本實(shí)用新型屬于煤礦開采技術(shù)領(lǐng)域和水資源綜合利用領(lǐng)域，涉及一種煤礦水資源分區(qū)預(yù)開采系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國的煤炭的存儲(chǔ)量占世界第一，是煤炭生產(chǎn)、消費(fèi)都十分巨大的國家。隨著煤炭需求量的上升，煤炭開采量也相應(yīng)的提高。目前國內(nèi)主要有兩種煤礦開采形式，包括露天開采和井下開采。井下開采煤炭的方式非常容易出現(xiàn)下沉、頂板和圍巖垮落，導(dǎo)致含水層破壞、各類含水層地下水快速滲漏和外排甚至于出現(xiàn)地表面塌陷的問題。露天開采煤炭的方式可以分成剝離土地以及挖損等，造成采礦區(qū)及周邊地區(qū)的地表沉陷和地裂縫，導(dǎo)致河水滲漏，河道變形、斷流、干涸，從而影響土地的耕作以及植物生長，甚至現(xiàn)山體滑坡、泥石流等問題。在開采煤炭的過程中會(huì)在很大程度上破壞地下水徑流，導(dǎo)致地下水位出現(xiàn)快速下降，對水文造成很大影響，煤炭開采還在一定程度上污染地下水和地表水。在煤炭開采的過程中，由于排水處理費(fèi)用相對較高，大部分企業(yè)都把沒有經(jīng)過處理的污水直接排出，從而導(dǎo)致出現(xiàn)地下水資源遭到破壞。目前有兩種保水開采方式，分別是底板加固和減少導(dǎo)水裂縫帶高度等。底板加固是對底板隔水薄弱的地方進(jìn)行注漿強(qiáng)化，降低滲透性及提高抗壓能力，實(shí)現(xiàn)加固和封堵的目的；降低導(dǎo)水裂縫帶的高度可通過分層開采、充填開采、覆巖離層注漿法以及條帶開采等方式實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有的保水開采均為在煤炭開采過程中采取應(yīng)對措施，屬于被動(dòng)防御，已經(jīng)不可避免的對當(dāng)?shù)厮Y源造成污染和損失。煤炭開采影響破壞水資源是客觀現(xiàn)實(shí)，如何控制、減輕煤炭開采對水資源的影響破壞的關(guān)鍵技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種煤礦水資源分區(qū)預(yù)開采系統(tǒng)和方法，本實(shí)用新型的系統(tǒng)和方法根據(jù)實(shí)際情況對煤礦開采區(qū)域的水資源進(jìn)行預(yù)防、開發(fā)、保護(hù)和修復(fù)，實(shí)現(xiàn)水資源提前保護(hù)，減少煤礦礦坑涌水、降低排水處理費(fèi)用、快速修復(fù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的多重目標(biāo)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種煤礦水資源分區(qū)預(yù)開采系統(tǒng)，所述煤礦水資源分區(qū)預(yù)開采系統(tǒng)包括水資源開采系統(tǒng)和水資源排灌系統(tǒng)；所述水資源開采系統(tǒng)包括用于伸入水資源開采區(qū)域的管井、第一水泵和抽水管道，所述水資源排灌系統(tǒng)包括儲(chǔ)水空間、第二水泵和排水管道；所述抽水管道的一端位于所述管井內(nèi)，另一端與所述第一水泵的入水口流體連通，所述第一水泵位于所述管井外部；所述儲(chǔ)水空間位于所述第一水泵出水口的下游；所述排水管道的一端位于所述儲(chǔ)水空間中，另一端與所述第二水泵的入水口流體連通；所述第二水泵的出水口位于所述儲(chǔ)水空間外部。

優(yōu)選地，所述管井的深度小于200米，管井的管口直徑為50-1000毫米。

優(yōu)選地，所述管井包括井壁管、位于所述井壁管內(nèi)中下部的過濾器和位于所述井壁管內(nèi)中所述過濾器下方的沉淀管。

優(yōu)選地，所述井壁管的材料選用鋼、鑄鐵、混凝土、陶瓷和工程塑料中的一種或幾種。

優(yōu)選地，所述過濾器包括過濾骨架和填充在過濾骨架內(nèi)的濾料。

優(yōu)選地，所述過濾骨架為鋼筋材料，其內(nèi)設(shè)置有上下流體連通的圓形或條形的孔道，所述濾料填充在所述孔道中，所述濾料為多孔材料、或具有級(jí)配的砂礫石或卵石。

