本发明涉及水利工程、煤矿地下水库、人工坝体,特别涉及一种观察地下水库动态储水的可视化坝体及建造方法。
背景技术:
1、水资源是人类不可或缺的资源,同时煤炭也是我国主要的能源供应方式。在煤炭开采行业中,我国中西部水资源匮乏,矿井水利用率十分低下,并且矿井废水中含有较高的重金属、固体悬浮物等,直接排放会造成水资源的浪费,还会对生态环境造成破坏。在此背景下,国家能源集团“煤炭开采水资源保护与利用”技术团队提出以“导储用”为特征的煤矿地下水库储用矿井水理念,以顾大钊院士为代表的科研团队创造性开展了煤矿地下水库技术研发,实现了矿井水资源的大规模保护利用。
2、目前,地下水库已经在我国部分矿产地区实行,但无法随时、直观的通过人工坝体来观察煤矿地下水库的储水状态仍是一个问题;并且在人工坝体施工完成后,无法对人工坝体靠水一侧进行任何施工。因此,需要一种多功能可视化人工坝体来解决上述问题,是十分有必要的。
技术实现思路
1、本发明解决上述问题的技术方案是:一种观察地下水库动态储水的可视化坝体及建造方法,包括以下步骤。
2、a.对地下水库水域、联络巷进行勘察,确定水域范围、联络巷上覆岩层垮落程度、底板平整程度和两侧煤柱平整程度,选取联络巷上覆岩层和底板岩面较整齐处放置可视化人工坝体,并测得此处高度h、宽度l。
3、b.根据勘察结果,设计可视化人工坝体尺寸长为l=1.3l,高为h=1.2h,厚度为μ=1m;根据实际施工情况,可视化人工坝体尺寸可合理调整尺寸、位置;在可视化人工坝体两侧煤柱,预设凹槽长宽高比例为0.1l:μ:h,可视化人工坝体底部,预设底部槽长宽高比例为1.2l:μ:0.2h。
4、c.可视化人工坝体内的观测舱尺寸为φ50×100mm,由前端盖、后端盖、前观测口、后观测口、紫铜密封圈、手动压力阀、压力舱门、水密压力舱门等组成;水密压力舱门位于坝体靠水一侧;每个可视化人工坝体含9个观测舱,以3×3均匀分布,每个观测舱间隔至少为2m;若坝体尺寸h或l小于5m时,观测舱可以2×3或2×2均匀分布。
5、d.预设钢筋结构与观测舱焊接后,根据凹槽浇筑可视化人工坝体过程中,不可将前端盖和后端盖浇筑于人工坝体内,须使前、后端盖完全位于人工坝体外侧,以免妨碍压力舱门的打开与关闭;且使前、后端盖与人工坝体紧密嵌合,增强稳定性。
6、e.可视化人工坝体浇筑完毕后,在可视化人工坝体两侧、底板凹槽处使用矿用砂浆回填,使人工坝体与煤柱和底板完全嵌合;在观测舱与人工坝体衔接处涂抹放水凝胶或者防水喷漆。
7、f.坝体整体施工完成后,现场人员通过前、后观测口可直观的观察地下水库储水状态;可在观测舱内放置防爆相机长期监测水位高度;可在观测舱内放置防爆矿用探照灯提高照明质量;可根据现场实际施工情况的需求,在观测舱内进行相应操作。
8、g.坝体整体施工完成后,当水位低于某层观测舱高度时,可打开上层观测舱的水密压力舱,在人工坝体靠水一侧放置应力计、水压计等传感器,用以长期监测坝体内部受力情况和水压力等;可通过观测舱进行取水、取岩石样品;可根据现场实际施工情况的需求,通过观测舱对人工坝体靠水一侧进行相应操作。
9、h.整体可视化人工坝体施工完成后,通过观测口定期观察地下水库水域高度、水质情况,根据观测情况进行水域调度、抽水和储水等,并监测可视化人工坝体及其两侧煤柱和底板整体安全情况,定期进行检查和加固处理。
1.一种观察地下水库动态储水的可视化坝体及建造方法,其特征在于,包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种观察地下水库动态储水的可视化坝体及建造方法,其特征在于,所述步骤a中,对地下水库水域、联络巷进行勘察,确定水域范围、联络巷上覆岩层垮落程度、底板平整程度和两侧煤柱平整程度,选取联络巷上覆岩层和底板岩面较整齐处放置可视化人工坝体,并测得此处高度h、宽度l。
3.根据权利要求1所述的一种观察地下水库动态储水的可视化坝体及建造方法,其特征在于,所述步骤b中,根据勘察结果,设计可视化人工坝体尺寸长为l=1.3l,高为h=1.2h,厚度为μ=1m;根据实际施工情况,可视化人工坝体尺寸可合理调整尺寸、位置;在可视化人工坝体两侧煤柱,预设凹槽长宽高比例为0.1l:μ:h,可视化人工坝体底部,预设底部槽长宽高比例为1.2l:μ:0.2h。
4.根据权利要求1所述的一种观察地下水库动态储水的可视化坝体及建造方法,其特征在于,所述步骤c中,观测舱尺寸为φ50×100mm,由前端盖、后端盖、前观测口、后观测口、紫铜密封圈、手动压力阀、压力舱门、水密压力舱门等组成;水密压力舱门位于坝体靠水一侧;每个可视化人工坝体含9个观测舱,以3×3均匀分布,每个观测舱间隔至少为2m;若坝体尺寸h或l小于5m时,观测舱可以2×3或2×2均匀分布。
5.根据权利要求1所述的一种观察地下水库动态储水的可视化坝体及建造方法,其特征在于,所述步骤c中,预设钢筋结构与观测舱焊接后,根据凹槽浇筑可视化人工坝体过程中,不可将前端盖和后端盖浇筑于人工坝体内,须使前、后端盖完全位于人工坝体外侧,以免妨碍压力舱门的打开与关闭;且使前、后端盖与人工坝体紧密嵌合,增强稳定性。
6.根据权利要求1所述的一种观察地下水库动态储水的可视化坝体及建造方法,其特征在于,所述步骤d中,可视化人工坝体浇筑完毕后,在可视化人工坝体两侧、底板凹槽处使用矿用砂浆回填,使人工坝体与煤柱和底板完全嵌合;在观测舱与人工坝体衔接处涂抹放水凝胶或者防水喷漆。
7.根据权利要求1所述的一种观察地下水库动态储水的可视化坝体及建造方法,其特征在于,所述步骤e中,坝体整体施工完成后,现场人员通过前、后观测口可直观的观察地下水库储水状态;可在观测舱内放置防爆相机长期监测水位高度;可在观测舱内放置防爆矿用探照灯提高照明质量;可根据现场实际施工情况的需求,在观测舱内进行相应操作。
8.根据权利要求1所述的一种观察地下水库动态储水的可视化坝体及建造方法,其特征在于,所述步骤e中,坝体整体施工完成后,当水位低于某层观测舱的高度时,可打开上层观测舱的水密压力舱,在人工坝体靠水一侧放置应力计、水压计等传感器,用以长期监测坝体内部受力情况和水压力等;可通过观测舱进行取水、取岩石样品;可根据现场实际施工情况的需求,通过观测舱对人工坝体靠水一侧进行相应操作。