浅层地下集水排水系统及施工方法

摘要

本发明公开了一种浅层地下集水排水系统及施工方法，浅层地下集水排水系统包括：集水仓，集水仓包括位于地表下方的隔水墙，隔水墙围绕而成封闭式仓体，仓体上设置有进水口和出水口；集水井，集水井包括进口和出口，进口位于集水仓内，出口从集水仓的出水口伸出到地表上；储水结构，储水结构环绕在集水井的井壁外部，储水结构由进口向出口方向延伸，储水结构能够支撑位于集水井上方的隔水墙；排水管，排水管连通集水井和外部，排水管上连接驱动机构，驱动机构用于驱动排水管排水。本发明提出一种浅层地下集水排水系统及施工方法，能够充分利用地下空间，来收集涌水或地下水，提高内排土场的稳定性，使得地表空间能够得到有效利用。

说明书

技术领域

本发明涉及集水排水系统，更具体地，涉及一种浅层地下集水排水系统及施工方法。

背景技术

矿井涌水是采矿过程中常见问题之一，矿井涌水为掘进、采煤、机电设备管理等都带来了一定困难。如果不及时处理，可能造成滑坡等事故，存在较大安全隐患。

为避免对采矿造成严重影响，通常在矿区的涌水量较大处(如露天煤矿的内排土场内，内排土场和边邦的涌水处)设置集水井，将涌水等收集到集水井内，然后集中排放或使用。集水井是从地表向下钻孔，沿着钻孔铺设钢筋混凝土结构，形成井壁，在地表上设置有敞口。涌水从井壁或井底进入集水井内，通过排水管从敞口排放到地表上。集水井的占地空间根据涌水量存储需求设定。集水井不但占用地下空间还占用地表空间，敞口使得集水井上方的空间很难得到有效利用。井径通常为0.4～8m，井口占地面积较大，应在敞口处应设置隔离带，提示工作人员或运输车辆绕行，避免车辆或行人落入集水井内。如果集水井位置设置不当，集水井在地表上方的占地面积相对较大且车辆无法通过，只能绕行到其他路线，这为排土等运输带来很大的不便，增加输送距离和运输成本。井深通常为5～15m，使得集水井对水位的适应性相对较差。如果增加深度，不但增大工程量，还会增加施工成本。而且，涌水的泥沙含量相对较大，很容易造成排水管道或设备的堵塞，无法及时有效排水，需要安排人员进行设备维护。

因此，需要一种浅层地下集水排水系统及施工方法，来解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种浅层地下集水排水系统及施工方法，能够充分利用地下空间，来收集涌水或地下水，提高内排土场的稳定性，使得地表空间能够得到有效利用。

基于上述目的本发明提供的一种浅层地下集水排水系统，包括：

集水仓，所述集水仓包括位于地表下方的隔水墙，所述隔水墙围绕而成封闭式仓体，所述仓体上设置有进水口和出水口；

集水井，所述集水井包括进口和出口，所述进口位于所述集水仓内，所述出口从所述集水仓的所述出水口伸出到地表上；

储水结构，所述储水结构环绕在所述集水井的井壁外部，所述储水结构由所述进口向所述出口方向延伸，所述储水结构能够支撑位于所述集水井上方的所述隔水墙；

排水管，所述排水管连通所述集水井和外部，所述排水管上连接驱动机构，所述驱动机构用于驱动所述排水管排水。

优选地，所述集水排水系统还包括：水位监测器，所述水位监测器安装在所述集水井内，所述水位监测器用于监测所述集水井的水位。

优选地，所述集水排水系统还包括：控制开关，所述控制开关安装在所述驱动机构上，所述控制开关与所述水位监测器相连，所述控制开关根据所述水位监测器的监测结果控制所述驱动机构的开启或关闭。

