[发明专利]一种煤矿地下水库人工坝体及其设计、施工方法

说明书

本发明公开一种煤矿地下水库人工坝体及其设计、施工方法，属于人工坝体设计领域。所述人工坝体包括：位于联络巷道内的坝体本体，所述坝体本体包括沿所述联络巷道的延伸方向排列的至少两层混凝土层，所述混凝土层外表面以及任意两层所述混凝土层之间设置防水层；穿设于所述坝体本体的若干第一锚杆，所述第一锚杆的两侧端部分别位于所述混凝土层的外侧；套设于所述锚杆上的紧固组件，所述紧固组件将所述第一锚杆锁紧于所述坝体本体上。本发明解决了现有煤矿地下水库人工坝体材料用料较多，施工制造成本高的问题。

技术领域

本发明涉及一种人工坝体设计领域，特别涉及一种煤矿地下水库的人工坝体结构、设计及施工方法。

背景技术

煤炭规模化开采引起的岩层移动可导致上覆含水层结构的破坏，使含水层水体沿导水裂隙流至采空区，给矿井安全生产带来威胁。为保证矿井安全和有效保护与利用水资源，部分矿区提出了利用采空区空间资源建造地下水库的技术途径。在煤矿地下水库处于蓄水状态时，水库挡水坝会承受水压作用，因此挡水坝需满足一定的隔水性和承载性要求。地下水库挡水坝是通过人工构筑物(人工坝体)将煤柱连接起来而形成的，水库挡水坝体的稳定性很大程度上取决于人工坝体的隔水与承载性能，因此如何合理地设计人工坝体结构显得尤为重要。

目前，地下水库人工坝体一般由防渗墙和承载墙组成，防渗墙一般为以黄土等防渗材料为充填物的砖墙，位于靠近水体侧；承载墙一般为工字钢混凝土墙，与防渗墙相邻，两者间通过界面粘结力相连，另外在某些地质储水条件下，为了增强坝墙稳定性，在坝墙外侧还会增设一支撑墙，从而使整个坝体结构呈“T”字形。经实践表明，该类人工坝体设计结构可满足地下水库长期运行的安全性需求，但同时也存在安全富余系数取值过大而导致的材料用量较多，经济性不强的问题。因此，有必要在满足水库长期运行安全性和建设经济性需求的基础上，开展煤矿地下水库人工坝体结构的专门设计。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有煤矿地下水库人工坝体材料用料较多，施工制造成本高的问题。

针对上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种煤矿地下水库人工坝体，其包括：位于联络巷道内的坝体本体，所述坝体本体包括沿所述联络巷道的延伸方向排列的至少两层混凝土层，所述混凝土层外表面以及任意两层所述混凝土层之间设置防水层；穿设于所述坝体本体的若干第一锚杆，所述第一锚杆的两侧端部分别位于所述混凝土层的外侧；套设于所述锚杆上的紧固组件，所述紧固组件将所述第一锚杆锁紧于所述坝体本体上。

本发明的部分实施方式中，所述联络巷道由位于底侧的底部围岩、位于顶侧的顶部围岩以及位于左右两侧的侧部围岩形成，所述底部围岩、所述顶部围岩以及所述侧部围岩上分别设置第二锚杆，所述第二锚杆的另一端伸入所述坝体本体的侧壁。

本发明的部分实施方式中，所述坝体本体成型为长方体，沿所述坝体本体的长度和高度方向上，若干所述第一锚杆按矩阵排列。

本发明同时公开一种煤矿地下水库人工坝体的设计方法，其包括如下步骤：

根据所述联络巷道断面尺寸确定所述坝体本体的长度和高度；

根据所述坝体本体的力学模型稳定性分析确定所述坝体本体的厚度；

根据所述坝体本体的力学模型的承载力分析确定所述坝体本体的分层数目及所述锚杆的间排距。

本发明的部分实施方式中，所述根据所述坝体本体的力学模型稳定性分析确定所述坝体本体的厚度具体包括：

将所述坝体本体的力学模型设置为矩形简支板，计算所述矩形简支板的沿长度方向以及高度方向的跨中弯矩M_a、M_b；其中，所述跨中弯矩M_a、M_b采用以下公式获得；