CN203129094U - 一种矿山沟道用地表水防渗结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种矿山沟道用地表水防渗结构，包括铺设在矿山沟道沟体内且在矿山沟道发生变形破坏之前用以保证地表水顺利流出的刚性层、布设在刚性层下方且当刚性层发生变形破坏后对矿山沟道进行防渗处理的防渗层以及分别布设在防渗层上下方的上柔性层和下柔性层，所述防渗层每隔1m折叠30cm铺设于下柔性层和上柔性层之间；刚性层、上柔性层、下柔性层和防渗层均沿沟道纵向延伸方向由前至后铺设在矿山沟道内。本实用新型结构简单、设计合理且施工方便、使用效果好，采用刚柔结合抗变形的防渗结构，不仅具有足够的刚度、强度和承载力，且具有变形适应性能，能有效输出洪水期矿山沟道洪水，并能防止洪水沿开采通道灌入矿井造成淹井灾害。

Description

一种矿山沟道用地表水防渗结构

技术领域

本实用新型涉及一种地表水防渗结构，尤其是涉及一种矿山沟道用地表水防渗结构。 

背景技术

开采地表变形区是地表水下渗的良好通道，是地表水淹井灾害的重要隐患点。一般，地表水枯竭，地势开阔的地区，可采用拦堵抽排、改变渠道流向绕避开采区等措施；而地质条件复杂，沟谷纵横，沟道下切严重的地区，无法采用绕避措施，因而必须对工作面上的排导渠进行特殊的抗变形防渗设计。开采区建筑物抗变形措施的关键技术是要满足地基的稳定性和基础的整体性，并在基础与上部结构间采用“防滑层”，为上部结构消除水平剪力而满足变形要求，此设计理念为沟道地表水防渗结构的设计提供了参考意义和理论依据。现如今，开采区建筑物的占地范围小、设计集中且地基易处理，上部结构的形式灵活多变；而矿区沟道的地表水防治沿线长，地质条件又复杂多变，所设置的排导渠结构和基础为一体且其满足沟道排洪的设计要求，但目前对沟道地表水的防渗设计研究尚属空白。综上，因开采地下矿产会引发地表变形、塌陷，洪水期常会造成淹井灾害，危害十分严重，因而为了更好地服务于矿山开采，需对矿山沟道的地表水防渗结构进行研究。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种矿山沟道用地表水防渗结构，其结构简单、设计合理且施工方便、使用效果好，采用刚柔结合抗变形的防渗结构，不仅具有足够的刚度、强 度和承载力，而且还具有变形适应性能，能有效输出洪水期矿山沟道洪水，并且能防止洪水沿开采通道灌入矿井，造成淹井灾害。 

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种矿山沟道用地表水防渗结构，其特征在于：铺设在矿山沟道的沟体内且在矿山沟道发生变形破坏之前用以保证地表水顺利流出的刚性层、布设在刚性层下方且当刚性层发生变形破坏后对矿山沟道进行防渗处理的防渗层以及分别布设在防渗层上下方的上柔性层和下柔性层，所述防渗层平铺于下柔性层和上柔性层之间；所述刚性层、上柔性层、下柔性层和防渗层均沿沟道纵向延伸方向由前至后铺设在矿山沟道内，且刚性层、上柔性层、下柔性层和防渗层的横断面形状均与矿山沟道沟体的横断面形状相同。 

上述一种矿山沟道用地表水防渗结构，其特征是：所述刚性层为混凝土层。 

上述一种矿山沟道用地表水防渗结构，其特征是：所述上柔性层和下柔性层均为碎石垫层、砂石垫层或由多个砂袋拼装组成的柔性排水垫层。 

上述一种矿山沟道用地表水防渗结构，其特征是：所述防渗层为土工布。 

上述一种矿山沟道用地表水防渗结构，其特征是：所述矿山沟道的沟体底部还设置有刚性支撑网，所述刚性支撑网沿沟道纵向延伸方向由前至后铺设在矿山沟道的沟体内，且下柔性层布设在所述刚性支撑网上。 

