專利名稱：一種礦井地下水的分布式存儲(chǔ)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地下水資源的保護(hù)與利用領(lǐng)域，特別涉及一種礦井地下水的分布式存儲(chǔ)方法。
背景技術(shù)：
中國(guó)是缺水國(guó)家，水資源短缺現(xiàn)象對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活的改善構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。在煤炭開采過程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生礦井地下水，僅國(guó)有重點(diǎn)煤礦每年排放的礦井地下水就高達(dá)22億噸，平均每開采一噸煤就需要排放2噸廢水。這樣，不僅浪費(fèi)了大量寶貴的水資源，而且礦井地下水一旦外排，對(duì)周邊環(huán)境極易構(gòu)成嚴(yán)重的環(huán)境污染。在中國(guó)西部地區(qū)賦存著豐富的煤炭資源，但水資源匱乏，礦區(qū)用水及周邊區(qū)域用 水緊張的情況進(jìn)ー步惡化，已經(jīng)嚴(yán)重制約了礦區(qū)的正常生產(chǎn)，也不利于資源與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。目前，對(duì)礦井地下水的處理仍以抽排到地面為主。由于水資源利用的季節(jié)性等因素，造成水資源的極大浪費(fèi)，加劇了當(dāng)?shù)厮Y源供給的失衡。同時(shí)，對(duì)礦井地下水懸浮物及水質(zhì)的處理方法大多仍是在礦井水由井下排放在地面進(jìn)行處理，也容易造成二次污染。對(duì)于地下水資源的保護(hù)國(guó)內(nèi)已有ー些嘗試，比如峰峰集団梧桐莊礦出于對(duì)深部水害的防治及地下水的保護(hù)，對(duì)礦井水進(jìn)行井下收集、處理并回灌至奧灰含水層。另外，“礦井水處理工藝及礦井水一體化處理裝置”(CN1884145)、“利用礦井地下巷道空間處理礦井水技術(shù)” (CN101012091)、“煤礦礦井水井下凈化處理裝置及方法” (CN102336484A)、“礦井水綜合處理利用技術(shù)”(CN101975087A)、“煤礦井下采空區(qū)水的凈化方法” (CN1482078)等專利文獻(xiàn)中，分別提出了通過采空區(qū)過濾凈化水、巷道空間利用浄水設(shè)備處理礦井水、以及對(duì)礦井水的收集與利用，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井水的處理及保護(hù)。上述方法中，礦井水的收集主要是通過井下水泵及管道將礦井水收集到水倉，通過排水管將水輸送到地面。其中有兩種方式，ー是在井下進(jìn)行收集后處理，然后復(fù)用到生產(chǎn)中；ニ是將水收集后輸送到地面進(jìn)行處理及利用。不管是收集后井下處理還是地面處理，這兩種方法都是將礦井水從地層空間中消耗走，沒有對(duì)水資源進(jìn)行合理保存，同時(shí)導(dǎo)致水位不斷下降，影響生態(tài)環(huán)境的生長(zhǎng)及恢復(fù)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種礦井地下水的分布式存儲(chǔ)方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井地下水的合理保存，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的生長(zhǎng)及恢復(fù)的影響。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種礦井地下水的分布式存儲(chǔ)方法，包括如下步驟A、對(duì)采區(qū)地下空間進(jìn)行勘査，獲得地層的基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)；B、對(duì)礦井地下水進(jìn)行觀測(cè)，獲得地下水的流場(chǎng)分布情況、水質(zhì)數(shù)據(jù)以及水壓數(shù)據(jù)；
