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WO2015021782A1 - 一种煤矿分布式地下水库的人工挡水坝及其筑坝方法 - Google Patents

一种煤矿分布式地下水库的人工挡水坝及其筑坝方法 Download PDF

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Publication number
WO2015021782A1
WO2015021782A1 PCT/CN2014/075083 CN2014075083W WO2015021782A1 WO 2015021782 A1 WO2015021782 A1 WO 2015021782A1 CN 2014075083 W CN2014075083 W CN 2014075083W WO 2015021782 A1 WO2015021782 A1 WO 2015021782A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
dam
artificial
coal
surrounding rock
Prior art date
Application number
PCT/CN2014/075083
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
顾大钊
李全生
陈苏社
曹志国
Original Assignee
中国神华能源股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 中国神华能源股份有限公司 filed Critical 中国神华能源股份有限公司
Priority to AU2014308405A priority Critical patent/AU2014308405B2/en
Priority to US14/910,134 priority patent/US9689128B2/en
Priority to RU2016103785A priority patent/RU2611095C1/ru
Publication of WO2015021782A1 publication Critical patent/WO2015021782A1/zh

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
    • E02B3/00—Engineering works in connection with control or use of streams, rivers, coasts, or other marine sites; Sealings or joints for engineering works in general
    • E02B3/04—Structures or apparatus for, or methods of, protecting banks, coasts, or harbours
    • E02B3/10—Dams; Dykes; Sluice ways or other structures for dykes, dams, or the like
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
    • E21F17/16—Modification of mine passages or chambers for storage purposes, especially for liquids or gases
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D19/00—Keeping dry foundation sites or other areas in the ground
    • E02D19/06—Restraining of underground water
    • E02D19/12—Restraining of underground water by damming or interrupting the passage of underground water
    • E02D19/18—Restraining of underground water by damming or interrupting the passage of underground water by making use of sealing aprons, e.g. diaphragms made from bituminous or clay material
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
    • E21F17/103—Dams, e.g. for ventilation

Definitions

  • the invention relates to the intersection of coal mining and water conservancy engineering, and particularly relates to an artificial retaining dam for a coal mine distributed underground water reservoir and a damming method thereof. Background technique
  • the key technology for water conservation in the “Energy Golden Triangle” area is how to realize the mine water not to be discharged, and the underground coal mining will form a goaf. If the goaf can be utilized, the mine water in the coal mining process will be used. It is stored in this space, and is supplemented by engineering measures to achieve the filtration and purification of water resources in the underground, and use the borehole to communicate with the ground for future water resources. Use the conditions provided.
  • a plurality of water storage goafs are connected by coal roadways or pipelines to form an underground water storage space, which is a distributed underground water reservoir of the coal mine.
  • the dam body construction is an important part of the distributed underground water reservoir of the coal mine. The safety of the water storage is ensured.
  • the multiple goafs are integrated into one, and the height difference of the goaf is used to realize the mine water. Free flow in the reservoir to purify the mine water.
  • the object of the present invention is to overcome the deficiencies of the prior art, 'providing a simple structure, and a technical solution of the present invention provides a manual ice blocking dam of a coal mine distributed underground water storage tank, the artificial water retaining dam including from the inside to the outside A support layer, a barrier layer and a concrete structural layer formed in the auxiliary tunnel, the concrete structural layer being embedded in the security coal pillar and/or surrounding rock surrounding the auxiliary roadway.
  • the concrete structural layer is embedded in the security coal pillar and/or the surrounding rock has a depth of 30-80 cm.
  • a plurality of anchor rods are disposed between the concrete structural layer and the security coal pillar and/or the surrounding rock.
  • the length of the anchor rod is 180-210 cm, and the depth of insertion of the anchor rod into the safety coal pillar and/or the surrounding rock is 30-80 cm.
  • the concrete structure layer is provided with an I-beam, and the I-beam is in the shape of a "well”.
  • the support layer is a brick-concrete structure layer having a thickness of 1.5 m.
