进水端均设置有用于阻挡洪水夹带 杂物的篦子。
[0032] 本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0033] 1、本发明通过卫星地面遥感影像或地表高程数据在对浅埋煤层工作面回采前参 数进行详细分析,确定出待修筑挡水围堰上游沟道流域面积,并通过历年水文资料估算出 该区域的降水量,构筑一个可承载该区域洪水量的挡水围堰,安全可靠,便于推广使用。
[0034] 2、本发明修筑的临时人工导流明渠对地表沟道流水可进行有效疏导,防治流水溃 入井下,经济合理,施工周期短;在工作面回采时对地表裂缝进行实时填充,操作安全可行, 且为修筑永久性人工导流明渠做好一个基础,可减少后期工作量,效果好。
[0035] 3、本发明在浅埋煤层工作面回采结束后修筑永久性人工导流明渠,且可根据实际 的地理环境,选择适合该区域的永久性人工导流明渠结构,环保美观,动态设计与动态施 工,一劳永逸,方法步骤简单有效。
[0036] 综上所述,本发明设计新颖合理,方法步骤简单,可提供浅埋煤层工作面回采前、 回采时、回采结束后三个不同时期地表沟道洪水防治方法,既可减少煤炭资源开采过程不 必要的浪费,且其操作安全可行、经济合理,动态设计与动态施工,效果好,便于推广使用。
[0037] 下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0038] 图1为本发明的方法流程框图。
[0039] 图2为本发明挡水围堰与临时人工导流明渠的位置关系俯视图。
[0040] 图3为本发明挡水围堰的正视图。
[0041] 图4为图3的侧视图。
[0042] 图5为本发明永久性人工导流明渠的一种结构示意图。
[0043] 图6为本发明永久性人工导流明渠的另一种结构示意图。
[0044] 附图标记说明:
[0045] 1—挡水围堰; 2—排水渠; 3—临时人工导流明渠;
[0046] 8—导水管道; 9 一防渗层; 16—沙土袋;
[0047] 17—防渗土工布; 19 一土层; 20—三合土;
[0048] 25—膨润土; 26—黏土; 28—沙土;
[0049] 29—碎石层; 30—基岩层。
具体实施方式
[0050] 如图1所示,本发明浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法,其特征在于该方法 包括以下步骤:
[0051] 步骤一、确定浅埋煤层工作面地表待修筑挡水围堰上游沟道流域面积F:首先,实 地勘探浅埋煤层工作面地表影响区域,确定待修筑挡水围堰位置;然后,采用卫星地面遥感 影像或地表高程数据确定地表分水岭分布特征,确定浅埋煤层工作面地表待修筑挡水围堰 上游的汇水范围并获取待修筑挡水围堰上游的沟道流域面积F;
[0052] 步骤二、根据公式(?、,计算重现期为N年的待修筑挡水围堰上游洪 水流量Qn,其中,S为步骤一中地表开采区域综合参数,α为重现期N的指数,β为流域面积F的 指数,P为待修筑挡水围堰上游沟道流域形状系数且
Figure CN106761914BD00091
Y为待修筑挡水围堰上游沟道 流域形状系数识的指数,1为实地探测的待修筑挡水围堰上游沟道流域主沟道长度,Hxn为对 应地表开采区域重现期N年X小时的降雨量,Tl为降雨量H的指数;
[0053] 本实施例中,查当地的水文手册确定不同地表特征区域的综合参数,其中,降雨量 H的指数η为降雨量H3的指数,见表1。
[0054] 表1
Figure CN106761914BD00092
[0056] 步骤三、获取矿井地表沟道常态洪水流量Q’ :根据步骤二中重现期为N年的待修筑 挡水围堰洪水流量Qn估算矿井沟道常态洪水流量Q’,其中,矿井沟道常态洪水流量Q’满足: Q'<Qn;
[0057] 所述矿井沟道常态洪水流量Q’为针对降雨量小且持续时间长的沟道常态洪水流 量,可根据当地的水文手册记录的地表开采区域的地表开采区域综合参数确定。
[0058] 步骤四、待修筑挡水围堰导水管道的构建以及挡水围堰的修筑:首先,根据步骤三 中矿井沟道常态洪水流量Q’且
