[发明专利]一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法

说明书

技术领域

本发明属于矿井沟道溃水技术领域，具体涉及一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法。

背景技术

随着我国煤炭资源开发战略西移，近些年，西部煤炭资源大规模开采中遇到的矿井水害问题日益突出。其中，在煤层埋藏较浅、地表沟道及其支沟发育的区域，煤层开采后上覆岩层中产生的垮落带和裂缝带会直达地表，在地表形成比较宽的裂缝，一旦遇到暴雨，就可能引发沟道洪水溃入井下而造成水害事故，因此在煤炭生产中需要研究过沟开采水害防治方法。目前，对过沟开采沟道洪水溃入井下的防治方法有多种，第一种方法为留设沟道防水煤柱而直接丢弃沟道下方煤炭资源；第二种方法为填埋沟道裂缝防止洪水溃入井下。第一种方法给采煤工作面布置造成较大困难，且会造成煤炭资源的浪费。第二种方法是在沟道产生裂缝后简单填埋裂缝，不能保证裂缝填埋质量不高而在洪水作用下开裂溃水，也不能预防过沟开采过程中产生的未及时填埋裂缝的溃水，使矿井安全难于保障。鉴于以上缺陷，本发明提出一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害的防治方法，以克服上述技术问题，对浅埋煤层过沟开采水害防治工作具有实际指导意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法，方法步骤简单，可提供浅埋煤层工作面回采前、回采时、回采结束后三个不同时期地表沟道洪水防治方法，既可减少煤炭资源开采过程中的不必要浪费，又能有效预防矿井水害，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种浅埋煤层矿井沟道洪水溃水水害防治方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、确定浅埋煤层工作面地表待修筑挡水围堰上游沟道流域面积F：首先，实地勘探浅埋煤层工作面地表影响区域，确定待修筑挡水围堰位置；然后，采用卫星地面遥感影像或地表高程数据确定地表分水岭分布特征，确定浅埋煤层工作面地表待修筑挡水围堰上游的汇水范围并获取待修筑挡水围堰上游的沟道流域面积F；

步骤二、根据公式计算重现期为N年的待修筑挡水围堰上游洪水流量Q_N，其中，δ为步骤一中地表开采区域综合参数，α为重现期N的指数，β为流域面积F的指数，为待修筑挡水围堰上游沟道流域形状系数且γ为待修筑挡水围堰上游沟道流域形状系数的指数，l为实地探测的待修筑挡水围堰上游沟道流域主沟道长度，H_xN为对应地表开采区域重现期N年x小时的降雨量，η为降雨量H的指数；

步骤三、获取矿井地表沟道常态洪水流量Q'：根据步骤二中重现期为N年的待修筑挡水围堰洪水流量Q_N估算矿井沟道常态洪水流量Q'，其中，矿井沟道常态洪水流量Q'满足：Q'<Q_N；

步骤四、待修筑挡水围堰导水管道的构建以及挡水围堰的修筑：首先，根据步骤三中矿井沟道常态洪水流量Q'且构建待修筑挡水围堰导水管道，其中，D为管道直径，v为待修筑挡水围堰中导水管道水流流速且C₁为管道谢才系数且R₁为管道水力半径且n₁为管道粗糙度，J₁为管道水力坡度且h₁为管道两端水位差，L₁为管道长；然后，根据确定的矿井沟道常态洪水流量Q'以及待修筑挡水围堰导水管道尺寸在沟道内修筑铺设有导水管道的挡水围堰；

步骤五、修筑临时人工导流明渠：在浅埋煤层工作面回采前，在与所述挡水围堰连接的下游采用沙土袋修筑内侧坡降比为1:1的临时人工导流明渠，过程如下：

步骤501、根据公式计算临时人工导流明渠过水断面面积A，其中，v'为实测临时人工导流明渠最大过水断面洪水流速；

步骤502、根据公式计算临时人工导流明渠水力半径其中，n₂为临时人工导流明渠粗糙系数，J₂为临时人工导流明渠水力坡度且h₂为临时人工导流明渠两端水位差，L₂为临时人工导流明渠长，C₂为临时人工导流明渠谢才系数；

步骤503、根据公式计算临时人工导流明渠湿周P_w；

步骤504、根据公式计算临时人工导流明渠有效底宽L₃、临时人工导流明渠有效顶宽L₄和临时人工导流明渠有效高度h₃；