CN113461080A - 岩溶矿区煤矿井下利用陷落柱净化水资源系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了岩溶矿区煤矿井下利用陷落柱净化水资源系统及方法，包括：挡水墙，挡水墙位于工作面停采线上；引流水槽，引流水槽从陷落柱附近巷道开始施工至挡水墙位置，以此引流陷落柱内涌出的水；一号水仓通过水泵抽采井下洒水喷雾存水和井下生活污水，二号水仓通过水泵储存引流水槽内的水、并用于井下洒水喷雾，三号水仓与二号水仓通过管路和水泵相连通；地面一号蓄水池通过副井一号排水管与一号水仓相连通，地面二号蓄水池通过副井二号排水管与三号水仓和二号水仓相连通；本发明结合喀斯特地貌区的采矿水文地质条件，利用发育高度合适的陷落柱及陷落柱的天然自净化功能，实现井下水资源的高效利用，降低矿井运营成本，提高岩溶水的综合利用率。

Description

岩溶矿区煤矿井下利用陷落柱净化水资源系统及方法

技术领域

本发明涉及煤矿井下水治理及净化水技术领域，特别是一种岩溶矿区煤矿井下利用陷落柱净化水资源系统及方法。

背景技术

我国西南大部分地区为喀斯特地貌区，该地区表土层下岩溶较为发育，陷落柱等地质构造赋存较多，大气降水多下渗至地下岩溶洞内，导致喀斯特地貌区地表严重缺水。煤层开采遇到穿层陷落柱时，一般选择直接推过陷落柱，使得陷落柱活化，并具有一定的导水能力。当煤层开采后陷落柱与岩溶水导通时，整个井下就形成了地表-岩溶洞-陷落柱-井下之间的涌水通道，大气降水将源源不断的通过陷落柱涌入井下，对井下排水系统造成很大的压力。因此，矿井水的资源化利用以及提高矿井水的利用率对缓解矿区水资源供应紧张、节约矿井运营成本、惠及周边村民以及实现岩溶地区水资源的循环利用具有重要意义。

申请号为201510127938.4的专利公开了一种煤矿井下水处理方法，它指出了现有煤矿矿井水和污水混合排方至水仓，之后泵排至地面集中处理中处在的问题，提出了将井下水仓分为井下废水和地下水，将地面水处理厂分为地下和地上两部分，减少了矿井运营成本。此专利的方法具有较大适用性，但是不具有针对性，对于喀斯特区发育的陷落柱本身具有较好的净化水能力，并且拥有源源不断地水源供给，利用该专利并不是最优选择。因此，提出一种利用显然陷落柱净化水资源的方法尤为重要，充分利用陷落柱的天然净水能力，提高矿井水利用率，降低矿井生活、生产用水成本。

发明内容

为了克服上述不足，本发明的目的是要提供一种岩溶矿区煤矿井下利用陷落柱净化水资源系统及方法，结合喀斯特地貌区的采矿水文地质条件，利用发育高度合适的陷落柱，及陷落柱的天然自净化功能，通过构建井下储水空间，设计了一套岩溶矿区陷落柱涌水资源化利用系统，提出了利用陷落柱净化水资源的方法，实现喀斯特地貌区井下水资源的高效利用，降低矿井运营成本，提高岩溶水的综合利用率。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

岩溶矿区煤矿井下利用陷落柱净化水资源系统，包括：

挡水墙，所述挡水墙位于工作面停采线上；

引流水槽，所述引流水槽从陷落柱巷道开始施工至挡水墙位置，以此引流陷落柱内涌出的水；

一号水仓、二号水仓、三号水仓，所述一号水仓、二号水仓、三号水仓位于井下，一号水仓通过水泵抽采井下洒水喷雾存水和井下生活污水，二号水仓通过水泵储存引流水槽内的水、并用于井下洒水喷雾，三号水仓与二号水仓通过管路和水泵相连通；

地面一号蓄水池，所述地面一号蓄水池通过副井一号排水管与一号水仓相连通，用于泵排一号水仓内的存水，所述地面一号蓄水池内的水经地面污水处理厂和水深度处理厂用于矿区生活、地面生产、村庄生活和农田灌溉；

地面二号蓄水池，所述地面二号蓄水池通过副井二号排水管与三号水仓和二号水仓相连通，所述地面二号蓄水池内的水经水深度处理厂用于矿区生活、地面生产、村庄生活和农田灌溉；

