一种矿井封堵结构的制作方法

本实用新型涉及矿井的封堵技术领域，特别是一种矿井封堵结构。

背景技术：

目前，不再使用的废弃矿井都需进行封堵，矿井封堵后，原影响范围内的地下水位会有一定程度的恢复，地下水排泄途径亦会发生改变。受区内地形控制，地下水位抬升后将以下降泉的形式排泄于矿井上部的斜坡或陡崖上，或向局部侵蚀基准面排泄。矿井在封堵初期，水位抬升至碳酸盐岩含水层之前，排泄出地表的地下水水质仍会有不同程度的超标，存在一定程度的环境影响问题，现在普遍采用的混凝土封堵的方法对涌水的封堵效果不理想，封堵后的矿井仍存在较大的环境隐患。

技术实现要素：

为了克服背景技术矿井封堵的不足，本实用新型提供一种矿井封堵结构。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种矿井的封堵结构，包括矿井和设于矿井内的混凝土封堵段，还包括设于矿井内的黏土填筑段和导水管，所述黏土填筑段设置于混凝土封堵段前，黏土填筑段填筑有黏土，所述黏土填筑段两端设有用于封闭的砖砌体；在所述黏土填筑段，经凿毛处理的矿井内壁上设有间隔刻槽，所述导水管贯通黏土填筑段和混凝土封堵段，所述导水管上设有闸阀。

进一步，所述混凝土封堵段的矿井内壁经凿毛处理，可确保填筑的黏土和混凝土与洞壁完全结合，防止涌水渗流。

进一步，黏土填筑段和混凝土封堵段的矿井地面设有混凝土垫层，便于工作面地面的积水清理、保证封堵施工效果。

进一步，所述导水管为ppr管，其管径大于75mm，满足作业面施工过程的排水要求，保持中黏土填筑段和混凝土封堵段施工的稳固性，使得作业面不产生积水。

进一步，所述砖砌体的抗压强度不小于m10、厚度不小于0.24m，保持黏土填筑段黏土填筑密实和稳固，砖砌体与洞壁四周紧贴，防止渗流。

进一步，所述的导水管设置位置高出矿井内淤积土，导水管不易堵塞并能快速排水，保持中黏土填筑段和混凝土封堵段施工的稳固性。

进一步，所述的黏土填筑段内黏土的压实系数不小于0.85，保证黏土发挥很好的阻水效果。

具体过程，本实用新型采用洞壁凿毛及刻槽、砖砌体、临时导水、黏土填筑和混凝土封堵井口的施工并形成的矿井封堵结构对矿井进行封堵，包括以下步骤：

1）井口段清理：对矿井口段淤积土进行清理，同时复核井口段地质情况；

2）洞壁凿毛及刻槽：对矿井内洞壁风化层进行凿毛，凿毛至新鲜岩层面；在矿井内设定黏土填筑段的位置和长度，并在设定的黏土填筑段洞壁四周进行间隔刻槽；可确保填筑的黏土与洞壁完全结合，防止涌水渗流；

3）混凝土垫层：在矿井的洞底部作业面铺设混凝土垫层；

4）砖砌体砌筑：在黏土填筑段远离井口的内侧端设置砖砌体，并确保砖砌体与矿井洞壁四周紧贴；确保黏土填筑密实，保持砖砌体与洞壁四周贴合；防止涌水渗流；

5）临时导水：砖砌体施工同时设置导水管对矿井内涌水进行疏导，所述导水管位置高于矿井内淤积土，并在导水管上设置闸阀；用于防止施工面积水、保证施工质量，砖砌体和黏土填筑施工时设置导水管对矿井洞内涌水进行疏导；

6）黏土填筑：在矿井内已完成步骤3）洞壁凿毛及刻槽的黏土填筑段填筑黏土；

7）混凝土封堵井口：黏土填筑完成后，黏土填筑段的外侧端再通过砌筑砖砌体进行封闭；关闭导水管上的闸阀，然后将闸阀外侧的导水管用黏土密实填充隔水，之后截断导水管的矿井洞外部分；在矿井洞口关模浇筑c30抗腐蚀混凝土进行封堵形成混凝土浇筑封堵段，将导水管及闸阀一并浇筑在矿井内，完成对井口的封堵。

