神东矿区井下采空区水库水资源循环利用关键技术研究

摘要

神东矿区地处干旱半干旱的毛乌素沙漠边缘，生态环境脆弱，水资源匮乏。煤炭高强度开发导致地层水资源漏失严重，是神东矿区绿色开采亟待解决的重大技术难题。利用井下采空区作为矿井水储存、净化和利用的空间，进行基于地下水库的矿井水循环利用关键技术研究，具有重要的理论意义和实践价值。
　　本文针对神东矿区大柳塔煤矿地质开采条件，结合神东矿区高产高效煤炭开采技术，综合采用现场实测、理论分析与模拟实验等手段，研究和开发了通过井下采空区水库实现水资源循环利用的地下水库选址、坝体结构与防渗、监测与调控等关键技术。地下水库的选址应建设在围岩较稳定、地势偏低、不受采动直接影响的区域，以便于水资源的稳定储存和高效调用。通过对地下水库隔离坝体结构分析，得到了水库隔离坝体参数的计算方法。针对坝体防渗技术，提出了煤柱坝体采动裂隙采用注浆加固与封堵裂隙的防渗技术，提出了人工构筑坝体采用结构和强度设计的防渗技术。按照地下水库污水回灌和清水取用的功能要求，提出了“污水由高处回灌、清水由低处取用”的管路布置原则，并形成了不同水平之间水库管路布设的关键技术。构建了以传感器、测量控制单元(MCU)和监测控制平台为主的地下水库安全监测系统。
　　应用本研究技术，在大柳塔矿建成了我国首个具有立体空间网络的庞大的地下水库水循环利用系统，可向矿区生产和生活供水，形成了天然污水处理厂和自然压差供水系统，实现了大柳塔煤矿“矿区地上清洁水源零入井、地下开采导致的污水零升井”的双零处理目标，实现了水资源的高效循环利用，有效保护了水资源。大柳塔煤矿地下水库技术推广应用到神华集团神东煤炭分公司的15个矿，设计实施了35座地下水库，总设计地下水库储水量达2499.5万m3，提供了95%的矿区生产和生活用水，实现了矿区水资源良性立体循环，由昔日的用水大户变为今日的对外供水大户，取得了显著的社会经济效益，为我国浅埋煤层绿色开采开辟了新途径。

目录

声明

主要符号表

1 绪 论

1.1 研究背景与研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与技术路线

2 神东矿区浅埋煤层地质赋存与水资源分布特征

2.1 神东矿区浅埋煤层水文地质概况

2.2 神东矿区浅埋煤层开采覆岩导水裂隙发育规律

2.3 神东矿区浅埋煤层开采对水资源系统的影响

2.4 本章小结

3 神东矿区浅埋煤层开采地下水库的建设原理与技术

3.1 神东矿区浅埋煤层开采地下水资源保护的必要性

3.2 神东矿区地下水库水循环利用技术的提出

3.3 煤矿地下水库水循环利用技术原理

3.4 神东矿区地下水库建设技术

3.5 本章小结

4 地下水库建设关键技术

4.1 地下水库的规划与选址方法

4.2 地下水库的库容确定方法

4.3 地下水库隔离坝体构筑技术

4.4 地下水库坝体防渗技术

4.5 地下水库库间管道建设工艺

4.6 本章小结

5 地下水库运行的安全保障技术

5.1 地下水库水资源调配技术

5.2 地下水库的水质保障技术

5.3 地下水库运行的安全保障技术

5.4 本章小结

6 大柳塔煤矿采空区水库水循环利用技术工程实践

6.1 大柳塔煤矿概况及主要水文地质条件

6.2 大柳塔煤矿地下水库建设情况

6.3 大柳塔煤矿采空区水库系统设计参数的确定

6.4 大柳塔煤矿地下水库水循环利用技术应用效果

6.5 大柳塔煤矿地下水库后续建设规划

6.6 本章小结

7 结论与展望

致谢

参考文献

附录

攻读博士学位期间发表的学术论文

攻读博士学位期间获得的专利、获奖

攻读博士学位期间参与的科研项目

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