  • the impermeable layer is a vermiculite structure layer or a loess structure layer having a thickness of 2 m.
  • the artificial dam has a rectangular or curved cross section, and the curved person The concave surface of the work dam faces the groundwater reservoir.
  • an observation emergency hole is reserved in the support layer, the anti-seepage layer and the concrete structure layer.
  • Another technical solution of the present invention provides a method for constructing a dam for an artificial water retaining dam of a coal mine distributed underground water reservoir, comprising the following steps:
  • High pressure shotcrete forming a layer of concrete structure in the groove.
  • the step of selecting the dam location of the artificial dam further comprises: using geophysical exploration and drilling means to explore the coal rock properties, stratum and structure of the construction roadway;
  • a site with a simple structure and stable coal and rock properties is selected as the damming position of the artificial retaining dam.
  • the step of sequentially forming the support layer and the anti-seepage layer in the auxiliary roadway further comprises:
  • the cross-sectional shape of the artificial dam is set according to the water pressure.
  • the concrete structural layer is embedded in the security coal pillar and/or the surrounding rock around the auxiliary roadway, the artificial retaining dam and the security coal pillar are combined to form a water retaining dam of the underground water reservoir. . Due to the multi-layer design, its impermeability and structural strength can meet the water storage requirements of the underground reservoir. DRAWINGS
  • FIG. 1 is a schematic structural view of a distributed underground water storage tank according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic structural view of an artificial water retaining dam according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a cross-sectional view of AA of Figure 2; 4 is a schematic structural view of an artificial dam according to another embodiment of the present invention. Reference list
  • the security coal pillar 2 is designed to protect the surface and landforms, ground buildings, structures and main wells, prevent collapse, separate minefields, minefields, aquifers, fire zones and fracture zones, etc. Part of the ore body that is not taken, plays a supporting role and is located on the left and right sides of the auxiliary roadway 1.
  • the surrounding rock 3 (see Fig. 3) is formed when the auxiliary roadway 1 is driven, and is located on the upper and lower sides of the auxiliary roadway 1.
  • the auxiliary roadway 1 includes a transportation roadway 1 1 and a return air roadway 12, and the transportation roadway 11 and the return airway roadway 12 are connected by a communication roadway 13.
  • the transportation lane 11 plays a role in transportation when mining coal; the return air passage 12 plays a role in ventilation when coal is mined.
  • a goaf 4 is formed between the transport roadway 1 1 and the return airway 12 , and the overburden layer of the auxiliary roadway 1 falls, and the auxiliary roadway 1 and the goaf 4 form a groundwater reservoir together.
  • the security coal pillar 2 is located between the underground water reservoir and the main lane 5, and the security coal pillar 2 is used to form a part of the underground reservoir dam body. Since the auxiliary roadway 1 communicates with the main lane 5, it is only necessary to block the position between the auxiliary lane 1 and the main lane 5.
  • the artificial dam of the distributed underground water reservoir of the coal mine of the present invention comprises a support layer 10, an anti-seepage layer 20 and a concrete structural layer 30 formed in the auxiliary roadway 1 from the inside to the outside, and the concrete structural layer 30 is embedded.
  • the support layer 10 is a brick-concrete structure layer having a thickness of 1.5 m
  • the anti-mite layer 20 is a vermiculite structure layer or a loess structure layer having a thickness of 2 m
  • the thickness of the concrete structure layer 30 is 1.5 m, which is artificially blocked by the dam.
  • the total thickness is 5m.
  • “Inside” in the present invention refers to the side close to the underground reservoir, and “outside” refers to the proximity to the main One side of Lane 5.
  • the first layer from the inside to the outside that is, the brick-concrete structure layer bears part of the water retaining effect, and forms a supporting effect on the upper surrounding rock 3;
  • the second layer that is, the vermiculite or loess structural layer is a relatively closed wall made of vermiculite and loess.
  • the structure on the one hand, acts as a barrier to moisture, and at the same time saves the cost of artificial dams and makes full use of the waste in the coal mining process as a raw material.
