一種具有應(yīng)急泄水裝置的地下水庫及其安全應(yīng)急處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有應(yīng)急泄水裝置的地下水庫，包括壩體和在煤炭開采中形成的用于儲水的工作面采空區(qū)，壩體包括煤柱壩體和人工壩體，煤柱壩體和人工壩體將工作面采空區(qū)圍成封閉的儲水空間，人工壩體上設(shè)置有應(yīng)急泄水裝置，在人工壩體的背側(cè)設(shè)置有濾網(wǎng)。本發(fā)明還公開了地下水庫的安全應(yīng)急處理方法。本發(fā)明公開的地下水庫和地下水庫的安全應(yīng)急處理方法，通過設(shè)置應(yīng)急泄水裝置進行應(yīng)急泄水，以保障礦震、采動、冒落帶突然垮落等突發(fā)情況下地下水庫的安全運行。
【專利說明】一種具有應(yīng)急泄水裝置的地下水庫及其安全應(yīng)急處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤炭開采和水利工程【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種具有應(yīng)急泄水裝置的地下水庫及其安全應(yīng)急處理方法。

【背景技術(shù)】
[0002]西部地區(qū)是我國煤炭主產(chǎn)區(qū)，煤炭儲量和產(chǎn)量均占全國的2/3左右，但是水資源匱乏，僅占全國水資源總量的3.9%，生態(tài)環(huán)境本底脆弱，水資源匱乏是該地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展的瓶頸之一。
[0003]據(jù)統(tǒng)計，西部每采一噸煤平均排放礦井水約2噸，按照以傳統(tǒng)處理方式，煤炭開采產(chǎn)生的礦井水經(jīng)處理后外排地表，但是由于該地區(qū)蒸發(fā)量大，外排礦井水很快外排損失浪費。目前，在神東礦區(qū)累計建成32座煤礦地下水庫，儲水量2700萬m3，供應(yīng)了礦區(qū)95%以上的用水，為礦區(qū)建成2億噸級礦區(qū)提供了水資源保障。
[0004]為進一步加大井下儲水量和保障地下水庫運行安全，經(jīng)過持續(xù)技術(shù)研發(fā)，神華集團在大柳塔礦首次建成世界首座煤礦分布式地下水庫，利用庫間水體連通管道將同一煤層和不同煤層地下水庫相互連通，實現(xiàn)水資源科學(xué)調(diào)配和突發(fā)情況下地下水庫調(diào)水，有效保障了井下生產(chǎn)安全，實現(xiàn)了煤炭資源與水資源協(xié)調(diào)開采。
[0005]與一般地面水庫相比，煤礦地下水庫是一個“黑箱”，其內(nèi)部儲水空間不可視，是一個封閉儲水空間，而且受到采動地層運動、同煤層和不同煤層采動影響、冒落帶巖體運動、礦震等因素作用，其運行不確定性高，而且大量儲水構(gòu)成了井下安全隱患，而壩體是保障地下水庫安全運行的關(guān)鍵，人工壩體是安全防患的薄弱環(huán)節(jié)。一旦發(fā)生庫內(nèi)水壓陡增，如果不能及時放水泄壓，水壓極有可能超過人工壩體安全強度要求，造成潰壩。因此，如何能在地下水庫安全儲用水的條件下，消除壩體安全隱患，是煤礦地下水庫安全運行的重要技術(shù)難題。
[0006]由于煤礦地下水庫所受不確定因素較多，地面水庫應(yīng)急管理體系不能有效使用，一旦發(fā)生突發(fā)情況，如冒落巖體突然垮落，在庫內(nèi)導(dǎo)致水壓突然增大，則難以有效保障地下水庫安全運行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種能夠有效保障壩體安全，確保煤礦地下水庫安全穩(wěn)定運行的一種具有應(yīng)急泄水裝置的地下水庫及其安全應(yīng)急處理方法。
[0008]本發(fā)明技術(shù)方案提供一種具有應(yīng)急泄水裝置的地下水庫，包括壩體和在煤炭開采中形成的用于儲水的工作面采空區(qū)，所述壩體包括煤柱壩體和人工壩體，所述煤柱壩體和所述人工壩體布置在所述工作面采空區(qū)的周圍，將所述工作面采空區(qū)圍成封閉的儲水空間，所述人工壩體上設(shè)置有應(yīng)急泄水裝置，所述應(yīng)急泄水裝置包括泄水孔、控制閥門和水壓監(jiān)測傳感器，所述泄水孔設(shè)置在所述人工壩體上，所述泄水孔的進水口與所述蓄水空間連通，所述控制閥門設(shè)置在所述泄水孔的泄水口內(nèi)，所述水壓監(jiān)測傳感器設(shè)置在所述泄水孔中，在所述人工壩體的背側(cè)設(shè)置有濾網(wǎng)，所述濾網(wǎng)布置在所述進水口與所述蓄水空間之間。