进一步的，所述挡水墙做防渗透处理，防止矿井水外渗；

进一步的，所述引流水槽与二号水仓之间的水泵遵循井下机械设备“一用一备一检修”的原则，并在采空区内设置水位传感器；

进一步的，二号水仓内的水达到储存量的80%时，将二号水仓内的水泵排至三号水仓；

岩溶矿区煤矿井下利用陷落柱净化水资源方法，包括以下步骤：

Step1，确定涌水陷落柱的位置以及涌水量；

Step2，陷落柱涌水进行水化学分析，得到涌水的水质，确定陷落柱净化水质的天然能力；

Step3，在工作面停采线附近修建挡水墙，并对挡水墙及周围岩体做防渗处理，防止矿井水外渗；

Step4，在回风巷和进风巷之间选择一条标高较低的巷道施工永久引流水槽，引流水槽从陷落柱附近巷道开始施工，施工至停采线附近的挡水墙，以此来引流陷落柱内涌出的水；

Step5，在采空区挡水墙处与井下水仓建立输水管道，用来泵排采空区内的涌水，根据涌水量的范围变化选择三台水泵，遵循井下机械设备“一用一备一检修”的原则，采空区内设置水位传感器，与三台水泵形成调控系统，使得采空区内的水位保持在安全水位；

Step6，在井下建立一号水仓、二号水仓和三号水仓，一号水仓通过水泵抽采井下洒水喷雾存水和井下生活污水，二号水仓通过水泵储存引流水槽内的水、并用于井下洒水喷雾，三号水仓与二号水仓通过管路和水泵相连通；

Step7，在井上建立地面一号蓄水池和地面二号蓄水池，通过副井一号排水管将一号水仓和地面一号蓄水池连通，通过副井二号排水管将二号水仓、三号水仓与地面二号蓄水池连通；

Step8，地面一号蓄水池内的水经地面污水处理厂和水深度处理厂用于矿区生活、地面生产、村庄生活和农田灌溉；地面二号蓄水池内的水水深度处理厂用于矿区生活、地面生产、村庄生活和农田灌溉。

与现有技术相比，本发明的岩溶矿区煤矿井下利用陷落柱净化水资源系统及方法具备以下有益效果：

本发明结合传统工艺，利用喀斯特区采矿水文地质条件以及天然陷落柱净化水的能力，提出了一种新的净化和利用矿井水方法，本发明利用发育高度合适的陷落柱，及陷落柱的天然自净化功能，通过构建井下储水空间，建立的井下储排水系统，降低了矿井生活、生产用水成本，提高了矿井水的利用率。与传统矿井水处理工艺相比，本发明不仅节约了涌水的运输成本，而且净化效果好，降低了净化水与其他生产用水混合后的污水处理成本，避免了水资源的二次污染，减少了水处理药物的投放，本发明在喀斯特地貌区陷落柱较为发育的矿井值得推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的剖面结构示意图；

图2为本发明的陷落柱底部平面示意图；

图3为本发明的净化水在地面的处理利用示意图；

图4为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本实施例为西南某岩溶矿区，通过查阅当地水文地质资料发现，陷落柱涌水的水源为玉龙山段含水层，岩溶水主要赋存在岩溶洞内，开采扰动形成了导通的侧向补给通道，因此陷落柱涌水水源充足。岩溶水流过陷落柱的过程中，与陷落柱发生固液耦合作用，破碎的岩体通过离子交换和吸附等作用，有效降低了岩溶水中的悬浮物、氯化物、氟化物等有害物质的含量。基于陷落柱对岩溶水的净化功能，建立矿井水资源循环利用系统，既保证了矿井水的绿色循环利用，又解决了该矿区的生产生活用水。

地面岩溶水及井下水水质对比分析：

井下水分为两部分：陷落柱产生的顶板岩溶水和井下生产过程中产生的废水，本实施例主要研究陷落柱对顶板岩溶水的净化功能。

通过对某矿落水洞内的水样与陷落柱涌水水样化验结果对比发现，工作面涌水水质比地表落水洞内的水质要好，经过陷落柱过滤的岩溶水水质良好，其各项指标均达到了最新的GB50383—2016《煤矿井下消防、洒水设计规范》及GB/T 18920—2002《城市污水再生利用，城市杂用水水质》的标准。

