用于富水弱胶结巷道围岩的导压排水装置的制作方法

本实用新型涉及一种巷道围岩的导压排水装置，具体是一种用于富水弱胶结巷道围岩的导压排水装置。

背景技术：

弱胶结围岩在矿山井巷工程中较为多见，由于围岩属于软弱岩土体，介质松散、破碎，围岩强度低、整体性差、难锚固，易发生顶板冒落、失稳垮塌、支架扭曲失效等非线性大变形破坏。而对于富水弱胶结巷道，水的作用不仅会使围岩吸水软化后强度降低、锚固剂粘结性下降、锚杆(索)金属构件腐蚀，导致锚杆、锚索力学性能劣化引起锚固失效，而且在深部高应力条件下高水压的存在也急剧增加了围岩的支护荷载，导致巷道变形更为严重，稳定性控制更为困难，甚至常发生大面积的冒顶、溃帮灾害事故。因此，富水弱胶结巷道围岩的导压排水已经成为我国部分矿井巷道围岩稳定性控制与维护、保障巷道安全运营的一大技术难题。

矿井巷道传统排水泄压装置在应对富水弱胶结巷道围岩变形、失稳方面依然存在诸多方面的问题。第一，巷道围岩富水性强、岩土材料松散透水性高，围岩的渗流量较大，目前的装置排水量小不能满足及时引排需求；第二，随着采深及地压的增大，加上高渗透水压、松动压力的作用，巷道围岩变形量十分大，而排水泄压装置的变形能力很有限，随之也发生变形破坏进而丧失排水能力；第三，围岩胶结性弱、破碎，成孔难，易发生坍孔，无法施工泄水孔进行有效排水；第四，导水管中设置单一的过滤装置不能有效防止细颗粒岩土流失造成的管孔堵塞；第五，没有底板防排水结构。井下巷道一般设置单侧排水沟，另侧围岩渗水、顶板淋水会在底板形成大量积水，使得底板岩层浸水产生变形破坏，进一步地影响帮、顶的稳定性。由此可见，目前的技术手段不能满足富水弱胶结巷道围岩的导压排水要求，无法保障巷道安全运营。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种用于富水弱胶结巷道围岩的导压排水装置，在巷道掘进工作面开掘前期及后期，均能有效对巷道围岩进行排水导压，减弱地下水对围岩造成的巨大压力及其它不利影响，降低该类巷道冒顶、溃帮等灾害发生的概率，提高富水弱胶结巷道围岩稳定性。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种用于富水弱胶结巷道围岩的导压排水装置，包括在巷道两帮其中一侧的底角部位开设沿巷道轴向方向延伸的排水凹槽，以及在排水凹槽下方开设排水沟，还包括自钻式引水管、第一泄水管和第二泄水管，多个自钻式引水管一一对应布设在沿巷道断面两帮及顶板开设的多个辐射式钻孔内；

所述自钻式引水管为超长、大直径引流导压圆管，包括引水管体和引水管钻头，引水管钻头固定在引水管体一端，引水管钻头内设有贯穿钻头的通孔，引水管钻头的形状为羊角形或柱齿形；引水管体的管壁开设多个引水孔，多个引水孔呈梅花形分布，每个引水孔内均嵌有滤芯，引水管体另一端开设外螺纹；

所述第一泄水管沿巷道断面两帮及顶板弧形贴合布设并通过多个管卡固定，第一泄水管由泄水管体和多个连接管口组成，泄水管体一端处于排水沟的正上方，多个连接管口均匀分布在泄水管体的外表面，多个连接管口分别与自钻式引水管一一对应，连接管口设有内螺纹，连接管口与引水管体另一端通过螺纹连接；

所述第二泄水管埋设在巷道底板的底板垫层中，第二泄水管一端伸入排水沟，第二泄水管另一端通过弯头与第一泄水管的泄水管体另一端连接。

进一步，所述第一泄水管及第二泄水管的泄水管体均为齿形管，齿形管由内壁和外壁组成，内壁固定在外壁内，所述外壁由高变形齿和低变形齿间隔设置且相互连接组成，所述内壁由多个降阻段管同轴排列且相互之间留有变形间隙组成；这种结构使得齿形管具备良好的变形能力，避免了巷道大变形导致管道的破坏，同时又增加了管体的过水能力。

