CN112855259A - 一种煤矿巷道内防淤堵的排水装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种煤矿巷道内防淤堵的排水装置及使用方法，它由自上而下分别由进水口段(1)、斜孔导水段(2)、控制段(3)和非常规抽排段(4)组成；所述的进水口段(1)有上层巷道沉淀池(1.1)、拦污栅(1.2)组成，所述的上层巷道沉淀池(1.1)的四周布置有拦污栅(1.2)；所述的斜孔导水段(2)由带孔钢管(2.1)组成，所述的带孔钢管(2.1)上端布置在所述的上层巷道沉淀池(1.1)中，下端与所述的控制段(3)连接；它克服了现有技术中所有进入煤矿的巷道口都将封闭，一旦水泵或供电线路损坏，维修十分困难的缺点，具有依靠重力排水，无需水泵抽排，降低大量的运行费用的优点。
Description
技术领域
本发明涉及到采矿工程采空区运行与维护的技术领域，更加具体 地是一种煤矿巷道内防淤堵的排水装置及使用方法。
背景技术
煤矿采空区是指在煤矿采掘作业过程中，将地下煤炭或煤矸石等 开采完成后留下的空洞或空腔。
对倾斜煤层而言，两个或多个煤矿的采矿权常常在平面投影范围 内重叠，根据高程划分为不同采矿权的煤矿。这种情况下，不同煤矿 在高程上一般会预留一定高度的防隔水煤柱(边界煤柱)，采空区之 间不会直接连通。
当上部煤矿关闭后，位于地下的采空区通常会充水，充水水源主 要包括煤矿所处地带的地下水、降雨等，充水通道主要包括开采导致 的塌陷带、裂缝带、断层和没有完全封闭的钻孔等。上部采空区长时 间、大量积水会使水文地质条件发生变化，特别是上部煤矿采空区积 水水头过高可能会击穿防隔水煤柱(边界煤柱)，对下部正常生产的 煤矿造成突水涌水风险，严重威胁井下人员生命和财产安全。
为防止采空区积水过高对下部煤矿安全产生威胁，需要将采空区 积水及时排出。采空区排水的技术难点是：采空区排水水量多变，杂 质多，常见煤矿采空区的排水装置防堵塞效果不理想，排水系统易淤 堵且淤堵物清理不便。
目前常见的采空区排出积水的措施是：在出现采空区积水的有效 范围内寻找高程较低的可以使用的巷道，从巷道口将水泵安放至最低 处，直接利用水泵将采空区的积水排出。利用水泵排水运行维护成本 高，易将杂质抽至滤网附近造成淤堵；
此外，煤矿关闭后，通风照明系统拆除，巷内瓦斯将严重超标， 严禁人员进入，所有进入煤矿的巷道口都将封闭，一旦水泵或供电线 路损坏，维修十分困难。
因此，急需一种结构来解决上述问题。
发明内容
本发明的第一目的在于克服上述背景技术的不足之处，而提出一 种煤矿巷道内防淤堵的排水装置。
本发明的目的是通过如下技术方案来实施的：一种煤矿巷道内防 淤堵的排水装置，它位于上层巷道和下层巷道中，所述的下层巷道内 设置有排水廊道和排水沟；
它由自上而下分别由进水口段、斜孔导水段、控制段和非常规抽 排段组成；
所述的进水口段有上层巷道沉淀池、拦污栅组成，所述的上层巷 道沉淀池的四周布置有拦污栅；
所述的斜孔导水段由带孔钢管组成，所述的带孔钢管上端布置在 所述的上层巷道沉淀池中，下端与所述的控制段连接；
所述的控制段由钻孔预埋钢管组成，所述的钻孔预埋钢管的一端 与带孔钢管的尾部通过卡箍套接，另一端伸入至所述的非常规抽排段 中；
