一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法技术

本发明专利技术公开了一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法，包括步骤：一、确定浅埋煤层工作面地表待修筑挡水围堰上游沟道流域面积F；二、计算重现期为N年的待修筑挡水围堰上游洪水流量Q

Flood prevention and cure method for mine water burst in shallow seam coal mine

The invention discloses a shallow coal mine water inrush channel flood disaster prevention method comprises the steps of: first, determine the shallow coal seam surface to build cofferdam retaining area upstream watershed F; two, calculating the return period of N years to the construction of water retaining cofferdam upstream flood flow Q

【技术实现步骤摘要】
一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法
本专利技术属于矿井沟道溃水
，具体涉及一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法。
技术介绍
随着我国煤炭资源开发战略西移，近些年，西部煤炭资源大规模开采中遇到的矿井水害问题日益突出。其中，在煤层埋藏较浅、地表沟道及其支沟发育的区域，煤层开采后上覆岩层中产生的垮落带和裂缝带会直达地表，在地表形成比较宽的裂缝，一旦遇到暴雨，就可能引发沟道洪水溃入井下而造成水害事故，因此在煤炭生产中需要研究过沟开采水害防治方法。目前，对过沟开采沟道洪水溃入井下的防治方法有多种，第一种方法为留设沟道防水煤柱而直接丢弃沟道下方煤炭资源；第二种方法为填埋沟道裂缝防止洪水溃入井下。第一种方法给采煤工作面布置造成较大困难，且会造成煤炭资源的浪费。第二种方法是在沟道产生裂缝后简单填埋裂缝，不能保证裂缝填埋质量不高而在洪水作用下开裂溃水，也不能预防过沟开采过程中产生的未及时填埋裂缝的溃水，使矿井安全难于保障。鉴于以上缺陷，本专利技术提出一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害的防治方法，以克服上述技术问题，对浅埋煤层过沟开采水害防治工作具有实际指导意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法，方法步骤简单，可提供浅埋煤层工作面回采前、回采时、回采结束后三个不同时期地表沟道洪水防治方法，既可减少煤炭资源开采过程中的不必要浪费，又能有效预防矿井水害，便于推广使用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、确定浅埋煤层工作面地表待修筑挡水围堰上游沟道流域面积F：首先，实地勘探浅埋煤层工作面地表影响区域，确定待修筑挡水围堰位置；然后，采用卫星地面遥感影像或地表高程数据确定地表分水岭分布特征，确定浅埋煤层工作面地表待修筑挡水围堰上游的汇水范围并获取待修筑挡水围堰上游的沟道流域面积F；步骤二、根据公式计算重现期为N年的待修筑挡水围堰上游洪水流量QN，其中，δ为步骤一中地表开采区域综合参数，α为重现期N的指数，β为流域面积F的指数，为待修筑挡水围堰上游沟道流域形状系数且γ为待修筑挡水围堰上游沟道流域形状系数的指数，l为实地探测的待修筑挡水围堰上游沟道流域主沟道长度，HxN为对应地表开采区域重现期N年x小时的降雨量，η为降雨量H的指数；步骤三、获取矿井地表沟道常态洪水流量Q'：根据步骤二中重现期为N年的待修筑挡水围堰洪水流量QN估算矿井沟道常态洪水流量Q'，其中，矿井沟道常态洪水流量Q'满足：Q'<QN；步骤四、待修筑挡水围堰导水管道的构建以及挡水围堰的修筑：首先，根据步骤三中矿井沟道常态洪水流量Q'且构建待修筑挡水围堰导水管道，其中，D为管道直径，v为待修筑挡水围堰中导水管道水流流速且C1为管道谢才系数且R1为管道水力半径且n1为管道粗糙度，J1为管道水力坡度且h1为管道两端水位差，L1为管道长；然后，根据确定的矿井沟道常态洪水流量Q'以及待修筑挡水围堰导水管道尺寸在沟道内修筑铺设有导水管道的挡水围堰；步骤五、修筑临时人工导流明渠：在浅埋煤层工作面回采前，在与所述挡水围堰连接的下游采用沙土袋修筑内侧坡降比为1:1的临时人工导流明渠，过程如下：步骤501、根据公式计算临时人工导流明渠过水断面面积A，其中，v'为实测临时人工导流明渠最大过水断面洪水流速；步骤502、根据公式计算临时人工导流明渠水力半径其中，n2为临时人工导流明渠粗糙系数，J2为临时人工导流明渠水力坡度且h2为临时人工导流明渠两端水位差，L1为临时人工导流明渠长，C2为临时人工导流明渠谢才系数；步骤503、根据公式计算临时人工导流明渠湿周Pw；步骤504、根据公式计算临时人工导流明渠有效底宽L3、临时人工导流明渠有效顶宽L4和临时人工导流明渠有效高度h3；步骤505、将自然河道向下开挖，并将挖出的土方一部分按步骤504中所计算的临时人工导流明渠尺寸堆积到河道两岸，另外部分装成沙土袋；步骤506、在河道内铺设防渗土工布并将步骤505中装好的沙土袋分两层堆积在防渗土工布上，修筑临时人工导流明渠；步骤六、填充裂缝：在浅埋煤层工作面回采过程中，对沟道中出现的裂缝进行填充；步骤七、修筑永久性人工导流明渠：在浅埋煤层工作面回采结束后，在沟道修筑永久性人工导流明渠。上述的一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法，其特征在于：步骤四中所述导水管道为PVC双壁波纹管，所述PVC双壁波纹管的管道粗糙度n1为0.008～0.009。上述的一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法，其特征在于：步骤七中修筑永久性人工导流明渠：实地查看临时人工导流明渠所处的地理位置，当临时人工导流明渠所处位置一边是田地，另一边是原有天然河道时，执行步骤71；当临时人工导流明渠所处河道上时，执行步骤72；步骤71、实地查看临时人工导流明渠防水，当浅埋煤层工作面回采结束后，临时人工导流明渠防水作用未受破坏，将临时人工导流明渠作为永久性人工导流明渠，重新加高修筑临时人工导流明渠并对另一边原有天然河道进行填压改造；当浅埋煤层工作面回采结束后，临时人工导流明渠防水作用已被破坏，拆除临时人工导流明渠，在修筑永久性人工导流明渠前需将临时人工导流明渠防移除或移至河道边上，对临时人工导流明渠所占用的河道裂缝进行修复夯实，修筑永久性人工导流明渠；步骤72、实地查看临时人工导流明渠防水，当浅埋煤层工作面回采结束后，临时人工导流明渠防水未受破坏，将临时人工导流明渠作为永久性人工导流明渠；当浅埋煤层工作面回采结束后，临时人工导流明渠防水被破坏，拆除临时人工导流明渠，在修筑永久性人工导流明渠前需将临时人工导流明渠防移除或移至河道边上；然后，将自然河道向下开挖，对河道内形成的裂缝进行修复夯实，修筑永久性人工导流明渠。上述的一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法，其特征在于：步骤72中对河道内形成的裂缝进行修复夯实并修筑永久性人工导流明渠时，首先，采用沙袋、树枝和石块作为骨架，再用沙土填充夯实，修复河道内形成的裂缝；然后，将挖出土方一部分堆积到河道两岸，另外部分装成沙土袋，在河道内铺设第一层防渗土工布，在第一层防渗土工布上面堆积第一层沙土袋，再在第一层沙土袋上铺设第二层防渗工程布，在第二层防渗土工布上堆积第二层沙土袋，形成永久性人工导流明渠。上述的一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法，其特征在于：步骤72中对河道内形成的裂缝进行修复夯实并修筑永久性人工导流明渠时，首先，采用沙袋、树枝和石块作为骨架，再用沙土填充夯实，修复河道内形成的裂缝；然后，铺设三合土河床，所述三合土河床中三合土采用泥土、熟石灰和沙，泥土、熟石灰和沙依次的配比比例为1：3：6。上述的一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法，其特征在于：步骤72中对河道内形成的裂缝进行修复夯实并修筑永久性人工导流明渠时，首先，采用沙袋、树枝和石块作为骨架，再用沙土填充夯实，修复河道内形成的裂缝；然后，依次铺设膨润土、黏土和碎石层，从沟底至两边回填沙土且分层进行机械或人工夯实，所述永久性人工导流明渠为弧形结构。上述的一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法，其特征在于：步骤71中对临时人工导流明渠所占用的河本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、确定浅埋煤层工作面地表待修筑挡水围堰上游沟道流域面积F：首先，实地勘探浅埋煤层工作面地表影响区域，确定待修筑挡水围堰位置；然后，采用卫星地面遥感影像或地表高程数据确定地表分水岭分布特征，确定浅埋煤层工作面地表待修筑挡水围堰上游的汇水范围并获取待修筑挡水围堰上游的沟道流域面积F；步骤二、根据公式