上述一种矿山沟道用地表水防渗结构，其特征是：所述刚性支撑网为由多根角钢拼装组成的角钢网。 

上述一种矿山沟道用地表水防渗结构，其特征是：所述刚性支撑网的网格为方形网格，且所述方形网格的尺寸为（30cm±5cm）×（30cm±5cm）。 

上述一种矿山沟道用地表水防渗结构，其特征是：所述砂袋的形状为长方体，且所述砂袋的长度方向与矿山沟道的沟道纵向延伸方向一致。 

上述一种矿山沟道用地表水防渗结构，其特征是：所述砂袋的尺寸为（50cm±8cm）×（30cm±5cm）×（30cm±5cm）。 

本实用新型与现有技术相比具有以下优点： 

1、结构简单、投入成本较低且施工方便，设计合理，结合开采沉陷分析、流域分析、洪水计算、泥石流灾害分析等多学科的理论和方法对矿山沟道的地表水防渗结构进行设计。实际施工时，本实用新型沿矿山沟道的纵向延伸方向铺设在矿山沟道内，且其横断面形状与矿山沟道沟体的横断面形状相同。 

2、结构设计合理，采用刚柔结合抗变形的防渗结构，刚柔并济，可抵抗30%变形不渗漏。经分析发现，地面塌陷和裂缝对排导结构产生的附加应力复杂多样，但对排导渠（即矿山沟道）自身的稳定性来讲，主要受重力、剪应力和拉应力的影响。因此，在排导渠底部设置持力层（即角钢网），防止排导渠受地表变形而发生垮塌，祛除重力影响，保证防渗结构仍有排水的比降关系；其次，将以往刚性排导渠渠身改为柔性，不仅使排导渠自身具有支撑作用，还可抵御和吸收部分变形；另外，设置有高强度的抗拉防渗层，能有效防止地表水下渗，抵抗部分剪应力及拉应力。总之，本实用新型不仅满足足够的刚度、强度和承载力，还具有一定适应变形的性能，保证排导渠的完整性和有效性。 

实际使用过程中，刚性层（即混凝土层）起着提高防渗结构总体和单个构件强度的作用，能增强结构自身承受采动附加内力的能力。并且，混凝土层地势平整，承载力较大，沟道比降3%，满足地表水在正常情况下排出开采区的条件；同时，由于混凝土层的厚度小，当其抗剪强度小于附加应力而发生破裂变形时，不影响下部结构的作用功能。另外，底部角钢网在地形稳定时平铺于沟道的底部稳定层上，类似边界条件，约束排导渠基底变形；而地表变形时，角钢网互相搭接，逐渐形成凹形桥梁式骨架，提高排导渠的抗变形能力和支撑力，保障上部结构的整体性。经计算，角钢网具有30kPa～50kPa的承载力，挠度为10°。 

柔性层是将排导渠的整体分割成若干独自受力和变形的单元体，以抵抗和适应地表变形对结构所产生的附加应力和附加变形。柔性层的目的是 降低地表变形对结构的影响程度。柔性层由两层砂袋砌成，为防渗结构的主体，在地表稳定期，砂袋具有一定的承载力，支撑排导渠渠身以及保证上部刚性层顺利排水；而当地表发生变形时，其满足了整体化局部的作用效果，将排导渠整体转化为若干独自受力和变形的单元体，防止结构整体变形破坏，同时砂袋异向同性的受力特征，以及较高的承载力抵御了地表变形产生的附加应力和附加变形，最大程度上保障了排导渠结构的完整性，减小了对防渗土工布的磨损。 

防渗层采用高强度抗拉防渗土工布，每隔1m折叠30cm，地表变形导致上部刚性层破坏时，防渗层起着良好的防渗和排导功能，当地表变形尺寸超过一定范围时，排导渠渠身稳定度降低，防渗土工布利用30%的轴向变形能力以及较强的抗拉性质，最大限度的保障洪水不能大量涌入井中，完成短期的洪水排出作用。 

综上，刚性层、柔性层以及防渗层相辅相成共同作用，其结构形式简单，施工方便，各部分紧密结合整体化一，当地表变形时，底部角钢网起主要支撑和提高结构整体的作用，中间柔性层是结构主体，最大限度吸收和抵御部分变形，防渗层不仅具有防止大量洪水涌入井中的作用，还可抵抗30%的变形，各部分相互支撑、互相牵制，形成刚柔并济缺一不可的态势。本实用新型中的顶部混凝土层和底部角钢网为刚性层；混凝土层提高了排导渠的局部刚度，保证稳定期水流的顺利排出；底部角钢网由角钢焊接而成，角钢自身属于刚性结构，由于将角钢互相焊接形成角钢网，每隔5m进行80cm～100cm的搭接，这样，原本刚性材料扩展为可伸缩材料，保障了地表变形时结构的整体性，增大了排导渠线性工程的支撑能力和轴向抗变形能力。柔性层由砂袋砌成结构主体，位于混凝土层和角钢网之间，在下部角钢网的支撑作用下，成为维系整个排导渠自身强度，并最大限度的吸收和抵御部分变形的重要载体。防渗层介于两层砂袋间，采用高强度抗拉防渗土工布，上部刚性层发生破坏时，土工布在砂袋的支撑和保护作用下起到了良好的防渗排水作用，具备30%的变形效率。因而，本实用新 型满足了抵御和吸收附加应力、附加变形的基本要求，保证了地表水在采动应力、应变作用下顺利排出矿区。 