所述的非常规抽排段由下层巷道沉淀池、第一蝶阀、第二蝶阀、 水泵、排水钢管和排水软管组成，
所述的下层巷道沉淀池位于所述的排水廊道内部且互相连接，所 述的下层巷道沉淀池尾部与一侧设置的排水沟相贯通，所述的水泵位 于所述的下层巷道内，所述的水泵的一端设置有排水钢管，并在所述 的排水钢管上设置有第一蝶阀，另一端设置有排水软管，所述的排水 软管的出水口位于一侧设置的排水沟正上方。
在上述技术方案中：所述的拦污栅与所述的上层巷道沉淀池四周 之间的距离为20厘米-30厘米，且所述的防腐拦污栅布置在围岩稳 定地段。
在上述技术方案中：所述的带孔钢管顶部用钢板焊死封闭且侧身 开孔，所述的带孔钢管的钢管孔眼直径50毫米。
在上述技术方案中：所述的进水口段和所述的斜孔导水段位于所 述的上层巷道中，所述的非常规抽排段位于所述的下层巷道中。
在上述技术方案中：所述的上层巷道沉淀池的长2米×宽1米× 深2米，壁厚0.5米；所述的拦污栅采用钢筋的级别为HRB335、直 径为32毫米，间距为200毫米，在拦污栅上布设有格栅网，所述的 格栅网中的菱形网孔边长30毫米。
在上述技术方案中：所述的带孔钢管的长度3米，钢管规格外径 为300毫米，壁厚为20毫米。
在上述技术方案中：位于所述的下层巷道内的钻孔预埋钢管的末 端设置有第二蝶阀，所述的排水钢管的前端与所述的钻孔预埋钢管的 末端相贯通。
在上述技术方案中：所述的钻孔预埋钢管的规格为外径为150毫 米，壁厚为20毫米，顶部高程高于上层巷道沉淀池底高程0.2米； 所述的钻孔预埋钢管直径按照格栅网的网孔边长30毫米的3倍-5倍 制作而成。
本发明的第二目的在于提出一种使用方法：一种煤矿巷道内防淤 堵的排水装置的使用方法，它包括如下安装步骤；
①、上层巷道沉淀池进行开挖、下层巷道沉淀池进行开挖，施工 采用普通钻眼爆破法，采用放小炮的方法，眼深不小于0.6米，装药 量不大于0.1千克且炮泥必须封满，一次起爆不超过3个炮眼；
②、控制段进行倾斜钻孔并在钻孔内安装钻孔预埋钢管；采用正 循环泥浆钻进工艺，钻孔过程应大泵量冲洗钻孔，排除孔内岩粉，为 保证钻孔预埋钢管和钻孔吻合，应严格控制钻进参数，必要时应在钻 孔预埋钢管与孔壁间注浆；
③、进行上层巷道沉淀池及下层巷道沉淀池的浇筑，所述的上层 巷道沉淀池及下层巷道沉淀池的基础垫层混凝土采用平板振捣器振 捣，表面抹平压光，要加强沉淀池底部混凝土的浇捣质量；
④、在下层巷道内安装排水泵和在排水泵上进行排水软管适配安 装；
⑤、安装带孔钢管，所述的带孔钢管与钻孔预埋钢管采用沟槽式 连接；
⑥、对拦污栅和格栅网进行安装，在拦污栅布设高强度格栅网。
在上述技术方案中：在步骤⑤中；沟槽式连接是在管道接头部位 采用专门的滚槽机加工成环形沟槽后,在相邻管端套上橡胶密封圈， 用拼合式卡箍件、C型橡胶密封圈和紧固件组装成的套筒式快速连接。
本发明具有如下优点：1、本装置的格栅网、带孔钢管孔眼、带 孔钢管的直径分别为30毫米、50毫米、150毫米，可以有效拦截采 空区垮塌块石，少部分进入上部巷道沉淀池的块石可以顺利通过钢管 孔眼，经排水钢管排出，避免淤堵。且经过排水钢管的小粒径颗粒物 集中于下层巷道沉淀池，易于清理。
2、本发明可运用水泵定期对上层巷道沉淀池进行清淤，避免上 层巷道沉淀池的淤积，防止进口控制段钢管孔眼的淤堵。