Figure CN106761914BD00101
,构建待修筑挡水围堰导水管道8,其中,D为管 道直径,V为待修筑挡水围堰中导水管道8水流流速且
Figure CN106761914BD00102
,C1为管道谢才系数且
Figure CN106761914BD00103
,Ri为管道水力半径且
Figure CN106761914BD00104
为管道粗糙度,Ji为管道水力坡度且
Figure CN106761914BD00105
,hi为 管道两端水位差,L1为管道长;然后,根据确定的矿井沟道常态洪水流量Q ’以及待修筑挡水 围堰导水管道尺寸在沟道内修筑铺设有导水管道的挡水围堰1;
[0059] 如图3和图4所示,实际使用中,在挡水围堰1上设置待修筑挡水围堰导水管道8用 于排放降雨量小且持续时间长的沟道常态洪水流量,修筑导水管道8时在挡水围堰1内铺设 防渗层9,起到有效阻止流水渗漏的作用;在待修筑挡水围堰上开有排水渠2用于将大流量 洪水泄放并通过临时人工导流明渠进行疏导,避免洪水超过一定的安全高度,造成挡水围 堰决堤。
[0060] 本实施例中,步骤四中所述导水管道8为PVC双壁波纹管,所述PVC双壁波纹管的管 道粗糙度m为0.008〜0.009。
[0061] 步骤五、修筑临时人工导流明渠:在浅埋煤层工作面回采前,在与所述挡水围堰1 连接的下游采用沙土袋16修筑内侧坡降比为1:1的临时人工导流明渠3,过程如下:
[0062] 如图2所示,在挡水围堰1连接的下游修筑临时人工导流明渠,将挡水围堰1围挡起 来的洪水排引至安全区域,避免造成浅埋煤层矿井沟道工作面进水。
[0063] 步骤501、根据公式
Figure CN106761914BD00106
,计算临时人工导流明渠过水断面面积A,其中,ν’为实 测临时人工导流明渠3最大过水断面洪水流速;
[0064] 步骤5 0 2、根据公式
Figure CN106761914BD00107
,计算临时人工导流明渠水力半径
Figure CN106761914BD00108
,其中,n2为临时人工导流明渠3粗糙系数,J2为临时人工导流明渠3水力坡度且
Figure CN106761914BD00109
,h2为临时人工导流明渠3两端水位差,L2为临时人工导流明渠3长,C2为临时人工导 流明渠3谢才系数;
[0065] 本实施例中,将临时人工导流明渠修筑至所选的安全区域时,临时人工导流明渠3 的长度可实际测量,临时人工导流明渠3两端水位差h2和临时人工导流明渠3水力坡度心均 采用平均值,可方便获取,因此可得临时人工导流明渠水力半径R2。
[0066] 步骤503、根据公式
Figure CN106761914BD001010
,计算临时人工导流明渠湿周Pw;
[0067] 步骤504、根据公式
Figure CN106761914BD00111
,计算临时人工导流明渠有效底宽L3、临时人 工导流明渠3有效顶宽L4和临时人工导流明渠3有效高度h3;
[0068] 实际修筑时,临时人工导流明渠3采用内侧坡降比为1:1的坡面,通过临时人工导 流明渠湿周Pw和临时人工导流明渠过水断面面积A可直接计算临时人工导流明渠3的断面 参数。
[0069] 步骤505、将自然河道向下开挖,并将挖出的土方一部分按步骤504中所计算的临 时人工导流明渠3尺寸堆积到河道两岸,另外部分装成沙土袋16;
[0070] 步骤506、在河道内铺设防渗土工布17并将步骤505中装好的沙土袋16分两层堆积 在防渗土工布17上,修筑临时人工导流明渠3;
[0071] 实际修筑中,开挖土层19修筑满足步骤五中参数的临时人工导流明渠3,达到排水 能力,所述临时人工导流明渠3针对降雨量大且持续时间长的洪水流量,安全可靠。
[0072] 步骤六、填充裂缝:在浅埋煤层工作面回采过程中,对沟道中出现的裂缝进行填 充;
[0073] 步骤七、修筑永久性人工导流明渠:在浅埋煤层工作面回采结束后,在沟道修筑永 久性人工导流明渠。
