CN106968710B - 一种排水装置及排水装置预制件 - Google Patents

Abstract

一种排水装置及排水装置预制件，设置于矿区巷道的底侧的排水沟，所述排水装置包括在所述排水沟内的至少一个挡板和至少一个沉积坑；所述挡板能截流所述排水沟内的水流，且其中所述挡板四周与所述排水沟之间形成至少一个导水通道。在所述挡板被水压冲开之前，以所述导水通道疏导排水沟内的水流，将所述排水沟中沉积物冲入所述沉积坑；当所述挡板的上游侧面的水流蓄积到一定高度时，所述挡板被升高的水压打开，使蓄积在所述挡板上游侧面的水瞬间被释放出去，将所述挡板下游的排水沟底面的沉积物冲入所述沉积坑。本发明的排水装置具有自动清除和冲击沉积于排水沟底面上淤泥的作用。

Description

一种排水装置及排水装置预制件

技术领域

本发明涉及矿业安全技术领域，尤其涉及一种排水流畅且便于定点清理淤泥的矿井排水装置及排水装置预制件。

背景技术

随着煤矿工作面开采与巷道的掘进延伸，掉落的矿渣，碎石会落在矿井排水沟中。现有排水沟无法实现快速的自动清理，往往会造成排水沟的拥堵和排水不畅等问题，排水能力受到限制，从而出现工作面和巷道出现水流外溢的现象，不利于煤矿安全生产，更不利于保持一个相对舒适的工作环境。

为了防止这些问题的发生，工作面和巷道要不定期对水沟中的这些淤泥进行清理，目前的淤泥处理是依赖人工掀开排水沟盖板，然后再进行人工的清理，在很大程度上造成了大量的人力、物力、时间的浪费，特别是在翻开盖板进行淤泥清理期间，会影响巷道中其他生产活动的正常进行，给矿上的生产带来了极大的不便。

现有的一种可方便淤泥清理的矿井水沟结构，是使水沟底面成为倾斜面，即向水沟的一个侧壁倾斜。虽然该方法能够使淤泥汇集沉积到深水侧，但该结构仍然存在两个缺陷。首先，淤泥没有特定的堆积位置，在清理时仍然需要大面积动工；其次，随着淤泥在水沟底部沉积越来越多，水沟底部会变成平面，该结构则会失效。

现有的矿用网状拦截清理水沟淤泥的排水装置，如实用新型CN205638543U公开的技术方案：在传统水沟的基础上，每隔50m～200m交错设置一张具有2cm孔径的不锈钢过滤网片和一张具有0.5cm孔径的不锈钢过滤网片，在每张所述不锈钢过滤网片的前方(上游)设置一个积淤坑，用来收集淤泥。该排水结构，仅仅只能够使网片附近的淤泥沉降到水槽中。更重要的是，由于该排水装置的网片结构仅能让水流通过，并不会使水流流速加快，当网片前方淤泥持续堆积造成网孔堵死后，会造成排水不畅，甚至在工作面和巷道中出现水流外溢的现象。由此可见，现有的矿井排水结构无法很好地解决矿井排水沟淤泥清理这一目标。

发明内容

本发明的目是，通过设计一种排水装置及排水装置预制件，不仅能够解决排水的拥堵和排水不畅的问题，保证安全生产；还能够借助该排水装置，将淤泥准确地堆积到预定位置，便于集中清理。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供了一种排水装置，设置于矿区巷道的底侧，所述排水装置包括一个排水沟、在所述排水沟内的至少一个挡板和至少一个沉积坑；所述沉积坑相对于所述排水沟的底面下沉；

所述挡板包括一个上游侧面和一个下游侧面；所述挡板的上端与所述排水沟的内侧面铰接；或者所述排水沟具有一盖板，所述挡板的上端与所述盖板铰接，所述挡板能截流所述排水沟内的水流；其中，所述挡板四周与所述排水沟之间形成至少一个导水通道；

在所述挡板被水压冲开之前，以所述导水通道疏导排水沟内的水流，将所述排水沟中沉积物冲入所述沉积坑；当所述挡板的上游侧面的水流蓄积到一定高度时，所述挡板被升高的水压打开，使蓄积在所述挡板上游侧面的水瞬间被释放出去，将所述挡板下游的排水沟底面的沉积物冲入所述沉积坑。

根据本发明的一实施方式，其中所述排水沟底面设有至少一条导水槽，所述导水槽沿着所述排水沟的长度方向延伸，且所述导水槽底部相对于所述排水沟底面下沉，所述挡板下端与所述导水槽底部之间的间隙界定所述导水通道；或者