3、本发明中排水孔顶部的带孔钢管随水位升高排水孔数增加， 加大了排水流量，同时紧急情况下可以启动水泵抽排，进一步加大排 水流量。
4、本发明中设置的拦污栅和格栅网均采用防腐措施，经久耐用。
5、本发明依靠重力排水，无需水泵抽排，降低大量的运行费用。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为排水装置进水口段结构示意图。
图3为排水装置出口结构示意图。
图中：进水口段1、上层巷道沉淀池1.1、拦污栅1.2、斜孔导 水段2、带孔钢管2.1、格栅网2.1.1、控制段3、钻孔预埋钢管3.1、 非常规抽排段4、下层巷道沉淀池4.1、第一蝶阀4.2、第二蝶阀4.3、 水泵4.4、排水钢管4.5、排水软管4.6、卡箍5、上层巷道6、下层 巷道7、排水廊道7.1、排水沟7.2。图中箭头表示排水方向。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部 分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-3所示：一种煤矿巷道内防淤堵的排水装置，它位于上 层巷道6和下层巷道7中，所述的下层巷道7内设置有排水廊道7.1 和排水沟7.2；
它由自上而下分别由进水口段1、斜孔导水段2、控制段3和非 常规抽排段4组成；
所述的进水口段1有上层巷道沉淀池1.1、拦污栅1.2组成，所 述的上层巷道沉淀池1.1的四周布置有拦污栅1.2；
所述的斜孔导水段2由带孔钢管2.1组成，所述的带孔钢管2.1 上端布置在所述的上层巷道沉淀池1.1中，下端与所述的控制段3连 接；
所述的控制段3由钻孔预埋钢管3.1组成，所述的钻孔预埋钢管 3.1的一端与带孔钢管2.1的尾部通过卡箍5套接，另一端伸入至所 述的非常规抽排段4中；
所述的非常规抽排段4由下层巷道沉淀池4.1、第一蝶阀4.2、 第二蝶阀4.3、水泵4.4、排水钢管4.5和排水软管4.6组成，
所述的下层巷道沉淀池4.1位于所述的排水廊道7.1内部且互相 连接，所述的下层巷道沉淀池4.1尾部与一侧设置的排水沟7.2相贯 通，所述的水泵4.4位于所述的下层巷道7内，所述的水泵4.4的一 端设置有排水钢管4.5，并在所述的排水钢管4.5上设置有第一蝶阀 4.2，另一端设置有排水软管4.6，所述的排水软管4.6的出水口位 于一侧设置的排水沟7.2正上方。
所述的拦污栅1.2与所述的上层巷道沉淀池1.1四周之间的距离 为20厘米-30厘米，且所述的防腐拦污栅1.2布置在围岩稳定地段。 拦污栅1.2安装简单，有效拦截大粒径杂质，沉淀池稳定水位，有效 沉淀小颗粒杂质。
所述的带孔钢管2.1顶部用钢板焊死封闭且侧身开孔，所述的带 孔钢管2.1的钢管孔眼直径50毫米。带孔钢管2.1有效拦截进入沉 淀池的小颗粒杂质，避免小颗粒杂质进入排水钢管造成排水通道堵塞。
所述的进水口段1和所述的斜孔导水段2位于所述的上层巷道6 中，所述的非常规抽排段4位于所述的下层巷道7中。设置非常规排 水段4便于非常规排水工况下的应急排水，保证在涌水量较大时煤矿 巷道的安全。
