CN108862693B - 一种基于生态脆弱矿区矿井水井下原位净化池的构筑方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于生态脆弱矿区矿井水井下原位净化池的构筑方法，属于矿井水净化领域，方法包括：选择至少1条巷道，并进行混凝土加固；在加固后的巷道内构筑人工挡墙，将巷道分隔为多个仓室；将仓室连接成净水系统，对矿井水进行物理净化和化学净化，分别处理为工业用水、生活用水和饮用水。本发明将地下巷道封闭形成水仓，并连接形成净水系统，通过物理净化和化学净化使得净化后的矿井水可以直接作为工业用水和生活用水，保证了对矿井水的有效治理，同时还无需在地表建立净水站，节省了土地资源。

Description

一种基于生态脆弱矿区矿井水井下原位净化池的构筑方法

技术领域

本发明涉及矿井水净化技术领域，尤其涉及一种基于生态脆弱矿区矿井水井下原位净化池的构筑方法。

背景技术

我国西部矿区煤炭资源丰富，能够为我国经济发展提供可靠的能源保障。西部矿区在我国内陆，降水少，蒸发大，属于典型的生态脆弱缺水地区。在该地区进行煤矿大规模开采，会对水资源造成严重影响。开采形成的采空区，会使地表下沉，若上覆岩层中有松散含水层，则会变形并产生裂隙，使得含水层中的水经裂隙渗流进入采空区，从而引起河水断流、地下水位下降、水资源锐减或枯竭。若将矿井水外排，会造成水资源浪费，污染地表生态环境。

为了进行煤炭资源开采，同时避免水资源浪费，部分矿山采用保水开采，通过煤柱坝体和人工坝体交替连接建立的水库坝体将采空区封闭，形成地下水库储存水资源。由于地下水库中的水为污水，不能直接利用，需要输送到地表污水净化厂进行处理。在地表建立污水净化厂需要占用大量的土地资源，影响矿山其他工程施工。

将污水净化厂构筑于井下的废弃巷道，能够提高废弃巷道的利用价值，节约地表土地资源，同时也可以作为储水仓，为井下施工作业提供工业用水，为地表居民提供生活用水和饮用水。目前尚无将污水净化厂构筑于井下的工程实例，井下空间狭小，施工和支护难度大，内部情况不易观测。因此有必要设计一种基于生态脆弱矿区的井下原位净化池的构筑方法。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于生态脆弱矿区矿井水井下原位净化池的构筑方法，用以解决现有地上矿井水净化系统占用土地资源、地下矿井水净化系统净化效果有限的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种基于生态脆弱矿区矿井水井下原位净化池的构筑方法，方法包括：

选择至少1条巷道，采用锚杆进行支护，并进行混凝土加固；

在加固后的巷道内构筑人工挡墙，将巷道分隔为多个仓室；

将仓室连接成净水系统，对矿井水进行物理净化和化学净化，分别处理为工业用水、生活用水和饮用水。

巷道包括至少2条，任意2条巷道的轴线之间的距离为所有巷道的各横截面的最大特征尺寸的3-10倍。

巷道的横截面均为矩形，宽度为3-6m，高度为3-5m。

人工挡墙的包括支撑挡墙和防水挡墙；防水挡墙采用防水黏土制成；支撑挡墙采用钢筋混凝土材料制成，且紧贴在防水挡墙的两面。

人工挡墙的厚度为第一巷道的横截面的最大特征尺寸的3/4-1/2且向上取整；防水挡墙的厚度为人工挡墙厚度的1/3且向下取整；防水挡墙的两面的支撑挡墙的厚度相等。

人工挡墙作为水仓内壁的一面设有水压传感器；水压传感器在竖直方向均布设有至少3列，且在水平方向均布设有至少3行，每行和每列均设有至少1个水压传感器；人工挡墙的顶部设有红外防水监控器，用来检测水仓内是否水位过高。

