煤矿地下水库内部采空区之间的连通方法和泄水管道与流程

1.本发明涉及煤矿领域，尤其涉及一种煤矿地下水库内部采空区之间的连通方法和泄水管道。


背景技术：

2.煤矿生产过程中，煤层开采后会形成采空区，由于顶板冒落后采空区垮落物不密实有空隙，一段时间后采空区会有积水现象，采空区积水量大小与该采空区附近的水源补给程度有关，一般情况下采空区都有积水存在，且时间越长积水越多。老空水是矿井面临的主要水害之一，上层老空水会威胁下层煤层的开采，高位同层老空水会威胁低位同层煤层的开采。
3.而地下水库利用煤炭开采形成的采空区储水以解决水害以及水资源浪费的问题，但是由于其内部储水空间不可视，煤层原始沉积基底不平，煤层开采后形成的采空区底板高低不平，特别是相邻采空区间的护巷煤柱对采空区水体进行了隔绝等因素，严重影响地下水库内部采空区的水利流通；且受采动影响，以及冒落带岩体运动、矿震等因素作用，煤层开采后，连通采空区间的泄水钻孔塌陷堵塞，造成地下水库运行不确定性高。
4.地下水库内部采空区间的护巷煤柱对地下水库水的运移、净化效果影响较大，由于地下水库采空区积水在运移过程中底部沉淀有煤泥岩粉等碎屑类细颗粒物质，采空区间煤柱裂隙或泄水钻孔随着水流下泄，泥质物被携带进入裂隙或泄水钻孔，故裂隙经常会出现堵塞现象，使地下水库间水利连通受阻。


技术实现要素：

5.基于以上问题，本发明提出一种煤矿地下水库内部采空区之间的连通方法和泄水管道，解决了现有技术中采空区间泄水时受采动影响易塌陷堵死，采空区间煤柱布置的泄水管只贯穿煤柱，泄水管入口可能被冒落岩体堵死，导致泄水管失去泄水作用从而影响采空区水利连通的技术问题。
6.本发明提出一种煤矿地下水库内部采空区之间的连通方法，包括：
7.绘制煤矿地下水库内部煤层底板等高线，确定煤矿地下水库内部采空区的底板地势特征；
8.根据煤矿地下水库内部煤层底板等高线确定煤层底板最低位置，靠近煤柱两侧煤层底板最低位置作为安设泄水管道的位置；
9.当前工作面的回采巷道形成后，在安设泄水管道的位置施工钻孔并安设泄水管道，泄水管道包括第一花管、连通管和第二花管；
10.将第一花管放入钻孔中，将连通管的一端与第一花管连接后，使第一花管进入与当前采空区相邻的采空区内，使连通管位于工作面与采空区之间的煤柱处；
11.当前工作面未回采至距钻孔预设距离处时，使连通管的另一端连接闸阀，当工作面回采至距钻孔预设距离处后，采用第二花管替换闸阀并使第二花管位于当前采空区。
12.此外，根据煤矿地下水库内部采空区的底板地势特征确定高位采空区和低位采空区，在高位采空区和低位采空区的不同位置设置泄水管道的两端，使泄水管道的倾角大于预设角度。
13.此外，连通管的另一端焊接有法兰盘，闸阀为法兰堵盘。
14.此外，第一花管的外径小于钻孔的内径，第二花管与连通管连接的一端设置有法兰盘。
15.此外，连通管和第二花管的内部均设置有支撑架。
16.本发明还提出一种泄水管道，包括：
17.第一花管、连通管、第二花管和支撑架；
18.第一花管的外径小于钻孔的内径，连通管和第二花管的内部均设置有支撑架；
19.当前工作面的回采巷道形成后，在安设泄水管道的位置施工钻孔并安设泄水管道，将第一花管放入钻孔中，将连通管的一端与第一花管连接后，使第一花管进入与当前采空区相邻的采空区内，使连通管位于工作面与采空区之间的煤柱处；
20.当前工作面未回采至距钻孔预设距离处时，使连通管的另一端连接闸阀，当工作面回采至距钻孔预设距离处后，采用第二花管替换闸阀并使第二花管位于当前采空区。
21.此外，连通管的一端焊接有法兰盘。
22.此外，连通管的内壁上粘附聚四氟乙烯塑料。
23.此外，第二花管与连通管连接的一端设置有法兰盘。
24.此外，支撑架为选取6根1m长钢筋，10根0.1m长钢筋焊接成截面宽度小于φ108mm无缝连通管的钢架。