所述挡板下端对应所述导水槽的位置还设有至少一个下豁口，所述下豁口与所述排水沟底面之间的间隙界定所述导水通道；或者

所述排水沟底面设有至少一条导水槽，所述导水槽沿着所述排水沟的长度方向延伸，且所述导水槽底部相对于所述排水沟底面下沉，所述下豁口与所述导水槽位置相对应，且所述下豁口与所述导水槽底部之间的间隙共同界定所述导水通道；或者

所述挡板的侧端与所述排水沟侧壁接触，在所述侧端靠近排水沟底面的位置设有至少一个侧豁口，所述侧豁口与所述排水沟侧壁之间的间隙界定所述导水通道。

根据本发明的一实施方式，其中所述挡板的上端与所述盖板的下表面以合叶连接。

根据本发明的一实施方式，其中所述排水沟包括间隔设置的至少两个所述沉积坑，每两个所述沉积坑之间的排水沟底面设为斜坡。

根据本发明的一实施方式，其中所述斜坡的坡度为等于或大于5°，且小于或等于10°。

根据本发明的一实施方式，所述斜坡的坡度设计为使水流速度在1.5～3.5m/S之间。

根据本发明的一实施方式，所述沉积坑为相对所述排水沟底面下沉的一个凹坑，所述凹坑与位于其上游的排水沟底面之间以圆弧状连接面连接。

根据本发明的一实施方式，所述沉积坑中放置一个带有沥水孔的淤泥储存框。

根据本发明的一实施方式，在所述导水槽位于所述挡板下游的位置处形成一个凹槽，所述凹槽的尺寸大于所述导水槽，所述凹槽用于暂存一定量的淤泥。

根据本发明的一实施方式，所述挡板的下端及两侧端包覆有密封胶圈。

根据本发明的一实施方式，所述排水沟的底面与所述排水沟侧壁连接处，设为圆弧过渡面。

根据本发明一个可行的实施例，所述导水通道的数量为3～6个，所述导水通道的横截面面积的总和为0.0085㎡～0.017㎡。

根据本发明一个可行的实施例，所述排水沟的底面与所述排水沟侧壁连接处，设为圆弧过渡面。

本发明还提供一种预制件模块，所述预制件模块是将依照上述任一实施方式设计的排水装置的一个或一个以上，制作成模块。在实际使用中，可直接将该预制件模块摆放在矿井巷道的排水沟内。

根据本发明一个可行的实施例，，每个预制件模块包括两个或两个以上前述任一实施方式所述的排水装置，具体可根据巷道的长度选择每个预制件模块中排水装置的个数，以及放置所述预制件模块的个数、位置。

根据本发明一个可行的实施例，所述预制件模块沟体底面形成有低表面能材料涂层或陶瓷涂层；优选的所述预制件模块沟体底面形成有聚四氟乙烯涂层。

根据本发明一个可行的实施例，相邻两个预制件模块之间在连接处设置有连接卡扣结构

本发明的有益技术效果包括：

本发明借助所述挡板与所述排水沟内侧面或底面之间形成至少一个导水通道，所述导水通道使水流在所述排水沟中的流通截面急剧减小，实现水流速度的增速，能够起到起立矿渣/淤泥的效果。同时由于所述挡板截流作用，在所述挡板的上游侧面蓄积水压，由于挡板与所述排水沟内表面摩擦力恒定，当在水流随着截流时间延长，升压至一定程度后，水压冲开所述挡板，瞬间释放出去，将所述挡板下游一侧沉积在排水沟底面的淤泥冲刷带走。接着，再通过设于挡板下游一预定距离的沉积坑的定点收集。因此，本发明的排水装置具有自动清除和冲击沉积于排水沟底面上淤泥的作用，可使淤泥清理可实现集中化处理，大幅减少人力物力支出及清理淤泥给正常生产工作带来的耽误。

与现有的人工掀起盖板清理淤泥技术相比，本发明避免了在巷道中清理矿渣的不便，可以达到快速清理淤泥的目的，解放了工人的劳动力，也符合现代化矿井建设的需要，同时提升了矿井生产的安全系数。

附图说明

图1为本发明实施例一的排水装置的结构示意图。

图2为本发明实施例一排水装置的挡板连接结构示意图。

图3A为本发明实施例一排水装置的挡板的结构示意图一。

图3B为本发明实施例一排水装置的挡板的结构示意图二。

图4A为本发明实施例一排水装置的沉积坑的结构示意图一。

图4B为本发明实施例一排水装置的沉积坑的结构示意图二。

图5为本发明实施例一排水装置的沉积坑的分布示意图。

图6为排水沟水流速度大小与淤泥沉积厚度的关系曲线。

图7为导水通道的设置数量与淤泥沉积厚度的关系曲线。

图8为本发明实施例二的设于沉积坑内的淤泥储存框的结构示意图。

图9为本发明实施例三的包含2个排水装置的预制件模块的结构示意图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