[0074] 本实施例中,步骤七中修筑永久性人工导流明渠:实地查看临时人工导流明渠3所 处的地理位置,当临时人工导流明渠3所处位置一边是田地,另一边是原有天然河道时,执 行步骤71;当临时人工导流明渠3所处河道上时,执行步骤72;
[0075] 本实施例中,根据实际地形实际环境构建适合该开采区域的永久性人工导流明 渠,方法全面,步骤完善。
[0076] 步骤71、实地查看临时人工导流明渠3防水,当浅埋煤层工作面回采结束后,临时 人工导流明渠3防水作用未受破坏,将临时人工导流明渠3作为永久性人工导流明渠,重新 加高修筑临时人工导流明渠3并对另一边原有天然河道进行填压改造;当浅埋煤层工作面 回采结束后,临时人工导流明渠3防水作用已被破坏,拆除临时人工导流明渠3,在修筑永久 性人工导流明渠前需将临时人工导流明渠3防移除或移至河道边上,对临时人工导流明渠3 所占用的河道裂缝进行修复夯实,修筑永久性人工导流明渠;
[0077] 实际修筑过程中,当临时人工导流明渠3所处位置靠近田地时,为了防止洪水期洪 水流入田地,危害收成,不管原有的临时人工导流明渠3是否保存完好,或出现裂缝,均必须 重新修筑导流工程,对原有河堤进行加高。
[0078] 步骤72、实地查看临时人工导流明渠3防水,当浅埋煤层工作面回采结束后,临时 人工导流明渠3防水未受破坏,将临时人工导流明渠3作为永久性人工导流明渠;当浅埋煤 层工作面回采结束后,临时人工导流明渠3防水被破坏,拆除临时人工导流明渠3,在修筑永 久性人工导流明渠前需将临时人工导流明渠3防移除或移至河道边上;然后,将自然河道向 下开挖,对河道内形成的裂缝进行修复夯实,修筑永久性人工导流明渠。
[0079] 实际修筑过程中,若临时人工导流明渠3防水未受破坏,可继续使用临时人工导流 明渠3,减少修筑的工作量,经济合理。
[0080] 如图5所示,本实施例中,步骤72中对河道内形成的裂缝进行修复夯实并修筑永久 性人工导流明渠时,首先,采用沙袋、树枝和石块作为骨架,再用沙土填充夯实,修复河道内 形成的裂缝;然后,将挖出土方一部分堆积到河道两岸,另外部分装成沙土袋16,在河道内 铺设第一层防渗土工布17,在第一层防渗土工布17上面堆积第一层沙土袋16,再在第一层 沙土袋16上铺设第二层防渗工程布,在第二层防渗土工布17上堆积第二层沙土袋16,形成 永久性人工导流明渠。
[0081] 如图5所示,步骤72中对河道内形成的裂缝进行修复夯实并修筑永久性人工导流 明渠时,首先,采用沙袋、树枝和石块作为骨架,再用沙土填充夯实,修复河道内形成的裂 缝;然后,铺设三合土河床,所述三合土河床中三合土 20采用泥土、熟石灰和沙,泥土、熟石 灰和沙依次的配比比例为1:3:6。
[0082] 本实施例中,步骤七中修筑的永久性人工导流明渠与临时人工导流明渠3尺寸相 同,根据前期设计计算,永久性人工导流明渠与临时人工导流明渠3尺寸相同已经可以对沟 道流水进行有效的疏导,实际修建永久性人工导流明渠排水能力不可小于临时人工导流明 渠3的排水能力。
[0083] 如图6所示,步骤72中对河道内形成的裂缝进行修复夯实并修筑永久性人工导流 明渠时,首先,采用沙袋、树枝和石块作为骨架,再用沙土填充夯实,修复河道内形成的裂 缝;然后,依次铺设膨润土 25、黏土 26和碎石层29,从沟底至两边回填沙土 28且分层进行机 械或人工夯实,所述永久性人工导流明渠为弧形结构。
[0084] 实际修筑过程中,步骤七中修筑的永久性人工导流明渠还可设计为弧形结构,弧 形结构的永久性人工导流明渠通过基岩层30承重,通过膨润土 25、黏土 26和碎石层29依次 铺设,其中,最上面铺设配级良好的碎石层29,达到防止水流淘刷的效果,且在实际修筑过 程中弧形结构的修建永久性人工导流明渠排水能力不可小于临时人工导流明渠3的排水能 力。
[0085] 本实施例中,步骤71中对临时人工导流明渠所占用的河道内形成的裂缝进行修复 夯实并修筑永久性人工导流明渠时,过程如下:
[0086] 步骤I、测量临时人工导流明渠所占用的河道内形成的裂缝宽度:当该裂缝宽度大 于0.2m时,执行步骤II;当该裂缝宽度在0.02m〜0.2m时,执行步骤III;当该裂缝宽度小于 0.02m时,执行步骤IV;