表1岩溶水及井下水水质

检测项目及单位	落水洞内水	陷落柱涌水	标准
				浊度	10.5	3.6	5
悬浮物粒径/mm	0.4~0.5	≤0.2	≤0.3
				pH值	8.58	8.11	6~9
大肠菌群（个/L）	7	2	≤3
				总硬度mg/L	313.36	214.2	450
氯化物mg/L	6.67	3.0	250
				氨氮mg/L	0.96	0.82	10
氟化物mg/L	1.62	0.45	1.0
				溶解性总固体mg/L	815.5	337	1000

通过表1可以看出，陷落柱的涌水水质明显好于落水洞内的水质，且符合国标要求。

本实施例的岩溶矿区煤矿井下利用陷落柱净化水资源系统，如图1-4所示，包括：

挡水墙7，所述挡水墙7位于工作面停采线19上；

引流水槽16，所述引流水槽16从陷落柱5附近巷道开始施工至挡水墙7位置，以此引流陷落柱5内涌出的水；

一号水仓9、二号水仓10、三号水仓11，所述一号水仓9、二号水仓10、三号水仓11位于井下，一号水仓9通过水泵抽采井下洒水喷雾8的存水和井下生活污水，二号水仓10通过水泵储存引流水槽16内的水、并用于井下洒水喷雾8，三号水仓11与二号水仓10通过管路和水泵相连通；

地面一号蓄水池15，所述地面一号蓄水池15通过副井一号排水管13与一号水仓9相连通，用于泵排一号水仓9内的存水，所述地面一号蓄水池15内的水经地面污水处理厂26和水深度处理厂21用于矿区生活、地面生产、村庄生活和农田灌溉；

如图3所示，地面二号蓄水池14，所述地面二号蓄水池14通过副井二号排水管12与三号水仓11和二号水仓10相连通，所述地面二号蓄水池14内的水经水深度处理厂21用于矿区生活22、地面生产23、村庄生活24和农田灌溉25；

在本实施例中，所述挡水墙7做防渗透处理，防止矿井水外渗。

如图1所示，所述引流水槽16与二号水仓10之间的水泵遵循井下机械设备“一用一备一检修”的原则，并在采空区6内设置水位传感器；二号水仓10内的水达到储存量的80%时，将二号水仓内10的水泵排至三号水仓11。

岩溶矿区煤矿井下利用陷落柱净化水资源的方法，包括以下具体过程：

首先Step1，确定涌水陷落柱5的位置以及涌水量；

Step2，对陷落柱5涌水进行水化学分析，得到涌水的水质，确定陷落柱净化水质的天然能力；

Step3，在工作面停采线19附近修建挡水墙7，并对挡水墙7及周围岩体做防渗处理，防止矿井水外渗；

Step4，在回风巷18和进风巷17之间选择一条标高较低的巷道施工永久引流水槽16，引流水槽16从陷落柱5附近巷道开始施工，施工至停采线19附近的挡水墙7，以此来引流陷落柱5内涌出的水；

Step5，在采空区6挡水墙7处与井下水仓建立输水管道，用来泵排采空区内的涌水，根据涌水量的范围变化选择三台水泵，遵循井下机械设备“一用一备一检修”的原则，采空区6内设置水位传感器，与三台水泵形成调控系统，使得采空区内的水位保持在安全水位；

Step6，在井下建立一号水仓9、二号水仓10和三号水仓11，一号水仓9通过水泵抽采井下洒水喷雾存水和井下生活污水，二号水仓10通过水泵储存引流水槽内的水、并用于井下洒水喷雾，三号水仓11与二号水仓10通过管路和水泵相连通；

Step7，在井上建立地面一号蓄水池15和地面二号蓄水池14，通过副井一号排水管13将一号水仓9和地面一号蓄水池15连通，通过副井二号排水管12将二号水仓10、三号水仓11与地面二号蓄水池14连通；

Step8，地面一号蓄水池15内的水经地面污水处理厂26和水深度处理厂21用于矿区生活22、地面生产23、村庄生活24和农田灌溉25；地面二号蓄水池14内的水水深度处理厂21用于矿区生活22、地面生产23、村庄生活24和农田灌溉25。