C、根據(jù)步驟A獲得的地層基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)，和步驟B獲得地下水的流場(chǎng)分布情況、水質(zhì)數(shù)據(jù)以及水壓數(shù)據(jù)，將采煤后ー個(gè)或多個(gè)地下水無法穿透的采空區(qū)空間確定為分布式地下水庫的儲(chǔ)水空間；D、在采煤過程中，當(dāng)確定的儲(chǔ)水空間形成后，其相鄰工作面采煤時(shí)產(chǎn)生的地下水，自然滲流到所述儲(chǔ)水空間。較佳地，所述步驟A包括采煤前的勘察和采空區(qū)形成后的勘察，分別獲得地層開采前和采空區(qū)的基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)；所述步驟C中，根據(jù)獲得的地層開采前和采空區(qū)的基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)，和步驟B獲得地下水的流場(chǎng)分布情況、水質(zhì)數(shù)據(jù)以及水壓數(shù)據(jù)，確定儲(chǔ)水空間。較佳地，所述基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)至少包括地層結(jié)構(gòu)，各地層巖性，巖石力學(xué)強(qiáng)度，巖石滲透性能，采空區(qū)的空間范圍。
較佳地，步驟B所述獲得地下水的流場(chǎng)分布情況為確定地下水的流動(dòng)方向。較佳地，該方法還包括進(jìn)行首采時(shí)，在保障安全的前提下，在采區(qū)工作面中最低標(biāo)高的工作面進(jìn)行首采。較佳地，該方法進(jìn)ー步包括，以混凝土防水密閉加固各作為儲(chǔ)水空間的采空區(qū)與大巷交叉的平巷出口。較佳地，該方法還包括在作為儲(chǔ)水空間的采空區(qū)的平巷ロ加設(shè)采空區(qū)水位觀測(cè)透明膠管以及泄水管路；當(dāng)采空區(qū)水位超過警戒水位時(shí)，打開泄水閥進(jìn)行疏放。由上述的技術(shù)方案可見，本發(fā)明的這種礦井地下水的分布式存儲(chǔ)方法，通過將礦井地下水存儲(chǔ)到能夠防止透水的采空區(qū)，而不抽出地面的方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦井地下水的合理保存，能夠減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的生長(zhǎng)及恢復(fù)的影響。


圖I為本發(fā)明礦井地下水的分布式存儲(chǔ)方法的過程圖；圖2為本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中的分布式水庫的空間示意圖。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖，并舉具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明提供了一種礦井地下水的分布式存儲(chǔ)方法，通過將礦井地下水存儲(chǔ)到能夠防止透水的采空區(qū)，而不抽出地面的方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦井地下水的合理保存，能夠減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的生長(zhǎng)及恢復(fù)的影響。如圖I所示，本發(fā)明的這種礦井地下水的分布式存儲(chǔ)方法，包括如下步驟步驟101，對(duì)采區(qū)地下空間進(jìn)行勘査，獲得地層的基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)。實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)采區(qū)地下空間的勘察包括采煤前的勘察和采空區(qū)形成后的勘察，分別獲得地層開采前和采空區(qū)的基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)。這些基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)包括地層結(jié)構(gòu)，各地層巖性，巖石力學(xué)強(qiáng)度，巖石滲透性能，采空區(qū)的空間范圍等等。步驟102，對(duì)礦井地下水進(jìn)行觀測(cè)，獲得地下水的流場(chǎng)分布情況、水質(zhì)數(shù)據(jù)以及水
壓數(shù)據(jù)。這里所述的獲得地下水的流場(chǎng)分布情況為確定地下水的流動(dòng)方向。步驟103，根據(jù)步驟101獲得的地層基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)，和步驟102獲得地下水的流場(chǎng)分布情況、水質(zhì)數(shù)據(jù)以及水壓數(shù)據(jù)，將采煤后ー個(gè)或多個(gè)地下水無法穿透的采空區(qū)空間確定為分布式地下水庫的儲(chǔ)水空間。實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)獲得的地層開采前和采空區(qū)的基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)，和步驟102獲得地下水的流場(chǎng)分布情況、水質(zhì)數(shù)據(jù)以及水壓數(shù)據(jù)，確定儲(chǔ)水空間。