一种露天煤矿地下水库、水库储水体及水库库容计算方法与流程

本发明属于矿业工程与水利工程交叉技术领域，特别涉及一种露天煤矿地下水库、水库储水体及水库库容计算方法。

背景技术

露天煤矿开采面临土地沙漠化、地下水流失和水质污染等环境问题，煤矿地下水库建设为矿井水洁净处理、有效储存与分质利用提供了工程技术途径。国内已建成的地下水库主要针对井工矿井进行建设，已公开的专利涉及露天煤矿地下水库建设主要是以毛石或其它多孔介质作为储水材料、充填形成多层状的储集空间，施工建设与内排土作业同步进行，空间层位特征为分布式，此类地下水库以毛石或其它多孔介质作为滤层和储水体，施工简单，建造成本低，但此类水库具有库容小和结构不稳定的缺点。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种库容大、结构稳定的露天煤矿地下水库、水库储水体及水库库容计算方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种露天煤矿地下水库储水体，所述储水体包括三层储水体，由地下水库库底向上依次交错式设置，所述储水体之间及其周围采用露天煤矿内排土填充，每层所述储水体由2-6排预制管涵交错堆叠而成，所述预制管涵之间的堆叠间隙采用碎石填充，所述预制管涵上设置多排涵孔，每排涵孔的个数为4-8个，均匀设置在所述预制管涵同一圆周上，每两排涵孔之间设置中心孔，便于所述预制管涵之间导水，位于露天煤矿四周边界的预制管涵侧壁不设置涵孔，以保证地下水库有效储水。

进一步地，所述预制管涵的内径为1.5-1.8m，外径为1.9-2.2m，壁厚0.4-0.7m，所述预制管涵的长度为40-60m，所述预制管涵上的每排涵孔的间距为1.5-2.0m，所述涵孔的孔径为16cm。

进一步地，所述预制管涵由碎石和中粗砂作为骨料与水泥配比成混凝土，再用甲级冷拔低碳钢螺旋状钢筋作加强筋预制而成。

本发明提供了一种露天煤矿地下水库，包括所述储水体，以及心墙挡水坝；所述心墙挡水坝根据露天煤矿内排土场位置，选址在采区边界，不同地下水库的心墙挡水坝朝向剥离区方向依次构筑；每个地下水库设置所述储水体，所述储水体包括三层储水体，由地下水库库底向上依次交错式设置，每层所述储水体由2-6排预制管涵交错堆叠而成，所述预制管涵之间的堆叠间隙采用碎石填充，所述预制管涵上设置多排涵孔，每排涵孔的个数为4-8个，均匀设置在所述预制管涵同一圆周上，每两排涵孔之间设置中心孔，便于所述预制管涵之间导水，位于露天煤矿四周边界的预制管涵侧壁不设置涵孔，以保证地下水库有效储水；所述储水体之间及其周围采用露天煤矿内排土填充至与所述心墙挡水坝高度相同，不同地下水库库间设有输水管网，方便不同地下水库之间调水。

进一步地，所述心墙挡水坝为混凝土重力坝或土石重力坝，分阶段浇筑和碾压而成，所述心墙挡水坝的坝顶宽度为10-15m，坝坡角度为87°，坝基hb为10-15m，坝体高度hn与露天煤矿坑深h的关系为h＝hn+10m，坝体最大宽度w与露天煤矿坑深h的关系为w＝20m+(h-10m)/tan87°。

进一步地，所述地下水库库底设置库底防渗层，所述库底防渗层采用露天煤矿表层剥离的黑粘泥碾压铺设而成。

本发明还提供了一种露天煤矿地下水库库容的计算方法，包括如下步骤：

采集露天煤矿内排土场的排土高度dm，通过公式n＝dm/2*3.8计算所述露天煤矿交错式地下水库的分布数目n；

采集露天煤矿内排土场的最小宽度wm，通过公式nc＝wm/2*1.9计算所述露天煤矿内排土场的单个地下水库的所述储水体所需的预制管涵数目nc；

将露天煤矿内排土场的地下水库库容依次记为vr1、vr2、…、vrn，采集露天煤矿内排土场不同位置的所述储水体中堆叠的预制管涵的长度lrn、然后通过如下公式计算所述露天煤矿内排土场的地下水库总库容：