实施例一

结合图1来看实施例一。实施例一所示的排水装置1，其中箭头所指为水流方向，并根据水流方向定义上游和下游。排水装置1包括一个排水沟10和设置在所述排水沟内的至少一个挡板20，根据水流方向，挡板20定义有一个上游侧面21和一个下游侧面22。排水沟10包括两侧壁11和一个底面12，其中底面12与两侧壁11连接处设为圆弧过渡面。其中，在挡板20的下端侧设有3个下豁口23，这3个下豁口23在本实施例中设为半圆形。排水沟底面12沿着排水沟10的长度方向，设有3条导水槽13，导水槽13相对于底面12下沉，可供水流通过，在本实施例中，导水槽13的截面也为半圆形。在其他实施例中，导水槽13的形状可设置成倒三角形、半椭圆形。导水槽13的尺寸可以设置为5-10cm宽，5-10cm深，既可以保证水流的通过，又能加快流速，同时淤泥不会堵塞导水槽13。

在图1所示的实施例中，挡板20仅通过其顶部与排水沟盖板5下表面铰接连接(如图2)，其下端所设的下豁口23正对应导水槽13的上方，下豁口23与导水槽13对应组合形成导水通道P，使挡板20的上游侧面21的水可以流经该导水通道P到达下游侧面22。由于水流在所述排水沟20中的流通截面发生急剧减小，使通过导水通道P的水流相对于挡板20的上游水流发生一个增速的效果，能够起到起立淤泥的效果。而同时由于所述挡板20的限流作用，水流会在所述挡板的上游侧面蓄积，形成蓄积水压，但挡板20与所述排水沟内表面摩擦力恒定，且仅通过挡板20顶端与排水沟盖板铰接，因此在蓄积的水越来越多，水压升至一定程度时，水压会冲开所述挡板20(挡板20发生翻转)，大量的水以较高的速度瞬间释放出去，将挡板20下游一侧沉积在排水沟10底部的淤泥冲刷带走。

结合图3A～图3B所示的，在更优选的实施方式中，挡板20较佳采用防腐蚀性能好、质量轻的塑料材质，厚度为5mm，挡板20下端开有3～5个直径6cm半圆形状的下豁口23(图3A)；或者在挡板20的两侧端并靠近排水沟底面12的位置，分别有一个侧豁口24(图3B)。为使挡板20上游一侧的水绝大部分从下豁口23、侧豁口24、以及导水槽13中流出以实现水流的增速，在一些实施例中，挡板20下端及两侧除豁口(23、24)以外的区域均覆盖一层橡胶，形成一密封胶圈6。密封胶圈6还起到更好的蓄积水压的作用。

为了更清楚的了解导水通道P个数对矿渣清理的影响效果，分别在挡板20下端有开设1到7个直径6cm的半圆形下豁口23，相应地对齐所述下豁口23设置1到7个导水槽13，因此形成1到7个导水通道P。当水流采用1.5m/s流速，分别进行试验，结果如图7所示的导水通道设置数量与淤泥沉积厚度的关系曲线。可见，当导水通道P为3到6个时，清理淤泥的效果较好，考虑到简单节约因素，可以开设3到5个导水通道P。根据导水通道P的半径和个数计算，导水通道的横截面面积的总和约为0.0085㎡～0.017㎡时效果最好。

需要说明的是，虽然在图1所示的实施例中导水通道P是用下豁口23与导水槽13对应组合形成的，但根据本发明的精神可以理解地是，借助导水槽13、或下豁口23、或侧豁口24或它们的任意组合均能够形成本发明同等意义上的导水通道P。

结合图1及图2所示，所述挡板20是通过上端与排水沟的盖板5铰接在一起，例如图2所示，利用一合叶7与盖板5可转动地连接。同理，所述挡板20还能与排水沟10的一个侧壁11铰接。但从挡板20的安装维护，及避免形成淤泥死角的考虑来看，优选如图2所示，将挡板20的顶端与盖板5铰接为佳。

参见图1所示，在挡板20的上游侧面21处蓄积的水压，最终会冲翻挡板20，大量水流瞬间释放出去，由于水流和水速较高，故能将挡板20的下游的淤泥等沉积物一并冲击带走。为了使淤泥在冲走后可以集中收集到预定位置，本发明进一步在排水沟10内设置若干个间隔一预定距离的沉积坑30，两个沉积坑30间隔的距离可依具体情况设置为每隔50m～100m一个，而距离其自身位置上游的挡板20较佳为50cm～100cm。各沉积坑30为相对于排水沟底面12下沉的一个凹坑。