仓室包括：沉淀水仓、膜处理仓和检测水仓；

沉淀水仓中设有高效旋流净化器；沉淀水仓用来对矿井水中进行固液分离，经固液分离的矿井水通过水管通入膜处理仓；

膜处理仓设有渗透膜装置；膜处理仓用来对矿井水进行膜处理净化，经过膜处理净化的矿井水通过水管通入检测水仓；

检测水仓用来检测矿井水水质，根据检测结果将矿井水分类为生活用水和工业用水。

仓室还包括来水缓冲水仓和药仓；

矿井水先通入来水缓冲水仓，再由来水缓冲水仓通入沉淀水仓；

药仓设有PAC加药装置；药仓通过PAC加药装置将PAC净水剂加入到沉淀水仓中。

检测水仓包括一级检测水仓和二级检测水仓，一级检测水仓和二级检测水仓内均设有水质检测仪；

一级检测水仓用来对经过膜处理净化的矿井水进行一级检测，检测合格则作为生活用水进一步使用，否则通入二级检测水仓；

二级检测水仓用来对一级检测不合格的矿井水进行二级检测，检测合格则作为工业用水进一步使用，否则通入膜处理仓重新进行膜处理净化。

水仓还包括：工业用水暂存水仓、生活用水暂存水仓、饮用水暂存水仓；

生活用水暂存水仓设有消毒装置，经过消毒装置消毒的生活用水暂存水仓内的水作为饮用水使用。

本发明有益效果如下：

1、本发明将地下巷道封闭形成水仓，并连接形成净水系统，通过物理净化和化学净化使得净化后的矿井水可以直接作为工业用水和生活用水，保证了对矿井水的有效治理，同时还无需在地表建立净水站，节省了土地资源；

2、现今常见的巷道均可使用本发明的方法改建为井下的净化池系统，具备较高的适应性，便于广泛推广；

3、本发明采用了特制的人工挡墙来分隔巷道形成水仓，逼近能够保证结构强度还能防止矿井水渗出污染附近的土壤和水源。

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为本发明实施例构建的净水系统的原理图；

图2为本发明实施例构建的净水系统的结构示例图；

图3为本发明实施例使用的人工挡墙的传感器设置示意图；

图4为本发明实施例使用的人工挡墙的结构示意图；

附图标记：1-人工挡墙、2-入水管道、3-来水缓冲水仓、4-一级检测水仓、5-水质检测仪、6-二级检测水仓、7-工业用水暂存水仓、8-生活用水暂存水仓、9-饮用水暂存水仓、10-药仓、11-沉淀水仓、12-污泥泵、13-膜处理仓、14-水压传感器、15-红外防水监控器、16-支撑挡墙、17-防水挡墙。

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。

一种基于生态脆弱矿区矿井水井下原位净化池的构筑方法，方法包括：选择至少1条巷道，采用锚杆进行支护，并进行混凝土加固；在加固后的巷道内构筑人工挡墙1，将巷道分隔为多个仓室；将仓室连接成净水系统，对矿井水进行物理净化和化学净化，分别处理为工业用水、生活用水和饮用水。本发明实施例将地下巷道封闭形成水仓，并连接形成净水系统，通过物理净化和化学净化，既可以对水中的颗粒污染物进行过滤，还能通过化学方法净化水中的有害物质，使得净化后的矿井水可以直接作为工业用水和生活用水，混凝土加固还能防止污染的矿井水渗入土壤污染周围的土壤和水源，保证了对矿井水的有效治理，同时本发明实施例还直接将巷道改建成净化系统，无需在地表建立净水站，节省了土地资源

考虑到巷道可能会使用多条，巷道包括至少2条时，任意2条巷道的轴线之间的距离为所有巷道的各横截面的最大特征尺寸的3-10倍。距离太近会性影响巷道之间的结构强度，因为不同巷道间需要钻通，用来设置水管，结构强度低会造成巷道塌方；而距离太远会增加铺设水管的成本和难度，反而容易造成环境的二次破坏。如图2所示，本发明实施例中，使用2条巷道。