步驟104，在采煤過程中，當(dāng)確定為儲(chǔ)水空間形成后，其相鄰工作面采煤時(shí)產(chǎn)生的地下水，自然滲流到所述儲(chǔ)水空間。另外，本發(fā)明在初始儲(chǔ)水空間的選擇上，改變以往基于防治水理念選擇煤層較高標(biāo)高進(jìn)行首采的思路，在采區(qū)工作面中最低標(biāo)高的工作面進(jìn)行首采，以利于地下水通過自然滲流匯入分布式水庫的各個(gè)儲(chǔ)水空間。同時(shí)，由于分布式水庫的各個(gè)儲(chǔ)水空間有限，大量積水的存在必 然導(dǎo)致水壓的上升，為了防止突水事故的發(fā)生，本發(fā)明還可以采取ー些密封加固工程措施。下面以神東礦區(qū)利用分布式水庫存儲(chǔ)地下水的應(yīng)用情況為實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述首先，為了選取可能適宜的地下儲(chǔ)水空間，對(duì)采區(qū)地下空間了進(jìn)行勘査。本實(shí)施例中從采區(qū)地下空間的綜合勘査成果圖中獲取地層、巖性、構(gòu)造分布等數(shù)據(jù)和信息，從地下水分布動(dòng)態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入水位數(shù)據(jù)及其相關(guān)數(shù)據(jù)和信息。充分搜集采區(qū)的現(xiàn)有鉆孔數(shù)據(jù)、水文地質(zhì)圖以及相關(guān)水文地質(zhì)資料，通過數(shù)字化儀、掃描儀等將原始數(shù)據(jù)數(shù)字化，采用數(shù)據(jù)庫工具管理、維護(hù)和處理最終獲得了地層的地層結(jié)構(gòu)、各地層巖性、巖石力學(xué)強(qiáng)度、巖石滲透性能、采空區(qū)的空間范圍等等基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)。具體的勘査方法與現(xiàn)有技術(shù)相同，這里不再贅述。然后，對(duì)礦井地下水進(jìn)行觀測(cè)，獲得地下水的流場(chǎng)分布情況、水質(zhì)數(shù)據(jù)以及水壓數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中，為了探索地下水的分布特征、流動(dòng)規(guī)律等，對(duì)采區(qū)地下水的水位、水質(zhì)、水壓等進(jìn)行定期動(dòng)態(tài)觀測(cè)。地下水分布動(dòng)態(tài)觀測(cè)與采集的手段分為人工和自動(dòng)兩種方式，結(jié)合實(shí)際水文地質(zhì)條件，一般設(shè)定每周記錄I次數(shù)據(jù)，通過數(shù)字設(shè)備導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中。通過數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)將不同時(shí)期、不同格式的多源數(shù)據(jù)匯集，作為原始水文地質(zhì)依據(jù)。地下水觀測(cè)的目的是主要有三個(gè)一是通過水位數(shù)據(jù)獲得地下水的流場(chǎng)分布情況，即地下水的流動(dòng)方向，基于此可以為選擇地下水庫提供依據(jù)，因?yàn)樗畮斓倪x擇需要使地下水流入其中；ニ是獲得水質(zhì)數(shù)據(jù)，了解地下水庫中地下水的污染情況，為將來的處理與利用做依據(jù)；三是獲得水壓數(shù)據(jù)，為密封保護(hù)提供依據(jù)，使地下水庫的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能否滿足水壓要求，不至于發(fā)生泄漏。然后，再根據(jù)前面獲得的地層基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)和地下水的流場(chǎng)分布情況、水質(zhì)數(shù)據(jù)以及水壓數(shù)據(jù)，將采煤后ー個(gè)或多個(gè)地下水無法穿透的采空區(qū)空間確定為分布式地下水庫的儲(chǔ)水空間。分布式水庫中儲(chǔ)水空間的選擇受控于地下空間的介質(zhì)條件與地下水分布，因此根據(jù)前面獲得的數(shù)據(jù)，將分布式水庫中儲(chǔ)水空間劃分為儲(chǔ)水能力好(I)、儲(chǔ)水能力一般(II)、儲(chǔ)水能力差(III)三類。保水性好(I):巖體力學(xué)強(qiáng)度高，抗水壓能力強(qiáng)，隔水性能好，儲(chǔ)水能力好；保水性一般(II):巖體力學(xué)強(qiáng)度中等，抗水壓能力中等，隔水性能中等，儲(chǔ)水能力一般;保水性差(III):巖體力學(xué)強(qiáng)度差，抗水壓能力差，隔水性差，儲(chǔ)水能力差。