优选地，所述集水排水系统还包括：过滤器，所述过滤器安装在所述集水仓内，所述过滤器与所述集水井连通，所述过滤器用于为所述集水井的进水提供过滤作用。

另外，优选地，所述过滤器包括过滤管和过滤网，所述过滤管上开设有多个过滤口，所述过滤口上铺设所述过滤网，环绕所述过滤管的管壁外部铺设有滤料。

本发明还提供一种浅层地下集水排水系统的施工方法，至少包括以下步骤：

(1)在地下预设位置修建由隔水墙形成的敞开式集水仓，在所述集水仓上设置进水口；

(2)在所述集水仓内垂直固定集水井，所述集水井的进口位于所述集水仓内，所述集水井的出口从所述集水仓伸出到地表上；

(3)环绕所述集水井的井壁外部铺设储水结构，所述储水结构由所述进口向着所述出口延伸；

(4)安装驱动机构和排水管，所述排水管的进水端连通所述驱动机构，所述排水管的出水端伸出到地表上；

(5)在所述储水结构上方铺设所述隔水墙，以便密封所述集水仓形成封闭式仓体，在所述仓体上设置出水口，所述集水井的所述出口从所述出水口伸出到地表上。

优选地，在步骤(5)之前还包括：在所述集水井内安装水位监测器，所述水位监测器用于监测所述集水井的水位。

优选地，在步骤(5)之前还包括：在所述驱动机构上安装控制开关，所述控制开关与所述水位监测器相连，所述控制开关根据所述水位监测器的监测结果控制所述驱动机构的开启或关闭。

优选地，在步骤(2)之前还包括：在所述集水仓内垂直固定过滤器，所述过滤器与所述集水井连通，所述过滤器用于为所述集水井的进水提供过滤作用。

另外，优选地，在步骤(1)中还包括：在所述隔水墙上覆盖防渗层。

从上面所述可以看出，本发明提供的浅层地下集水排水系统及施工方法，与现有技术相比，具有以下优点：其一，集水井上方覆盖的隔水墙能够将集水仓密封在地下，只有集水井的出口伸出地表，可以充分利用地下空间，来降低地表的使用面积，避免安全隐患；隔水墙受到储水结构的支撑作用，能够提供足够的支撑力，不影响地表的正常使用。其二，集水排水系统能够有效处理涌水，提高内排土场的稳定性，减少因涌水造成的滑坡、片帮等地质灾害；施工过程简单，取材方便，施工成本低，但集水排水效果优越。其三，水位监测器和控制开关能够自动控制集水井内的水位，减少人员工作量，而且，集水井和集水仓的占地面积可以相对缩小，释放内排空间，同时施工更加简便，缩小工程量，减少施工成本。

附图说明

通过下面结合附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1为本发明具体实施例中采用的浅层地下集水排水系统的示意图。

其中附图标记：

10：集水仓； 11：隔水墙；12：进水口； 13：出水口；

20：集水井； 21：进口；22：出口； 30：储水结构；

40：排水管； 41：驱动机构；42：阀门； 50：水位监测器

60：控制开关； 70：过滤管；71：过滤口； 72：过滤网；

73：沉淀管； 80：洒水车。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向。使用的词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

图1为本发明具体实施例中采用的浅层地下集水排水系统及施工方法的示意图。如图1所示，浅层地下集水排水系统及施工方法包括：集水仓10、集水井20、储水结构30和排水管40。

集水仓10包括位于地表下方的隔水墙11，隔水墙11围绕而成封闭式仓体，仓体上设置有进水口12和出水口13。

集水井20包括进口21和出口22，进口21位于集水仓10内，出口22从集水仓10的出水口13伸出到地表上。

储水结构30环绕在集水井20的井壁外部，储水结构30由进口21向出口22方向延伸，储水结构30能够支撑位于集水井20上方的隔水墙11；

排水管40连通集水井20和外部，排水管40上连接驱动机构41，驱动机构41用于驱动排水管40排水。

集水仓10收集涌水，为工作区等提供隔离作用，疏降地下含水层的水位，提高内排土场的稳定性；集水井20上方覆盖的隔水墙11能够将集水仓10密封在地下，只有集水井20的出口22伸出地表，集水仓10等均位于地下，可以充分利用地下空间，来降低地表的使用面积，避免安全隐患；储水结构30既能够储水，还对隔水墙11起到支撑作用，来提高集水仓10的强度。

隔水墙11能够将涌水区和采区或其他平盘分隔开，将涌水汇集在集水仓10内，避免涌水流出。根据涌水出水点的位置设置隔水墙11的位置，其中，涌水出水点一侧可以不设置隔水墙11，集水仓10可以是围绕融水墙的仓体。根据涌水量设定集水仓10的尺寸。隔水墙11上还可以铺设防渗层，减少集水仓10内的涌水渗漏。例如，采用土工膜等隔水性材料覆盖在隔水墙11上。

集水井20可以采用金属管材制作，例如不锈钢直管。储水结构30将涌水汇集到集水井20的下方，以便从进口21进入集水井20，方便进行抽排水。集水井20的出口22伸出到地表上，集水井20位于地面上方的管径应相对较小，来降低地表的占地面积，减少对地表运输的影响。