特征尺寸为巷道某一横截面上，内壁到轴线的最远距离，示例性的，当巷道横截面为矩形时，特征尺寸为矩形的外接圆半径长度，当巷道横截面为椭圆时，特征尺寸为椭圆的半长轴长度。

巷道的横截面均为矩形或拱形，本发明实施例中为矩形，宽度为3-6m，高度为3-5m，且宽度与高度的差的绝对值小于或等于1m。考虑到巷道需要作为水仓进行存水，因此结构强度需要保证横截面的长度和高度相差不大，经过实际测试，宽度与高度的差的绝对值小于或等于1m时，可以保证结构强度足够大，并且方便人工挡墙1的设置，虽然本发明实施例对适用的巷道提出了尺寸要求，但是常见的巷道尺寸均包括在内，具备一定的适应性，方便与广泛推广。本发明实施例中，已经开采完毕的同一工作面两条平行废弃准备巷道，平均间隔约10m，每条巷道的平均高度均为4m，平均宽度均为5m。

如图4所示，人工挡墙1的包括支撑挡墙16和防水挡墙17；防水挡墙17采用防水黏土制成；支撑挡墙16采用钢筋混凝土材料制成，且紧贴在防水挡墙17的两面。防水挡墙17主要用来防止水仓中的渗出，支撑挡墙16用来保证整个人工挡墙1的结构强度。

如图4所示，人工挡墙1的厚度为第一巷道的横截面的最大特征尺寸的3/4-1/2且向上取整；防水挡墙17的厚度为人工挡墙1厚度的1/3且向下取整；防水挡墙17的两面的支撑挡墙16的厚度相等。考虑到巷道的横截面尺寸一般变化不大，可以事先进行挡墙的预制，对人工挡墙1的厚度进行取整，可以简化人工挡墙1的预制难度。本发明实施例中，人工挡墙1的厚度为3m，防水挡墙17和支撑挡墙16的厚度均为1m。

如图3所示，人工挡墙1作为水仓内壁的一面设有水压传感器14；水压传感器14在竖直方向均布设有至少3列，可以用来检测同一位置不同深度的水压，且在水平方向均布设有至少3行，可用来测量同一深度不同位置的水压，每行和每列均设有至少1个水压传感器14，人工挡墙1的顶部设有红外防水监控器15，用来检测水仓内是否水位过高。

如图3所示，本发明实施例中，水压传感器14设有5个水压传感器14并排列成“十”字形，或水压传感器14设有9个并排列成3×3的方阵。

如图1、图2所示，仓室包括：沉淀水仓11、膜处理仓13和检测水仓；沉淀水仓11中设有高效旋流净化器；沉淀水仓11用来对矿井水中进行固液分离，实现对矿井水的物理净化，经固液分离的矿井水通过水管通入膜处理仓13；膜处理仓13设有渗透膜装置；膜处理仓13用来对矿井水进行膜处理净化，实现对矿井水的化学净化，经过膜处理净化的矿井水通过水管通入检测水仓；检测水仓用来检测矿井水水质，根据检测结果将矿井水分类为生活用水和工业用水。

如图1、图2所示，仓室还包括来水缓冲水仓3和药仓10；矿井水先通入来水缓冲水仓3，再由来水缓冲水仓3通入沉淀水仓11，防止矿井水进入时的窜动影响整个系统的稳定性；药仓10设有PAC(聚合氯化铝，Polyaluminium Chloride)加药装置；药仓10通过PAC加药装置将PAC净水剂加入到沉淀水仓11中。PAC净水剂对污水中的颗粒物的净化能力极强，可以使矿井水中的颗粒污染物迅速沉淀，作为污泥排出。

