CN108708434B - 一种阶梯式构建永久地下水库净化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种阶梯式构建永久地下水库净化系统，属于地下水库技术领域，解决了现有技术对采空区内深入的水无法处理或处理不彻底的问题。净化系统包括：第一区域、第二区域、第三区域；第一区域和第二区域之间设有第一隔离墙，第二区域和第三区域之间设有第二隔离墙；第一隔离墙和第二隔离墙均竖直设置；第一区域、第二区域、第三区域沿地下地下水的渗流方向设置；第二区域设有一级取水管道，取出的水作为工业用水；第三区域设有二级取水管道，取出的水作为生活用水。本发明实现了对采空区流入的水的逐级净化，可以使净化后的水既能满足工业用水的标准，还能满足生活用水的标准。
Description
技术领域
本发明涉及地下水库技术领域，尤其涉及一种阶梯式构建永久地下水库净化系统。
背景技术
我国煤炭资源开发的战略重心已转移至中西部地区，2017年，内蒙古、山西、陕西、新疆、宁夏等5省原煤产量占我国煤炭总产量的73.8％，查明煤炭资源储量约占全国总储量的80％。该部分地区处于我国干旱-缺水带及半干旱-少水带，水资源匮乏，仅占我国的5.96％。水资源是影响该区域煤炭开采和保障生态安全的主导因素，并起基础配置作用。煤矿大规模、高强度开采将对西部矿区特殊的自然环境、生态环境和资源赋存地质结构环境带来不同程度的扰动和影响，当超过该区域环境的承载能力时将会使区域平衡的环境条件遭到破坏。其中，煤炭开采引起顶板覆岩结构与完整性遭到破坏，致使含水层以层间径流向垂向径流为主的新水循环模式转变，从而使得大部分顶板砂岩弱含水层及第四系潜水含水层地下水渗(溃)入矿井采空区。因此，在西部生态脆弱矿区，合理构建地下水库来保护和利用地下水资源，是西部煤炭资源可持续开发的重要工作。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种阶梯式构建永久地下水库净化系统，用以解决现有技术对采空区内深入的水无法处理或处理不彻底的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种阶梯式构建永久地下水库净化系统，净化系统包括：第一区域、第二区域、第三区域；第一区域和第二区域之间设有第一隔离墙，第二区域和第三区域之间设有第二隔离墙；第一隔离墙和第二隔离墙均竖直设置；第一区域、第二区域、第三区域沿地下地下水的渗流方向设置；第二区域设有一级取水管道，取出的水作为工业用水；第三区域设有二级取水管道，取出的水作为生活用水。
第一隔离墙采用粒径为5-10mm的沙石材料填充，第一隔离墙的厚度为30-35m。
第二隔离墙包括透水墙体和药剂层；透水墙体设有2层，分别设置在药剂层的两侧。
透水墙体采用透水且防腐蚀的结构材料制成；药剂层由矸石填充，且混有净水剂；
第二隔离挡墙的厚度为40-45m，药剂层的厚度为第二隔离挡墙的1/2，药剂层两侧的透水墙体的厚度相等。
药剂层内设有加药管道，加药管道包括至少1个竖直段；
竖直段沿药剂层的方向竖直穿过药剂层，且顶端延伸至地面；竖直段上设有至少1个加药口。
加药管道还包括水平段；
水平段沿药剂层的方向水平穿过药剂层，且水平段上设有至少1个加药口；每个竖直段与至少1个水平段连通。
竖直段设有至少2根，所有竖直段均位于药剂层的垂直于地下水的渗流方向的对称面上；任意相邻的2个竖直段之间的距离为15-20m。
一级取水管道包括水平段和竖直段；
竖直段沿垂直于地下水的渗流方向竖直穿过第二区域，且竖直段的顶部延伸至地面；水平段沿垂直于地下水的渗流方向水平穿过第二区域，且水平段上设有至少1个取水口；每个竖直段均与至少1个水平段连通。
二级取水管道包括水平段和竖直段；
竖直段沿垂直于地下水的渗流方向竖直穿过第三区域，且竖直段的顶部延伸至地面；水平段沿垂直于地下水的渗流方向水平第三区域，且水平段上设有至少1个取水口；每个竖直段均与至少1个水平段连通。
第一区域、第二区域、第三区域均采用矸石填充，且填充后矸石间的缝隙能够存水；
第一区域包括地面水向地下沿竖直方向渗流的区域。
本发明的有益效果为：