进一步，所述步骤2）中设定黏土填筑段的长度值应满足以下式要求：

l1≥p*ks*k/（a*γ*q）

其中式中，l1：黏土填筑段长度（m），p：涌水井口附近水压（kpa），a：涌水井口断面面积（㎡），ks：粘土渗透系数（cm/s），γ：粘土重度（t/m³），q：涌水井口涌水量（m³/d），k：安全系数。

进一步，所述步骤7）混凝土封堵井口，混凝土封堵段长度应满足以下式要求：

l≥p*a*k/（c*frb）

其中式中，l：涌水井口混凝土封堵段长度（m），p：涌水井口附近水压（kpa），a：涌水井口断面面积（㎡），k：安全系数，c：涌水井口断面周长（m），frb：硐壁与混凝土黏结强度特征值（kpa）。

进一步，所述步骤4）中砌筑的砖砌体抗压强度不小于m10、厚度不小于0.24m。

进一步，所述步骤6）黏土填筑前，将黏土加水后需充分拌和，采用黏土分层人工填筑，分层厚度不大于20cm，填筑时黏土压实，压实系数不小于0.85。

本实用新型的有益效果是：在现有的单一混凝土封堵结构的基础上进行了创新，在混凝土封堵段前设置黏土填筑段，并在设定的黏土填筑段内壁进行间隔刻槽，可确保填筑的黏土与洞壁完全结合，防止涌水渗流。

为确保黏土填筑密实，在黏土填筑段两侧端设置砖砌体，砖砌体与洞壁四周紧贴，防止渗流。黏土填筑段的深度依据粘土的渗透系数、井口断面面积涌水水压、矿井口断面面积参数确定，形成可靠的矿井封堵结构，实现了优秀的矿井涌水封堵效果。

为防止施工面积水、保证施工质量，砖砌体和黏土填筑施工前，设置导水管对矿井洞内涌水进行疏导，导水管上设置闸阀实现封堵后的关断效果。

黏土填筑采用黏土分层人工填筑，分层厚度不大于20cm，填筑时黏土压实，压实系数不少于0.85。确保黏土的阻水效果。

矿井内壁经过凿毛处理。可确保填筑的黏土和混凝土与洞壁完全紧密结合，防止涌水渗流。

本实用新型的技术方案安全、可靠、高效、快速，符合国家相关技术规范，大大提高了对矿井涌水的封堵的密闭性、牢固性和可靠性，消除了废弃矿井涌水的环境污染风险。

附图说明

图1是实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的实施例2示意图；

图3是本实用新型的实施例3示意图。

图中零部件及编号：

1-矿井；2-混凝土封堵段；21-间隔刻槽；3-黏土填筑段；4-导水管；41-闸阀；5-砖砌体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明，但不是对本实用新型的限制，任何基于本实用新型的变换或推理的技术方案，均属于本实用新型的保护范围。

一种矿井的封堵结构，包括矿井1和设于矿井1内的混凝土封堵段2，还包括设于矿井1内的黏土填筑段3和导水管4，所述黏土填筑段3设置于混凝土封堵段2前，黏土填筑段3填筑有黏土，所述黏土填筑段3两端设有用于封闭的砖砌体5；在所述黏土填筑段3，经凿毛处理的矿井1内壁上设有间隔刻槽21，所述导水管4贯通黏土填筑段3和混凝土封堵段2，所述导水管4上设有闸阀41。

