一种矿山水处理及矿井水能源利用方法与流程

本发明涉及矿产资源开采，特别是涉及一种矿山水处理及矿井水能源利用方法。

背景技术：

1、目前在中国华北区矿产资源地下开采过程中，随着开采深度的逐渐增加，存在上覆水体渗透性能强、下覆水体承压水头大的矿区水文地质情况，也是形成矿山突水等“水害”的主要原因。矿山生产过程中涌水量大、处理手段繁杂，现有方法通常是直接对矿井水进行处理和外排，未进行水中蕴能的利用，经济效益较低。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中提出的问题，本发明提供一种矿山水处理及矿井水能源利用方法，能够在确保施工安全性的前提下充分利用矿井水能源，提高经济效益。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种矿山水处理及矿井水能源利用方法，包括：

4、在疏水情况下，在煤矿巷道中向下或向上施工能源孔；

5、对施工的能源孔进行高压注浆封孔，并在能源孔口部安装高压防喷阀门和压力计量器；

6、在高压防喷阀门后侧装入水力发电涡轮机组，通过水力发电涡轮机组放置方式改变水流方向，将水流压力改为角动量，由角动量转变为电能；

7、施工地下水仓，通过密闭式导水管道，将放喷的水体导入地下水仓；

8、在地下水仓附近放置卧泵，通过卧泵将地下水仓的水抽排出进入地表水处理站，对水进行物理除杂质、除垢；

9、除垢后的水体进入分质用水工程或灌入地表水库；

10、施工奥灰井，将地表水库中的水体通过抽水泵抽出，除砂后回灌入开采层。

11、可选地，所述高压防喷阀门设置多组；所述高压防喷阀门用于控制何时放水；所述压力计量器用于监测高压防喷阀门处的水压。

12、可选地，所述水力发电涡轮机组放置多个，用于将水流压力转化为电能。

13、可选地，所述地下水仓建设大小根据探放水获取的水量和匹配峰谷时差建设，应至少能承载12小时自然放水的储水量。

14、可选地，所述在煤矿巷道中向下或向上施工能源孔，具体包括：

15、当开采煤层为下组煤时，寻找存在断裂的位置施工能源孔，断裂探入层间岩溶下方100-300m，断裂导通层间岩溶区；施工顺序为先施工入层间岩溶区，对层间岩溶进行注浆，封堵形成稳定充填体；然后打穿充填体，施工入具备导水性能的构造与层间复合三角区影响带；