结合图5的沉积坑的分布示意图，为保证水流速度足够大以能够起立沉积的淤泥，在本发明的进一步特征是，让每两个所述沉积坑30之间的排水沟底面12设为斜坡。根据地质情况可以设计斜坡的坡度在5°到10°之间。通过增加坡度可以有效地提高排水沟10中的水流速度，进一步防止矿渣等淤泥在排水沟底面12上沉积。经实验验证发现，当坡度设置在5°到10°之间时，本发明的排水沟10中的水流速度介于1.5～3.5m/s之间。此时发现排水沟10中，淤泥的厚度会随着水流速度的增大出现减小的趋势，参见图6所示的水流速度与淤泥沉积厚度的关系曲线。

在图1的基础上，继续结合图4A、4B所示，该沉积坑30在靠近挡板20一侧设置为圆弧状过渡面向下延伸，且坑底部逐渐变深。优选地，沉积坑30底部与其左右侧面之间也以圆弧状面连接，可防止形成死角。该沉积坑30能定点收集矿渣等淤泥，以便人工集中化处理。如图4A、4B所示，沉积坑30的一侧为垂直侧壁，而另一靠近挡板20的下游侧面21的一侧设置为圆弧状连接面31，该圆弧状连接面31既可实施为图4A的凸圆弧形，也可以设为图4B的凹圆弧形。该沉积坑30结构特殊，所述垂直的侧壁能够有效保证进入到坑内的矿渣不会轻易从其中冲出，而圆弧状连接面的31的一侧，可供其上游沉积的淤泥/矿渣等沉积物，在水流冲击下顺利地滑落进入到沉积坑30的坑底部。

结合图1所示的实施例，在排水沟10的底面12上还有至少一个凹槽131，这些凹槽131起到暂存一定量的淤泥的作用。优选的，凹槽131设于排水沟底面的导水槽13所通过的线路上，凹槽131的尺寸比导水槽13更宽更深，可减缓导水槽13被淤泥阻塞的情况。凹槽131位于挡板20的下游，每隔一段距离形成一个凹槽131。导水槽13中流动的水流所冲刷起来的矿渣被暂时收集到凹槽131中，待挡板20被水压推开后，水流速度瞬时增大，会将暂存在凹槽131内的矿渣一同冲到下游的沉积坑30内。凹槽131的设置不仅避免导水槽13发生阻塞，还可以暂存一定量的矿渣，减少矿渣铺散于排水沟底面12的各处的情况。

本实施例中，当沉积坑30被矿渣或淤泥堆积满之后，人工打开沉积坑30所对应位置的盖板5，定点集中地将沉积坑30中的矿渣和淤泥铲挖清除出去。其他位置的盖板5无需打开，故而不会影响巷道中的其他生产活动的正常进行，不会因清理排水沟淤泥而影响正常生产作业的进行。

实施例二

如图8所示。实施例二是在实施例一的基础上，再于每一个沉积坑30中放置一个淤泥储存框8。淤泥存储框8具有若干个沥水孔81，用来收集矿渣。当矿渣沉积到一定厚度时，将淤泥存储框8提出，沥水孔81可以使水排除，减轻淤泥存储框8中矿渣重量，节省人力，相对于实施例一显得更加方便和高效。淤泥存储框8还具有一个提手82。淤泥储存框8可采用耐用的塑料材质，能抗腐蚀且减轻自身重量。

实施例三如图9所示，是实施例三的结构示意图。实施例三是将实施例一中排水装置1的两个或更多单体一起制作形成为一预制件模块9。预制件模块9的沟体可以采用金属、塑料或复合材料，本实施例以纤维增强复合材料来示例，可选用整体成型，一次形成底面结构。一具体示例中，预制件模块9的底面12和侧壁11可以是由玻璃钢材料形成，充分利用其成本低、强度大的优势，并且容易大批量生产。

在使用时，可直接将该预制件模块9摆放在原有的矿井巷道里。该预制件模块9的每个单体的排水装置1的底面12和两侧壁11可选择采用低表面能材料涂层或陶瓷涂层，比如：选用聚四氟乙烯涂层，聚四氟乙烯具有耐腐蚀、耐气候特性，还具有高润滑和不粘性，可以有效地减轻矿渣在排水沟10内壁面的附着。