[0087] 步骤II、在临时人工导流明渠所占用的河道内向下开挖深度大于lm,用矿井产生 的煤矸石、沙袋和大石块作为骨架来进行充填,再用黄土填充夯实,形成衬垫层且所述衬垫 层深度不小于〇.2m;在所述衬垫层上用三七土进行充填夯实,所述三七土采用泥土和熟石 灰,泥土和熟石灰的配比比例为7:3,形成防渗层且所述防渗层深度不小于0.5m;在所述防 渗层上用该裂缝两侧的黄土来填充夯实,形成表土层且所述表土层深度不小于〇. 3m;
[0088] 步骤III、在临时人工导流明渠所占用的河道内向下开挖深度大于0.6m,用树枝和 石块作为骨架,再用黄土填充夯实,形成衬垫层且所述衬垫层深度不小于〇. 2m;在所述衬垫 层上用三七土进行充填夯实,所述三七土采用泥土和熟石灰,泥土和熟石灰的配比比例为 7:3,形成防渗层且所述防渗层深度不小于0.3m;在所述防渗层上用该裂缝两侧的黄土来填 充穷实,形成表土层且所述表土层深度不小于〇. Im;
[0089] 步骤IV、采用黄土填充夯实,再在夯实的黄土上铺设三七土进行充填夯实,所述三 七土采用泥土和熟石灰,泥土和熟石灰的配比比例为7:3。
[0090] 本实施例中,衬垫层的稳定性和密实性是保证上部土层稳定的关键,防渗层的隔 水性是保证防水效果的关键,在实际修筑过程中,保证施工质量是后期安全使用的前提。
[0091] 本实施例中,步骤四中所述导水管道8和步骤五中所述临时人工导流明渠3的进水 端均设置有用于阻挡洪水夹带杂物的篦子。
[0092] 实际使用中,洪水溃水往往夹杂着上游冲击下来的杂物,采用篦子防止阻挡洪水 夹带杂物,防止上游冲击下来的杂物堵塞所述导水管道8或所述临时人工导流明渠3,造成 不必要的堵塞麻烦,导致排水不利所带来的危害。
[0093] 以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明 技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技 术方案的保护范围内。

Claims (9)

  1. I. 一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法,其特征在于该方法包括以下步骤:步骤一、确定浅埋煤层工作面地表待修筑挡水围堰上游沟道流域面积F:首先,实地勘探浅埋煤层工作面地表影响区域,确定待修筑挡水围堰位置;然后,采用卫星地面遥感影像或地表高程数据确定地表分水岭分布特征,确定浅埋煤层工作面地表待修筑挡水围堰上游的汇水范围并获取待修筑挡水围堰上游的沟道流域面积F; 步骤二、根据公式
    Figure CN106761914BC00021
    ,计算重现期为N年的待修筑挡水围堰上游洪水流 量Qn,其中,S为步骤一中地表开采区域综合参数,α为重现期N的指数,β为流域面积F的指 数,为待修筑挡水围堰上游沟道流域形状系数且
    Figure CN106761914BC00022
    ,γ为待修筑挡水围堰上游沟道流 域形状系数供的指数,1为实地探测的待修筑挡水围堰上游沟道流域主沟道长度,Hxn为对应地表开采区域重现期N年X小时的降雨量,Tl为降雨量H的指数; 步骤三、获取矿井地表沟道常态洪水流量Q’ :根据步骤二中重现期为N年的待修筑挡水围堰洪水流量Qn估算矿井沟道常态洪水流量Q ’,其中,矿井沟道常态洪水流量Q ’满足:Q’〈Qn; 步骤四、待修筑挡水围堰导水管道的构建以及挡水围堰的修筑:首先,根据步骤三中矿井沟道常态洪水流量Q’且
    Figure CN106761914BC00023
    ,构建待修筑挡水围堰导水管道(8),其中,D为管道 直径,V为待修筑挡水围堰中导水管道(8)水流流速且
    Figure CN106761914BC00024
    ,C1为管道谢才系数且
    Figure CN106761914BC00025
    ,办为管道水力半径且
    Figure CN106761914BC00026