  • the concrete structural layer 30 itself has good anti-seepage performance. More importantly, the concrete structural layer 30 is embedded in the security coal pillar 2 on the left and right sides of the auxiliary roadway 1 and the surrounding rock 3 on the upper and lower sides of the auxiliary roadway 1, and the artificial retaining dam is added. Strength of.
  • the thickness of the masonry structure layer is not limited to 1.5 m
  • the thickness of the vermiculite structure layer or the loess structural layer is not limited to 2 m
  • the thickness of the concrete structural layer 30 is not limited to 1.5 m.
  • the anti-seepage material such as Roxie is added to the vermiculite structure layer or the loess structure layer to enhance the anti-seepage performance of the artificial retaining dam.
  • the concrete structural layer 30 may be embedded only in the security coal pillar 2 or may be embedded only in the surrounding rock 3.
  • the depth of the concrete structure layer 30 embedded in the security coal pillar 2 and the surrounding rock 3 is 30-80 cm, and the depth direction is the same as the width direction of the concrete structural layer 30.
  • the depth of the concrete structural layer 30 embedded in the security coal pillar 2 may be 50-80 cm
  • the depth of the concrete structural layer 30 embedded in the surrounding rock 3 may be 30-60 cm.
  • the number of the anchors 31 may also be three or more, and the plurality of anchors 31 are arranged at intervals, and one can be arranged every 20 cm. Anchor 31.
  • the length of the anchor 31 is 180-210 cm, and the depth of the anchor 31 inserted into the security coal pillar 2 and the surrounding rock 3 is 30 80 cm. Specifically, the depth of the anchor 31 inserted into the security coal pillar 2 may be 50-80 cm, and the depth of the anchor bolt 31 inserted into the surrounding rock 3 may be 30-60 cm. At the same time, the anchor 31 should be vertical to ensure better stability.
  • the anchor 31 can be supported by steel bars to connect the artificial retaining dam with the security coal pillar 2 or the surrounding rock 3, further enhancing the strength of the artificial retaining dam.
  • the anchor 31 may be formed only between the security coal pillar 2 and the concrete structural layer 30, or may be formed only between the surrounding rock 3 and the concrete structural layer 30. It is also possible that the concrete structural layer 30 is embedded in the security coal pillar 2, and the anchor rod 31 is inserted between the concrete structural layer 30 and the surrounding rock 3. Alternatively, the concrete structural layer 30 is embedded in the surrounding rock 3, and the anchor 31 is inserted between the concrete structural layer 30 and the security coal pillar 2. In this embodiment, as shown in FIG.
  • the concrete structure layer 30 is further provided with an I-beam 32, and the I-beam 32 has a "well" shape, which is formed in the entire concrete structure layer 30, and the length of the longitudinal I-beam 32 Equal to the height of the concrete structural layer 30, the length of the transverse I-beam 32 is equal to the width of the concrete structural layer 30.
  • I-beam can enhance the strength of the artificial dam and is sufficient to withstand the water pressure in the underground reservoir.
  • the I-beams 32 may also be formed into other shapes, for example, in the shape of a "meter” or intersected in the layer of concrete structure.
  • the cross section of the artificial dam is rectangular.
  • the cross section of the artificial dam can also be curved, and the IHJ face of the isolated artificial dam faces the underground reservoir. It can effectively buffer the impact of sudden water pressure increase on the dam.
  • an observation emergency hole (not shown) is reserved in the support layer 10, the anti-seepage layer 20 and the concrete structure layer 30.
  • the observation emergency hole is set at the appropriate position of the artificial dam.
  • the functions include: First, using the hole to observe the water pressure level and water quality in the reservoir. Sampling; At the same time, the valve is used to set the valve starting pressure. When the water pressure exceeds the approved safety warning value of the valve, it is automatically or manually started, and the drainage pressure is released to ensure the safety of the underground storage.