[0009]進一步地，所述濾網(wǎng)包括工字鋼和鐵絲濾網(wǎng)，所述鐵絲濾網(wǎng)布置在所述工字鋼上。
[0010]進一步地，在所述人工壩體上設(shè)置有多個所述應(yīng)急泄水裝置。
[0011]進一步地，所述蓄水空間在垂直方向上包括多個工作面采空區(qū)，在上方巖層不穩(wěn)定的所述工作面采空區(qū)的所述人工壩體上設(shè)置有所述應(yīng)急泄水裝置，在承受水壓最大的所述工作面采空區(qū)的所述人工壩體上設(shè)置有所述應(yīng)急泄水裝置。
[0012]進一步地，所述應(yīng)急泄水裝置隨所述人工壩體一體構(gòu)筑形成。
[0013]本發(fā)明還提供一種地下水庫的安全應(yīng)急處理方法，該安全應(yīng)急處理方法包括如下步驟:步驟1:在煤礦地下水庫上方的地表和井下進行勘察；步驟2:根據(jù)勘察結(jié)果，在所述地下水庫不同位置選取合適位置，作為應(yīng)急泄水裝置的安裝位置，所述應(yīng)急泄水裝置包括泄水孔、控制閥門和水壓監(jiān)測傳感器；步驟3:在所述地下水庫位于所述安裝位置處的人工壩體上安裝所述應(yīng)急泄水裝置，在所述人工壩體上開設(shè)所述泄水孔，使所述泄水孔的進水口與所述蓄水空間連通，使所述泄水孔的泄水口與所述地下水庫的外部連通，將所述控制閥門安裝在所述泄水孔的泄水口內(nèi)，將所述水壓監(jiān)測傳感器設(shè)置在所述泄水孔中，并在所述人工壩體的背側(cè)設(shè)置有濾網(wǎng)，將所述濾網(wǎng)布置在所述進水口與所述蓄水空間之間；步驟4:根據(jù)上述勘察結(jié)果，設(shè)定所述控制閥門開啟的臨界閥值Ftl，所述水壓監(jiān)測傳感器在所述泄水孔內(nèi)進行日常監(jiān)控水壓變化，如所述水壓監(jiān)測傳感器監(jiān)測到所述泄水孔內(nèi)的壓力F小于所述臨界閥值Ftl時，則所述控制閥門保持處于關(guān)閉狀態(tài)；如所述水壓監(jiān)測傳感器監(jiān)測到所述泄水孔內(nèi)的壓力F大于所述臨界閥值Ftl時，則所述控制閥門開啟，進行應(yīng)急泄水。
[0014]進一步地，還包括如下步驟:定期檢查所述應(yīng)急泄水裝置，并定期對所述泄水孔進行反向沖洗。
[0015]進一步地，在上述步驟I中還包括如下步驟:在煤礦地下水庫上方地表進行物探和鉆探，在井下進行鉆探勘察，對地下水庫上方巖體垮落情況進行分析，查明冒落帶和易垮落地帶并進行標定。
[0016]進一步地，在上述步驟4中還包括如下步驟:利用勘察結(jié)果，構(gòu)筑地下水庫穩(wěn)定性三維模擬平臺，分別模擬上方冒落巖體突然垮落、礦震、采動多種工況下的水體對所述人工壩體和煤柱壩體的沖擊，獲取各種工況下的水壓值，取最小的水壓值作為控制閥門開啟的臨界閥值K。
[0017]進一步地，所述應(yīng)急泄水裝置隨同所述人工壩體一體構(gòu)筑形成。
[0018]采用上述技術(shù)方案，具有如下有益效果:
[0019]本發(fā)明提供的地下水庫，通過在人工壩體上設(shè)置應(yīng)急泄水裝置，可在水庫內(nèi)由于突發(fā)狀況水壓增加時，實現(xiàn)放水泄壓，從而保障壩體不會由于庫內(nèi)水壓增大造成潰壩，產(chǎn)生安全隱患，保障了地下水庫安全運行。
[0020]本發(fā)明提供的一種地下水庫的安全應(yīng)急處理方法，通過水壓監(jiān)測傳感器監(jiān)測水壓、在水壓達到臨界閥值Ftl，控制其控制閥門開啟，進行應(yīng)急泄水，以保障礦震、采動、冒落帶突然垮落等突發(fā)情況下地下水庫壩體的安全運行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明提供的一種具有應(yīng)急泄水裝置的地下水庫的示意圖；
[0022]圖2為圖1中沿A-A向的剖視圖；
[0023]圖3為應(yīng)急泄水裝置的示意圖；
[0024]圖4為蓄水空間上在其不同的工作面采空區(qū)的人工壩體上布置有應(yīng)急泄水裝置的示意圖。
[0025]附圖標記對照表:
[0026]100-地下水庫；1-蓄水空間；11-工作面采空區(qū)；
[0027]2-煤柱壩體；3-人工壩體；4-應(yīng)急泄水裝置；
[0028]41-泄水孔；411-進水口；412-泄水口；
[0029]42-水壓監(jiān)測傳感器； 43-控制閥門；5_濾網(wǎng)。

【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖來進一步說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0031]如圖1-4所示，本發(fā)明提供的一種地下水庫100，壩體和在煤炭開采中形成的用于儲水的工作面采空區(qū)11，壩體包括煤柱壩體2和人工壩體3，煤柱壩體2和人工壩3體布置在工作面采空區(qū)11的周圍，將工作面采空區(qū)11圍成封閉的儲水空間I。在人工壩體3上設(shè)置有應(yīng)急泄水裝置4，該應(yīng)急泄水裝置4包括泄水孔41、控制閥門43和水壓監(jiān)測傳感器42。
[0032]其中泄水孔41設(shè)置在人工壩體3上，泄水孔41的進水口 411與蓄水空間I連通，控制閥門43設(shè)置在泄水孔41的泄水口 412內(nèi)，水壓監(jiān)測傳感器42設(shè)置在泄水孔41中。
[0033]在人工壩體3的背側(cè)設(shè)置有濾網(wǎng)5，濾網(wǎng)5布置在進水口 411與蓄水空間I之間。
[0034]為保護和利用水資源，將煤炭開采形成的采空區(qū)巖體空隙或工作面采空區(qū)11作為儲水的空間，即為蓄水空間1，留下的煤柱形成煤柱壩體2，并根據(jù)需要在所需位置構(gòu)筑人工壩體3，通過該煤柱壩體2和人工壩體3將蓄水空間I圍成封閉空間，用于儲水，形成煤礦地下水庫儲水利用技術(shù)體系，充分利用采空區(qū)巖體凈化機理，實現(xiàn)礦井水井下自凈化。
[0035]人工壩體3即為通過人工施工形成的壩體，其與煤柱壩體2的區(qū)別在于，煤柱壩體2為在采煤過程中自然形成，其為預(yù)留或留下的煤柱形成，而人工壩體3通過人工施工形成。兩者厚度高度等可相同也可不同。
[0036]煤礦中的地下水庫100是一個“黑箱”，其內(nèi)部儲水空間不可視，是一個封閉儲水空間，而且受到采動地層的運動、同煤層和不同煤層采動影響、冒落帶巖體運動、礦震等因素作用，其運行不確定性高，而且大量儲水構(gòu)成了井下安全隱患。煤礦地下水庫100處于井下，不確定因素較多。一是地下水庫100的儲水空間I是冒落巖體空隙，上方巖體運動不確定性對庫內(nèi)水位有較大影響，隨著冒落巖體不斷下沉運動，巖體被壓實，空隙減小，一旦巖體突然垮落，造成的瞬間水壓很大，對壩體沖擊較大；二是煤礦地下水庫100所處煤層或是下方煤層還在開采，因此煤層采動或是周邊煤礦采空區(qū)運動產(chǎn)生的礦震對地下水庫穩(wěn)定性有一定影響。
[0037]壩體，包括煤柱壩體2和人工壩體3是保障地下水庫安全運行的關(guān)鍵，而人工壩體3是安全防患的薄弱環(huán)節(jié)，一旦地下水庫100內(nèi)水壓陡增，如果不能及時放水泄壓，水壓極有可能超過人工壩體3安全強度要求，造成潰壩。
[0038]因此，為了避免上述現(xiàn)象發(fā)生，在人工壩體3上設(shè)置有應(yīng)急泄水裝置4。該應(yīng)急泄水裝置4包括泄水孔41、控制閥門43和水壓監(jiān)測傳感器42。其中泄水孔41設(shè)置在人工壩體3上，泄水孔41的進水口 411與蓄水空間I連通，控制閥門43設(shè)置在泄水孔41的泄水口 412內(nèi)，水壓監(jiān)測傳感器42設(shè)置在泄水孔41中。
[0039]水壓監(jiān)測傳感器42為能夠監(jiān)測出水壓，并將水壓轉(zhuǎn)換為信號輸出的傳感器。其可以為普通的水壓壓力傳感器，外部庫水壓力直接作用在傳感器上，傳感器通過電阻變化和用電子線路檢測電子變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個對應(yīng)于這個壓力的標準信號。
[0040]控制閥門43為可以開啟和關(guān)閉的閥門，其可為普通手控閥門，也可以為自動控制閥門，該控制閥門43可與水壓監(jiān)測傳感器42電連接，接收水壓監(jiān)測傳感器42傳遞來的水壓信號，進行閥門開啟或關(guān)閉操作?？刂崎y門43為壓力式控制，數(shù)據(jù)可實時傳輸至地面控制中心。當?shù)叵聨靸?nèi)100的水壓超過壩體承受的安全壓力后，可以自動打開，進行應(yīng)急泄水。同時也可以通過人工操作控制閥門43打開。