此外，还可将实施例二所描述的淤泥储存框8放置于沉积坑30中，形成一个完整的含有排水装置1的预制件模块9。每个预制件模块9包括两个或两个以上排水装置1，每相邻两个预制件模块9之间在连接处设置有连接卡扣结构，以保证两个预制件模块9之间连接的密实度，防止在连接处形成让淤泥堆积的死角。所述预制件模块9，还可选择性地包括可拆卸组装的挡板20、盖板5等结构。

其中，预制件模块9中的每个排水装置1，其排水沟10也可以设置为两侧壁11远低于矿井排水沟实际深度的半沟形式，如此，可将预制件模块9铺在矿井排水沟底部，当矿渣沉积过多时，可以将半沟形式的预制件拿出来进行清理，方便操作，节省材料，质量更轻。

在实际使用中，可根据巷道的长度选择放置预制件模块9的个数，以及每个预制件模块9包含排水装置1的个数。不难理解，相对现有技术在矿井排水沟的施工过程中，逐个地挖设凹槽30、导水槽13、安装挡板20等一系列制作排水装置1的施工操作而言，通过批量化生产制作含有至少1个排水装置1的所述预制件模块9，并将所述预制件模块9直接放置到矿井排水沟中的方式，能给矿井巷道内的施工和生产带来极大的便利。

以上所述，仅为本发明代表性的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种排水装置，设置于矿区巷道的底侧的排水沟内，所述排水装置包在所述排水沟内的至少一个挡板和至少一个沉积坑；所述沉积坑相对于所述排水沟的底面下沉；

所述挡板包括一个上游侧面和一个下游侧面；所述挡板的上端与所述排水沟的内侧面铰接；或者所述排水沟具有一盖板，所述挡板的上端与所述盖板铰接，所述挡板能截流所述排水沟内的水流；其中，所述挡板四周与所述排水沟之间形成至少一个导水通道；

在所述挡板被水压冲开之前，以所述导水通道疏导排水沟内的水流，将所述排水沟中沉积物冲入所述沉积坑；当所述挡板的上游侧面的水流蓄积到一定高度时，所述挡板被升高的水压打开，使蓄积在所述挡板上游侧面的水瞬间被释放出去，将所述挡板下游的排水沟底面的沉积物冲入所述沉积坑。

2.根据权利要求1所述的排水装置，其特征在于，所述排水沟底面设有至少一条导水槽，所述导水槽沿着所述排水沟的长度方向延伸，且所述导水槽底部相对于所述排水沟底面下沉，所述挡板下端与所述导水槽底部之间的间隙界定所述导水通道；或者

所述挡板下端对应所述导水槽的位置还设有至少一个下豁口，所述下豁口与所述排水沟底面之间的间隙界定所述导水通道；或者

所述排水沟底面设有至少一条导水槽，所述导水槽沿着所述排水沟的长度方向延伸，且所述导水槽底部相对于所述排水沟底面下沉，所述挡板下端对应所述导水槽的位置还设有至少一个下豁口，所述下豁口与所述导水槽位置相对应，且所述下豁口与所述导水槽底部之间的间隙共同界定所述导水通道；或者

所述挡板的侧端与所述排水沟侧壁接触，在所述侧端靠近排水沟底面的位置设有至少一个侧豁口，所述侧豁口与所述排水沟侧壁之间的间隙界定所述导水通道。

3.根据权利要求1所述的排水装置，其特征在于，所述挡板的上端与所述盖板的下表面以合叶连接。

4.根据权利要求1所述的排水装置，其特征在于，所述排水沟包括间隔设置的至少两个所述沉积坑，每两个所述沉积坑之间的排水沟底面设为斜坡。

5.根据权利要求4所述的排水装置，其特征在于，所述斜坡的坡度为等于或大于5°，且小于或等于10°。

6.根据权利要求1所述的排水装置，其特征在于，所述沉积坑为相对所述排水沟底面下沉的一个凹坑，所述凹坑与位于其上游的排水沟底面之间以圆弧状连接面连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的排水装置，其特征在于，所述沉积坑中放置一个带有沥水孔的淤泥储存框。

8.根据权利要求2所述的排水装置，其特征在于，在所述导水槽位于所述挡板下游的位置处形成一个凹槽，所述凹槽的尺寸大于所述导水槽，所述凹槽用于暂存一定量的淤泥。

9.根据权利要求1所述的排水装置，其特征在于，所述挡板的下端及两侧端包覆有密封胶圈。

10.一种排水装置预制件，其特征在于，所述排水装置预制件具有沟体，所述沟体中设置有至少一个根据权利要求1-9任一项所述的排水装置。