25.本发明提供的煤矿地下水库内部采空区之间的连通方法，解决了现有技术中采空区间泄水时受采动影响易塌陷堵死，采空区间煤柱布置的泄水管只贯穿煤柱，泄水管入口可能被冒落岩体堵死，导致泄水管失去泄水作用从而影响采空区水利连通的技术问题。采用本发明提供的煤矿地下水库内部采空区之间的连通方法，能够确保高位采空区积水流至相邻低位采空区；有效解决采空区局部低洼区积水无法有效排放的问题，为同层低位工作面及下煤层工作面安全开采解除水害隐患。
附图说明
26.图1为本发明一个实施例提供的煤矿地下水库内部采空区之间的连通方法的流程图；
27.图2为本发明一个实施例提供的泄水管道中第一花管的示意图；
28.图3为本发明一个实施例提供的泄水管道中连通管的示意图；
29.图4为本发明一个实施例提供的泄水管道中第二花管的示意图；
30.图5为本发明一个实施例提供的泄水管道中支撑架的示意图；
31.图6为本发明一个实施例提供的泄水管道的示意图；
32.图7为本发明一个实施例提供的泄水管道安装在钻孔内的示意图。
具体实施方式
33.以下结合具体实施方案和附图对本发明进行进一步的详细描述。其只意在详细阐
述本发明的具体实施方案，并不对本发明产生任何限制，本发明的保护范围以权利要求书为准。
34.参照图1，本发明提出一种煤矿地下水库内部采空区之间的连通方法，包括：
35.步骤s001，绘制煤矿地下水库内部煤层底板等高线，确定煤矿地下水库内部采空区的底板地势特征；
36.步骤s002，根据煤矿地下水库内部煤层底板等高线确定煤层底板最低位置，靠近煤柱两侧煤层底板最低位置作为安设泄水管道的位置；
37.步骤s003，当前工作面的回采巷道形成后，在安设泄水管道的位置施工钻孔并安设泄水管道，泄水管道包括第一花管、连通管和第二花管；
38.步骤s004，将第一花管放入钻孔中，将连通管的一端与第一花管连接后，使第一花管进入与当前采空区相邻的采空区内，使连通管位于工作面与采空区之间的煤柱处；
39.步骤s005，当前工作面未回采至距钻孔预设距离处时，使连通管的另一端连接闸阀，当工作面回采至距钻孔预设距离处后，采用第二花管替换闸阀并使第二花管位于当前采空区。
40.现有技术中，煤矿地下水库内部采空区间主要依靠探放水孔和煤柱塌陷裂缝实现水利连通，将低洼地带的积水自然泄入相邻低位采空区，这种泄水的缺点是：(1)探放水钻孔受采动影响易塌陷堵死，不便采空区间水利连通；(2)煤柱受力不均匀，局部产生的裂隙不能贯彻整个煤柱宽度，导致相邻采空区水利连通不畅；(3)采空区间煤柱布置的泄水管只贯穿煤柱，泄水管入口可能被冒落岩体堵死，导致泄水管失去泄水作用，影响采空区水利连通。
41.因煤矿地下水库服务周期长，水循环利用频率高，采用传统泄水钻孔连通方式，受采动破坏影响，长时间会影响过水效果。为此，要实现地下水库各个采空区水体相互连通，必须建设采空区间泄水管道，本发明综合考虑地下水库地质条件、水质情况、护巷煤柱破坏情况、采空区水运移条件和煤层开采顶板冒落带岩体的沉积特征等，确定一种煤矿地下水库内部采空区之间的连通方法，实现地下水库内部采空区间水的稳定运移。
42.在步骤s001中，绘制煤矿地下水库内部煤层底板等高线，确定地下水库内部采空区的底板地势特征；例如：按照1m的煤层底板等高线间距绘制煤矿地下水库内部煤层底板等高线，确定地下水库内部采空区底板地势特征。可选地，绘制煤矿地下水库内部小比例尺煤层底板等高线。
43.在步骤s002中，根据煤矿地下水库内部煤层底板等高线确定煤层底板最低位置，靠近煤柱两侧煤层底板最低位置作为安设泄水管道的位置；例如：通过对底板等高线分析，发现煤矿地下水库内靠近煤柱两侧存在2m高变坡段底板最低位置，选取这一最低位置作为铺设泄水管道的位置。
44.在步骤s003中，当前工作面的回采巷道形成后，在安设泄水管道的位置施工钻孔并安设泄水管道，泄水管道包括第一花管、连通管和第二花管；例如在回采巷道形成后，在泄水管道的安设位置施工钻孔，钻孔孔径例如不能低于153mm才能实现泄水作用。第一花管、连通管和第二花管如图2、3和4所示。