[0041]水壓監(jiān)測傳感器42監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳輸至地面控制中心，與煤礦地下水庫100的人工壩體3承受安全水壓進行對比分析，一旦超過額定安全壓力，可向控制閥門43發(fā)出水壓信號，控制閥門43可以自動打開進行應(yīng)急泄水，確保壩體安全；同時也可以根據(jù)需要，在地面進行控制，實施泄水。
[0042]由此，當水壓監(jiān)測傳感器42監(jiān)測到泄水孔41內(nèi)的壓力F小于控制閥門43開啟的臨界閥值Ftl時，則控制閥門43保持處于關(guān)閉狀態(tài)，繼續(xù)儲水；當水壓監(jiān)測傳感器42監(jiān)測到泄水孔41內(nèi)的壓力F大于臨界閥值F。，則控制閥門43開啟進行應(yīng)急泄水。將地下水庫100內(nèi)或儲水空間I內(nèi)的水排出，降壓至合適強度，避免了人工壩體3潰壩，保證了地下水庫100正常運行。
[0043]該應(yīng)急泄水裝置4中水壓監(jiān)測傳感器42與控制閥門43可為自動化數(shù)據(jù)采集設(shè)備，當水壓監(jiān)測傳感器42中監(jiān)測到壓力F大于臨界閥值Ftl時，其將開啟閥門的信號傳遞至控制閥門43，控制閥門43自動打開；當水壓監(jiān)測傳感器42中監(jiān)測到壓力F小于臨界閥值F。時，其將關(guān)閉閥門的信號傳遞至控制閥門43，控制閥門43關(guān)閉。當然也可以采用手動打開控制閥門43。
[0044]由于煤礦地下水庫100的儲水空間或蓄水空間I由在煤炭開采中形成的工作面采空區(qū)11或多個工作面采空區(qū)11形成，其處于冒落巖體空隙，為防止散落巖體顆粒堆積造成泄水孔41堵塞，在人工壩體3的背側(cè)設(shè)置有濾網(wǎng)5，濾網(wǎng)5布置在進水口 411與蓄水空間I之間，可以在散落巖體顆粒進入泄水孔41之前通過濾網(wǎng)5將其濾除。
[0045]當然，上述泄水孔41可以為開設(shè)在人工壩體3上的孔，其也可以為布置在人工壩體3上的管道。
[0046]應(yīng)急泄水裝置4位置選擇:
[0047]煤礦中地下水庫100由若干個工作面采空區(qū)11形成，如圖4所示，蓄水空間I包括工作面22601-工作面22607的工作面采空區(qū)，共由7個工作面采空區(qū)11形成，面積較大，煤炭開采后工作面上方冒落帶巖體仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)，由于礦震或是采動等因素影響，極易整體垮落，從而對蓄水空間I內(nèi)的水體造成巨大沖擊，水流向四周擴散，對煤柱壩體2和人工壩體3構(gòu)成較大沖擊，因此如何選取合適的應(yīng)急泄水裝置4的安裝位置尤為重要。應(yīng)急泄水裝置4的安裝位置應(yīng)綜合考慮下述原則:一、距上方不穩(wěn)定冒落巖體較處相對近處；二、距周邊老窯距離相對近處(老窯極易發(fā)生礦震)；三、距同一或不同開采煤層距離較近(采動影響較大)；四、考慮泄水后水體容易輸送至安全場所；五、必須考慮地下水庫儲水量大小。根據(jù)需要可在多處設(shè)置應(yīng)急泄水裝置4。
[0048]由此，本發(fā)明提供的地下水庫，通過在人工壩體上設(shè)置應(yīng)急泄水裝置，可在水庫內(nèi)由于突發(fā)狀況水壓增加時，實現(xiàn)放水泄壓，從而保障壩體不會由于庫內(nèi)水壓增大造成潰壩，產(chǎn)生安全隱患，保障了地下水庫安全運行。
[0049]較佳地，濾網(wǎng)5包括工字鋼和鐵絲濾網(wǎng)，鐵絲濾網(wǎng)布置在工字鋼上。工字鋼起到固定作用，防止水壓沖擊煤巖顆粒，沖垮鐵絲濾網(wǎng)。多片工字鋼和鐵絲濾網(wǎng)共同連接而成濾網(wǎng)5，濾網(wǎng)5或鐵絲濾網(wǎng)的孔徑根據(jù)庫內(nèi)巖體塊度大小設(shè)置。整張濾網(wǎng)5布置在人工壩體3的后方，用于過濾散落巖體顆粒，防止泄水孔41堵塞。較佳地，在人工壩體3上設(shè)置有多個應(yīng)急泄水裝置4。通過設(shè)置多個應(yīng)急泄水裝置4，可以在同一時間內(nèi)最大化地將蓄水空間I內(nèi)的水放出，迅速降壓，更好地防止?jié)伟l(fā)生。