  • the dam construction method for the artificial dam of the distributed underground water reservoir of the coal mine of the present invention comprises the following steps:
  • Step S101 selecting a damming position of the artificial retaining dam between the security coal pillars 2 in the auxiliary roadway 1;
  • Step S102 a support layer 10 and an anti-seepage layer 20 formed in the auxiliary lane 1 from the inside to the outside;
  • Step S103 slotting the security coal pillar 2 and the surrounding rock 3 around the auxiliary roadway 1 outside the anti-seepage layer 20 to form a groove 33;
  • Step S104 inserting a plurality of anchors 31 into the security coal pillar and the surrounding rock in the groove 33;
  • Step S105 embedding the I-beam 32 into the groove 33;
  • Step S106 High-pressure shotcrete, a concrete structural layer 30 is formed in the groove 33.
  • the depth of the groove 33 can be 30-80 cm, and is adjusted according to the surrounding geological conditions and the storage capacity of the underground reservoir. Specifically, the depth of the groove 33 of the security coal pillar 2 may be 50-80 cm.
  • the groove 33 of the surrounding rock 3 may have a depth of 30-60 cm.
  • the step S101 of selecting the dam location of the artificial dam further comprises: Step S201: using geophysical exploration and drilling means to explore the coal rock properties, stratum and structure of the construction roadway;
  • Step S202 Select a structural unit and a stable coal rock as a damming location of the artificial retaining dam.
  • the method further includes:
  • Step S301 estimating the water pressure in the auxiliary roadway 1;
  • Step S302 setting the cross-sectional shape of the artificial dam according to the water pressure.