储水结构30可以选择吸水性和透水性好的材料制作，例如由过滤填料、砾石等堆砌的储水墙，涌水可以进入储水结构30并自上而下移动，再进入集水井20中。

排水管40的尺寸根据排水量选择，排水管40的出口处可以设置多个支管(未标识)，来进行不同用途配水。支管上还可以设置有阀门42，通过控制阀门42的开关来控制排水管的接通或截断。在本实施例中，排水管40上设置有三个支管，分别是绿化用水管路、排水管路和向洒水车80的供水管路。根据具体用水量设计管径的尺寸。

驱动机构41可以是潜水泵或污水泵，根据涌水量选择适合的型号和类型，根据集水井20的井径选择适合的尺寸，根据水位变化灵活调整潜水泵、污水泵的位置，以便进行日常维护和检修。

优选地，集水排水系统还包括：水位监测器50，水位监测器50安装在集水井20内，水位监测器50用于监测集水井20的水位。通过水位监测器50可以实时监测集水井20的水位，来控制驱动机构41的开关，避免造成驱动机构41空转或集水井20内无法及时排水。

优选地，集水排水系统还包括：控制开关60，控制开关60安装在驱动机构41上，控制开关60与水位监测器50相连，控制开关60根据水位监测器50的监测结果控制驱动机构41的开启或关闭。增设控制开关60，可以自动调节集水井20的排水量。当集水井20内水量充足或不足时，可以开启或关闭驱动机构41进行排水或蓄水。

通过水位监测器50和控制开关60配合使用，可以实现自动及时排水，收集的水能够及时排放而不必存储后再排放，可以相对缩小集水仓10和集水井20的占地面积，释放内排空间，还可以进一步提高集水仓10和集水井20对水位的适应性，同时施工更加简便，缩小工程量，减少施工成本。

在本实施例中，采用浮球型水位开关监测水位和控制驱动机构41的开关。在集水井20内分别安装高浮球水位控制开关和低浮球水位控制开关，当集水井20的水位上升并触发高浮球水位控制开关，排水管40上的阀门42开启，驱动机构41开启，并驱动排水管40排水；当水位下降并触发到低浮球水位控制开关，排水管40上的阀门42关闭，驱动机构41关闭，排水管40停止排水。

另外，还可以为驱动机构41安装远程控制系统，当水位监测器50将监测结果实时发送到远程控制系统，操作人员根据实际需要，远程控制驱动机构41是否开启。

优选地，集水排水系统还包括：过滤器，过滤器安装在集水仓10内，过滤器与集水井20连通，过滤器用于为集水井20的进水提供过滤作用。过滤器可以防止大块异物或大量泥沙进入到集水井20内，造成集水井20内设备或排水管40的堵塞，影响排水量和排水质量。

优选地，过滤器包括过滤管70和过滤网72，过滤管70上开设有多个过滤口71，过滤口71用于进水，泥沙等可以从过滤口71排出，过滤口71上铺设过滤网72，过滤网72用于阻挡大颗粒砂砾；环绕过滤管70的管壁外部铺设有滤料。过滤器结构简单，取材方便，制作成本低，过滤效果好。

过滤管70可以采用金属管制作，长度为6m，过滤管70可以安装在集水仓10的底座(未标识)上，过滤网72也可以缠绕在过滤管70上，过滤网72可以是铁丝网，滤料可以选用透水性好，遇水不宜膨胀和凝结成块的大块粗砂岩和砾石等。过滤器的底部还可以一段管体作为沉淀管73，进入过滤管70的泥沙可以堆积在沉淀管73，沉淀管73的长度为1～2m，防止泥沙堵塞集水井20内部的设备，影响正常使用。

还可以将集水井20的底部作为过滤器使用，其中，集水井20的井壁为过滤器的过滤管70，在过滤管70上开设过滤口71，在过滤管70上围绕过滤网72，将过滤管70的底部作为沉淀管73。本装置结构简单，一次吊装即可完成。

下面介绍浅层地下集水排水系统的使用过程。

涌水从进水口12进入收集仓10，储水结构30吸收涌水，在储水结构30内自上而下移动至过滤器，经过过滤网72的过滤作用，从过滤口71进入过滤管70，泥沙下沉至沉淀管73，涌水逐渐累积上升，从进口21进入到集水井20。