[0050]較佳地，如圖4所示，儲水空間I在垂直方向上包括多個工作面采空區(qū)11，在上方巖層不穩(wěn)定的工作面采空區(qū)11的人工壩體3上設(shè)置有應(yīng)急泄水裝置4，在承受水壓最大的工作面采空區(qū)11的人工壩體3上設(shè)置有應(yīng)急泄水裝置4。
[0051]為確保煤礦中地下水庫100安全運行，以圖4所示的地下水庫100為例，其儲水空間I由7個工作面采空區(qū)11組成(工作面22601-工作面22607的工作面采空區(qū))，每個工作面采空區(qū)對應(yīng)一個采煤工作面，該處的儲水空間I由采煤工作面形成。如圖4所示。其面積距地表約86.Sm，距井口約3.8公里，由東北方向至西南方向高程逐步下降，儲水量約90萬方，平均水頭高度4.7米，最低處水頭高度7米左右。地質(zhì)勘察分析表明，在工作面22604至工作面22606的工作面采空區(qū)11上方的巖層不穩(wěn)定，有大面積垮落跡象，為此在工作面22603的工作面采空區(qū)11和工作面22604的工作面采空區(qū)11處的人工壩體3上分別設(shè)置應(yīng)急泄水裝置4，或在工作面22603的工作面采空區(qū)11和工作面22604的工作面采空區(qū)11之間設(shè)置應(yīng)急泄水裝置4，以防止突然垮落造成庫內(nèi)水壓過大，引發(fā)潰壩事故。
[0052]同時通過物理和數(shù)值模擬試驗，該地下水庫最低處即工作面22601的工作面采空區(qū)11，其人工壩體3是承受庫內(nèi)水壓最大位置，為防止煤層開采、礦震和上覆冒落帶突然垮落對壩體造成的沖擊，在此位置施工一個應(yīng)急泄水裝置4，確保最低處壩體安全。
[0053]每個工作面采空區(qū)11上的應(yīng)急泄水裝置4相應(yīng)設(shè)置在該工作面采空區(qū)11處的人工壩體3上。
[0054]通過在上方巖層不穩(wěn)定的工作面采空區(qū)11的人工壩體3上設(shè)置應(yīng)急泄水裝置4，在承受水壓最大的工作面采空區(qū)11的人工壩體3上設(shè)置應(yīng)急泄水裝置4，進一步提高了防止?jié)蔚哪芰?，保證了地下水庫正常運行。
[0055]較佳地，應(yīng)急泄水裝置4隨人工壩體3 —體構(gòu)筑形成，也即是在構(gòu)筑人工壩體3時同時在安裝位置設(shè)置應(yīng)急泄水裝置4。也可以在在構(gòu)筑人工壩體3時同時在安裝位置開設(shè)泄水孔41，之后在根據(jù)需要安裝控制閥門43和水壓監(jiān)測傳感器42，從而無需二次開孔安裝，提高了工作效率。
[0056]綜上，本發(fā)明提供的地下水庫，通過在人工壩體上設(shè)置應(yīng)急泄水裝置，可以有效地避免了因突發(fā)狀況，水庫內(nèi)的水壓增加時，造成潰壩現(xiàn)象的發(fā)生，避免了安全隱患，保障了地下水庫安全運行。
[0057]本發(fā)明還提供了一種地下水庫的安全應(yīng)急處理方法，該安全應(yīng)急處理方法包括如下步驟:結(jié)合圖1-4所示，
[0058]步驟1:在煤礦地下水庫100上方的地表和井下進行勘察；
[0059]步驟2:根據(jù)勘察結(jié)果，在地下水庫100不同位置選取合適位置，作為應(yīng)急泄水裝置4的安裝位置，其中，應(yīng)急泄水裝置4包括泄水孔41、控制閥門43和水壓監(jiān)測傳感器43 ；
[0060]步驟3:在地下水庫100位于安裝位置處的人工壩體3上安裝應(yīng)急泄水裝置4，具體為，在人工壩體3上開設(shè)泄水孔41,使泄水孔41的進水口 411與蓄水空間I連通,使泄水孔41的泄水口 412與地下水庫100的外部連通，將控制閥門43安裝在泄水孔41的泄水口412內(nèi)，將水壓監(jiān)測傳感器42設(shè)置在泄水孔41中，并在人工壩體3的背側(cè)設(shè)置有濾網(wǎng)5，將濾網(wǎng)5布置在進水口 411與蓄水空間I之間；
[0061]步驟4:根據(jù)上述勘察結(jié)果，設(shè)定控制閥門43開啟的臨界閥值Ftl,水壓監(jiān)測傳感器42在泄水孔41內(nèi)進行日常監(jiān)控水壓變化，