在本实施例中，参考图1，大气降,1为矿井水的初始水源，通过地表径流或下渗汇入塌陷坑2、岩溶洞4和落水洞3等容水空间。受采动影响岩溶水通过导水通道进入活化的陷落柱5，并开始自然过滤净化过程，当岩溶水流出陷落柱5时，水质已达到优良，通过引流水槽16自流至挡水墙7处。然后，涌水被水泵抽入二号水仓10，可保证采空区6水位在安全范围内，有效避免突水灾害的发生。当二号水仓10内的水达到80%的容量时，进入二号水仓10 的阀门关闭，同时三号水仓11的阀门打开，进一步提高了采空区6的安全性。二号水仓10（或三号水仓11）内的水一部分可直接用于井下洒水喷雾8等，另一部分通过副井二号排水管12依次进入地面二号蓄水池14和水深度处理厂21。井下各种生产污水通过自流或泵排的方式进入一号水仓9，再通过副井一号排水管13依次进入地面污水处理厂26和水深度处理厂21，经过一系列处理达到生产、生活利用标准。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.岩溶矿区煤矿井下利用陷落柱净化水资源系统，其特征在于，包括：

挡水墙，所述挡水墙位于工作面停采线上；

引流水槽，所述引流水槽从陷落柱巷道开始施工至挡水墙位置，以此引流陷落柱内涌出的水；

一号水仓、二号水仓、三号水仓，所述一号水仓、二号水仓、三号水仓位于井下，一号水仓通过水泵抽采井下洒水喷雾存水和井下生活污水，二号水仓通过水泵储存引流水槽内的水、并用于井下洒水喷雾，三号水仓与二号水仓通过管路和水泵相连通；

地面一号蓄水池，所述地面一号蓄水池通过副井一号排水管与一号水仓相连通，用于泵排一号水仓内的存水，所述地面一号蓄水池内的水经地面污水处理厂和水深度处理厂用于矿区生活、地面生产、村庄生活和农田灌溉；

地面二号蓄水池，所述地面二号蓄水池通过副井二号排水管与三号水仓和二号水仓相连通，所述地面二号蓄水池内的水经水深度处理厂用于矿区生活、地面生产、村庄生活和农田灌溉。

2.根据权利要求1所述的岩溶矿区煤矿井下利用陷落柱净化水资源系统，其特征在于，所述挡水墙做防渗透处理，防止矿井水外渗。

3.根据权利要求1所述的岩溶矿区煤矿井下利用陷落柱净化水资源系统，其特征在于，所述引流水槽与二号水仓之间的水泵遵循井下机械设备“一用一备一检修”的原则，并在采空区内设置水位传感器。

4.根据权利要求1所述的岩溶矿区煤矿井下利用陷落柱净化水资源系统，其特征在于，二号水仓内的水达到储存量的80%时，将二号水仓内的水泵排至三号水仓。

5.岩溶矿区煤矿井下利用陷落柱净化水资源方法，其特征在于，包括以下步骤：

Step1，确定涌水陷落柱的位置以及涌水量；

Step2，对陷落柱涌水进行水化学分析，得到涌水的水质，确定陷落柱净化水质的天然能力；

Step3，在工作面停采线附近修建挡水墙，并对挡水墙及周围岩体做防渗处理，防止矿井水外渗；

Step4，在回风巷和进风巷之间选择一条标高较低的巷道施工永久引流水槽，引流水槽从陷落柱附近巷道开始施工，施工至停采线附近的挡水墙，以此来引流陷落柱内涌出的水；

Step5，在采空区挡水墙处与井下水仓建立输水管道，用来泵排采空区内的涌水，根据涌水量的范围变化选择三台水泵，遵循井下机械设备“一用一备一检修”的原则，采空区内设置水位传感器，与三台水泵形成调控系统，使得采空区内的水位保持在安全水位；

Step6，在井下建立一号水仓、二号水仓和三号水仓，一号水仓通过水泵抽采井下洒水喷雾存水和井下生活污水，二号水仓通过水泵储存引流水槽内的水、并用于井下洒水喷雾，三号水仓与二号水仓通过管路和水泵相连通；

Step7，在井上建立地面一号蓄水池和地面二号蓄水池，通过副井一号排水管将一号水仓和地面一号蓄水池连通，通过副井二号排水管将二号水仓、三号水仓与地面二号蓄水池连通；

Step8，地面一号蓄水池内的水经地面污水处理厂和水深度处理厂用于矿区生活、地面生产、村庄生活和农田灌溉；地面二号蓄水池内的水水深度处理厂用于矿区生活、地面生产、村庄生活和农田灌溉。

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