一、項目背景
近年來隨著煤炭等地下資源的開發(fā)利用，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境受到了很大的擾動，特別是礦區(qū)水資源短缺和水質(zhì)污染問題突出，在既要進行資源開發(fā)也要保護生態(tài)環(huán)境的雙重要求下，本項目開發(fā)了礦井水井下原位處置和儲存技術體系，即利用采空區(qū)建設地下水儲庫群，根據(jù)不同水質(zhì)水資源的需求對污染水體進行井下模塊化處置，并對處置后的水體進行儲存和高效利用，開發(fā)了相應裝備，完善了標準體系。本研究具有了重要的現(xiàn)實意義，可為煤炭企業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展提供技術支撐，經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益顯著。本項目的實施是國家的重大戰(zhàn)略需求，對于其它非常規(guī)水資源的高效利用也具有借鑒意義。
二、技術難題
本項目研究需要重點解決的難題：
1.地下污水模塊化閉環(huán)分質(zhì)處理；
2.分質(zhì)凈化水及尾水的地下儲存庫建設技術；
3.基于水量需求的地下儲存庫群水資源調(diào)度及水資源高效利用。
三、關鍵技術及工藝流程
1.關鍵技術
2.基本流程
3.實例示范
四、主要技術創(chuàng)新
1.煤礦地下儲水庫選址設計與優(yōu)化技術：
提出了地下儲水庫選址標準、設計標準及優(yōu)化方法。
2.地下壩體建設技術：
對煤礦地下水的控制通過建設煤柱-人工復合壩體實現(xiàn)。研究地下壩體的快速建設裝備及技術，包括防滲技術及新材料，以及加固工藝等。
3.煤礦地下水多級分質(zhì)凈化技術：
礦井水存在不同程度的污染，該項內(nèi)容主要針對用水需求，提出水質(zhì)凈化標準、先進技術及模塊化裝備，包括重介速沉水處理技術、平板剛玉陶瓷膜過濾技術、低壓RO反滲透技術、污泥采空區(qū)過濾及復用技術、濃鹽水采空區(qū)封存技術等。
4.煤礦地下儲水庫安全運行技術：
主要開發(fā)地下儲水庫安全監(jiān)測和預報預警系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)字化安全運行體系。
5.分布式地下儲水庫調(diào)度和水資源調(diào)用方法：
為保證煤礦開采安全，需建立分布式地下儲水庫，實現(xiàn)儲水庫相互之間水力聯(lián)系，通過分布式儲水庫之間的水資源調(diào)用，實現(xiàn)水庫安全運行和水資源高效利用。提出分布式地下儲水庫調(diào)度和水資源調(diào)用的優(yōu)化方法和全數(shù)字平臺。
五、應用成果
該技術在神東大柳塔煤礦、華電小紀汗煤礦、寧煤靈新煤礦等得到示范應用，取得很好的效果。
通過該項目的研究，形成和完善了集污水地下多物理模塊處理和地下儲水庫選址、設計、施工、運行于一體的煤礦地下水保護與高效利用成套理論技術體系和裝備，形成了行業(yè)和企業(yè)標準3部，出版專著2部，發(fā)表論文20余篇，申請相關專利10項。累計處理各類水質(zhì)礦井水3000萬m3以上，儲水庫容達1500萬m3以上。
表1 核心授權(quán)專利
圖1 獲得國家專利證書
六、示范工程展示
圖1 分質(zhì)儲水庫布置示意圖
圖2 地下水質(zhì)多物理處理模塊
圖3 不同水質(zhì)水資源智能調(diào)度及高效利用
圖4 礦井水地下處置與高效儲用的水質(zhì)與儲水工程安全監(jiān)測系統(tǒng)
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