優(yōu)選地，所述沉淀管的材料選自鋼、鑄鐵、混凝土、陶瓷和工程塑料中的一種或多種。

本實(shí)用新型還提供一種煤礦水資源分區(qū)預(yù)開采方法，該方法包括：

1)、煤礦開采區(qū)域進(jìn)行探測，以確定煤礦水資源厚度、面積、地下水補(bǔ)給通道和導(dǎo)水通道發(fā)育情況；

2)、按照煤礦開采區(qū)域的開采順序，將煤礦開采區(qū)域分為Z₁，Z₂，Z₃，…，Z_n，并對煤礦開采區(qū)域之間的導(dǎo)水通道和地下水流通區(qū)域進(jìn)行鉆孔注漿加固；

3)、對煤礦開采區(qū)域Z₁的地下潛水層和承壓水層采用本實(shí)用新型所提供的煤礦水資源分區(qū)預(yù)開采系統(tǒng)抽取地下水并輸送至所述儲(chǔ)水空間，然后進(jìn)行采礦；其中，所述地下水的抽取量為W₁，W₁＝W₁₁+W₁₂；W₁₁為煤礦開采區(qū)域Z₁的地下潛水層的地下水量，W₁₁＝μ₁₁·F₁₁·h₁₁，μ₁₁為地下潛水層的給水度，F(xiàn)₁₁為地下潛水層的面積，h₁₁為地下潛水層的厚度；W₁₂為煤礦開采區(qū)域Z₁的承壓水層的地下水量，W₁₂＝μ₁₂·F₁₂·h₁₂，μ₁₂為貯水系數(shù)，F(xiàn)₁₂為承壓水層的面積，h₁₂為承壓水層自頂板算起的壓力水頭高度；

4)、對煤礦開采區(qū)域Z₂的地下潛水層和承壓水層采用本實(shí)用新型所提供的煤礦水資源分區(qū)預(yù)開采系統(tǒng)抽取地下水并輸送至所述煤礦開采區(qū)域Z₁的地下潛水層和承壓水層中，然后進(jìn)行采礦，多余水輸送至所述儲(chǔ)水空間，不夠的水從所述儲(chǔ)水空間輸送至所述煤礦開采區(qū)域Z₁；其中，所述地下水的抽取量為W₂，W₂＝W₂₁+W₂₂；W₂₁為煤礦開采區(qū)域Z₂的地下潛水層的地下水量，W₂₁＝μ₂₁·F₂₁·h₂₁，μ₂₁為地下潛水層的給水度，F(xiàn)₂₁為地下潛水層的面積，h₂₁為地下潛水層的厚度；W₂₂為煤礦開采區(qū)域Z₂的承壓水層的地下水量，W₂₂＝μ₂₂·F₂₂·h₂₂，μ₂₂為貯水系數(shù)，F(xiàn)₂₂為承壓水層的面積，h₁₂為承壓水層自頂板算起的壓力水頭高度；

5)按照Z₁，Z₂，Z₃，…，Z_n的順序進(jìn)行開采所述煤礦開采區(qū)域，待所述煤礦開采區(qū)域Z_n開采完畢，采用本實(shí)用新型所提供煤礦水資源分區(qū)預(yù)開采系統(tǒng)將所述儲(chǔ)水空間的水輸送至所述煤礦開采區(qū)域Z_n中。

優(yōu)選地，步驟3)中所述對煤礦開采區(qū)域Z₁的地下潛水層和承壓水層采用本實(shí)用新型所提供的煤礦水資源分區(qū)預(yù)開采系統(tǒng)抽取地下水并輸送至所述儲(chǔ)水空間的步驟包括：

將管井打入所述煤礦開采區(qū)域Z₁的地下潛水層和承壓水層，采用第一水泵通過抽水管道將潛水層和承壓水層中的地下水抽出并輸送至所述儲(chǔ)水空間；

步驟4)中所述對煤礦開采區(qū)域Z₂的地下潛水層和承壓水層采用本實(shí)用新型所提供的煤礦水資源分區(qū)預(yù)開采系統(tǒng)抽取地下水并輸送至所述煤礦開采區(qū)域Z₁的地下潛水層和承壓水層中的步驟包括：