所述黏土填筑段3和混凝土封堵段2的矿井1内壁经凿毛处理，可确保填筑的黏土和混凝土与洞壁完全结合，防止涌水渗流。

在黏土填筑段3和混凝土封堵段2内的矿井1内地面设有混凝土垫层，便于工作面地面的积水清理、保证封堵施工效果。

所述导水管4为ppr管，其管径大于75mm，满足作业面施工过程的排水要求，保持中黏土填筑段3和混凝土封堵段2施工的稳固性，使得作业面不产生积水。

所述砖砌体5的抗压强度不小于m10、厚度不小于0.24m，保持黏土填筑段3黏土填筑密实和稳固，砖砌体与洞壁四周紧贴，防止渗流。

所述的导水管4设置位置高出矿井1内淤积土，导水管4不易堵塞并能快速排水，保持中黏土填筑段3和混凝土封堵段2施工的稳固性。

所述的黏土填筑段3内黏土的压实系数不小于0.85，保证黏土发挥很好的阻水效果。

实施例1

如图1所示，四川旺苍县双汇镇永庆煤矿3#井的矿井封堵结构，采用洞壁凿毛及刻槽、砖砌体、临时导水、黏土填筑、混凝土封堵井口工艺形成的矿井封堵结构，对矿井1的涌水进行封堵，具体实施包括以下施工步骤：

1）井口段清理：对矿井1口段淤积土进行清理，同时复核矿井1井口段地质情况；

2）洞壁凿毛及刻槽：对矿井1内洞壁风化层进行凿毛，凿毛至新鲜岩层面；在矿井内设定黏土填筑段3的位置和长度，并在设定的黏土填筑段3洞壁四周设置间隔刻槽21，并在设定的黏土填筑层3洞壁四周进行间隔刻槽21施工，可确保填筑的黏土与洞壁完全结合，防止涌水渗流；

设定黏土填筑段3的长度值应满足以下式要求：l1≥p*ks*k/（a*γ*q）

其中式中，l1：黏土填筑段长度（m），p：涌水井口附近水压（kpa），a：涌水井口断面面积（㎡），ks：粘土渗透系数（cm/s），γ：粘土重度（t/m³），q：涌水井口涌水量（m³/d），k：安全系数；

3#井井口附近水压取1000kpa，涌水井口断面面积为2*2=4m²，粘土渗透系数取5*10^-5cm/s，粘土重度取1.64t/m³，井口涌水量取450m³/d，安全系数取2。带入上式计算，得出3#井黏土填筑段3的长度l1=2.94m。即黏土填筑段3的长度不小于2.94m；

3）混凝土垫层：对矿井1的洞底段凿毛后铺设混凝土垫层；便于施工面积水和淤泥的清理；

4）砖砌体砌筑：在黏土填筑段3远离矿井1井口内侧端设置砖砌体5，并确保砖砌体5与矿井1洞壁四周紧贴；确保黏土填筑的密实，防止涌水渗流；

5）临时导水：砖砌体5施工时同时设置导水管4对矿井1内涌水进行疏导，所述导水管4位置高出矿井1内淤积土，并在导水管4上设置闸阀41；导水管4贯通黏土填筑段3和混凝土封堵段2，用于防止施工面积水、保证施工质量，导水管4的管径大于75mm,可采用ppr管，导水管4接口位置高出洞内淤积土；

6）黏土填筑：在矿井内已完成步骤3）洞壁凿毛及刻槽的黏土填筑段3内填筑黏土；

7）混凝土封堵井口：黏土填筑完成后，黏土填筑段3的外侧端再通过砌筑砖砌体5进行封闭；关闭导水管4上的闸阀41，然后将闸阀41外侧的导水管4用黏土密实填充隔水，之后截断导水管4的矿井洞外部分；在矿井1洞口关模浇筑c30抗腐蚀混凝土进行封堵形成混凝土封堵段2，将导水管4及闸阀41一并浇筑在矿井1内，完成封堵。

混凝土封堵段2长度应满足以下式要求：l≥p*a*k/（c*frb）

其中式中，l：涌水井口混凝土封堵段长度（m），p：涌水井口附近水压（kpa），a：涌水井口断面面积（㎡），k：安全系数，c：涌水井口断面周长（m），frb：硐壁与混凝土黏结强度特征值（kpa）。

3#井井口附近水压取1000kpa，涌水井口断面面积为2*2=4m²，涌水井口断面周长为2*4=8m，考虑洞口为强风化基岩，硐壁与混凝土粘结强度特征值取180kpa，安全系数取2，带入上式计算，得出3#井混凝土封堵段2长度l=5.6m。即混凝土封堵段2的长度不低于5.6m。