所述的上层巷道沉淀池1.1的长2米×宽1米×深2米，壁厚 0.5米；所述的拦污栅2.1采用钢筋的级别为HRB335、直径为32毫 米，间距为200毫米，在拦污栅2.1上布设有格栅网2.1.1，所述的 格栅网2.1.1中的菱形网孔边长30毫米。拦污栅2.1强度高，塑性 及可焊性好，格栅网2.1和拦污栅2.1.1可以共同承担巷道内动水压 力荷载。
所述的带孔钢管2.1的长度3米，钢管规格外径为300毫米，壁 厚为20毫米。带孔钢管2.1长度高，有效增加过水面积，提高排水 效率。
位于所述的下层巷道7内的钻孔预埋钢管3.1的末端设置有第二 蝶阀4.3，所述的排水钢管4.5的前端与所述的钻孔预埋钢管3.1的 末端相贯通。第二蝶阀4.3控制应急排水工况下的排水通道，和第一 蝶阀4.2同处于下层巷道，方便控制。8、根据权利要求6或7所述的一种煤矿巷道内防淤堵的排水装置，其特征在于：所述的钻孔预埋 钢管3.1的规格为外径为150毫米，壁厚为20毫米，顶部高程高于 上层巷道沉淀池底高程0.2米；所述的钻孔预埋钢管3.1直径按照格 栅网2.1.1的网孔边长30毫米的3倍-5倍制作而成。水流在沉淀池中稳定水位，杂质在沉淀池沉积，排水通道高于沉淀池底部，使得杂 质无法进入钢管排水通道。
本发明还包括一种使用方法：一种煤矿巷道内防淤堵的排水装置 的使用方法，它包括如下安装步骤；
①、上层巷道沉淀池1.1进行开挖、下层巷道沉淀池4.1进行开 挖，施工采用普通钻眼爆破法，采用放小炮的方法，眼深不小于0.6 米，装药量不大于0.1千克且炮泥必须封满，一次起爆不超过3个炮 眼；
②、控制段3进行倾斜钻孔并在钻孔内安装钻孔预埋钢管3.1； 采用正循环泥浆钻进工艺，钻孔过程应大泵量冲洗钻孔，排除孔内岩 粉，为保证钻孔预埋钢管3.1和钻孔吻合，应严格控制钻进参数，必 要时应在钻孔预埋钢管3.1与孔壁间注浆；
③、进行上层巷道沉淀池1.1及下层巷道沉淀池4.1的浇筑，所 述的上层巷道沉淀池1.1及下层巷道沉淀池4.1的基础垫层混凝土采 用平板振捣器振捣，表面抹平压光，要加强沉淀池底部混凝土的浇捣 质量；
④、在下层巷道7内安装排水泵4.4和在排水泵4.4上进行排水 软管4.5适配安装；
⑤、安装带孔钢管2.1，所述的带孔钢管2.1与钻孔预埋钢管3.1 采用沟槽式连接；
⑥、对拦污栅1.2和格栅网2.1.1进行安装，在拦污栅1.2布设 高强度格栅网2.1.1。
在步骤⑤中；沟槽式连接是在管道接头部位采用专门的滚槽机加 工成环形沟槽后,在相邻管端套上橡胶密封圈，用拼合式卡箍件、C 型橡胶密封圈和紧固件组装成的套筒式快速连接。
沟槽管件连接方式具有独特的柔性特点，使管路具有抗震动、抗 收缩和膨胀的能力，与焊接和法兰连接相比，管路系统的稳定性增加， 更适合温度的变化，从而保护了管路阀件，也减少了管道应力对结构 件的破坏。
本发明还包括如下运行及维护过程：
①、正常运行工况条件下：
第一步：正常运行工况下，打开第二蝶阀4.3、关闭第一蝶阀4.2， 系统依靠重力排水。上层巷道6积水在上层巷道沉淀池1.1集聚，矿 渣沉淀下来，积水通过排水孔进口流入倾斜设置的预埋钢管3.1中。
第二步：进入预埋钢管3.1的积水经由预埋钢管3.1流入下层巷 道沉淀池4.1，通过下层巷道7内设置的排水沟7.2排出巷道。