    ,m为管道粗糙度,J1为管道水力坡度且
    Figure CN106761914BC00027
    Iu为 管道两端水位差,L1为管道长;然后,根据确定的矿井沟道常态洪水流量Q ’以及待修筑挡水围堰导水管道尺寸在沟道内修筑铺设有导水管道的挡水围堰(1); 步骤五、修筑临时人工导流明渠:在浅埋煤层工作面回采前,在与所述挡水围堰(1)连接的下游采用沙土袋(16)修筑内侧坡降比为1:1的临时人工导流明渠(3),过程如下: 步骤501、根据公式
    Figure CN106761914BC00028
    ,计算临时人工导流明渠过水断面面积A,其中,ν’为实测临 时人工导流明渠(3)最大过水断面洪水流速; 步骤502、根据公式
    Figure CN106761914BC00029
    甘算临时人工导流明渠水力半径
    Figure CN106761914BC000210
    ,其 中,n2为临时人工导流明渠⑶粗糙系数,J2为临时人工导流明渠(3)水力坡度且
    Figure CN106761914BC000211
    ,h2 为临时人工导流明渠⑶两端水位差,L2为临时人工导流明渠⑶长,C2为临时人工导流明渠(3)谢才系数; 步骤503、根据公式
    Figure CN106761914BC000212
    ,计算临时人工导流明渠湿周Pw; 步骤504、根据公式
    Figure CN106761914BC00031
    ,计算临时人工导流明渠有效底宽L3、临时人工导 流明渠⑶有效顶宽L4和临时人工导流明渠⑶有效高度h3; 步骤505、将自然河道向下开挖,并将挖出的土方一部分按步骤504中所计算的临时人工导流明渠(3)尺寸堆积到河道两岸,另外部分装成沙土袋(16); 步骤506、在河道内铺设防渗土工布(17)并将步骤505中装好的沙土袋(16)分两层堆积在防渗土工布(17)上,修筑临时人工导流明渠(3); 步骤六、填充裂缝:在浅埋煤层工作面回采过程中,对沟道中出现的裂缝进行填充; 步骤七、修筑永久性人工导流明渠:在浅埋煤层工作面回采结束后,在沟道修筑永久性人工导流明渠。
  2. 2. 按照权利要求1所述的一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法,其特征在于:步骤四中所述导水管道(8)为PVC双壁波纹管,所述PVC双壁波纹管的管道粗糙度m为0.008〜0·009〇
  3. 3. 按照权利要求1或2所述的一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法,其特征在于:步骤七中修筑永久性人工导流明渠:实地查看临时人工导流明渠(3)所处的地理位置,当临时人工导流明渠(3)所处位置一边是田地,另一边是原有天然河道时,执行步骤71;当临时人工导流明渠(3)所处河道上时,执行步骤72; 步骤71、实地查看临时人工导流明渠(3)防水,当浅埋煤层工作面回采结束后,临时人工导流明渠(3)防水作用未受破坏,将临时人工导流明渠(3)作为永久性人工导流明渠,重新加高修筑临时人工导流明渠(3)并对另一边原有天然河道进行填压改造;当浅埋煤层工作面回采结束后,临时人工导流明渠⑶防水作用已被破坏,拆除临时人工导流明渠(3),在修筑永久性人工导流明渠前需将临时人工导流明渠(3)防移除或移至河道边上,对临时人工导流明渠(3)所占用的河道裂缝进行修复夯实,修筑永久性人工导流明渠; 步骤72、实地查看临时人工导流明渠(3)防水,当浅埋煤层工作面回采结束后,临时人工导流明渠(3)防水未受破坏,将临时人工导流明渠(3)作为永久性人工导流明渠;当浅埋煤层工作面回采结束后,临时人工导流明渠(3)防水被破坏,拆除临时人工导流明渠(3),在修筑永久性人工导流明渠前需将临时人工导流明渠⑶防移除或移至河道边上;然后,将自然河道向下开挖,对河道内形成的裂缝进行修复夯实,修筑永久性人工导流明渠。
