煤矿地下水库工字型强帮阻渗挡水坝制造技术

本发明专利技术公开了一种煤矿地下水库工字型强帮阻渗挡水坝，位于巷道左右两侧的煤柱坝体之间，用于隔离地下水库和巷道，封堵地下水库中的水源，所述工字型强帮阻渗挡水坝坝体从上至下依次包括上翼板、腹板和下翼板，坝体的垂直于坝面的竖向截面呈“工”字型，所述工字型强帮阻渗挡水坝坝体还包括位于腹板左右两侧的强帮部，所述强帮部包括在腹板厚度的基础上至少向地下水库的一侧延伸S1长度而形成的第一阻渗部。由于挡水坝位于地下煤岩层巷道中，受到的围岩应力较为复杂，本发明专利技术同时能够减少煤柱坝体局部受力过大，发生局部失稳破坏、渗水，有效克服传统挡水坝巷道两侧帮部薄弱且易渗水现象，满足了煤矿地下水库的的储水和安全性要求。

【技术实现步骤摘要】
煤矿地下水库工字型强帮阻渗挡水坝
本专利技术涉及采矿工程与水利工程的交叉领域，尤其涉及一种煤矿地下水库工字型强帮阻渗挡水坝。
技术介绍
在《煤矿安全规程》和《煤矿防治水规定》中水闸门和水闸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，关于煤矿分布式地下水库挡水坝建设虽然有了相关方面的研究，但是地面水库坝体与地下水库挡水坝建设具有明显不同。将煤矿地下水库坝体与地面水库坝体进行比较，地面水库坝体仅受到水压作用及自身重力作用；而煤矿地下水库坝体受力较为复杂，不仅受到水压的侧向压力作用，还有来自于周围煤柱或岩体的围岩应力，同时由于地下水库上方岩层尚未达到稳定状态，岩层垮落对坝体造成冲击，同煤层和不同煤层采动及矿震等对坝体均具有一定影响。目前大量使用的煤矿地下水库的人工挡水坝，以壁式挡水坝为主，在实际使用中其帮部即人工坝体与煤柱坝体连接处，出现局部坝体失稳以及渗水现象，对实际安全使用造成一定影响。目前现有的人工挡水坝，其周围设计有掏槽和锚杆。虽然相应减少了对人工挡水坝与煤柱坝体连接处的受力，但由于本身坝体混凝土结构的强度远大于巷道煤柱层的强度，以及人工坝体与煤柱坝体连接处接触面积较小，在人工挡水坝承受较大围岩压力时，坝体对煤柱坝体两帮都会产生较大的压力，可能造成相应的裂隙增加或者局部失稳破坏，进而诱发渗水现象，出现不安全因素。此外，在挡水坝承受较大围岩压力时，坝体对上部围岩以及底板都会产生较大的压力，在这种较大压力作用下，容易造成相应的裂隙增加或者局部失稳破坏，通常是坝体上部出现顶板垮落以及渗水现象，底板隆起产生不均匀沉降，对实际安全使用造成一定影响。公告号103422469B的中国专利技术专利公开一种煤矿地下水库的人工挡水坝，所述人工挡水坝嵌入到辅助巷道周围的煤柱坝体和围岩中，所述人工挡水坝的横截面为弧形，弧形的所述人工挡水坝的凹面朝向所述地下水库。本专利技术还公开了一种煤矿地下水库的人工挡水坝与煤柱坝体和围岩的连接方法。将人工挡水坝嵌入到煤柱坝体和围岩中，增强了人工挡水坝与煤柱坝体和围岩的连接，提高人工挡水坝抗滑性能。虽然该专利对煤矿地下水库的人工挡水坝进行了相关研究，但该专利关注的是水坝坝体的腹板面受力问题，并未考虑煤巷两侧煤柱坝体薄弱部的局部受力破坏和渗流问题，也未考虑坝体与顶板和底板交接处局部薄弱问题，更未提出任何处理手段。公告号204299622U的中国技术专利《一种煤矿地下水库的人工挡水坝》公开了一种煤矿地下水库的人工挡水坝，所述挡水坝位于煤柱坝体之间用于隔离地下水库和巷道，并且所述挡水坝的两端伸入到所述煤柱坝体中，所述挡水坝为单拱形，所述挡水坝的凸面朝向所述地下水库。由于单拱形的挡水坝的凸面朝向地下水库，减少了坝体直接受力，将力分解到两侧的煤柱坝体上，降低了坝体厚度，节省了成本。