②、检修及维护工况条件下：
第一步：本系统应定期对排水装置进行有压清洗，周期宜为一季 度一次。当煤矿工程作业频繁或观测排水量减少应及时检查并缩短有 压清理周期。检修工况下：关闭第一蝶阀4.2，同时关闭第二蝶阀4.3， 积水在预埋钢管3.1内聚集。管道产生一定水压力后，开启第一蝶阀 4.2，开启排水泵4.4，用泵将淤堵物通过高压水流经由排水软管4.6 带出至排水廊道7.1。
第二步：关闭第二蝶阀4.3，关闭排水泵4.4，将积聚在下层巷 道沉淀池4.1的淤堵物进行清理。
③、应急排水工况条件下：
第一步：当大气降水或地下水补给强度高，采空区涌水量大，观 测到排水沟7.2排水量持续较大时，应启动排水泵4.4加速排积水。 关闭第二蝶阀4.3、开启第一蝶阀4.2，开启排水泵4.4，对短时间 高强度积水进行抽排。
第二步：当排水沟7.2排水量减小，依靠重力排水便可满足排水 要求时，关闭排水泵4.4，关闭第一蝶阀4.2，开启第二蝶阀4.3， 靠重力排水。
运行工况与设备启闭状态见表1所示。
表1运行工况与设备启闭状态对应关系
| 工况 | 蝶阀A | 蝶阀B | 排水泵 |
| 正常运行工况：常规排水 | 关闭 | 开启 | 关闭 |
| 检修及维护工况：排水孔有压清理 | 开启 | 关闭 | 开启 |
| 应急排水工况：加排积水 | 开启 | 关闭 | 开启 |
上述未详细说明的部分均为现有技术。
Claims (10)
1.一种煤矿巷道内防淤堵的排水装置，它位于上层巷道(6)和下层巷道(7)中，所述的下层巷道(7)内设置有排水廊道(7.1)和排水沟(7.2)；
其特征在于：它由自上而下分别由进水口段(1)、斜孔导水段(2)、控制段(3)和非常规抽排段(4)组成；
所述的进水口段(1)有上层巷道沉淀池(1.1)、拦污栅(1.2)组成，所述的上层巷道沉淀池(1.1)的四周布置有拦污栅(1.2)；
所述的斜孔导水段(2)由带孔钢管(2.1)组成，所述的带孔钢管(2.1)上端布置在所述的上层巷道沉淀池(1.1)中，下端与所述的控制段(3)连接；
所述的控制段(3)由钻孔预埋钢管(3.1)组成，所述的钻孔预埋钢管(3.1)的一端与带孔钢管(2.1)的尾部通过卡箍(5)套接，另一端伸入至所述的非常规抽排段(4)中；
所述的非常规抽排段(4)由下层巷道沉淀池(4.1)、第一蝶阀(4.2)、第二蝶阀(4.3)、水泵(4.4)、排水钢管(4.5)和排水软管(4.6)组成，
所述的下层巷道沉淀池(4.1)位于所述的排水廊道(7.1)内部且互相连接，所述的下层巷道沉淀池(4.1)尾部与一侧设置的排水沟(7.2)相贯通，所述的水泵(4.4)位于所述的下层巷道(7)内，所述的水泵(4.4)的一端设置有排水钢管(4.5)，并在所述的排水钢管(4.5)上设置有第一蝶阀(4.2)，另一端设置有排水软管(4.6)，所述的排水软管(4.6)的出水口位于一侧设置的排水沟(7.2)正上方。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道内防淤堵的排水装置，其特征在于：所述的拦污栅(1.2)与所述的上层巷道沉淀池(1.1)四周之间的距离为20厘米-30厘米，且所述的防腐拦污栅(1.2)布置在围岩稳定地段。