45.在步骤s004中，将第一花管放入钻孔中，将连通管的一端与第一花管连接后，使第一花管进入与当前采空区相邻的采空区内，使连通管位于工作面与采空区之间的煤柱处；
为了安装和设置方便，将第一花管、连通管分步骤安装。可选地，使第一花管的外径小于钻孔，将第一花管先放入到与当前采空区相邻的采空区内，该采空区已经采空且一段时间后形成积水。
46.在步骤s005中，当前工作面未回采至距钻孔预设距离处时，使连通管的另一端连接闸阀，当工作面回采至距钻孔预设距离处后，采用第二花管替换闸阀并使第二花管位于当前采空区。当前工作面未回采至距钻孔预设距离处时，预设距离例如为5m处，此时先采用闸阀控制相邻采空区是否向外排水以及排水量，同时也防止有害气体以及积水涌出；当工作面回采至距钻孔预设距离处后，采用第二花管替换闸阀并使第二花管位于当前采空区，当前采空区作业完成后，则将闸阀替换掉并回收，采用第二花管替换闸阀并使第二花管位于当前采空区，增大地下水库相邻采空区水利连通路径，确保工作面回采后泄水管道畅通，使其在无人情况下一直稳定工作。
47.本发明提供的煤矿地下水库内部采空区之间的连通方法，解决了现有技术中采空区间泄水时受采动影响易塌陷堵死，采空区间煤柱布置的泄水管只贯穿煤柱，泄水管入口可能被冒落岩体堵死，导致泄水管失去泄水作用从而影响采空区水利连通的技术问题。采用本发明提供的煤矿地下水库内部采空区之间的连通方法，能够确保高位采空区积水流至相邻低位采空区；有效解决采空区局部低洼区积水无法有效排放的问题，为同层低位工作面及下煤层工作面安全开采解除水害隐患。
48.在其中的一个实施例中，根据煤矿地下水库内部采空区的底板地势特征确定高位采空区和低位采空区，在高位采空区和低位采空区的不同位置设置泄水管道的两端，使泄水管道的倾角大于预设角度。
49.例如：泄水管道的一端设置在高位采空区靠近煤柱区域底板以上0.6m位置，另一端设置在相邻低位采空区底板以上0.5m位置，使得相邻采空区之间的泄水管道的倾角大于预设角度，例如3
°
，从而避免淤泥堵塞钻孔，使泄水管道通过注浆层紧固在钻孔内。
50.本实施例确保了高位采空区积水能够流至相邻低位采空区，可有效解决采空区局部低洼区积水无法有效排放的问题，为同层低位工作面及下煤层工作面安全开采解除水害隐患，在实际应用中产生了经济效益和安全效益。
51.参照图3，在其中的一个实施例中，连通管的另一端焊接有法兰盘，闸阀为法兰堵盘。
52.通过法兰盘能够控制水的排放，为了连接法兰堵盘，使连通管的另一端焊接有法兰盘，在当前工作面未回采至距钻孔预设距离处时，使连通管的另一端连接法兰堵盘，从而实现控制水的排放的作用。
53.在其中的一个实施例中，第一花管的外径小于钻孔的内径，第二花管与连通管连接的一端设置有法兰盘。为了能够进入到钻孔内，所以使第一花管的外径略小于钻孔的内径。第二花管与连通管连接的一端设置有法兰盘，以方便与连通管连接。
54.参照图5，在其中的一个实施例中，连通管和第二花管的内部均设置有支撑架。现有技术中，采空区间煤柱布置的泄水管只贯穿煤柱，泄水管入口可能被冒落岩体堵死，导致泄水管失去泄水作用，影响采空区水利连通。本实施例子中，首先泄水管道增长，而且连通管和第二花管在支撑架的作用下，即便被冒落岩体堵死，那么水流也能够在支撑架的缝隙中流过，不会堵死，有效地减少了进入采空区的花管被冒落岩体压实不透水的问题，确保了
高位采空区积水能够流至相邻低位采空区。
55.可选地，第一花管内部也设置有支撑架。支撑架起到强力的支撑和产生多个水流流通支路的作用。
56.本发明克服了现有地下水库内部采空区水利连通不畅的缺陷，通过小比例尺绘制实测煤层底板等高线图，分析确定采空区低洼区域，作为安设连通装置的目标体，使得低洼区域采空区积水通过连通装置与同层相邻采空区连通，有效进行水利交换。