3、使用效果好，能有效输出洪水期矿山沟道洪水，并能防止洪水沿开采通道灌入矿井，造成淹井灾害。 

综上所述，本实用新型结构简单、设计合理且施工方便、使用效果好，采用刚柔结合抗变形的防渗结构，不仅具有足够的刚度、强度和承载力，而且还具有变形适应性能，能有效输出洪水期矿山沟道洪水，并且能防止洪水沿开采通道灌入矿井，造成淹井灾害。 

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。 

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。 

图2为图1中A处的局部放大示意图。 

附图标记说明: 

1—矿山沟道；    2—防渗层；  3-1—下柔性层； 

3-2—上柔性层；  4—刚性层；  5—角钢网。 

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型铺设在矿山沟道1的沟体内且在矿山沟道1发生变形破坏之前用以保证地表水顺利流出的刚性层4、布设在刚性层4下方且当刚性层4发生变形破坏后对矿山沟道1进行防渗处理的防渗层2以及分别布设在防渗层2上下方的上柔性层3-2和下柔性层3-1，所述防渗层2平铺于下柔性层3-1和上柔性层3-2之间。所述刚性层4、上柔性层3-2、下柔性层3-1和防渗层2均沿沟道纵向延伸方向由前至后铺设在矿山沟道1内，且刚性层4、上柔性层3-2、下柔性层3-1和防渗层2的横断面形状均与矿山沟道1沟体的横断面形状相同。 

本实施例中，所述刚性层4为混凝土层。实际使用时，所述混凝土层 能有效提高矿山沟道1的局部刚度，保证稳定期（即矿山沟道1发生变形破坏之前）水流的顺利排出。 

实际施工时，考虑到矿山沟道1与其所处基础为一体，且修筑断面面积小，受附加应力比较集中，因而要采用足够的刚性强度来满足矿山沟道1抗变形能力的可能性很小，因此刚性层4采用厚层C15混凝土浇注成型的混凝土层，保证地表水流顺利输出，并防止地表水下蚀。 

所述上柔性层3-2和下柔性层3-1均为碎石垫层、砂石垫层或由多个砂袋拼装组成的柔性排水垫层。本实施例中，所述上柔性层3-2和下柔性层3-1均为由多个砂袋拼装组成的柔性排水垫层。实际施工时，所述上柔性层3-2和下柔性层3-1也可以采用其它类型的柔性排水垫层。实际使用时，所述下柔性层3-1具有支撑防渗层2和抵御附加应力、附加变形功能的作用；上柔性层3-2具有一定的承载力，且其具有支撑矿山沟道1的整个沟体、减少防渗层2的损坏等功能。 

本实施例中，所述防渗层2为土工布，具体是高强度抗拉防渗土工布。实际施工时，所述防渗层2也可以采用其它防渗材料。 

实际施工时，将土工布置于上下两层砂袋中间，每隔1m将土工布折叠30cm，两侧翼需进行完全压紧，防止土工布收缩。 

本实施例中，所述砂袋的形状为长方体，且所述砂袋的长度方向与矿山沟道1的沟道纵向延伸方向一致。 

所述砂袋的尺寸为（50cm±8cm）×（30cm±5cm）×（30cm±5cm）。本实施例中，所述砂袋的尺寸为50cm×30cm×30cm。实际施工时，可根据具体需要，对所述砂袋的尺寸进行相应调整。 