[0062]如水壓監(jiān)測傳感器42監(jiān)測到泄水孔41內(nèi)的壓力F小于臨界閥值F。時，則控制閥門43保持處于關(guān)閉狀態(tài)；
[0063]如水壓監(jiān)測傳感器42監(jiān)測到泄水孔41內(nèi)的壓力F大于臨界閥值H)時，則控制閥門43開啟，進行應(yīng)急泄水。
[0064]S卩，該地下水庫的安全應(yīng)急處理方法，包括施工安裝應(yīng)急泄水裝置4的方法和通過應(yīng)急泄水裝置4進行泄水操作的方法。
[0065]上述步驟1-3屬于施工安裝應(yīng)急泄水裝置4的方法，上述步驟4屬于通過應(yīng)急泄水裝置4進行泄水操作的方法。
[0066]該地下水庫的安全應(yīng)急處理方法，首先進行在煤礦地下水庫100上方的地表和井下進行勘察，以確定地表情況和井下情況，得出勘察結(jié)果。
[0067]再在得出的勘察結(jié)果基礎(chǔ)上，在地下水庫100不同位置選取合適位置，作為應(yīng)急泄水裝置4的安裝位置。應(yīng)急泄水裝置4位置選擇應(yīng)綜合考慮下述原則:一、距上方不穩(wěn)定冒落巖體較處相對近處；二、距周邊老窯距離相對近處(老窯極易發(fā)生礦震)；三、距同一或不同開采煤層距離較近(采動影響較大)；四、考慮泄水后水體容易輸送至安全場所；五、必須考慮地下水庫儲水量大小。根據(jù)上述勘查結(jié)果，結(jié)合老窯分布情況和井田采掘計劃，在地下水庫100中不同位置選取合適位置，作為應(yīng)急泄水裝置4的安裝位置。
[0068]再在安裝位置處的人工壩體3上安裝應(yīng)急泄水裝置4，具體為，在人工壩體3上開設(shè)泄水孔41，使泄水孔41的進水口 411與蓄水空間I連通，使泄水孔41的泄水口 412與地下水庫100的外部連通，以將蓄水空間I內(nèi)的水瀉出。
[0069]將控制閥門43安裝在泄水孔41的泄水口 412內(nèi)，將水壓監(jiān)測傳感器42設(shè)置在泄水孔41中，并在人工壩體3的背側(cè)設(shè)置有濾網(wǎng)5，將濾網(wǎng)5布置在進水口 411與蓄水空間I之間?？刂崎y門43為可以開啟和關(guān)閉的閥門，其可為普通手控閥門，也可以為自動控制閥門，該控制閥門43可與水壓監(jiān)測傳感器42電連接，接收水壓監(jiān)測傳感器42傳遞來的水壓信號，進行閥門開啟或關(guān)閉操作。
[0070]通過在人工壩體3的背側(cè)設(shè)置有濾網(wǎng)5，濾網(wǎng)5布置在進水口 411與蓄水空間I之間，可以在散落巖體顆粒進入泄水孔41之前通過濾網(wǎng)5將其濾除。
[0071]之后進行應(yīng)急泄水裝置4進行泄水操作，根據(jù)上述勘察結(jié)果，設(shè)定控制閥門43開啟的臨界閥值Ftl,水壓監(jiān)測傳感器42在泄水孔41內(nèi)進行日常監(jiān)控水壓變化，如水壓監(jiān)測傳感器42監(jiān)測到泄水孔41內(nèi)的壓力F小于臨界閥值F。時，則控制閥門43保持處于關(guān)閉狀態(tài)；如水壓監(jiān)測傳感器42監(jiān)測到泄水孔41內(nèi)的壓力F大于臨界閥值F。時，則控制閥門43開啟，進行應(yīng)急泄水。該應(yīng)急泄水裝置4中水壓監(jiān)測傳感器42與控制閥門43可為自動化數(shù)據(jù)采集設(shè)備，當水壓監(jiān)測傳感器42中監(jiān)測到壓力F大于臨界閥值Ftl時，其將開啟閥門的信號傳遞至控制閥門43，控制閥門43自動打開；當水壓監(jiān)測傳感器42中監(jiān)測到壓力F小于臨界閥值Ftl時，其將關(guān)閉閥門的信號傳遞至控制閥門43，控制閥門43關(guān)閉。當然也可以米用手動打開控制閥門43。
[0072]由此，本發(fā)明提供的一種地下水庫的安全應(yīng)急處理方法，通過水壓監(jiān)測傳感器監(jiān)測水壓、在水壓達到臨界閥值Ftl，控制其控制閥門開啟，進行應(yīng)急泄水，以保障礦震、采動、冒落帶突然垮落等突發(fā)情況下地下水庫壩體的安全運行。
[0073]較佳地，該地下水庫的安全應(yīng)急處理方法還包括如下步驟:定期檢查應(yīng)急泄水裝置4，并定期對泄水孔41進行反向沖洗，防止巖體顆粒堵塞泄水孔41，影響安全運行。反向沖洗即為采用與蓄水空間I內(nèi)的水流方向相反的方向的水流沖洗泄水孔41，以將在泄水孔41內(nèi)的巖體顆粒沖洗至泄水孔41外，防止泄水孔41堵塞。