  • the arc is preferred to buffer the water pressure.
  • the curved artificial dam forms the groove 33
  • the groove 33 in the surrounding rock also forms an arc.

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Abstract

一种煤矿分布式地下水库的人工挡水坝及其筑坝方法，所述人工挡水坝包括从内向外依次形成在辅助巷道（1）中的支撑层（10）、防渗层（20）和混凝土结构层（30），所述混凝土结构层（30）嵌入到所述辅助巷道（1）周围的保安煤柱（2）和/或围岩（3）中。由于将混凝土结构层（30）嵌入到所述辅助巷道（1）周围的保安煤柱（2）和/或围岩（3）中，使得人工挡水坝与保安煤柱（2）结合共同形成地下水库的挡水坝，由于为多层设计，其防渗性能和结构强度能够满足地下水库的储水需求。

Description

一种煤矿分布式地下水库的人工挡水坝及其筑坝方法
技术领域
本发明涉及煤炭开采与水利工程交叉领域， 尤其涉及一种煤矿分 布式地下水库的人工挡水坝及其筑坝方法。 背景技术
能源 "金三角" （晋陕蒙甘宁） 煤炭资源具有浅埋深、 薄基岩和 煤层厚等特征， 2011年读地区煤炭产量 23.82亿吨， 占全国总产量的 67.7% , 已成为我国煤炭资源的主产区。 但是， 西部 "能源金三角" 生态环境脆弱，该地区长期气候干旱，水资源短缺且时空分布不均匀。 以陕北地区为例， 该区域地处内陆， 降水稀少， 蒸发量大， 人均水资 源仅为 927立方米， 为全国平均水平的 35.7%, 属于典型的资源型缺 水地区。
在该区域实施大规模高强度的煤炭开采， 不可避免对水资源产生 负面影响。 煤炭开采形成的巷道和采空区， 对地表水和地下水运移、 赋存状悉造成影响， 改变了地下氷的循环规律， 引发一系列问题， 如 河水断流、 地下水位下降、 泉水流量锐减或干涸。 水资源保护已成为 "能源金三角" 地区煤炭可持续开发的瓶颈， 而由于该区域煤层地质 赋存条件的约束， 传统的保水开采技术 （如充填法、 限高开采）难以 有效实施， 必须进一步探索和研究针对该区域的煤炭开采水资源保护 技术和方法。 目前主要实施措施是矿井水外排。 矿井水外排有多种不 利， 一方面造成了水资源的极度浪费， 另一方面矿井水外排至地面产 生污染， 而 "能源金三角" 地区气候干旱， 蒸发量大， 外排后矿井水 大多蒸发， 得不到有效利用。
因此， 在 "能源金三角" 地区保水开采的关键技术是如何实现矿 井水不外排， 而井工煤矿开采会形成采空区，若能对采空区加以利用， 将煤炭开采过程中的矿井水储存于该空间内， 同时辅以工程措施， 实 现水资源在地下的过滤净化， 利用钻孔与地面相通， 为未来水资源利 用提供条件。 多个储水采空区之间通过煤巷或管道进行相连， 形成相 互贯通的地下储水空间， 即煤矿分布式地下水库。 坝体建设是煤矿分 布式地下水库的重要组成部分> 保障了储水的安全性， 同时通过构筑 人工挡水坝， 使得多个采空区练成一体， 利用采空区高程差， 实现矿 井水在库内的自由流动， 对矿井水进行净化处理。
目前，关于煤矿分布式地下水库挡水坝建设尚无资料参考。在《煤 矿安全规程》 和 《煤矿防治水规定》 中水闸门和水闹墙的建设进行了 规范， 主要基于防治水的角度， 未考虑地下水库储水的长期作用； 水 利工程方面， 对地面水库的坝体建设做了较为详细的规定， 但与地下 水库挡水坝建设具有明显不同。 因此， 如何筑建煤矿分布式地下水库 的人工挡水坝具有重要意义。 发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足， '提供一种结构简单、 性 本发明的一个技术方案提供一种煤矿分布式地下水库的人工挡氷 坝， 所述人工挡水坝包括从内向外依次形成在辅助巷道中的支撑层、 防渗层和混凝土结构层， 所述混凝土结构层嵌入到所述辅助巷道周围 的保安煤柱和 /或围岩中。