水位监测器50实时监测集水井20的水位，并将监测结果发送给控制开关60，控制开关60根据水位监测器50的监测结果控制驱动机构41的开启或关闭，来控制排水管40是否排水。根据用水需要，分别打开不同支管的阀门42排水。

本发明还提供一种浅层地下集水排水系统的施工方法，至少包括以下步骤：

(1)在地下预设位置修建由隔水墙11形成的敞开式集水仓10，在集水仓10上设置进水口12，集水仓10用于将涌水区和工作区分离。预设位置是指涌水量相对最大处，能够围绕涌水区。

(2)在集水仓10内垂直固定集水井20，集水井20的进口21位于集水仓10内，集水井20的出口22从集水仓10伸出到地表上。

(3)环绕集水井20的井壁外部铺设储水结构30，储水结构30由进口21向着出口22延伸。

(4)安装驱动机构41和排水管40，排水管40的进水端连通驱动机构41，排水管40的出水端伸出到地表上。

(5)在储水结构30上方铺设隔水墙11，以便密封集水仓10形成封闭式仓体，在仓体上设置出水口13，集水井20的出口从出水口伸出到地表上。

集水仓10收集涌水，为工作区等提供隔离作用，疏降地下含水层的水位，提高内排土场的稳定性；集水井20上方覆盖的隔水墙11能够将集水仓10密封在地下，只有集水井20的出口22伸出地表，集水仓10等均位于地下，可以充分利用地下空间，来降低地表的使用面积，避免安全隐患；储水结构30既能够储水，还对隔水墙11起到支撑作用，来提高集水仓10的强度。

隔水墙11可以采用隔水性较好、渗透性较差的材料制作，例如使用粒径小于30cm泥岩和黏土。将上述材料分层堆积，例如每2m一层，分层碾压并压实。隔水墙11高度随着集水井20高度的增加而增加，在地下可以形成封闭的集水储水仓体。

集水井20可以安装在底座上，集水井20的高度通常在5～20m，在吊装集水井20时，利用铅垂等工具随时测量集水井20与竖直方向的夹角，要保证集水井20与竖直方向的夹角小于3°。

集水井20安装在过滤器的上方，过滤器一旦倾斜，集水井20容易发生更大角度的倾斜，影响集水井20内设备的安装和拆卸。过滤器的高度通常为5～7m，在安装过滤器时，利用铅垂等工具随时测量过滤器的安装角度，使得过滤器能够垂直固定。

在铺设储水结构30时，应沿着集水井20对称铺设，保证集水井20垂直于地表和底座，避免造成集水井20的倾斜，增加后续施工难度。

优选地，在步骤(5)之前还包括：在集水井20内安装水位监测器50，水位监测器50用于监测集水井20的水位。通过监测水位，可以及时排放集水井20内的水，减小集水仓10和集水井20的占地面积。

优选地，在步骤(5)之前还包括：在驱动机构41上安装控制开关60，控制开关60与水位监测器50相连，控制开关60根据水位监测器50的监测结果控制驱动机构41的开启或关闭。自动调节代替人工调节集水井20的排水量，可以减少工作量。

优选地，在步骤(2)之前还包括：在集水仓10内垂直固定过滤器，过滤器与集水井20连通，过滤器用于为集水井20的进水提供过滤作用。过滤器可以防止大块异物或大量泥沙进入到集水井20内，影响排水量和排水质量。

优选地，在步骤(1)中还包括：在隔水墙11上覆盖防渗层(未示出)，避免集水仓10内的水向外部渗出，影响收集效果。

从上面的描述和实践可知，本发明提供的浅层地下集水排水系统及施工方法，与现有技术相比，具有以下优点：其一，集水井上方覆盖的隔水墙能够将集水仓密封在地下，只有集水井的出口伸出地表，可以充分利用地下空间，来降低地表的使用面积，避免安全隐患；隔水墙受到储水结构的支撑作用，能够提供足够的支撑力，不影响地表的正常使用。其二，集水排水系统能够有效处理涌水，提高内排土场的稳定性，减少因涌水造成的滑坡、片帮等地质灾害；施工过程简单，取材方便，施工成本低，但集水排水效果优越。其三，水位监测器和控制开关能够自动控制集水井内的水位，减少人员工作量，而且，集水井和集水仓的占地面积可以相对缩小，释放内排空间，同时施工更加简便，缩小工程量，减少施工成本。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的主旨之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。