CN108533314A - 一种矿山采空区封闭方法及其应用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿山采空区封闭方法及其应用系统，方法包括以下步骤：在待封闭采空区的底板与侧帮交界处向下施工纵向泄水井，在纵向泄水井的下端施工横向泄水通道；在横向泄水通道两侧施工与其连通的阻尼导水通道；在横向泄水通道的末端施工向上的纵向阻尼导水井；在纵向导水井的上端施工溢水通道；系统包括贯通的纵向泄水井、横向泄水通道、阻尼导水通道、纵向阻尼导水井和溢水通道；纵向导水井的上端与采空区底板连通。采空区的积水经纵向泄水井进入横向泄水通道和阻尼导水通道，再进入纵向阻尼导水井，最后经溢水通道排出至地表。本发明既可解决采空区空气冲击波的冲击问题，又能避免采空区产生积水，确保矿山安全生产不受采空区的影响。
Description
技术领域
本发明属于矿山采空区治理领域，具体涉及一种矿山采空区封闭方法及其应用系统。
背景技术
处理地下采矿的采空区，封闭是最简单实用的方法。传统的采空区封闭方法主要是在采空区连接巷道内构筑钢筋混凝土挡墙，利用实体挡墙来隔离采空区，以阻挡空气冲击波对井下生产作业区域的冲击。
但从矿山现实情况来看，实体挡墙存在接顶难、排水不便和密闭程度不高等问题。特别是挡墙封闭以后的采空区排水问题，一直以来没有找到合适的解决方案。
构筑实体挡墙的主要目的在于隔离采空区与其它区域的联系，防止采空区垮塌引发的空气冲击波的侵袭，而一旦密闭采空区，则采空区内的积水无法及时排出，形成老窿水，这对矿山安全生产又是巨大威胁。因此，采用实体挡墙封闭采空区虽然可防止产生冲击危害，但也衍生出采空区积水的潜在威胁，特别是对涌水量较大的矿山，面临的水害压力更大，安全生产形势更为严峻。
发明内容
本发明目的之一在于提供一种既能排出采空区积水又能通过排出的积水消减采空区空气冲击波的能量，同时避免积水和空气冲击波对矿山安全产生危害的方法。
本发明提供的这种矿山采空区封闭方法，包括以下步骤：
在待封闭采空区的底板与侧帮交界处向下施工纵向泄水井，在纵向泄水井的下端施工横向泄水通道；
在横向泄水通道两侧施工与其连通的阻尼导水通道；
在横向泄水通道的末端施工向上的纵向阻尼导水井；
在纵向导水井的上端施工溢水通道；
采空区的积水经纵向泄水井进入横向泄水通道和阻尼导水通道，再进入纵向阻尼导水井，最后经溢水通道排出至地表。
本发明还提供了一种利用权力上述方法建立的矿山采空区封闭系统，包括贯通的纵向泄水井、横向泄水通道、阻尼导水通道、纵向阻尼导水井和溢水通道，纵向泄水井的上端与采空区底板连通，阻尼导水通道有依次布置的若干个，溢水通道将水排出至地表。
所述横向泄水通道包括若干节间断的水平巷道，各节水平巷道之间通过阻尼导水通道前后连通，上一阻尼导水通道的出口与下一节水平巷道的入口端连通。
所述阻尼导水通道包括分别位于所述水平巷道上侧和下侧的上水平巷道和下水平巷道，上水平巷道和下水平巷道的前端均越过相邻两节水平巷道的间断处，下水平巷道的前端伸出于上水平巷道的前端外，上水平巷道的前端与水平巷道之间通过第一倾斜通道连通，上水平巷道的后端和下水平巷道的前端通过第二倾斜通道连通，下水平巷道的后端通过第三倾斜通道与下一节水平巷道的入口端连通。
所述第一倾斜通道、第二倾斜通道和第三倾斜通道的断面形状相同，面积相等，上水平巷道和下水平巷道的断面形状相同，面积相等且大于三条倾斜通道的断面面积。