优选地， 所述混凝土结构层嵌入所述保安煤柱和 /或所述围岩的深 度为 30-80cm。
优选地， 所述混凝土结构层与所述保安煤柱和 /或所述围岩之间设 有多根锚杆。
优选地， 所述锚杆的长度为 180-210cm, 所述锚杆插入到所述保 安煤柱和 /或所述围岩的深度为 30-80cm。
优选地， 所述混凝土结构层中设有工字钢， 所述工字钢呈 "井" 字形。
优选地， 所述支撑层为厚度为 1.5m的砖混结构层。
优选地， 所述防渗层为厚度为 2m的矸石结构层或黄土结构层。 优选地， 所述人工挡水坝的横截面为矩形或弧形， 弧形的所述人 工挡水坝的凹面朝向所述地下水库。
优选地， 所述支撑层、 所述防渗层和所述混凝土结构层中均预留 有观测应急孔。
本发明的另一技术方案提供一种煤矿分布式地下水库的人工挡水 坝的筑坝方法， 包括以下步骤：
在辅助巷道中的保安煤柱之间选取所述人工挡水坝的筑坝位置； 在所述辅助巷道中从内向外依次形成的支撑层、 防溱层； 在紧贴所述防渗层外侧的所述辅助巷道周围的所述保安煤柱和 / 或围岩中开槽， 形成凹槽；
在所述凹槽中向所述保安煤柱和 /或围岩中打入多根锚杆； 将工字钢嵌入到所述凹槽中；
高压喷射混凝土， 在所述凹槽中形成混凝土结构层。
优选地，所述选取所述人工挡水坝的筑坝位置的步骤进一步包括： 利用物探和钻探手段， 对待施工巷道的煤岩性质、 地层、 构造进 行勘探；
选择构造简单、 煤岩性质稳定的部位作为所述人工挡水坝的筑坝 位置。
优选地， 所述在所述辅助巷道中依次形成的支撑层、 防渗层的步 骤之前还包括：
预估所述辅助巷道中的水压；
根据水压来设定所述人工挡水坝的截面形状。
采用上述技术方案后， 具有如下有益效果： 由于将混凝土结构层 嵌入到所述辅助巷道周围的保安煤柱和 /或围岩中，使得人工挡水坝与 保安煤柱结合共同形成地下水库的挡水坝。 又由于为多层设计， 其防 渗性能和结构强度能够满足地下水库的储水需求。 附图说明
图 1是本发明一实施例中分布式地下水库的结构示意图； 图 2是本发明一实施例中人工挡水坝的结构示意图；
图 3是图 2中 A-A的截面图； 图 4是本发明另 实施例中人工挡水坝的结构示意图。 附图标记对照表
1——辅助巷道 2一一保安煤柱 3一一围岩
5 主巷 11 运输巷道
12——回风巷道 13——联络巷道 10一一支撑层 20——防渗层 30—一混凝土结构层 31——锚杵
32——工字钢 33——凹槽 具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。
如图 1所示， 保安煤柱 2是为保护地表地貌、 地面建筑、 构筑物 和主要井巷， 防止塌陷， 分隔矿田、 井田、 含水层、 火区及破碎带等 而留下不采或暂时不采的部分矿体， 起到支撑作用， 位于辅助巷道 1 的左右侧。 围岩 3 (参见图 3 ) 是辅助巷道 1掘进时候形成的， 位于 辅助巷道 1的上下侧。 辅助巷道 1 包括运输巷道 1 1和回风巷道 12, 运输巷道 11和回风巷道 12之间通过联络巷道 13连通。 运输巷道 11 在开采煤时， 起到运输的作用； 回风巷道 12 在开采煤时， 起到了通 风的作用。 当工作面开采完后， 运输巷道 1 1与回风巷道 12之间形成 采空区 4 , 辅助巷道 1的上覆岩层冒落， 辅助巷道 1和采空区 4一起 形成地下水库。 本发明中， 保安煤柱 2位于地下水库与主巷 5之间， 利用保安煤柱 2形成地下水库坝体的一部分。 由于辅助巷道 1与主巷 5相通， 因此只需要封堵辅助巷道 1与主巷 5之间的位置。
如图 2所示， 本发明中煤矿分布式地下水库的人工挡水坝， 包括 从内向外依次形成在辅助巷道 1 中的支撑层 10、 防渗层 20和混凝土 结构层 30， 混凝土结构层 30嵌入到辅助巷道 1周围的保安煤柱 2和 围岩 3中。 本实施例中， 支撑层 10为厚度为 1.5m的砖混结构层， 防 潦层 20为厚度为 2m的矸石结构层或黄土结构层， 混凝土结构层 30 的厚度为 1.5m, 人工挡水坝的总厚度为 5m。