本发明采用竖直并列的第一区域、第一隔离墙、第二区域、第二隔离墙、第三区域，依靠水的水平方向渗流，实现对水的逐级净化，使净化后的水既能满足工业用水的标准，还能满足生活用水的标准。本发明还能避免将各区域水平设置，避免了重力对结构的影响。本发明依从水的自然渗流方向，无需水泵等设备即可实现水依次流经第一区域、第一隔离墙、第二区域、第二隔离墙、第三区域。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例的俯视图；
图2为本发明实施例的纵剖视图；
附图标记：1-第一区域；2-第二区域；3-第三区域；4-第一隔离墙；5-透水墙体；6-药剂层；7-第二隔离墙；8-一级取水钻管道；9-加药管道；10-二级取水管道。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
一种阶梯式构建永久地下水库净化系统，净化系统包括：第一区域1、第二区域2、第三区域3；第一区域1和第二区域2之间设有第一隔离墙4，第二区域2和第三区域3之间设有第二隔离墙7；第一隔离墙4和第二隔离墙7均竖直设置；第一区域1、第二区域2、第三区域3沿地下地下水的渗流方向设置；第二区域2设有一级取水管道8，取出的水作为工业用水；第三区域3设有二级取水管道10，取出的水作为生活用水。本发明直接设置在矿石的采空区内，采用竖直并列的第一区域1、第一隔离墙4、第二区域2、第二隔离墙7、第三区域3，依靠水的水平方向渗流，实现对水的逐级净化，使净化后的水既能满足工业用水的标准，还能满足生活用水的标准。本发明还能避免将各区域水平设置，避免了重力对结构的影响，如果水平设置，由于重力作用，上层结构会对下层结构产生很大的作用力，容易导致下层结构损坏，如果下层通过。本发明依从水的自然渗流方向，无需水泵等设备即可实现水依次流经第一区域1、第一隔离墙4、第二区域2、第二隔离墙7、第三区域3。
第一区域1、第二区域2、第三区域3均采用矸石填充，且填充后矸石间的缝隙能够存水；第一区域1包括地面水向地下沿竖直方向渗流的区域。实际过程中，地面或地下上层的水会因采空区的顶板覆岩破坏而向下渗流进采空区，填充第一区域1后，采空区的水会向四周渗流，即向第二区域2和第三区域3渗流。
第一隔离墙4采用粒径为5-10mm的沙石材料填充，优选为5mm，第一隔离墙4的厚度为30-35m，优选为30m。经过反复的大量实验，当沙石粒径为5-10mm时，对水的过滤效果最好，综合考虑滤水效果和水的渗流效果，当第一隔离墙4的厚度为30-35m时，既能保证良好的过滤效果，又能避免过多的经济投入。
第二隔离墙7包括透水墙体5和药剂层6；透水墙体5设有2层，分别设置在药剂层6的两侧，用来对药剂层6进行保护，考虑到药剂层6需要加入净水剂，不易填充得过于紧实，因此，需要透水墙体5来对药剂层6进行保护和支撑。
透水墙体5采用透水且防腐蚀的结构材料制成；药剂层6由矸石填充，且混有净水剂，净水剂为物理净水剂和/或化学净水剂，用来出去水中的微小颗粒物和有害离子或有机物；
通过反复大量的实验，并根据实验结果和实验成本进行综合考虑，第二隔离挡墙的厚度为40-45m，优选为40m，药剂层6的厚度为第二隔离挡墙的1/2，药剂层6两侧的透水墙体5的厚度相等，以保证足够的结构强度。
药剂层6内设有加药管道9，加药管道9包括至少1个竖直段；竖直段沿药剂层6的方向竖直穿过药剂层6，且顶端延伸至地面；竖直段上设有至少1个加药口。通过竖直段顶端，可以直接向竖直段加入净水剂，净水剂通过加药口进入药剂层6，实现对药剂层6中净水剂的补充。
为了使净水剂能够更加均匀的添加到药剂层6中，加药管道9还包括水平段；水平段沿药剂层6的方向水平穿过药剂层6，且水平段上设有至少1个加药口；每个竖直段与至少1个水平段连通。
当整体的宽度较大时，需要多跟竖直段加药管，竖直段设有至少2根，所有竖直段均位于药剂层6的垂直于地下水的渗流方向的对称面上；任意相邻的2个竖直段之间的距离为15-20m，优选为20m，可以进一步的使净水剂加入的更加均匀。
一级取水管道8包括水平段和竖直段；
竖直段沿垂直于地下水的渗流方向竖直穿过第二区域2，且竖直段的顶部延伸至地面；水平段沿垂直于地下水的渗流方向水平穿过第二区域2，且水平段上设有至少1个取水口；每个竖直段均与至少1个水平段连通。可以从竖直段的顶部将第二区域2内的水抽出，并用作工业用水。多个竖直段一同使用时，任意相邻的2个竖直段之间的距离为40-45m，优选为40m。