【技术特征摘要】
1.一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、确定浅埋煤层工作面地表待修筑挡水围堰上游沟道流域面积F：首先，实地勘探浅埋煤层工作面地表影响区域，确定待修筑挡水围堰位置；然后，采用卫星地面遥感影像或地表高程数据确定地表分水岭分布特征，确定浅埋煤层工作面地表待修筑挡水围堰上游的汇水范围并获取待修筑挡水围堰上游的沟道流域面积F；步骤二、根据公式计算重现期为N年的待修筑挡水围堰上游洪水流量QN，其中，δ为步骤一中地表开采区域综合参数，α为重现期N的指数，β为流域面积F的指数，为待修筑挡水围堰上游沟道流域形状系数且γ为待修筑挡水围堰上游沟道流域形状系数的指数，l为实地探测的待修筑挡水围堰上游沟道流域主沟道长度，HxN为对应地表开采区域重现期N年x小时的降雨量，η为降雨量H的指数；步骤三、获取矿井地表沟道常态洪水流量Q'：根据步骤二中重现期为N年的待修筑挡水围堰洪水流量QN估算矿井沟道常态洪水流量Q'，其中，矿井沟道常态洪水流量Q'满足：Q'<QN；步骤四、待修筑挡水围堰导水管道的构建以及挡水围堰的修筑：首先，根据步骤三中矿井沟道常态洪水流量Q'且构建待修筑挡水围堰导水管道(8)，其中，D为管道直径，v为待修筑挡水围堰中导水管道(8)水流流速且C1为管道谢才系数且R1为管道水力半径且n1为管道粗糙度，J1为管道水力坡度且h1为管道两端水位差，L1为管道长；然后，根据确定的矿井沟道常态洪水流量Q'以及待修筑挡水围堰导水管道尺寸在沟道内修筑铺设有导水管道的挡水围堰(1)；步骤五、修筑临时人工导流明渠：在浅埋煤层工作面回采前，在与所述挡水围堰(1)连接的下游采用沙土袋(16)修筑内侧坡降比为1:1的临时人工导流明渠(3)，过程如下：步骤501、根据公式计算临时人工导流明渠过水断面面积A，其中，v'为实测临时人工导流明渠(3)最大过水断面洪水流速；步骤502、根据公式计算临时人工导流明渠水力半径其中，n2为临时人工导流明渠(3)粗糙系数，J2为临时人工导流明渠(3)水力坡度且h2为临时人工导流明渠(3)两端水位差，L1为临时人工导流明渠(3)长，C2为临时人工导流明渠(3)谢才系数；步骤503、根据公式计算临时人工导流明渠湿周Pw；步骤504、根据公式计算临时人工导流明渠有效底宽L3、临时人工导流明渠(3)有效顶宽L4和临时人工导流明渠(3)有效高度h3；步骤505、将自然河道向下开挖，并将挖出的土方一部分按步骤504中所计算的临时人工导流明渠(3)尺寸堆积到河道两岸，另外部分装成沙土袋(16)；步骤506、在河道内铺设防渗土工布(17)并将步骤505中装好的沙土袋(16)分两层堆积在防渗土工布(17)上，修筑临时人工导流明渠(3)；步骤六、填充裂缝：在浅埋煤层工作面回采过程中，对沟道中出现的裂缝进行填充；步骤七、修筑永久性人工导流明渠：在浅埋煤层工作面回采结束后，在沟道修筑永久性人工导流明渠。2.按照权利要求1所述的一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法，其特征在于：步骤四中所述导水管道(8)为PVC双壁波纹管，所述PVC双壁波纹管的管道粗糙度n1为0.008～0.009。3.按照权利要求1或2所述的一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法，其特征在于：步骤七中修筑永久性人工导流明渠：实地查看临时人工导流明渠(3)所处的地理位置，当临时人工导流明渠(3)所处位置一边是田地，另一边是原有天然河道时，执行步骤71；当临时人工导流明渠(3)所处河道上时，执行步骤72；步骤71、实地查看临时人工导流明渠(3)防水，当浅埋煤层工作面回采结束后，临时人工导流明渠(3)防水作用未受破坏，将临时人工导流明渠(3)作为永久性人工导流明渠，重新加高修筑临时人工导流明渠(3)并对另一边原有天然河道进行填压改造；当浅埋煤层工作面回采结束后，临时人工导流明渠(3)防水作用已被破坏，拆除临时人工导流明渠(3)，在修筑永久性人工导流明渠前需将临时人工导流明渠(3)防移除或移至河道...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯恩科，车晓阳，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61