[0074]反向沖洗的目的是為了防止庫內(nèi)較小的煤巖顆粒對泄水孔41堵塞，影響庫內(nèi)應(yīng)急泄水。
[0075]具體操作在人工壩體3底側(cè)或地下水庫100適當位置建設(shè)反向沖洗管道，反向沖洗管道位于地下水庫100外側(cè)，并與泄水孔41相對設(shè)置。
[0076]在地下水庫100的外側(cè)設(shè)置有用于對應(yīng)急泄水裝置4進行反向沖洗的反向沖洗管道(圖中未示出)。反向沖洗的目的是為了防止庫內(nèi)較小的煤巖顆粒對泄水孔41堵塞，影響庫內(nèi)應(yīng)急泄水。
[0077]定期或通過觀測應(yīng)急泄水孔41泄水情況，如出現(xiàn)泄水孔41堵塞，則從地下水庫100外對反向沖洗管道進行高壓充水，對應(yīng)急泄水裝置4周邊進行沖洗，將細小顆粒沖離泄水孔41周邊。或者直接對準泄水孔41進行反向沖洗，以將在泄水孔41內(nèi)的巖體顆粒沖洗至泄水孔41外，防止泄水孔41堵塞。
[0078]較佳地，在上述步驟I中還包括如下步驟:在煤礦的地下水庫100上方地表進行物探和鉆探，在井下進行鉆探勘察，對地下水庫100上方巖體垮落情況進行分析，查明冒落帶和易垮落地帶并進行標定，以明確應(yīng)急泄水裝置4的安裝位置。
[0079]物探是通過電法、地質(zhì)雷達和地震等方式，對地下水庫100上方(采空區(qū)上方)冒落巖體運動進行觀測，同時結(jié)合鉆探方式。因為煤礦地下水庫100的儲水空間I是相對封閉，不同于地面水庫(其補給和水位觀測簡單)，煤礦地下水庫100的儲水空間I是采空區(qū)冒落巖體空隙(冒落帶為主)，受上覆巖層運動影響很大，同時由于井下煤層采動或礦震作用，為此必須對采空區(qū)冒落帶和裂隙帶情況進行觀測，以確定儲水最大水位情況，為確定應(yīng)急泄水安全水位提供參考。
[0080]較佳地，在上述步驟4中還包括如下步驟:利用勘察結(jié)果，構(gòu)筑地下水庫穩(wěn)定性三維模擬平臺，分別模擬上方冒落巖體突然垮落、礦震、采動多種工況下的水體對所述人工壩體和煤柱壩體的沖擊，獲取各種工況下的水壓值，取最小的水壓值作為控制閥門43開啟的臨界閥值F。。
[0081]并根據(jù)蓄水空間I內(nèi)的儲水量，設(shè)計泄水孔41的孔徑，同時根據(jù)庫內(nèi)巖體塊度大小，設(shè)計濾網(wǎng)5的大小參數(shù)。
[0082]較佳地，應(yīng)急泄水裝置4隨同人工壩體3 —體構(gòu)筑形成。也即是在構(gòu)筑人工壩體3時同時在安裝位置設(shè)置應(yīng)急泄水裝置4。也可以在在構(gòu)筑人工壩體3時同時在安裝位置開設(shè)泄水孔41，之后在根據(jù)需要安裝控制閥門43和水壓監(jiān)測傳感器42，從而無需二次開孔安裝，提高了工作效率。
[0083]綜上，本發(fā)明提供的一種地下水庫的安全應(yīng)急處理方法，通過設(shè)置應(yīng)急泄水裝置、可根據(jù)需要進行應(yīng)急泄水，以保障礦震、采動、冒落帶突然垮落等突發(fā)情況下地下水庫壩體的安全運行。
[0084]根據(jù)需要，可以將上述各技術(shù)方案進行結(jié)合，以達到最佳技術(shù)效果。
[0085]以上所述的僅是本發(fā)明的原理和較佳的實施例。應(yīng)當指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在本發(fā)明原理的基礎(chǔ)上，還可以做出若干其它變型，也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種具有應(yīng)急泄水裝置的地下水庫，其特征在于，包括壩體和在煤炭開采中形成的用于儲水的工作面采空區(qū)， 所述壩體包括煤柱壩體和人工壩體， 所述煤柱壩體和所述人工壩體布置在所述工作面采空區(qū)的周圍，將所述工作面采空區(qū)圍成封閉的儲水空間， 所述人工壩體上設(shè)置有應(yīng)急泄水裝置， 所述應(yīng)急泄水裝置包括泄水孔、控制閥門和水壓監(jiān)測傳感器， 所述泄水孔設(shè)置在所述人工壩體上，所述泄水孔的進水口與所述蓄水空間連通，所述控制閥門設(shè)置在所述泄水孔的泄水口內(nèi)，所述水壓監(jiān)測傳感器設(shè)置在所述泄水孔中， 