3.根据权利要求1或2所述的一种煤矿巷道内防淤堵的排水装置，其特征在于：所述的带孔钢管(2.1)顶部用钢板焊死封闭且侧身开孔，所述的带孔钢管(2.1)的钢管孔眼直径50毫米。
4.根据权利要求2或3所述的一种煤矿巷道内防淤堵的排水装置，其特征在于：所述的进水口段(1)和所述的斜孔导水段(2)位于所述的上层巷道(6)中，所述的非常规抽排段(4)位于所述的下层巷道(7)中。
5.根据权利要求4所述的一种煤矿巷道内防淤堵的排水装置，其特征在于：所述的上层巷道沉淀池(1.1)的长2米×宽1米×深2米，壁厚0.5米；所述的拦污栅(2.1)采用钢筋的级别为HRB335、直径为32毫米，间距为200毫米×200毫米，在拦污栅(2.1)上布设有格栅网(2.1.1)，所述的格栅网(2.1.1)中的菱形网孔边长30毫米。
6.根据权利要求5所述的一种煤矿巷道内防淤堵的排水装置，其特征在于：所述的带孔钢管(2.1)的长度3米，钢管规格外径为300毫米，壁厚为20毫米。
7.根据权利要求6所述的一种煤矿巷道内防淤堵的排水装置，其特征在于：位于所述的下层巷道(7)内的钻孔预埋钢管(3.1)的末端设置有第二蝶阀(4.3)，所述的排水钢管(4.5)的前端与所述的钻孔预埋钢管(3.1)的末端相贯通。
8.根据权利要求6或7所述的一种煤矿巷道内防淤堵的排水装置，其特征在于：所述的钻孔预埋钢管(3.1)的规格为外径为150毫米，壁厚为20毫米，顶部高程高于上层巷道沉淀池底高程0.2米；所述的钻孔预埋钢管(3.1)直径按照格栅网(2.1.1)的网孔边长30毫米的3倍-5倍制作而成。
9.使用权利要求1-8中任一一项权利要求所述的一种煤矿巷道内防淤堵的排水装置的方法，其特征在于：它包括如下安装步骤；
①、上层巷道沉淀池(1.1)进行开挖、下层巷道沉淀池(4.1)进行开挖，施工采用普通钻眼爆破法，采用放小炮的方法，眼深不小于0.6米，装药量不大于0.1千克且炮泥必须封满，一次起爆不超过3个炮眼；
②、控制段(3)进行倾斜钻孔并在钻孔内安装钻孔预埋钢管(3.1)；采用正循环泥浆钻进工艺，钻孔过程应大泵量冲洗钻孔，排除孔内岩粉，为保证钻孔预埋钢管(3.1)和钻孔吻合，应严格控制钻进参数，必要时应在钻孔预埋钢管(3.1)与孔壁间注浆；
③、进行上层巷道沉淀池(1.1)及下层巷道沉淀池(4.1)的浇筑，所述的上层巷道沉淀池(1.1)及下层巷道沉淀池(4.1)的基础垫层混凝土采用平板振捣器振捣，表面抹平压光，要加强沉淀池底部混凝土的浇捣质量；
④、在下层巷道(7)内安装排水泵(4.4)和在排水泵(4.4)上进行排水软管(4.5)适配安装；
⑤、安装带孔钢管(2.1)，所述的带孔钢管(2.1)与钻孔预埋钢管(3.1)采用沟槽式连接；
⑥、对拦污栅(1.2)和格栅网(2.1.1)进行安装，在拦污栅(1.2)布设高强度格栅网(2.1.1)。
10.根据权利要求9所述的一种煤矿巷道内防淤堵的排水装置的方法，其特征在于：在步骤⑤中；沟槽式连接是在管道接头部位采用专门的滚槽机加工成环形沟槽后,在相邻管端套上橡胶密封圈，用拼合式卡箍件、C型橡胶密封圈和紧固件组装成的套筒式快速连接。
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