二级取水管道10包括水平段和竖直段；
竖直段沿垂直于地下水的渗流方向竖直穿过第三区域3，且竖直段的顶部延伸至地面；水平段沿垂直于地下水的渗流方向水平第三区域3，且水平段上设有至少1个取水口；每个竖直段均与至少1个水平段连通。可以从竖直段的顶部将第三区域3内的水抽出，并用作生活用水。多个竖直段一同使用时，任意相邻的2个竖直段之间的距离为40-45m，优选为40m。
一级取水管和二级取水管上的取水口均设有滤网，防止水中混入细小的沙石颗粒物。
综上所述，本发明实施例提供了一种阶梯式构建永久地下水库净化系统，本发明采用竖直并列的第一区域1、第一隔离墙4、第二区域2、第二隔离墙7、第三区域3，依靠水的水平方向渗流，实现对水的逐级净化，使净化后的水既能满足工业用水的标准，还能满足生活用水的标准。本发明还能避免将各区域水平设置，避免了重力对结构的影响。本发明依从水的自然渗流方向，无需水泵等设备即可实现水依次流经第一区域1、第一隔离墙4、第二区域2、第二隔离墙7、第三区域3。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种阶梯式构建永久地下水库净化系统，其特征在于，所述净化系统设置在矿石的采空区内，所述净化系统包括：第一区域(1)、第二区域(2)、第三区域(3)；所述第一区域(1)和第二区域(2)之间设有第一隔离墙(4)，第二区域(2)和第三区域(3)之间设有第二隔离墙(7)；所述第一隔离墙(4)和第二隔离墙(7)均竖直设置；所述第一区域(1)、第二区域(2)、第三区域(3)沿地下水的水平渗流方向设置；所述第二区域(2)设有一级取水管道(8)，取出的水作为工业用水；第三区域(3)设有二级取水管道(10)，取出的水作为生活用水；
所述第一区域(1)、第二区域(2)、第三区域(3)均采用矸石填充，且填充后矸石间的缝隙能够存水；
所述第一区域(1)包括地面水向地下沿竖直方向渗流的区域；
地面或地下上层的水向下渗流进第一区域(1)后，向四周渗流进第二区域(2)和第三区域(3)；
所述第二隔离墙(7)包括透水墙体(5)和药剂层(6)；所述透水墙体(5)设有2层，分别设置在所述药剂层(6)的两侧；
所述药剂层(6)内设有加药管道(9)，所述加药管道(9)包括至少1个竖直段；
所述竖直段沿所述药剂层(6)的方向竖直穿过药剂层(6)，且顶端延伸至地面；所述竖直段上设有至少1个加药口；
所述第一隔离墙(4)采用粒径为5-10mm的沙石材料填充，所述第一隔离墙(4)的厚度为30-35m；
所述透水墙体(5)采用透水且防腐蚀的结构材料制成；所述药剂层(6)由矸石填充，且混有净水剂；
所述第二隔离墙的厚度为40-45m，所述药剂层(6)的厚度为所述第二隔离墙的1/2，所述药剂层(6)两侧的透水墙体(5)的厚度相等。
2.根据权利要求1所述的净化系统，其特征在于，所述加药管道(9)还包括水平段；
所述水平段沿所述药剂层(6)的方向水平穿过所述药剂层(6)，且所述水平段上设有至少1个加药口；每根所述竖直段与至少1个水平段连通。
3.根据权利要求2所述的净化系统，其特征在于，所述竖直段设有至少2根，所有所述竖直段均位于所述药剂层(6)的垂直于地下水的渗流方向的对称面上；任意相邻的2根所述竖直段之间的距离为15-20m。
4.根据权利要求1所述的净化系统，其特征在于，所述一级取水管道包括水平段和竖直段；
所述竖直段沿垂直于地下水的渗流方向竖直穿过所述第二区域(2)，且所述竖直段的顶部延伸至地面；所述水平段沿垂直于地下水的渗流方向水平穿过所述第二区域(2)，且所述水平段上设有至少1个取水口；每根所述竖直段均与至少1根所述水平段连通。
5.根据权利要求1所述的净化系统，其特征在于，所述二级取水管道(10)包括水平段和竖直段；
所述竖直段沿垂直于地下水的渗流方向竖直穿过所述第三区域(3)，且所述竖直段的顶部延伸至地面；所述水平段沿垂直于地下水的渗流方向水平穿过所述第三区域(3)，且所述水平段上设有至少1个取水口；每根所述竖直段均与至少1根所述水平段连通。
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