该专利虽然进一步在坝体两侧帮部设置左右肩部，但肩部的作用是连接腹板和煤柱坝体，同时能将水库水压力从腹板传递到煤柱坝体，这就决定了其肩部嵌入煤柱坝体的深度较浅(0.3-0.5m)，且肩部的宽度也较窄(与坝体的厚度相同)，也未考虑煤巷两侧煤柱坝体薄弱部的局部受力破坏和渗流问题。因此，在现有情况下，设计一种坝体，既提高两侧帮部的强度，减小局部帮部裂隙增加以及防止煤柱坝体局部失稳破坏、渗水，又克服煤巷顶板薄弱易垮塌，减小底板裂隙增加以及防止底板局部失稳破坏的煤矿地下水库工字型挡水坝，对煤矿地下水的有效利用，以及煤矿安全具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有的技术的不足，提供一种坝体直接受力小，同时能够克服煤巷两侧煤柱坝体薄弱部，以及减少煤柱坝体局部受力过大，发生局部失稳破坏、渗水，提高整体地下水库安全性的人工挡水坝。本专利技术提供一种煤矿地下水库工字型强帮阻渗挡水坝，位于巷道左右两侧的煤柱坝体之间，用于隔离地下水库和巷道，封堵地下水库中的水源，所述工字型强帮阻渗挡水坝坝体从上至下依次包括上翼板、腹板和下翼板，坝体的垂直于坝面的竖向截面呈“工”字型，所述工字型强帮阻渗挡水坝坝体还包括位于腹板左右两侧的强帮部，所述强帮部包括在腹板厚度的基础上至少向地下水库的一侧延伸S1长度而形成的第一阻渗部，所述强帮部嵌入到两侧煤柱坝体中，腹板和强帮部的上端嵌入巷道顶板围岩中，腹板和强帮部的下端嵌入巷道底板围岩中。优选地，所述上翼板在腹板的宽度和厚度基础上向四周延伸形成上翼板；和/或，所述下翼板在腹板的宽度和厚度基础上向四周延伸形成下翼板；优选延伸至少50cm。优选地，所述上翼板嵌入顶板围岩深度为50-100cm；和/或，所述下翼板嵌入底板围岩深度为50-100cm；优选地，所述上翼板下表面与巷道顶板持平；和/或，所述下翼板上表面与巷道底板持平；优选上翼板、下翼板为厚度30-50cm的混凝土结构。优选地，所述上翼板嵌入顶板围岩部分与顶板围岩之间的连接处在坝体宽度方向上设有多组锚杆，锚杆穿过所述顶板围岩的松动层，插入到稳定的岩体中；优选地，每组锚杆有3根，其中一根垂直于上翼板，另外两根与上翼板水平方向呈45°角对称分布。优选地，所述下翼板嵌入底板围岩部分与底板围岩之间的连接处在坝体宽度方向上设有多组锚杆，锚杆穿过所述底板围岩的松动层，插入到稳定的岩体中；优选地，每组锚杆有3根，其中一根垂直于下翼板，另外两根与下翼板水平方向呈45°角对称分布，如此在注浆后形成稳定密实的阻渗区。优选地，所述强帮部嵌入煤柱坝体的深度至少为50cm，优选为60-200cm，更优选为80-150cm；优选地，所述强帮部内侧与巷道内壁持平；优选地，所述强帮部为厚度30-50cm的混凝土结构；优选地，所述第一阻渗部的内壁设置有一层防渗层。优选地，所述强帮部还包括在腹板厚度的基础上向巷道一侧延伸S2长度而形成的第二阻渗部；优选地，所述第二阻渗部的长度S2不超过所述第一阻渗部的长度S1；优选地，所述第一阻渗部的长度S1至少为50cm。优选地，所述强帮部嵌入煤柱坝体部分与煤柱坝体连接处在坝体高度方向上插入多组锚杆，锚杆穿过所述煤柱坝体的松动层，插入到稳定的煤柱坝体中；优选地，每组锚杆有3根，其中一根垂直于强帮部，另外两根与强帮部水平方向呈45°角对称分布，如此在注浆后形成稳定密实的阻渗区。优选地，所述腹板内设置有横向和竖向交错布置呈“井”字型排列的工字钢；优选地，所述横向的工字钢伸入到所述强帮部内；优选地，所述竖向的工字钢伸入到所述上、下翼板内。