所述步骤4）中砌筑的砖砌体5抗压强度不小于m10、厚度不小于0.24m。

所述步骤6）黏土填筑前，将黏土加水后需充分拌和，采用黏土分层人工填筑，分层厚度不大于20cm，填筑时黏土压实，压实系数不小于0.85，确保黏土填筑段3的阻水效果。

所述的导水管4设置位置高出矿井1内淤积土，所述导水管4可采用ppr管，其管径大于75mm。

实施例2

如图2所示，四川旺苍县双汇镇永庆煤矿4#井的矿井封堵结构，采用洞壁凿毛及刻槽、砖砌体、临时导水、黏土填筑、混凝土封堵井口工艺形成的矿井1封堵结构，对矿井1的涌水进行封堵，具体实施包括以下施工步骤：

1）井口段清理：对矿井1口段淤积土进行清理，同时复核矿井1井口段地质情况；

2）洞壁凿毛及刻槽：对矿井1内洞壁风化层进行凿毛，凿毛至新鲜岩层面；在矿井1内设定黏土填筑段3的位置和长度，并在设定的黏土填筑段3洞壁四周设置间隔刻槽21，并在设定的黏土填筑段3洞壁四周进行间隔刻槽21施工；可确保填筑的黏土与洞壁完全结合，防止涌水渗流；

设定黏土填筑段3的长度值应满足以下式要求：l1≥p*ks*k/（a*γ*q）

其中式中，l1：黏土填筑段长度（m），p：涌水井口附近水压（kpa），a：涌水井口断面面积（㎡），ks：粘土渗透系数（cm/s），γ：粘土重度（t/m³），q：涌水井口涌水量（m³/d），k：安全系数；

4#井井口附近水压取1000kpa，涌水井口断面面积为1.8*2=3.6m²，粘土渗透系数取5*10^-5cm/s，粘土重度取1.64t/m³，井口涌水量取520m³/d，安全系数取2，带入上式计算，得出4#井黏土填筑段3长度l1=3.06m；

3）混凝土垫层：对矿井1的洞底段凿毛后铺设混凝土垫层；便于施工面积水和淤泥的清理；

4）砖砌体砌筑：在黏土填筑段3远离矿井1井口内侧端设置砖砌体5，并确保砖砌体5与矿井1洞壁四周紧贴；确保黏土填筑的密实，防止涌水渗流；

5）临时导水：砖砌体5施工时同时设置导水管4对矿井1内涌水进行疏导，所述导水管4位置高出矿井1内淤积土，并在导水管4上设置闸阀41；导水管4贯通黏土填筑段3和混凝土封堵段2，用于防止施工面积水、保证施工质量，导水管4的管径大于75mm，导水管4接口位置高出洞内淤积土；

6）黏土填筑：在矿井内已完成步骤3）洞壁凿毛及刻槽的黏土填筑段3内填筑黏土；

7）混凝土封堵井口：黏土填筑完成后，黏土填筑段3的外侧端再通过砌筑砖砌体5进行封闭；关闭导水管4上的闸阀41，然后将闸阀41外侧的导水管4用黏土密实填充隔水，之后截断导水管4的矿井洞外部分；在矿井1洞口关模浇筑c30抗腐蚀混凝土进行封堵形成混凝土封堵段2，将导水管4及闸阀41一并浇筑在矿井1内，完成封堵。

混凝土封堵段2长度应满足以下式要求：l≥p*a*k/（c*frb）

其中式中，l：涌水井口混凝土封堵段长度（m），p：涌水井口附近水压（kpa），a：涌水井口断面面积（㎡），k：安全系数，c：涌水井口断面周长（m），frb：硐壁与混凝土黏结强度特征值（kpa）。

4#井的井口附近水压取1000kpa，涌水井口断面面积为1.8*2=3.6m²，涌水井口断面周长为（1.8+2）*2=7.6m，考虑洞口为强风化基岩，硐壁与混凝土粘结强度特征值取180kpa，安全系数取2，带入上式计算，得出4#井混凝土封堵段2的长度l=5.3m。

所述步骤4）中砌筑的砖砌体5抗压强度不小于m10、厚度不小于0.24m。

所述步骤6）黏土填筑前，将黏土加水后需充分拌和，采用黏土分层人工填筑，分层厚度不大于20cm，填筑时黏土压实，压实系数不小于0.85，确保黏土填筑段3的阻水效果。