所述纵向阻尼导水井包括多段直通道和相邻直通道之间的球型通道，球型通道的上端和下端分别设置有多孔板，下端的多孔板上堆放有钢球。
所述多孔板和钢球均为不锈钢材质，钢球的直径小于纵向阻尼导水井直通道的断面尺寸。
本发明在下向的纵向泄水井末端设置横向泄水通道，在横向泄水通道的末端设置上向的纵向阻尼导水井，在横向泄水通道上设置阻尼导水通道。纵向泄水井位于采空区底板的下方，所以本方法不仅可自动排出采空区的积水，还相当于在采空区底板的下方设置了由积水形成的水墙，一旦采空区由于某种原因产生了空气冲击波，空气冲击波就会从纵向泄水井在底板上的端口冲出，空气冲击波在冲击水墙中的积水时，能量得到消减后，顶多将积水从溢水通道推送至地表，不会对地下矿山产生冲击危害。所以本发明公开的系统是一种兼具排水与阻波功能的防灾减灾系统。
总之，本发明另辟蹊径，将采空区的积水自动向下引出并适量储存，利用自动排出的积水来封闭采空区，既可解决采空区空气冲击波的冲击问题，又能避免采空区产生积水，确保矿山安全生产不受采空区的影响。
附图说明
图1为本发明一个实施例的结构示意图。
图2为图1中的A部放大结构示意图。
图3为图1中的B部放大结构示意图。
具体实施方式
本发明公开的这种采空区封闭方法，包括以下步骤：
在待封闭采空区的底板与侧帮交界处向下施工纵向泄水井，在纵向泄水井的下端施工横向泄水通道；
在横向泄水通道两侧施工与其连通的阻尼导水通道；
在横向泄水通道的末端施工向上的纵向阻尼导水井；
在纵向阻尼导水井的上端施工溢水通道；采空区的积水经纵向泄水井进入横向泄水通道和阻尼导水通道，再进入纵向阻尼导水井，最后经溢水通道排出至地表。
本实施例根据上述方法建立了一套矿山采空区封闭系统。
从图1可以看出，本系统包括纵向泄水井1、横向泄水通道2、阻尼导水通道3、纵向阻尼导水井4和溢水通道5。
纵向泄水井1位于采空区底板的下方，纵向泄水井的上端口位于采空区底板与侧帮的交界处，为了让采空区内的积水都能自流进入纵向泄水井1，最好将采空区底板修成往纵向泄水井上端入口倾斜的斜面。
结合图1、图2可以看出，横向泄水通道2连通纵向泄水井的末端，包括多节间断的水平巷道，间断处为实心岩体。阻尼导水通道3包括分别位于水平巷道上侧和下侧的上水平巷道31和下水平巷道32，上水平巷道31和下水平巷道32的前端均越过相邻两节水平巷道的间断处，下水平巷道32的前端伸出于上水平巷道31的前端外，上水平巷道31的前端与水平巷道之间通过第一倾斜通道33连通，上水平巷道31的后端和下水平巷道32的前端通过第二倾斜通道34连通，下水平巷道32的后端通过第三倾斜通道35与下一节水平巷道的入口端连通。
第一倾斜通道33、第二倾斜通道34和第三倾斜通道35的断面形状相同，面积相等。上水平巷道31和下水平巷道32的断面形状相同，面积相等且大于三条倾斜通道的断面面积。上述设置可使空气冲击波冲击通道中的积水时，减缓水流的速度，使阻尼导水通道能尽可能多的消减空气冲击波的能量，防止空气冲击波推动水流奔涌形成高压水流。
图1中示出了两组阻尼导水通道，阻尼导水通道的设置数量可根据采空区大小及可能产生的空气冲击波的大小来确定。
结合图1和图3可以看出，上向的纵向阻尼导水井4连通于横向泄水通道3的末端，包括多段直通道41和相邻直通道之间的球型通道42，球型通道42的上端和下端分别设置有多孔板43，下端的多孔板上堆放有钢球44。多孔板的周缘在浇筑球型通道时嵌装固定。多孔板43和钢球44均为不锈钢材质，钢球的直径小于直通道41的断面尺寸。注意多孔板43的厚度保证能承受其上堆放钢球44的重量。