16、当井下不具备施工输水管道条件时，将水体进行水质处理后进行回注，形成良水回灌。

17、可选地，所述构造与层间复合三角区影响带的水头压降符合达西定律和forchheimer流。

18、可选地，所述施工奥灰井，具体包括：

19、在煤矿巷道内增加封堵墙，封堵墙建设好后，于地表定位并施工奥灰井，奥灰井穿过开采巷道层位并深入下部地层，施工至层间岩溶上方临界地层；

20、对已施工完成的奥灰井进行下管，下管后对管材外侧进行高压注浆，并于封堵墙附近形成充填体；

21、待注浆材料冷却后，由井下巷道向地表施工奥灰井处掘进，打穿封堵墙及充填体，并将横向管材与垂直管材相焊接，焊接处不对垂直管材进行切割；

22、于水平管材上安装高压防喷阀门和压力计量器，完成本次水平方向作业；

23、继续由地表对垂直奥灰井施工，向下钻进至奥灰岩溶层间岩溶区或复合三角区，奥灰岩溶层间岩溶区采取裸孔或安装桥式滤水管；

24、奥灰井施工至相应孔深后，对垂直管材和横向管材连接部位进行射孔或切割，将水平奥灰井与垂向奥灰井之间的通道打通，形成连通器效应；

25、将奥灰岩溶体作为大体量等效水库，施工的奥灰井相当于水体连通器，在地热井巷道部位安装水平放喷口则具有等效水压，利用副井完成抽灌水循环，形成水流循环。

26、可选地，下入管材为高强度钢管或石油套管。

27、可选地，高压注浆材料采用速凝水泥。

28、可选地，所述矿山水处理及矿井水能源利用方法还包括：高电价时对水进行放喷发电，低电价时利用抽水泵将水抽到地表或回注。

29、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

30、本发明提供了一种矿山水处理及矿井水能源利用方法，通过在疏水情况下，在煤矿巷道中向下或向上施工能源孔；对施工的能源孔进行高压注浆封孔，并在能源孔口部安装高压防喷阀门和压力计量器；在高压防喷阀门后侧装入水力发电涡轮机组，通过水力发电涡轮机组放置方式改变水流方向，将水流压力改为角动量，由角动量转变为电能；施工地下水仓，通过密闭式导水管道，将放喷的水体导入地下水仓；在地下水仓附近放置卧泵，通过卧泵将地下水仓的水抽排出进入地表水处理站，对水进行物理除杂质、除垢；除垢后的水体进入分质用水工程或灌入地表水库；施工奥灰井，将地表水库中的水体通过抽水泵抽出，除砂后回灌入开采层；能够在确保施工安全性的前提下充分利用矿井水能源，大幅提高经济效益。

31、本发明矿山水处理及矿井水能源利用方法兼顾矿山水害治理、抽水蓄能调峰填谷、矿井地下空间全生命周期利用以及超前疏水开发矿井水资源化利用等功能，既充分利用了水的势能，将“水害”变为“水资源”，又通过较少的投资结合利用储能的方法，为矿井地下空间完成采掘任务后赋予一种新的利用方法，为矿山涌水增添了一种新的经济价值。

技术特征：

1.一种矿山水处理及矿井水能源利用方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的矿山水处理及矿井水能源利用方法，其特征在于，所述高压防喷阀门设置多组；所述高压防喷阀门用于控制何时放水；所述压力计量器用于监测高压防喷阀门处的水压。

3.根据权利要求1所述的矿山水处理及矿井水能源利用方法，其特征在于，所述水力发电涡轮机组放置多个，用于将水流压力转化为电能。

4.根据权利要求1所述的矿山水处理及矿井水能源利用方法，其特征在于，所述地下水仓建设大小根据探放水获取的水量和匹配峰谷时差建设，应至少能承载12小时自然放水的储水量。

5.根据权利要求1所述的矿山水处理及矿井水能源利用方法，其特征在于，所述在煤矿巷道中向下或向上施工能源孔，具体包括：

6.根据权利要求5所述的矿山水处理及矿井水能源利用方法，其特征在于，所述构造与层间复合三角区影响带的水头压降符合达西定律和forchheimer流。

7.根据权利要求1所述的矿山水处理及矿井水能源利用方法，其特征在于，所述施工奥灰井，具体包括：

8.根据权利要求7所述的矿山水处理及矿井水能源利用方法，其特征在于，下入管材为高强度钢管或石油套管。

9.根据权利要求7所述的矿山水处理及矿井水能源利用方法，其特征在于，高压注浆材料采用速凝水泥。

10.根据权利要求1所述的矿山水处理及矿井水能源利用方法，其特征在于，还包括：高电价时对水进行放喷发电，低电价时利用抽水泵将水抽到地表或回注。

技术总结
本发明公开一种矿山水处理及矿井水能源利用方法，涉及矿产资源开采领域。本发明通过在煤矿巷道中施工能源孔；对能源孔进行高压注浆封孔，并在能源孔口部安装高压防喷阀门和压力计量器；在高压防喷阀门后侧装入水力发电涡轮机组，改变水流方向，将水流压力改为角动量，由角动量转变为电能；施工地下水仓，通过密闭式导水管道，将放喷的水体导入地下水仓；在地下水仓附近放置卧泵，通过卧泵将地下水仓的水抽排出进入地表水处理站，对水进行物理除杂质、除垢；除垢后的水体进入分质用水工程或灌入地表水库；施工奥灰井，将地表水库中的水体通过抽水泵抽出，除砂后回灌入开采层；能够在确保施工安全的前提下充分利用矿井水能源，提高经济效益。

技术研发人员：范建国,谭现锋,隋建才,张丰,陈洪年,李洪亮,高鑫,朱振磊,宋帅良,孟甲,郑慧铭,刘肖,仝路,蔺林林
受保护的技术使用者：山东能源集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15