在水文地質(zhì)學(xué)中一般將鉆孔単位涌水量小于O. OOlL/s. m的巖層視為隔水層。隔水層的抗水壓能力和隔水層的巖性密切相關(guān)。對(duì)于煤系沉積巖石，隔水層巖性主要有泥巖、粉砂巖和砂巖。根據(jù)有效保護(hù)層的斷裂構(gòu)造發(fā)育程度和工程規(guī)模將有效保護(hù)層劃分為完整結(jié)構(gòu)、塊裂結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)和松散結(jié)構(gòu)四類?？梢哉J(rèn)為完整結(jié)構(gòu)為保水性好，塊裂結(jié)構(gòu)為保水性一般，碎裂結(jié)構(gòu)和松散結(jié)構(gòu)為保水性差。對(duì)于上述儲(chǔ)水能力好(I)的儲(chǔ)水空間，在實(shí)際生產(chǎn)中，可以考慮不另外増加或少増加密封措施；對(duì)于儲(chǔ)水能力一般(II)和儲(chǔ)水能力差(III)的儲(chǔ)水空間，要根據(jù)實(shí)際情況多増加密封措施。 在初始儲(chǔ)水空間的選擇上，改變以往基于防治水理念選擇煤層較高標(biāo)高進(jìn)行首采的思路，在采區(qū)工作面中最低標(biāo)高的工作面進(jìn)行首采，例如某采區(qū)有多個(gè)工作面，標(biāo)高從200米-210米，則從標(biāo)高為200米的工作面進(jìn)行首采以利于地下水通過自然滲流匯入分布式水庫。分布式水庫的空間布局如圖2所示，圖2中示出了四個(gè)采區(qū)中，三采區(qū)分布式水庫的空間位置。其中，ー采區(qū)和ニ采區(qū)相鄰，三采區(qū)和四采區(qū)相鄰，一/ニ采區(qū)和三/四采區(qū)之間設(shè)置有巷道。三采區(qū)中分布式水庫示出了 2個(gè)儲(chǔ)水空間和ー個(gè)工作面，各個(gè)儲(chǔ)水空間和工作之間分布設(shè)有煤柱相隔。在2個(gè)儲(chǔ)水空間靠近巷道的位置設(shè)置有泄水閥。然后，基于分布式水庫的確定，通過調(diào)整開采參數(shù)，主要是工作面大小來控制分布式水庫的形成，以利于儲(chǔ)水。本實(shí)施例中，通過適當(dāng)加大工作面長(zhǎng)度，以增大分布式水庫的儲(chǔ)水空間，同時(shí)可以減少工作面的準(zhǔn)備工程量，提高回采率。結(jié)合神東礦區(qū)已經(jīng)形成的先進(jìn)的生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，并充分考慮本采區(qū)井下開采技術(shù)條件、煤層賦存穩(wěn)定的實(shí)際情況，確定52304首采工作面長(zhǎng)度為300米。在其他礦區(qū)實(shí)施時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，例如可以將首采工作面長(zhǎng)度設(shè)置在290-310米之間。同吋，還可以通過適當(dāng)加大工作面推進(jìn)長(zhǎng)度，進(jìn)ー步増大分布式水庫的儲(chǔ)水空間。鑒于礦井5-2煤層賦存十分穩(wěn)定，傾角小，具有布置長(zhǎng)距離推進(jìn)的長(zhǎng)壁工作面的資源條件，因此設(shè)計(jì)在綜合考慮到井田構(gòu)造、煤層條件等因素的情況下，盡可能的加長(zhǎng)工作面推進(jìn)長(zhǎng)度，確定52304首采工作面推進(jìn)長(zhǎng)度4450m。在其他礦區(qū)實(shí)施時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，例如可以將首采工作面推進(jìn)長(zhǎng)度設(shè)置在4400-4500米之間。由于分布式水庫空間有限，大量積水的存在必然導(dǎo)致水壓的上升。本實(shí)施例中，為了防止突水事故的發(fā)生，需要采取了ー些密封保護(hù)工程措施，以利于地下水直接流入儲(chǔ)水空間進(jìn)行過濾及存儲(chǔ)，減少地下水涌入礦井。具體的措施有I、以混凝土防水密閉加固各作為儲(chǔ)水空間的采空區(qū)與大巷交叉的平巷出口。2、可以在所有作為儲(chǔ)水空間的采空區(qū)，或僅在地勢(shì)較低的采空區(qū)的平巷ロ加設(shè)采空區(qū)水位觀測(cè)透明膠管以及泄水管路；當(dāng)采空區(qū)水位超過警戒水位時(shí)，可以打開泄水閥將多余的水通過管路疏放至地下水倉，進(jìn)ー步通過地下水倉連接的管路，將多余的水抽取到地面上。
由上述的實(shí)施例可見，本發(fā)明的這種礦井地下水的分布式存儲(chǔ)方法，實(shí)現(xiàn)礦井地下水的合理存儲(chǔ)，減少了地下水涌入礦井造成安全隱患，降 低了礦井排水難度，減少了地下水污染，最大限度地保護(hù)了地下水資源。
權(quán)利要求