优选地，所述下翼板在腹板所在的位置留有钢筋结构，便于与腹板连接，整体浇筑形成整体下翼板；优选地，所述强帮部在腹板所在的位置留有钢筋结构，便于与腹板连接，整体浇筑形成整体强帮部。优选地，所述腹板的厚度H与巷道宽度L之间的比值为0.1-0.3。优选地，所述腹板中预留有应急观测孔。有益效果：采用上述的技术方案后，上、下翼板相对于现有技术具有如下的技术效果：(1)通过在腹板的下部增设下翼板，下翼板底面积大，故可减小基底压强，同时也可提高基底承载力，并能更有效地增强基础的整体性，调整不均匀沉降，有效减少底板下部岩体裂缝发展，降低底板失稳破坏；(2)通过在腹板的上部增设上翼板，上翼板面积相对较大，能够较为分散的分担上部围岩的围岩压力，减小上部围岩的应力集中，相应减本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤矿地下水库工字型强帮阻渗挡水坝，位于巷道左右两侧的煤柱坝体之间，用于隔离地下水库和巷道，封堵地下水库中的水源，其特征在于：所述工字型强帮阻渗挡水坝坝体从上至下依次包括上翼板、腹板和下翼板，坝体的垂直于坝面的竖向截面呈“工”字型，所述工字型强帮阻渗挡水坝坝体还包括位于腹板左右两侧的强帮部，所述强帮部包括在腹板厚度的基础上至少向地下水库的一侧延伸S1长度而形成的第一阻渗部，所述强帮部嵌入到两侧煤柱坝体中，腹板和强帮部的上端嵌入巷道顶板围岩中，腹板和强帮部的下端嵌入巷道底板围岩中。

【技术特征摘要】
1.一种煤矿地下水库工字型强帮阻渗挡水坝，位于巷道左右两侧的煤柱坝体之间，用于隔离地下水库和巷道，封堵地下水库中的水源，其特征在于：所述工字型强帮阻渗挡水坝坝体从上至下依次包括上翼板、腹板和下翼板，坝体的垂直于坝面的竖向截面呈“工”字型，所述工字型强帮阻渗挡水坝坝体还包括位于腹板左右两侧的强帮部，所述强帮部包括在腹板厚度的基础上至少向地下水库的一侧延伸S1长度而形成的第一阻渗部，所述强帮部嵌入到两侧煤柱坝体中，腹板和强帮部的上端嵌入巷道顶板围岩中，腹板和强帮部的下端嵌入巷道底板围岩中。2.根据权利要求1所述的煤矿地下水库工字型强帮阻渗挡水坝，其特征在于，所述上翼板在腹板的宽度和厚度基础上向四周延伸形成上翼板；和/或，所述下翼板在腹板的宽度和厚度基础上向四周延伸形成下翼板；优选延伸至少50cm。3.根据权利要求1所述的煤矿地下水库工字型强帮阻渗挡水坝，其特征在于，所述上翼板嵌入顶板围岩深度为50-100cm；和/或，所述下翼板嵌入底板围岩深度为50-100cm；优选地，所述上翼板下表面与巷道顶板持平；和/或，所述下翼板上表面与巷道底板持平；优选上翼板、下翼板为厚度30-50cm的混凝土结构。4.根据权利要求1所述的煤矿地下水库工字型强帮阻渗挡水坝，其特征在于，所述上翼板嵌入顶板围岩部分与顶板围岩之间的连接处在坝体宽度方向上设有多组锚杆，锚杆穿过所述顶板围岩的松动层，插入到稳定的岩体中；优选地，每组锚杆有3根，其中一根垂直于上翼板，另外两根与上翼板水平方向呈45°角对称分布。5.根据权利要求1所述的煤矿地下水库工字型强帮阻渗挡水坝，其特征在于，所述下翼板嵌入底板围岩部分与底板围岩之间的连接处在坝体宽度方向上设有多组锚杆，锚杆穿过所述底板围岩的松动层，插...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔祥松，单仁亮，张浩琛，王栓，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11