进一步，所述排水凹槽内设有钢筋笼和防水板，钢筋笼固定在防水板上。采用钢筋笼对排水凹槽进行支撑、加固；防水板能避免流水长期渗入到底板岩层发生破坏；同时，围岩水可通过排水凹槽顶面及侧面直排到排水沟内，缩短了排放路径，加大了排放量。

进一步，处于排水沟正上方的泄水管体一端装有变径泄压头Ⅰ，伸入排水沟的第二泄水管一端装有变径泄压头Ⅱ。增设变径泄压头Ⅰ和变径泄压头Ⅱ能提高围岩地下水的快速导水卸压，为围岩支护提供有利条件。

进一步，所述滤芯为内裹细粒玻璃球及粗砂的有机高分子面网。能对从引水孔进入的水进行过滤，防止碎石颗粒堵塞管路。

进一步，所述第二泄水管在水平方向上倾斜3～5°。设置倾角更利于自动排水。

进一步，所述引水管体另一端装有二级滤网，二级滤网为高密度金属网或高强纤维网。增设二级滤网可对在管路中的水再次过滤，防止碎石颗粒堵塞管路。

进一步，所述底板垫层上铺设有柔性防水面层。柔性防水面层可适应巷道底鼓变形，进而可消除长期淋水、积水对底板岩层的破坏。

与现有技术相比，本实用新型采用排水凹槽、排水沟、自钻式引水管、第一泄水管和第二泄水管相结合方式，

(1)通过深孔布置大直径自钻式引水管、底角开设直排排水凹槽及齿形泄水管出口端设置变径泄压头，大大增加了围岩水的排放速度与排放流量，实现了富水围岩快速导压与排水过程，为巷道安全运营提供了有利条件。

(2)本实用新型采用的第一泄水管及第二泄水管，由于齿形管不仅具有良好的伸缩性能，而且可以任意弯曲变形，从而实现了第一泄水管及第二泄水管适应高地压高水压下巷道围岩的变形，尤其是底鼓，避免了围岩大变形导致第一泄水管及第二泄水管损坏引发的安全事故，间接提升了泄水管的使用寿命。

(3)采用带自钻功能的自钻式引水管，对围岩内的水进行引流汇集，解决了富水弱胶结围岩泄水孔成孔难、易坍孔、无法施工的问题。

(4)对自钻式引水管设置二级双重过滤装置，从而有效防止了围岩细颗粒堵塞管孔系统，大大降低了地下水对围岩形成的压力。

(5)将巷道另侧围岩水通过底板排放至排水沟，并设置底板柔性防水面层，进而消除了长期淋水、积水对底板的破坏，增强了底板及巷道整体的稳定性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中第一泄水管和第二泄水管的结构示意图；

图3是本实用新型中齿形管的结构示意图；

图4是本实用新型中自钻式引水管连接示意图；

图5是本实用新型中自钻式引水管结构示意图；

图6是本实用新型中排水凹槽及排水沟布置示意图；

图7是本实用新型中排水凹槽结构示意图。

图中：1、自钻式引水管，2、第一泄水管，3、连接管口，4、围岩，5、支护结构，6、排水凹槽，7、排水沟，8、第二泄水管，9、巷道，10、底板垫层，11、底板岩层，12、弯头，13、柔性防水面层，14、管卡，15、变径泄压头Ⅰ，16、变径泄压头Ⅱ，17、内螺纹，18、外螺纹，19、引水孔，20、滤芯，21、引水管钻头，22、二级滤网，23、钢筋笼，24、防水板，25、内壁，26、外壁，27、高变形齿，28、低变形齿，29、降阻段管，30、变形间隙。

具体实施方式

下面将对本实用新型做进一步说明。

如图所示，本实用新型包括在巷道9两帮其中一侧的底角部位开设沿巷道9轴向方向延伸的排水凹槽6，以及在排水凹槽6下方开设排水沟7，还包括自钻式引水管1、第一泄水管2和第二泄水管8，多个自钻式引水管1一一对应布设在沿巷道断面两帮及顶板开设的多个辐射式钻孔内，