如图1、图2所示，检测水仓包括一级检测水仓4和二级检测水仓6，一级检测水仓4和二级检测水仓6内均设有水质检测仪5；一级检测水仓4用来对经过膜处理净化的矿井水进行一级检测，检测合格则作为生活用水进一步使用，否则通入二级检测水仓6；二级检测水仓6用来对一级检测不合格的矿井水进行二级检测，检测合格则作为工业用水进一步使用，否则通入膜处理仓13重新进行膜处理净化。经过两次检测将净化后的水进行分类，并根据其检测结果用作不同的用途，有利于矿井水的循环再利用。

如图1、图2所示，水仓还包括：工业用水暂存水仓7、生活用水暂存水仓8、饮用水暂存水仓9；生活用水暂存水仓8设有消毒装置，经过消毒装置消毒的生活用水暂存水仓8内的水作为饮用水使用。通过对生活用水的进一步处理，可以将矿井水净化为饮用水，进一步提高了使用本发明方法构筑的净化池的净化能力和使用前景。

需要连通的各个水仓均通过水管连接，且每处水管均设有阀门。系统内水的流动可以通过水泵驱动，或通过水仓的高低位设置、靠重力驱动。

本发明实施例中，构筑的净化系统的原理为：

如图1所示，污水从地下水库或矿井水积存处进入来水缓冲水仓3待净化，随后进入沉淀水仓11进行沉淀凝结和固液分离，沉淀下来的污泥外运，固液分离后的水进入膜处理仓13进行膜处理。处理后进入一级检测水仓4检测水质，达到生活用水标准的输送至生活用水暂存水仓8，未达标的输送至二级检测水仓6检测水质，达到工业用水标准的输送至工业用水暂存水仓7，未达标的输送回膜处理仓13，进行二次处理。生活用水经消毒后输送至饮用水暂存水仓9。工业用水暂存水仓7中的水既能够为井下作业提供工业用水，也可以输送至地表水库储存；生活用水暂存水仓8和饮用水暂存水仓9中的水输送至地表水库储存。至此实现矿井水井下原位净化和分类利用。

如图2所示，本发明实施例中，选取已经开采完毕的同一工作面两条平行废弃准备巷道作为井下原位净化池的构筑地点，巷道宽均为5m，巷道高均为4m。其中一条准备巷道用于污水沉淀和膜处理，另一条准备巷道用于水质检测和储存；在废弃准备巷道中构筑3m宽的人工挡墙1，将其划分为药仓10、沉淀水仓11、膜处理仓13、来水缓冲水仓3、一级检测水仓4、二级检测水仓6、工业用水暂存水仓7、生活用水暂存水仓8和饮用水暂存水仓9；污水由地下水库经入水管道2进入来水缓冲水仓3待净化；净化过程中，污水从来水缓冲水仓3进入沉淀水仓11中的超高效旋流净化器中；安置于药仓10中的PAC加药装置将PAC聚合氯化铝经加药管道输送至超高效旋流净化器中，与污水充分混合，完成直流混凝，压缩双电层，将固体颗粒胶体与水分离，凝结沉淀下来的固体污泥，通过污泥泵12运出；固液分离后的水进入膜处理仓13中，经渗透膜装置的膜处理工艺，去除水中的病毒和细菌后，进入一级检测水仓4；一级检测水仓4的人工挡墙1上安置有水质检测仪5，用于检测膜处理后水的质量，若达到生活用水标准，则打开连通水阀，将水输送至生活用水暂存水仓8，若水质未达到生活用水标准，则将水输送至二级检测水仓6；二级检测水仓6的人工挡墙1同样安置有水质检测仪5，用于检测未达生活用水标准的水的质量，若水质达到工业用水标准，打开连通水阀，将水输送至工业用水暂存水仓7，若未达到工业用水标准，则通过回流管道将水运回膜处理仓13进行二次处理；生活用水暂存水仓8中的水经加药消毒处理后，通过连通水阀进入饮用水暂存水仓9；工业用水暂存水仓7中的水能够直接用于井下作业，也可以输送至地表水库储存；生活用水暂存水仓8和饮用水暂存水仓9中的水输送至地表水库储存。