球型通道的设置是为了进一步增加通道中积水的对空气冲击波的阻力。当积水从纵向导水井的直通道进入球型通道时，一方面球型通道内的钢球对水流有阻挡作用，另一方面球型通道的断面面积大于直通道的断面面积，所以能大大减缓水流速度，从而进步消减空气冲击波的能量。
图1中示出了两个球型通道，具体实施时，球型通道的设置数量以能尽量消减空气冲击波的能量来确定。
当空气冲击波的能量够大时，纵向导水井第一个直通道内的积水通过球型通道下端进水口处的多孔板进入球型通道内，将下端多孔板上的钢球往上顶至上端多孔板处，积水从最后一个球型通道上端的出水口流出最后一个直通道再进入溢水通道，最后从溢水通道排出至地表。不仅避免了采空区积水对矿山安全的影响，还避免了空气冲击波对矿山安全的影响。
本实施例的纵向泄水井、横向泄水通道、纵向阻尼导水井的直通道及溢水通道均视岩体稳定性不同，可采用锚网喷支护或者不支护；纵向阻尼导水井的球形通道采用锚网喷支护防止该结构变形。
Claims (7)
1.一种矿山采空区封闭方法，包括以下步骤：
在待封闭采空区的底板与侧帮交界处向下施工纵向泄水井，在纵向泄水井的下端施工横向泄水通道；
在横向泄水通道两侧施工与其连通的阻尼导水通道；
在横向泄水通道的末端施工向上的纵向阻尼导水井；
在纵向导水井的上端施工溢水通道；
采空区的积水经纵向泄水井进入横向泄水通道和阻尼导水通道，再进入纵向阻尼导水井，最后经溢水通道排出至地表。
2.一种利用权利要求1所述方法建立的矿山采空区封闭系统，其特征在于：它包括贯通的纵向泄水井、横向泄水通道、阻尼导水通道、纵向阻尼导水井和溢水通道，采空区的积水经纵向泄水井进入横向泄水通道和阻尼导水通道，再进入纵向阻尼导水井，最后经溢水通道排出至地表；阻尼导水通道有依次布置的若干个。
3.如权利要求2所述的井下矿山采空区封闭系统，其特征在于：所述横向泄水通道包括若干节间断的水平巷道，各节水平巷道之间通过阻尼导水通道前后连通，上一阻尼导水通道的出口与下一节水平巷道的入口端连通。
4.如权利要求2所述的矿山采空区封闭系统，其特征在于：所述阻尼导水通道包括分别位于所述水平巷道上侧和下侧的上水平巷道和下水平巷道，上水平巷道和下水平巷道的前端均越过相邻两节水平巷道的间断处，下水平巷道的前端伸出于上水平巷道的前端外，上水平巷道的前端与水平巷道之间通过第一倾斜通道连通，上水平巷道的后端和下水平巷道的前端通过第二倾斜通道连通，下水平巷道的后端通过第三倾斜通道与下一节水平巷道的入口端连通。
5.如权利要求4所述的矿山采空区封闭系统，其特征在于：所述第一倾斜通道、第二倾斜通道和第三倾斜通道的断面形状相同，面积相等，上水平巷道和下水平巷道的断面形状相同，面积相等且大于三条倾斜通道的断面面积。
6.如权利要求2所述的矿山采空区封闭系统，其特征在于：所述纵向阻尼导水井包括多段直通道和相邻直通道之间的球型通道，球型通道的上端和下端分别设置有多孔板，下端的多孔板上堆放有钢球。
7.如权利要求6所述的矿山采空区封闭系统，其特征在于：所述多孔板和钢球均为不锈钢材质，钢球的直径小于纵向阻尼导水井的直通道断面尺寸。
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