  4. 4. 按照权利要求3所述的一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法,其特征在于:步骤72中对河道内形成的裂缝进行修复夯实并修筑永久性人工导流明渠时,首先,采用沙袋、树枝和石块作为骨架,再用沙土填充夯实,修复河道内形成的裂缝;然后,将挖出土方一部分堆积到河道两岸,另外部分装成沙土袋(16),在河道内铺设第一层防渗土工布(17),在第一层防渗土工布(17)上面堆积第一层沙土袋(16),再在第一层沙土袋(16)上铺设第二层防渗工程布,在第二层防渗土工布(17)上堆积第二层沙土袋(16),形成永久性人工导流明渠。
  5. 5. 按照权利要求3所述的一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法,其特征在于: 步骤72中对河道内形成的裂缝进行修复夯实并修筑永久性人工导流明渠时,首先,采用沙袋、树枝和石块作为骨架,再用沙土填充夯实,修复河道内形成的裂缝;然后,铺设三合土河床,所述三合土河床中三合土 (20)采用泥土、熟石灰和沙,泥土、熟石灰和沙依次的配比比例为1:3:6。
  6. 6. 按照权利要求3所述的一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法,其特征在于:步骤72中对河道内形成的裂缝进行修复夯实并修筑永久性人工导流明渠时,首先,采用沙袋、树枝和石块作为骨架,再用沙土填充夯实,修复河道内形成的裂缝;然后,依次铺设膨润土 (25)、黏土 (26)和碎石层(29),从沟底至两边回填沙土 (28)且分层进行机械或人工夯实,所述永久性人工导流明渠为弧形结构。
  7. 7. 按照权利要求3所述的一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法,其特征在于:步骤71中对临时人工导流明渠所占用的河道内形成的裂缝进行修复夯实并修筑永久性人工导流明渠时,过程如下: 步骤I、测量临时人工导流明渠所占用的河道内形成的裂缝宽度:当该裂缝宽度大于
    0.2m时,执行步骤II;当该裂缝宽度在0.02m〜0.2m时,执行步骤III;当该裂缝宽度小于
    0.02m时,执行步骤IV; 步骤II、在临时人工导流明渠所占用的河道内向下开挖深度大于lm,用矿井产生的煤矸石、沙袋和大石块作为骨架来进行充填,再用黄土填充夯实,形成衬垫层且所述衬垫层深度不小于0.2m;在所述衬垫层上用三七土进行充填夯实,所述三七土采用泥土和熟石灰,泥土和熟石灰的配比比例为7:3,形成防渗层且所述防渗层深度不小于0.5m;在所述防渗层上用该裂缝两侧的黄土来填充夯实,形成表土层且所述表土层深度不小于0.3m; 步骤III、在临时人工导流明渠所占用的河道内向下开挖深度大于0.6m,用树枝和石块作为骨架,再用黄土填充夯实,形成衬垫层且所述衬垫层深度不小于〇. 2m;在所述衬垫层上用三七土进行充填夯实,所述三七土采用泥土和熟石灰,泥土和熟石灰的配比比例为7:3,形成防渗层且所述防渗层深度不小于〇. 3m;在所述防渗层上用该裂缝两侧的黄土来填充夯实,形成表土层且所述表土层深度不小于0. Im; 步骤IV、采用黄土填充夯实,再在夯实的黄土上铺设三七土进行充填夯实,所述三七土采用泥土和熟石灰,泥土和熟石灰的配比比例为7:3。
  8. 8. 按照权利要求4-5中任一权利要求所述的一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法,其特征在于:步骤七中修筑的永久性人工导流明渠与临时人工导流明渠(3)尺寸相同。
  9. 9. 按照权利要求4-7中任一权利要求所述的一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法,其特征在于:步骤四中所述导水管道(8)和步骤五中所述临时人工导流明渠(3)的进水端均设置有用于阻挡洪水夹带杂物的篦子。
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