实施例3

如图3所示，四川旺苍县双汇镇永庆煤矿5#井的矿井封堵结构，采用洞壁凿毛及刻槽、砖砌体、临时导水、黏土填筑、混凝土封堵井口工艺形成的矿井封堵结构，对矿井1的涌水进行封堵，具体实施包括以下施工步骤：

1）井口段清理：对矿井1口段淤积土进行清理，同时复核矿井1井口段地质情况；

2）洞壁凿毛及刻槽：对矿井1内洞壁风化层进行凿毛，凿毛至新鲜岩层面；在矿井内设定黏土填筑段3的位置和长度，并在设定的黏土填筑段3洞壁四周设置间隔刻槽21，并在设定的黏土填筑层3洞壁四周进行间隔刻槽21施工；可确保填筑的黏土与洞壁完全结合，防止涌水渗流；

设定黏土填筑段3的长度值应满足以下式要求：l1≥p*ks*k/（a*γ*q）

其中式中，l1：黏土填筑段3长度（m），p：涌水井口附近水压（kpa），a：涌水井口断面面积（㎡），ks：粘土渗透系数（cm/s），γ：粘土重度（t/m³），q：涌水井口涌水量（m³/d），k：安全系数；

5#井井口附近水压取1000kpa，涌水井口断面面积为1.8*1.6=2.88m²，粘土渗透系数取5*10^-5cm/s，粘土重度取1.64t/m³，井口涌水量取600m³/d，安全系数取2，带入上式计算，得出5#井黏土填筑段3的长度l1=2.83m；

3）混凝土垫层：对矿井1的洞底段凿毛后铺设混凝土垫层；便于施工面积水和淤泥的清理；

4）砖砌体砌筑：在黏土填筑段3远离矿井1井口内侧端设置砖砌体5，并确保砖砌体5与矿井1洞壁四周紧贴；确保黏土填筑的密实，防止涌水渗流；

5）临时导水：砖砌体5施工时同时设置导水管4对矿井1内涌水进行疏导，所述导水管4位置高出矿井1内淤积土，并在导水管4上设置闸阀41；导水管4贯通黏土填筑段3和混凝土封堵段2，用于防止施工面积水、保证施工质量，导水管4的管径大于75mm,可采用ppr管，导水管4接口位置高出洞内淤积土；

6）黏土填筑：在矿井内已完成步骤3）洞壁凿毛及刻槽的黏土填筑段3内填筑黏土；

7）混凝土封堵井口：黏土填筑完成后，黏土填筑段3的外侧端再通过砌筑砖砌体5进行封闭；关闭导水管4上的闸阀41，然后将闸阀41外侧的导水管4用黏土密实填充隔水，之后截断导水管4的矿井洞外部分；在矿井1洞口关模浇筑c30抗腐蚀混凝土进行封堵形成混凝土封堵段2，将导水管4及闸阀41一并浇筑在矿井1内，完成封堵。

混凝土封堵段2长度应满足以下式要求：l≥p*a*k/（c*frb）

其中式中，l：涌水井口混凝土封堵段长度（m），p：涌水井口附近水压（kpa），a：涌水井口断面面积（㎡），k：安全系数，c：涌水井口断面周长（m），frb：硐壁与混凝土黏结强度特征值（kpa）。

5#井井口附近水压取1000kpa，涌水井口断面面积为1.8*1.6=2.88m²，涌水井口断面周长为（1.8+1.6）*2=6.8m，考虑洞口为强风化基岩，硐壁与混凝土粘结强度特征值取180kpa，安全系数取2，带入上式计算，得出5#井混凝土封堵段2的长度l=4.7m。

所述步骤4）中砌筑的砖砌体5抗压强度不小于m10、厚度不小于0.24m。

所述步骤6）黏土填筑前，将黏土加水后需充分拌和，采用黏土分层人工填筑，分层厚度不大于20cm，填筑时黏土压实，压实系数不小于0.85，确保黏土填筑段3的阻水效果。

以上的三个实施例的矿井实施上述封堵后，已经过长时间的实际观测，都到达了很好的封堵效果。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。