57.参照图6和7，本发明还提出一种泄水管道，包括：
58.第一花管1、连通管2、第二花管3和支撑架4；
59.第一花管1的外径小于钻孔的内径，连通管2和第二花管3的内部均设置有支撑架4；
60.当前工作面的回采巷道形成后，在安设泄水管道的位置施工钻孔并安设泄水管道，将第一花管1放入钻孔中，将连通管2的一端与第一花管1连接后，使第一花管1进入与当前采空区相邻的采空区内，使连通管2位于两个采空区之间的煤柱处；
61.当前工作面未回采至距钻孔预设距离处时，使连通管2的另一端连接闸阀，当工作面回采至距钻孔预设距离处后，采用第二花管3替换闸阀并使第二花管3位于当前采空区。
62.可选地，连通管2为无缝钢管，无缝钢管的尺寸与钻孔的孔径相匹配。
63.可选地，第一花管和第二花管为不锈钢材质，可选地，壁厚选取5mm。
64.可选地，支撑架4焊接在连通管2和第二花管3的内部。支撑架4增大连通管2和第二花管3抵抗外部压力强度。
65.可选地，连通管2和第二花管3采用丝扣接头连接，连接处设置在煤柱内0.5m位置，进入煤矿采空区长度为0.5-1m。
66.可选地，第二花管3的管径为108mm,长度为1.5m。
67.可选地，第一花管1的管径为108mm,长度为1.5m。
68.可选地，第一花管和第二花管的制作过程为：选取φ108mm无缝钢管(内壁上粘附聚四氟乙烯塑料)1.5m，在其表面按照2:1的比例气焊掏眼，孔眼半径选取10mm，作为第二花管的无缝钢管的一端连接丝扣，方便与连通管2对接。第二花管的一端焊接dn100的法兰盘。
69.连通管的一端也焊接dn100的法兰盘，并为其配备一块钢制的法兰堵盘。
70.支撑架4的制作过程：选取6根1m长钢筋，10根0.1m长钢筋焊接成截面宽度小于φ108mm无缝钢管的近似圆形的钢架。
71.现有技术中，采空区间煤柱布置的泄水管只贯穿煤柱，泄水管入口可能被冒落岩体堵死，导致泄水管失去泄水作用，影响采空区水利连通。本实施例子中，首先泄水管道增长，而且连通管和第二花管在支撑架的作用下，即便被冒落岩体堵死，那么水流也能够在支撑架的缝隙中流过，不会堵死，有效地减少了进入采空区的花管被冒落岩体压实不透水的问题，确保了高位采空区积水能够流至相邻低位采空区。
72.本发明解决了现有技术中采空区间泄水时受采动影响易塌陷堵死，采空区间煤柱布置的泄水管只贯穿煤柱，泄水管入口可能被冒落岩体堵死，导致泄水管失去泄水作用从而影响采空区水利连通的技术问题。采用本发明提供的煤矿地下水库内部采空区之间的连通方法，能够确保高位采空区积水流至相邻低位采空区；有效解决采空区局部低洼区积水无法有效排放的问题，为同层低位工作面及下煤层工作面安全开采解除水害隐患。
73.在其中的一个实施例中，连通管2的一端焊接有法兰盘。
74.在其中的一个实施例中，连通管2的内壁上粘附聚四氟乙烯塑料。
75.连通管的内壁上粘附聚四氟乙烯塑料，四氟乙烯塑料具有耐腐蚀性，增加连通管的使用寿命，可选地，连通管为无缝钢管。可选地，无缝钢管的管径为108mm,管长度为1.5m。
76.在其中的一个实施例中，第二花管3与连通管3连接的一端设置有法兰盘。
77.在其中的一个实施例中，支撑架4为选取6根1m长钢筋，10根0.1m长钢筋焊接成截面宽度小于φ108mm无缝连通管的钢架。采用钢结构能够起到支撑作用。
78.本发明增大了泄水管道的受水面积，有效解决了管道出入口易堵塞的问题；在支撑杆的作用下，有效的减少了进入采空区的花管被冒落岩体压实不透水的问题，确保了高位采空区积水能够流至相邻低位采空区；有效解决采空区局部低洼区积水无法有效排放的问题，为同层低位工作面及下煤层工作面安全开采解除水害隐患，实际应用中产生的经济效益和安全效益。
79.以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。