本发明中的 "内" 是指靠近地下水库的一侧， "外" 是指靠近主 巷 5的一侧。 从内向外的第一层， 即砖混结构层承担部分挡水作用， 并对上方围岩 3形成支撑作用； 第二层， 即矸石或黄土结构层是利用 矸石和黄土构成相对密闭的墙体结构， 一方面起到防渗作用， 同时也 节约了人工挡水坝的成本， 充分利用了煤矿开采过程中的废弃物作为 原料。 混凝土结构层 30 本身具有很好的防渗性能， 更重要的是混凝 土结构层 30嵌入到辅助巷道 1左右侧的保安煤柱 2和辅助巷道 1上 下侧的围岩 3中， 增加了人工挡水坝的强度。
较佳地， 砖混结构层的厚度不限于 1.5m, 矸石结构层或黄土结 构层的厚度不限于 2m, 混凝土结构层 30的厚度不限于 1.5m。
较佳地， 矸石结构层或黄土结构层中可加入罗克休等防渗材料， 增强人工挡水坝的防渗性能。
较佳地， 混凝土结构层 30可以只嵌入到保安煤柱 2中， 也可以只 嵌入到围岩 3中。
本实施例中， 如图 3所示， 混凝土结构层 30嵌入保安煤柱 2和围 岩 3的深度为 30- 80cm,深度的方向与混凝土结构层 30的宽度方向相 同。具体地，混凝土结构层 30嵌入保安煤柱 2的深度可以为 50- 80cm， 混凝土结构层 30嵌入围岩 3 的深度可以为 30-60cm。 混凝土结构层 30与保安煤柱 2和围岩 3之间均设有三根锚杆 31， 锚杆 31的数量还 可以为三根以上， 多根锚杆 31间隔排布， 可以每隔 20cm设置一根锚 杆 31。 锚杆 31的长度为 180-210cm, 锚杆 31插入到保安煤柱 2和围 岩 3的深度为 30 80cm。 具体地， 锚杆 31插入到保安煤柱 2中的深度 可以为 50-80cm, 锚杆 31插入到围岩 3的深度可以为 30- 60cm。 同时 锚杆 31要保证垂直， 以保证具有较好的稳定性。 锚杆 31可由钢筋支 撑， 起到连接人工挡水坝与保安煤柱 2或围岩 3的作用， 进一步增强 了人工挡水坝的强度。
较佳地， 锚杆 31还可以只形成在保安煤柱 2与混凝土结构层 30 之间， 也可以只形成在围岩 3与混凝土结构层 30之间。 还可以是混 凝土结构层 30嵌入到保安煤柱 2中， 混凝土结构层 30与围岩 3之间 插入锚杆 31。 或者混凝土结构层 30嵌入到围岩 3中， 混凝土结构层 30与保安煤柱 2之间插入锚杆 31。 本实施例中， 如图 3所示， 混凝土结构层 30中还设有工字钢 32， 工字钢 32呈 "井" 字形， 形成在整个混凝土结构层 30中， 纵向工字 钢 32的长度等于混凝土结构层 30的高度， 横向工字钢 32的长度等 于混凝土结构层 30 的宽度。 工字钢可以增强人工挡水坝的强度， 足 够抵挡地下水库的水压。
较佳地， 工字钢 32还可以形成其他形状， 例如， 呈 "米" 字形或 交叉形成在混凝土结构层中。
本实施例中， 人工挡水坝的横截面为矩形。
较佳地， 如图 4所示， 人工挡水坝的横截面还可以为弧形， 孤形 的人工挡水坝的 IHJ面朝向地下水库。 能有效緩冲突然水压增大对坝体 的冲击。
较佳地， 支撑层 10、 防渗层 20和混凝土结构层 30中均预留有观 测应急孔（图未示）。 为防止库内水压突增对水库安全运行产生威胁， 发生溃坝风险， 在人工挡水坝合适位置设置观测应急孔， 作用包括： 一是利用该孔对库内水压水位和水质等进行观测取样； 同时利用阀 门， 设置阀门启动压力， 当水压超过阀门核定安全警戒值时， 自动或 人工启动， 排水泄压， 保障地下水库运行安全。
本发明中煤矿分布式地下水库的人工挡水坝的筑坝方法， 包括以 下步骤：
步骤 S101 :在辅助巷道 1 中的保安煤柱 2之间选取人工挡水坝的 筑坝位置；
步骤 S 102:在辅助巷道 1 中从内向外依次形成的支撑层 10、 防渗 层 20;
步骤 S 103 :在紧贴防渗层 20外侧的辅助巷道 1周围的保安煤柱 2 和围岩 3中开槽， 形成凹槽 33 ;