所述自钻式引水管1为超长、大直径引流导压圆管，包括引水管体和引水管钻头21，引水管钻头21固定在引水管体一端，引水管钻头21内设有贯穿钻头的通孔，引水管钻头21的形状为羊角形或柱齿形；引水管体的管壁开设多个引水孔19，多个引水孔19呈梅花形分布，每个引水孔19内均嵌有滤芯，引水管体另一端开设外螺纹18；

所述第一泄水管2沿巷道断面两帮及顶板弧形贴合布设并通过多个管卡14固定，第一泄水管2由泄水管体和多个连接管口3组成，泄水管体一端处于排水沟7的正上方，多个连接管口3均匀分布在泄水管体的外表面，多个连接管口3分别与自钻式引水管一一对应，连接管口3设有内螺纹17，连接管口3与引水管体另一端通过螺纹连接；

所述第二泄水管8埋设在巷道底板的底板垫层10中，第二泄水管8一端伸入排水沟7，第二泄水管8另一端通过弯头12与泄水管体另一端连接。

进一步，所述第一泄水管2及第二泄水管8的泄水管体均可为齿形管或波纹管，优选采用齿形管，齿形管由内壁25和外壁26组成，内壁25固定在外壁26内，所述外壁26由高变形齿27和低变形齿28间隔设置且相互连接组成，所述内壁25由多个降阻段管29同轴排列且相互之间留有变形间隙30组成。

进一步，所述排水凹槽6内设有钢筋笼23和防水板24，钢筋笼23固定在防水板24上。

进一步，处于排水沟7正上方的泄水管体一端装有变径泄压头Ⅰ15，伸入排水沟7的第二泄水管8一端装有变径泄压头Ⅱ16。

进一步，所述滤芯20为内裹细粒玻璃球及粗砂的有机高分子面网。

进一步，所述第二泄水管8在水平方向上倾斜3～5°。

进一步，所述引水管体另一端装有二级滤网22，二级滤网22为高密度金属网或高强纤维网。

进一步，所述底板垫层10上铺设有柔性防水面层13。

本实用新型的具体施工步骤为：

(1)获取巷道围岩性质、力学参数及涌水参数，采用现场测试及数值模拟的方法综合确定自钻式引水管1的长度及直径，使其满足紧急情况下大流量快速导压排水的要求，可取长度2.0～3.5m，外径70～90mm，钻头直径为72～92mm；

(2)沿巷道断面两帮及顶板按照间距0.6～1.2m、排距1.0～2.0m布设自钻式引水管孔位并做好标记，钻孔直径为75～95mm，深度为1.9～3.4m；

(3)采用矿用钻机对自钻式引水管1在相应的孔位进行钻进安装，并确保自钻式引水管1达到所需的钻深及钻孔倾角；

(4)根据井下巷道现场围岩的涌水量测试统计数据确定所需的排水流量，最终确定第一泄水管2及第二泄水管8的直径；

(5)在已经完成布置的自钻式引水管1的巷道断面环向方向上，贴合布设第一泄水管2，采用管卡14固定在围岩壁面，并通过多个连接管口3分别与自钻式引水管1通过螺纹连接，然后将变径泄压头Ⅰ15安装在巷道排水沟7上方的第一泄水管2一端；

(6)利用弯头12将第一泄水管2与第二泄水管8连接，将第二泄水管8以3～5°倾角埋设在巷道底板的底板垫层10内，底板垫层10设置在底板岩层11上，处于排水沟7内的第二泄水管8一端安装变径泄压头Ⅱ16，然后在底板垫层10上面敷设柔性防水面层13；

(7)采用带肋的钢筋交错焊接制成长为3～5m、宽为0.1～0.2m、高为0.15～0.25m的钢筋笼23作为支撑骨架，然后将地面加工好的钢筋笼23运输到巷道9内；

(8)将排水凹槽6开设在巷道排水沟7一侧的底角部位，且距排水沟7上方0.1～0.3m，然后在排水凹槽6底面铺设防水板24，并将步骤(7)制成的钢筋笼23嵌入排水凹槽6内进行支撑，完成整个施工过程。