在所述人工壩體的背側(cè)設(shè)置有濾網(wǎng)，所述濾網(wǎng)布置在所述進水口與所述蓄水空間之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水庫，其特征在于，所述濾網(wǎng)包括工字鋼和鐵絲濾網(wǎng)，所述鐵絲濾網(wǎng)布置在所述工字鋼上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水庫，其特征在于，在所述人工壩體上設(shè)置有多個所述應(yīng)急泄水裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水庫，其特征在于，所述蓄水空間在垂直方向上包括多個工作面采空區(qū)，在上方巖層不穩(wěn)定的所述工作面采空區(qū)的所述人工壩體上設(shè)置有所述應(yīng)急泄水裝置， 在承受水壓最大的所述工作面采空區(qū)的所述人工壩體上設(shè)置有所述應(yīng)急泄水裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水庫，其特征在于，所述應(yīng)急泄水裝置隨所述人工壩體一體構(gòu)筑形成。
6.一種地下水庫的安全應(yīng)急處理方法，其特征在于，該安全應(yīng)急處理方法包括如下步驟: 步驟1:在煤礦地下水庫上方的地表和井下進行勘察； 步驟2:根據(jù)勘察結(jié)果，在所述地下水庫不同位置選取合適位置，作為應(yīng)急泄水裝置的安裝位置， 所述應(yīng)急泄水裝置包括泄水孔、控制閥門和水壓監(jiān)測傳感器； 步驟3:在所述地下水庫位于所述安裝位置處的人工壩體上安裝所述應(yīng)急泄水裝置， 在所述人工壩體上開設(shè)所述泄水孔，使所述泄水孔的進水口與所述蓄水空間連通，使所述泄水孔的泄水口與所述地下水庫的外部連通，將所述控制閥門安裝在所述泄水孔的泄水口內(nèi)，將所述水壓監(jiān)測傳感器設(shè)置在所述泄水孔中，并在所述人工壩體的背側(cè)設(shè)置有濾網(wǎng)，將所述濾網(wǎng)布置在所述進水口與所述蓄水空間之間； 步驟4:根據(jù)上述勘察結(jié)果，設(shè)定所述控制閥門開啟的臨界閥值Ftl，所述水壓監(jiān)測傳感器在所述泄水孔內(nèi)進行日常監(jiān)控水壓變化， 如所述水壓監(jiān)測傳感器監(jiān)測到所述泄水孔內(nèi)的壓力F小于所述臨界閥值Ftl時，則所述控制閥門保持處于關(guān)閉狀態(tài)； 如所述水壓監(jiān)測傳感器監(jiān)測到所述泄水孔內(nèi)的壓力F大于所述臨界閥值Ftl時，則所述控制閥門開啟，進行應(yīng)急泄水。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種地下水庫的安全應(yīng)急處理方法，其特征在于，還包括如下步驟:定期檢查所述應(yīng)急泄水裝置，并定期對所述泄水孔進行反向沖洗。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種地下水庫的安全應(yīng)急處理方法，其特征在于，在上述步驟I中還包括如下步驟:在煤礦地下水庫上方地表進行物探和鉆探，在井下進行鉆探勘察，對地下水庫上方巖體垮落情況進行分析，查明冒落帶和易垮落地帶并進行標定。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種地下水庫的安全應(yīng)急處理方法，其特征在于，在上述步驟4中還包括如下步驟: 利用勘察結(jié)果，構(gòu)筑地下水庫穩(wěn)定性三維模擬平臺，分別模擬上方冒落巖體突然垮落、礦震、采動多種工況下的水體對所述人工壩體和煤柱壩體的沖擊，獲取各種工況下的水壓值，取最小的水壓值作為控制閥門開啟的臨界閥值Ftl。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種地下水庫的安全應(yīng)急處理方法，其特征在于，所述應(yīng)急泄水裝置隨同所述人工壩體一體構(gòu)筑形成。
【文檔編號】E21F17/16GK104153812SQ201410367646
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】顧大釗, 曹志國, 李全生, 陳蘇社, 賀安民 申請人:中國神華能源股份有限公司