步骤 S104:在凹槽 33中向保安煤柱和围岩中打入多根锚杆 31 ; 步骤 S 105:将工字钢 32嵌入到凹槽 33中；
步骤 S 106:高压喷射混凝土， 在凹槽 33中形成混凝土结构层 30。 凹槽 33的深度可为 30-80cm, 并根据周边地质条件和地下水库库 容进行调整。 具体地， 保安煤柱 2的凹槽 33的深度可以为 50- 80cm， 围岩 3的凹槽 33的深度可以为 30-60cm。本发明筑坝方法的优点与上 述人工挡水坝的优点相同， 在此不再累述。
较佳地， 选取人工挡水坝的筑坝位置的步驟 S101进一步包括： 步骤 S201 :利用物探和钻探手段， 对待施工巷道的煤岩性质、 地 层、 构造进行勘探；
步骤 S202:选择构造筒单、 煤岩性质稳定的部位作为人工挡水坝 的筑坝位置。
较佳地， 在辅助巷道中依次形成的支撑层、 防渗层的步骤 S102 之前还包括：
步骤 S301 :预估辅助巷道 1中的水压；
步骤 S302:根据水压来设定人工挡水坝的截面形状。
当水压较高时， 或者处于水库较低位置的人工挡水坝可优先选择 弧形， 以緩冲水压。 弧形的人工挡水坝在形成凹槽 33 时， 围岩中的 凹槽 33也形成弧形。
以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施倒。 应当指出， 对于 本领域的普通技术人员来说， 在本发明原理的基础上， 还可以做出若 干其它变型， 也应视为本发明的保护范围。

Claims

权 利 要 求
1、 一种煤矿分布式地下水库的人工挡水坝， 其特征在于， 所述人 工挡水坝包括从内向外依次形成在辅助巷道中的支撑层、 防渗层和混 凝土结构层， 所述混凝土结构层嵌入到所述辅助巷道周围的保安煤柱 和 /或围岩中。
2、 才艮据权利要求 1所述的人工挡水坝， 其特征在于， 所述混凝土 结构层嵌入所述保安煤柱和 /或所述围岩的深度为 30-80cm。
3、 根据权利要求 1所述的人工挡水坝， 其特征在于， 所述混凝土 结构层与所述保安煤柱和 /或所述围岩之间设有多根锚杆。
4、 根据权利要求 3所述的人工挡水坝， 其特征在于， 所述锚杆的 长度为 180-210cm, 所述锚杆插入到所述保安煤柱和 /或所述围岩的深 度为 30-80cm。
5、 根据权利要求 1所述的人工挡水坝， 其特征在于， 所述混凝土 结构层中设有工字钢， 所述工字钢呈 "井" 字形。
6、 根据权利要求 1所述的人工挡水坝， 其特征在于， 所述支撑层 为厚度为 1.5m的砖混结构层。
7、 根据权利要求 1所述的人工挡水坝， 其特征在于， 所述防渗层 为厚度为 2m的矸石结构层或黄土结构层。
8、 根据权利要求 1所述的人工挡水坝， 其特征在于， 所述人工挡 水坝的横截面为矩形或弧形， 弧形的所述人工挡水坝的凹面朝向所述 地下水库。
9、根据权利要求 1所述的人工挡水坝，其特征在于，所述支撑层、 所述防渗层和所述混凝土结构层中均预留有观测应急孔。 在于， 包括以下步骤：
在辅助巷道中的保安煤柱之间选取所述人工挡水坝的筑坝位置； 在所述辅助巷道中从内向外依次形成的支撑层、 防渗层； 在紧贴所述防渗层外侧的所述辅助巷道周围的所述保安煤柱和 / 或围岩中开槽， 形成凹槽； 在所述凹槽中向所述保安煤柱和 /或围岩中打入多根锚杆； 将工字钢嵌入到所述凹槽中；
高压喷射混凝土， 在所述凹槽中形成混凝土结构层。
11、 根据权利要求 10所述的筑坝方法， 其特征在于， 所述选取所 述人工挡水坝的筑坝位置的步骤进一步包括：
利用物探和钻探手段， 对待施工巷道的煤岩性质、 地层、 构造进 行勘探；
选择构造简单、 煤岩性质稳定的部位作为所述人工挡水坝的筑坝 位置。
12、 根据权利要求 10所述的筑坝方法， 其特征在于， 所述在所述 辅助巷道中依次形成的支撑层、 防渗层的步骤之前还包括：
预估所述辅助巷道中的水压；
根据水压来设定所述人工挡水坝的截面形状。
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