1.一種礦井地下水的分布式存儲(chǔ)方法，其特征在于，包括如下步驟 A、對(duì)采區(qū)地下空間進(jìn)行勘査，獲得地層的基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)； B、對(duì)礦井地下水進(jìn)行觀測(cè)，獲得地下水的流場(chǎng)分布情況、水質(zhì)數(shù)據(jù)以及水壓數(shù)據(jù)； C、根據(jù)步驟A獲得的地層基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)，和步驟B獲得地下水的流場(chǎng)分布情況、水質(zhì)數(shù)據(jù)以及水壓數(shù)據(jù)，將采煤后ー個(gè)或多個(gè)地下水無法穿透的采空區(qū)空間確定為分布式地下水庫的儲(chǔ)水空間； D、在采煤過程中，當(dāng)確定的儲(chǔ)水空間形成后，其相鄰工作面采煤時(shí)產(chǎn)生的地下水，自然滲流到所述儲(chǔ)水空間。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述步驟A包括采煤前的勘察和采空區(qū)形成后的勘察，分別獲得地層開采前和采空區(qū)的基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)； 所述步驟C中，根據(jù)獲得的地層開采前和采空區(qū)的基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)，和步驟B獲得地下水的流場(chǎng)分布情況、水質(zhì)數(shù)據(jù)以及水壓數(shù)據(jù)，確定儲(chǔ)水空間。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)至少包括地層結(jié)構(gòu)，各地層巖性，巖石力學(xué)強(qiáng)度，巖石滲透性能，采空區(qū)的空間范圍。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于步驟B所述獲得地下水的流場(chǎng)分布情況為確定地下水的流動(dòng)方向。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在干，該方法還包括進(jìn)行首采時(shí)，在保障安全的前提下，在采區(qū)工作面中最低標(biāo)高的工作面進(jìn)行首采。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于該方法進(jìn)ー步包括，以混凝土防水 密閉加固各作為儲(chǔ)水空間的采空區(qū)與大巷交叉的平巷出口。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，該方法還包括在作為儲(chǔ)水空間的采空區(qū)的平巷ロ加設(shè)采空區(qū)水位觀測(cè)透明膠管以及泄水管路；當(dāng)采空區(qū)水位超過警戒水位時(shí)，打開泄水閥進(jìn)行疏放。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種礦井地下水的分布式存儲(chǔ)方法，包括如下步驟A、對(duì)采區(qū)地下空間進(jìn)行勘查，獲得地層的基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)；B、對(duì)礦井地下水進(jìn)行觀測(cè)，獲得地下水的流場(chǎng)分布情況、水質(zhì)數(shù)據(jù)以及水壓數(shù)據(jù)；C、根據(jù)步驟A獲得的地層基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)，和步驟B獲得地下水的流場(chǎng)分布情況、水質(zhì)數(shù)據(jù)以及水壓數(shù)據(jù)，將采煤后一個(gè)或多個(gè)地下水無法穿透的采空區(qū)空間確定為分布式地下水庫的儲(chǔ)水空間；D、在采煤過程中，當(dāng)確定的儲(chǔ)水空間形成后，其相鄰工作面采煤時(shí)產(chǎn)生的地下水，自然滲流到所述儲(chǔ)水空間。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦井地下水的合理保存，能夠減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的生長(zhǎng)及恢復(fù)的影響。
文檔編號(hào)B65G5/00GK102862775SQ20121013360
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者顧大釗 申請(qǐng)人:中國(guó)神華能源股份有限公司, 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)