综上所述，本发明实施例提供了一种基于生态脆弱矿区矿井水井下原位净化池的构筑方法，本发明将地下巷道封闭形成水仓，并连接形成净水系统，通过物理净化和化学净化使得净化后的矿井水可以直接作为工业用水和生活用水，保证了对矿井水的有效治理，同时还无需在地表建立净水站，节省了土地资源。

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 (1)

1.一种基于生态脆弱矿区矿井水井下原位净化池的构筑方法，其特征在于，所述方法包括：

选择至少1条巷道，采用锚杆进行支护，并进行混凝土加固；

在加固后的巷道内构筑人工挡墙(1)，将巷道分隔为多个仓室；

将仓室连接成净水系统，对矿井水进行物理净化和化学净化，分别处理为工业用水、生活用水和饮用水；

所述人工挡墙(1)包括支撑挡墙(16)和防水挡墙(17)；所述防水挡墙(17)采用防水黏土制成；所述支撑挡墙(16)采用钢筋混凝土材料制成，且紧贴在所述防水挡墙(17)的两面；

所述巷道包括至少2条，任意2条巷道的轴线之间的距离为所有所述巷道的各横截面的最大的特征尺寸的3-10倍；

所述巷道的横截面均为矩形，宽度为3-6m，高度为3-5m；宽度与高度的差的绝对值小于或等于1m；

所述人工挡墙(1)的厚度为第一巷道的横截面的最大的特征尺寸的3/4-1/2且向上取整；所述防水挡墙(17)的厚度为所述人工挡墙(1)厚度的1/3且向下取整；所述防水挡墙(17)的两面的支撑挡墙(16)的厚度相等；对人工挡墙(1)进行预制；

所述人工挡墙(1)作为水仓内壁的一面设有水压传感器(14)；所述水压传感器(14)在竖直方向均布设有至少3列，且在水平方向均布设有至少3行，每行和每列均设有至少1个所述水压传感器(14)；

所述人工挡墙(1)的顶部设有红外防水监控器(15)，用来检测水仓内是否水位过高；

所述仓室包括：沉淀水仓(11)、膜处理仓(13)和检测水仓；

所述沉淀水仓(11)中设有高效旋流净化器；所述沉淀水仓(11)用来对矿井水中进行固液分离，经固液分离的矿井水通过水管通入所述膜处理仓(13)；

所述膜处理仓(13)设有渗透膜装置；所述膜处理仓(13)用来对矿井水进行膜处理净化，经过膜处理净化的矿井水通过水管通入所述检测水仓；

所述检测水仓用来检测矿井水水质，根据检测结果将矿井水分类为生活用水和工业用水；

所述仓室还包括来水缓冲水仓(3)和药仓(10)；

矿井水先通入所述来水缓冲水仓(3)，再由所述来水缓冲水仓(3)通入所述沉淀水仓(11)；

所述药仓(10)设有PAC加药装置；所述药仓(10)通过所述PAC加药装置将PAC净水剂加入到所述沉淀水仓(11)中；

所述检测水仓包括一级检测水仓(4)和二级检测水仓(6)，所述一级检测水仓(4)和二级检测水仓(6)内均设有水质检测仪(5)；

所述一级检测水仓(4)用来对经过膜处理净化的矿井水进行一级检测，检测合格则作为生活用水进一步使用，否则通入二级检测水仓(6)；

所述二级检测水仓(6)用来对一级检测不合格的矿井水进行二级检测，检测合格则作为工业用水进一步使用，否则通入所述膜处理仓(13)重新进行膜处理净化；

所述水仓还包括：工业用水暂存水仓(7)、生活用水暂存水仓(8)、饮用水暂存水仓(9)；

所述生活用水暂存水仓(8)设有消毒装置，经过所述消毒装置消毒的生活用水暂存水仓(8)内的水作为饮用水使用；

水的流动通过水仓的高低位设置、靠重力驱动。

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