本发明属于煤矿采空区地下储水结构,具体涉及采空区抗渗储水结构,还涉及采空区抗渗储水结构构筑方法。
背景技术:
1、煤炭开采过程中,为保证安全而进行的人为疏干排水以及采动形成的导水裂隙对煤系含水层的自然疏干,造成大量水资源的损失。基于国家对煤炭绿色开发的号召,煤炭资源开发与生态环境及水资源保护协调发展研究显得愈发重要。国家能源集团煤炭绿色开采技术研发团队经过20多年持续技术攻关,首创了煤矿地下水库技术,矿井水储存在地下,起到节能减排、保护水资源的双重效益。
2、煤矿地下水库技术是在煤矿回采的过程中,用留设的煤柱或人造坝体对采空区进行密闭,将矿井水储存到密闭空间内,不仅解决了地面水处理厂建设和运行成本高等问题,而且避免了疏排矿井水至地表造成的水资源浪费,同时能有效的减少矿井排水系统的工作量,开辟了煤炭开采与水资源保护利用协调的新途径。
3、矿井水按照传统的方式构筑的储水空间储存到采空区,对于多煤层回采矿井,在下层煤层回采时随着下层煤顶板的垮落,顶板产生裂隙,容易造成上层煤采空区的储水渗漏、流失。而且当地下储水空间储存是高矿化度矿井水(又称矿井苦咸水)或污水时,传统的方式构筑储水空间不具有防渗漏的效果,很容易造成高矿化度矿井水或污水流失,不利于矿区生态环境保护。
技术实现思路
1、本发明的第一个目的是提供采空区抗渗储水结构,不仅能将矿井水储存到地下,同时解决了传统的方式构筑储水空间不具有抗渗的效果,很容易造成采空区储水的流失、不利于矿区生态环境保护的问题。
2、为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:采空区抗渗储水结构,包括坝体、多个第一填充体、多个第二填充体、顶板和底板;所述坝体连续分布在采空区四周,所述坝体的上部与顶板相接顶,坝体的下部布置在底板上;所述第一填充体和第二填充体均布置在采空区内的底板上,并且多个第一填充体和多个第二填充体之间间隔布置。
3、作为本发明的一种优选的技术方案,所述的第一填充体的宽度不小于所述第二填充体的宽度。
4、作为本发明的一种优选的技术方案,所述坝体为煤柱坝体或人工坝体。
5、作为本发明的一种优选的技术方案,所述坝体为人工坝体时,坝体构筑包括留巷方式构筑和不留巷方式构筑。
6、本发明的第二个目的是提供采空区抗渗储水结构构筑方法,用于构筑上述采空区抗渗储水结构。
7、为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:采空区抗渗储水结构构筑方法,具体按照以下步骤实施:
8、步骤1,在采空区四周的底板上布置坝体,坝体的顶部布置在顶板的下方;用第一层柔性模板作为柔模隔离空间的顶模,用第二层柔性模板作为柔模隔离空间的底模;顶模安装在充填开采支架的后伸梁下边缘,底模铺设在采空区的底板上;在顶模上设置灌注口;
9、步骤2,在柔模充填开采支架后端的工作间内用手提缝纫机缝制对顶模和底模进行延续接长;顶模和底模穿过充填开采支架上的旋转挡板和夹模机构后,通过夹模机构固定;同时将工作面端头的顶模及顶模的边缘进行缝合,形成与待浇筑空间横断面周边相等的一次性封闭柔模隔离空间;
10、步骤3,回采时采煤工作面随着柔模充填开采支架进行移动,柔模隔离空间继续向后拉伸铺设;
11、步骤4,当回采达到1m-10m步距后,在采空区形成一个待浇筑空间;
12、步骤5,将填充输送管穿过灌注口与柔模隔离空间内连通,将填充输送管与灌注口进行绑扎连接;
13、步骤6,将流体填充材料通过输送管经由灌注口注入待浇筑空间的柔模隔离空间内;形成第一填充体或第二填充体;
14、步骤7,待柔模隔离空间填充完成后,利用充填开采支架的旋转挡板挤压已充满的柔模隔离空间,再次对柔模隔离空间的填充材料进行挤压、脱水、加固,提高填充体的强度及自立能力;
15、步骤8,待流体填充材料凝固后,解锁夹模机构,工作面正常拉架采煤,此时不回收旋转挡板;随着工作面推采,在旋转挡板达到最大可伸缩量,收回旋转挡板;
16、步骤9,重复上述步骤1-8,直至使用流体填充材料充满整个工作面的采空区,形成多个第一填充体和第二填充体。
17、本发明的技术方案,还具有以下特点:
18、作为本发明的一种优选的技术方案,所述流体填充材料为矸石混凝土或混凝土或泡沫混凝土。
19、作为本发明的一种优选的技术方案,所述坝体与第一填充体或坝体与第二填充体可同时进行填充。
20、作为本发明的一种优选的技术方案,所述坝体的填充材料强度不低于第一填充体及第二填充体的填充材料强度。
21、本发明的有益效果是:(1)本发明的采空区抗渗储水结构,其四周构筑坝体、采空区底板全断面的构筑高低不同的填充体,在采空区四周、底板上形成密实的防渗漏结构,不仅能将矿井水储存到地下,同时解决矿井水渗漏的问题,减少矿井水的渗漏、流失,利于矿区生态环境保护。(2)本发明的采空区抗渗储水结构构筑方法,随着工作面推采,利用充填开采支架完成铺模、固模、夹模,在采空区内形成高低不同的一次性柔模隔离空间,每个步距内柔模隔离空间同时进行填充,填充后填充体整体性好,并且这种作业方式安全可靠,施工速度快,满足安全高效生产的要求。
1.采空区抗渗储水结构,其特征在于,包括坝体(1)、多个第一填充体(2)、多个第二填充体(3)、顶板(7)和底板(8);所述坝体(1)连续分布在采空区(13)四周,所述坝体(1)的上部与顶板(7)相接顶,坝体(1)的下部布置在底板(8)上;所述第一填充体(2)和第二填充体(3)均布置在采空区(13)内的底板(8)上,并且多个第一填充体(2)和多个第二填充体(3)之间间隔布置。
2.根据权利要求1所述的采空区抗渗储水结构,其特征在于,所述的第一填充体(2)的宽度不小于所述第二填充体(3)的宽度。
3.根据权利要求1所述的采空区抗渗储水结构,其特征在于,所述坝体(1)为煤柱坝体或人工坝体。
4.根据权利要求3所述的一种防渗漏煤矿采空区地下储水结构,其特征在于:所述坝体1采用人工坝体时,坝体构筑包括留巷方式构筑和不留巷方式构筑。
5.采空区抗渗储水结构构筑方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:
6.根据权利要求5所述的采空区抗渗储水结构构筑方法,其特征在于,所述流体填充材料(17)为矸石混凝土或混凝土或泡沫混凝土。
7.根据权利要求6所述的采空区抗渗储水结构构筑方法,其特征在于,所述坝体(1)与第一填充体(2)或坝体(1)与第二填充体(3)可同时进行填充。
8.根据权利要求7所述的采空区抗渗储水结构构筑方法,其特征在于,所述坝体(1)的填充材料强度不低于第一填充体(2)及第二填充体(3)的填充材料强度。