vr＝vr1+vr2+…+vrn＝[π×(1.5/2)²]×(lr1+lr2+…+lrn)×nc；

其中，n和nc四舍五入取整数，n代表地下水库库号。

本发明提供的一种露天煤矿地下水库，根据露天煤矿内排土场位置，在内排土场内顺着剥离区的边界建设心墙挡水坝，且不同地下水库的心墙挡水坝朝向剥离区方向依次构筑，能够将露天煤矿内排土作业与地下水库建设施工有效结合起来。并且，本发明提供的露天煤矿地下水库，将预制管涵作为露天煤矿地下水库的储水体，储水体由多层预制管涵堆叠而成，预制管涵之间的堆叠间隙充填碎石对水质具有分级净化作用，而且交错式布置的预制管涵可保障储水体结构的稳定性，地下水库之间设置输水管具有方便各地下水库间调水的功能，从而使露天煤矿地下水库具有库容大、施工简单和结构稳定的优点，实现了露天煤矿地下水库的安全高效建造。同时，本发明提供的露天煤矿地下水库，采用预制管涵作为地下水库的储水体，通过采集露天煤矿内排土场的排土高度、内排土场的最小宽度以及内排土场不同位置的储水体中堆叠的预制管涵的长度，能够方便计算露天煤矿地下水库的分布数目和单个水库所需的储水体中预制管涵的数目，从而可最终计算露天煤矿内排土场的地下水库总库容，使得水库库容的计算较为方便而精确。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种露天煤矿地下水库储水体的剖面图；

图2为本发明实施例提供的一种露天煤矿地下水库储水体的预制管涵的平面图；

图3为本发明实施例提供的一种露天煤矿地下水库储水体的部分预制管涵堆叠的剖面图；

图4为本发明实施例提供的一种露天煤矿地下水库建设布局结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种露天煤矿地下水库的心墙挡水坝结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种露天煤矿地下水库储水体的平面图。

具体实施方式

参见图1，本发明实施例提供的本发明提供了一种露天煤矿地下水库储水体，储水体10包括三层储水体，以第一地下水库中的储水体10为例，即包括1-r1、1-r2、1-r3三层储水体，三层储水体由露天煤矿底部向上间隔一定的距离依次交错式布置，三层储水体之间以及各层储水体周围用露天煤矿内排土50填充。

参见图2和图3，每层储水体10由2-6排预制管涵20从下向上依次交错堆叠而成。为了使各预制管涵20之间堆叠的更加牢固，各预制管涵20的接触处采用粘合剂粘结在一起，例如，不同预制管涵20之间可以采用砂浆浇筑拼接在一起。每三根预制管涵20堆叠在一起形成的堆叠间隙采用砾石或毛石等碎石30填充。每根预制管涵20上设置多排涵孔21，每排涵孔21的个数为4-8个，每个涵孔21的孔径为16cm，每排涵孔21均匀设置在预制管涵20同一圆周上，作为本发明的一种具体实施方式，每根预制管涵20上的每排涵孔21的个数设置为6个，各个涵孔21以径向夹角互成60度沿预制管涵20外壁均匀布置在预制管涵20同一圆周上。每根预制管涵20上的每两排涵孔21的间距为1.5-2.0m，每两排涵孔21之间的中间位置设有中心孔22，中心孔22的孔径也设置为16cm，便于各所述预制管涵20之间导水。并且，为了保证地下水库有效储水，位于露天煤矿四周边界处的预制管涵20侧壁不设置涵孔21，以防止储水体10中的水向地下水库四周渗出。其中，预制管涵20是用碎石等粗集料和中粗砂等细集料作为骨料，然后与水泥配比加水搅拌成混凝土，再用螺旋状的甲级冷拔低碳钢钢筋作加强筋预制而成。预制管涵20的内径为1.5-1.8m，外径为1.9-2.2m，壁厚0.4-0.7m，根据用于建设地下水库的露天煤矿的内排土场的长度不同，预制管涵20的长度通常设计为40-60m。