同时，所述矿山沟道1的沟体底部还设置有刚性支撑网，所述刚性支撑网沿沟道纵向延伸方向由前至后铺设在矿山沟道1的沟体内，且下柔性层3-1布设在所述刚性支撑网上。 

本实施例中，所述刚性支撑网为由多根角钢拼装组成的角钢网5。 

实际加工时，可以根据具体需要，采用其它类型的刚性支撑网。 

所述刚性支撑网的网格为方形网格，且所述方形网格的尺寸为（30cm±5cm）×（30cm±5cm）。本实施例中，所述刚性支撑网的网格为方形网格，且所述方形网格的尺寸为30cm×30cm。实际施工时，可根据具体需要，对所述方形网格的尺寸进行相应调整。 

实际对角钢网5进行焊接时，将焊接所用的角钢每隔5m进行80cm～100cm的搭接，这样，原本刚性材料（即角钢）扩展为可伸缩材料，保障了地表变形时结构的整体性，增大了矿山沟道1的支撑能力和轴向抗变形能力。 

实际使用过程中，自然环境下矿山沟道1使用刚性层4进行排水，下柔性层3-1用来抵御矿山沟道1因地下开采而产生的附加应力及附加变形，防渗层2在刚性层4遭到破坏后起排水作用；所述角钢网5不仅能对整个整个矿山沟道1进行支撑，并且角钢网5也能满足矿山沟道1的变形要求。实际使用时，所述上柔性层3-2和下柔性层3-1为本实用新型的主体机构，二者位于所述混凝土层和角钢网5之间，且上柔性层3-2和下柔性层3-1在下部角钢网的支撑作用下，成为维系整个矿山沟道1的自身强度，并最大限度吸收和抵御矿山沟道1所发生变形的重要载体。另外，实际使用过程中，当刚性层4发生破坏时，土工布在下柔性层3-1的支撑和保护作用下起到了良好的防渗排水作用，具备30%的变形效率。综上，本实用新型满足了抵御和吸收附加应力、附加变形的基本要求，保证了地表水在采动应力、应变作用下能够顺利排出矿区。 

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型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，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。 

Claims (9)

1.一种矿山沟道用地表水防渗结构，其特征在于：包括铺设在矿山沟道（1）的沟体内且在矿山沟道（1）发生变形破坏之前用以保证地表水顺利流出的刚性层（4）、布设在刚性层（4）下方且当刚性层（4）发生变形破坏后对矿山沟道（1）进行防渗处理的防渗层（2）以及分别布设在防渗层（2）上下方的上柔性层（3-2）和下柔性层（3-1），所述防渗层（2）平铺于下柔性层（3-1）和上柔性层（3-2）之间；所述刚性层（4）、上柔性层（3-2）、下柔性层（3-1）和防渗层（2）均沿沟道纵向延伸方向由前至后铺设在矿山沟道（1）内，且刚性层（4）、上柔性层（3-2）、下柔性层（3-1）和防渗层（2）的横断面形状均与矿山沟道（1）沟体的横断面形状相同。

2.按照权利要求1所述的一种矿山沟道用地表水防渗结构，其特征在于：所述刚性层（4）为混凝土层。

3.按照权利要求1或2所述的一种矿山沟道用地表水防渗结构，其特征在于：所述上柔性层（3-2）和下柔性层（3-1）均为碎石垫层、砂石垫层或由多个砂袋拼装组成的柔性排水垫层。

4.按照权利要求1或2所述的一种矿山沟道用地表水防渗结构，其特征在于：所述防渗层（2）为土工布。

5.按照权利要求1或2所述的一种矿山沟道用地表水防渗结构，其特征在于：所述矿山沟道（1）的沟体底部还设置有刚性支撑网，所述刚性支撑网沿沟道纵向延伸方向由前至后铺设在矿山沟道（1）的沟体内，且下柔性层（3-1）布设在所述刚性支撑网上。

6.按照权利要求5所述的一种矿山沟道用地表水防渗结构，其特征在于：所述刚性支撑网为由多根角钢拼装组成的角钢网（5）。

7.按照权利要求5所述的一种矿山沟道用地表水防渗结构，其特征在于：所述刚性支撑网的网格为方形网格，且所述方形网格的尺寸为（30cm±5cm）×（30cm±5cm）。

8.按照权利要求3所述的一种矿山沟道用地表水防渗结构，其特征在于：所述砂袋的形状为长方体，且所述砂袋的长度方向与矿山沟道（1）的沟道纵向延伸方向一致。

9.按照权利要求8所述的一种矿山沟道用地表水防渗结构，其特征在于：所述砂袋的尺寸为（50cm±8cm）×（30cm±5cm）×（30cm±5cm）。

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