参见图4，本发明提供了一种露天煤矿地下水库，包括的储水体10，以及心墙挡水坝40。所述心墙挡水坝40设置在露天煤矿内排土场顺从剥离区的边界位置，不同地下水库的心墙挡水坝40朝向剥离区方向依次构筑。储水体10包括三层储水体，以第一地下水库中的储水体10为例，即包括1-r1、1-r2、1-r3三层储水体，三层储水体由露天煤矿底部向上间隔一定的距离依次交错式布置，三层储水体之间以及各层储水体周围用露天煤矿内排土50填充。每层储水体由2-6排预制管涵20从下向上依次交错堆叠而成。为了使各预制管涵20之间堆叠的更牢固，各预制管涵20的接触处采用粘合剂粘结在一起。每三根预制管涵20堆叠在一起形成的堆叠间隙采用砾石或毛石等碎石30填充。每根预制管涵20上设置多排涵孔21，每排涵孔21的个数为4-8个，每个涵孔21的孔径为16cm，每排涵孔21均匀设置在预制管涵20同一圆周上。每根预制管涵20上的每两排涵孔21的间距为1.5-2.0m，每两排涵孔21之间的中间位置设有中心孔22，中心孔22的孔径也设置为16cm，便于预制管涵20之间导水。并且，为了保证地下水库有效储水，位于露天煤矿四周边界处的预制管涵20侧壁不设置涵孔21，以防止储水体10中的水向地下水库四周渗出。三层储水体10中最上面一层储水体的高度与地下水库的心墙挡水坝40的高度持平。作为本发明的一种具体实施方式，每个地下水库的储水体10，其三层储水体由坑底向上依次交错式布置，各层储水体10之间的交错高度设计为3.8m，即大约为两层预制管涵20堆叠的高度。每层储水体10之间以及各层储水体10的周围采用露天煤矿表层剥离的砂质灰土、黄土、黑粘土等内排土50由库底向地表依次填充至与心墙挡水坝40高度持平，解决了露天煤矿内排土转移作业与地下水库施工建设之间的协调问题。另外，每个地下水库的不同层储水体10之间通过输水管60联通。并且不同地下水库库间也设置相互联通的输水管形成输水管网，以方便不同地下水库之间取水与调水。

参见图5，心墙挡水坝40为混凝土重力坝或土石重力坝，分阶段浇筑和碾压而成，所述心墙堆石挡水坝40的坝顶宽度为10-15m，坝坡角度为87°，为了使心墙挡水坝更牢固稳定，每个地下水库的心墙堆石挡水坝40设置坝基，且坝基hb设计为10-15m，坝体的高度hn按与露天煤矿坑深h的关系为h＝hn+10m进行设计，坝体最大宽度w与露天煤矿坑深h的关系按公式w＝20m+(h-10m)/tan87°进行设计。

为了防止地下水库底层的地下水向地层下渗透，在地下水库库底还设置有库底防渗层70，库底防渗层70采用露天煤矿表层剥离的黑粘泥等内排土碾压铺设而成，进一步解决了露天煤矿内排土转移作业与地下水库施工建设之间的协调问题。

本发明还提供了一种露天煤矿地下水库库容的计算方法，包括如下步骤：

采集露天煤矿内排土场的排土高度dm，通过公式n＝dm/2*3.8计算所述露天煤矿交错式地下水库的分布数目n。

采集露天煤矿内排土场的最小宽度wm，通过公式nc＝wm/2*1.9计算所述露天煤矿内排土场的单个地下水库的所述储水体所需的预制管涵数目nc。

将露天煤矿内排土场的地下水库库容依次记为vr1、vr2、…、vrn，采集露天煤矿内排土场不同位置的所述储水体中堆叠的预制管涵的长度lrn、然后通过如下公式计算所述露天煤矿内排土场的地下水库总库容：

vr＝vr1+vr2+…+vrn＝[π×(1.5/2)²]×(lr1+lr2+…+lrn)×nc；

其中，n四舍五入取整数，nc四舍五入取整数，n代表地下水库库号。

参见图1和图6，现通过实例对以预制管涵作为储水体的地下水库库容的计算方法作具体说明。本露天煤矿地下水库是在编号为1的露天煤矿内排土场(后续简称为露天煤矿内排土场1)中进行设计建造，根据该露天煤矿内排土场1的面积，在该露天煤矿内排土场1中建造多个地下水库。该露天煤矿地下水库的库容确定方法，步骤如下：

步骤①：采集露天煤矿内排土场1的排土高度dm，通过如下公式计算所述露天煤矿交错式地下水库的分布数目：

n＝dm/2*3.8(n取整)

步骤②：采集露天煤矿内排土场1的最小宽度wm，然后通过如下公式计算所述露天煤矿内排土场1的单个水库所需管函数目：

nc＝wm/2*1.9(nc四舍五入取整)

步骤③：将露天煤矿内排土场1的地下水库库容依次记为v1-r1、v1-r2、…、v1-rn(1代表内排土场编号、n代表地下水库库号)，采集露天煤矿内排土场1不同位置堆叠的预制管涵的长度l1-rn、然后通过如下公式计算所述露天煤矿内排土场1内的地下水库总库容：

v1-r＝v1-r1+v1-r2+…+v1-rn＝[π×(1.5/2)²]×(l1-r1+l1-r2+…+l1-rn)×nc

本发明提供的露天煤矿地下水库库容的计算方法，通过采集露天煤矿内排土场的排土高度、内排土场的最小宽度以及内排土场不同位置的储水体中堆叠的预制管涵的长度，能够方便计算露天煤矿地下水库的分布数目和单个水库所需的储水体中预制管涵的数目，从而可最终计算露天煤矿内排土场的地下水库总库容，使得水库库容的计算较为方便而准确。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。