將管井打入所述煤礦開采區(qū)域Z₂的地下潛水層和承壓水層，采用第一水泵通過抽水管道將潛水層和承壓水層中的地下水抽出并通過所述煤礦開采區(qū)域Z₁的管井輸送至所述煤礦開采區(qū)域Z₁的地下潛水層和承壓水層中；

步驟5)中所述采用本實(shí)用新型所提供的煤礦水資源分區(qū)預(yù)開采系統(tǒng)將所述儲(chǔ)水空間的水輸送至所述煤礦開采區(qū)域Z_n中的步驟包括：

將管井打入所述煤礦開采區(qū)域Z_n的地下潛水層和承壓水層，采用第二水泵通過排水管道將所述儲(chǔ)水空間的水輸送至所述煤礦開采區(qū)域Z_n中。

本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.隔離煤礦開采區(qū)域涉及的地下水補(bǔ)充通道，在煤礦采掘前抽取地下水，能有效減少采掘過程中礦坑涌水，減少采掘過程中的污水處理、排水工作量，同時(shí)大大減少滲漏污染深層地下水和外排礦坑污水污染地表水甚至于通過滲漏污染礦區(qū)周圍的地下水的可能性。

2.抽取的地下水未經(jīng)煤礦開采的污染，經(jīng)檢測合格后可用于煤礦的生產(chǎn)生活用水，也可對周圍供水進(jìn)行有益補(bǔ)充。

3.煤炭資源開采完畢后通過管井回灌地下水，及時(shí)對地下潛水層和地下承壓水進(jìn)行補(bǔ)充，恢復(fù)原有的地下水資源的循環(huán)條件，減輕煤炭開采對水資源的影響破壞，有效改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型公開的一種煤礦水資源分區(qū)預(yù)開采系統(tǒng)的一種具體實(shí)施方式的的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型公開的一種煤礦水資源分區(qū)預(yù)開采方法的一中具體實(shí)施方式的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型，但不用來限制本實(shí)用新型的范圍。

如圖1所示，本實(shí)用新型提供的一種煤礦水資源分區(qū)預(yù)開采系統(tǒng)，所述煤礦水資源分區(qū)預(yù)開采系統(tǒng)包括水資源開采系統(tǒng)和水資源排灌系統(tǒng)；所述水資源開采系統(tǒng)包括用于伸入水資源開采區(qū)域的管井1、第一水泵2和抽水管道3，所述水資源排灌系統(tǒng)包括儲(chǔ)水空間4、第二水泵5和排水管道6；所述抽水管道3的一端位于所述管井1內(nèi)，另一端與所述第一水泵2的入水口流體連通，所述第一水泵(2)位于所述管井(1)外部；所述儲(chǔ)水空間4位于所述第一水泵2出水口的下游；所述排水管道6的一端位于所述儲(chǔ)水空間4中，另一端與所述第二水泵5的入水口連通；所述第二水泵5位于所述儲(chǔ)水空間4外部。

所述的煤礦水資源分區(qū)預(yù)開采系統(tǒng)，管井1的深度由地下煤礦儲(chǔ)存涉及的地下潛水層和承壓水層的深度決定，深度一般在200m以內(nèi)，管口直徑50-1000mm，管井1包括井壁管10、過濾器11和沉淀管12。井壁管10材料可選用鋼、鑄鐵、混凝土、陶瓷和工程塑料等，用于加固井壁和隔離采煤沒有涉及到的含水層；過濾器11包括過濾骨架和濾料，安裝在含水層段，用于匯集地下水和保持含水層穩(wěn)定，其中可包括鋼筋骨架、圓孔或條孔過濾器，濾料內(nèi)部可填充物多孔材料或一定級(jí)配的砂礫石卵石。沉淀管12放置在過濾器11下方，用于沉淀細(xì)小沙粒，材料可采用鋼、鑄鐵、混凝土、陶瓷和工程塑料等。

如圖2所示，本實(shí)用新型還提供一種煤礦水資源分區(qū)預(yù)開采方法，該方法包括：

1)、煤礦開采區(qū)域進(jìn)行探測，以確定煤礦水資源厚度、面積、地下水補(bǔ)給通道和導(dǎo)水通道發(fā)育情況；例如可以采用核磁共振等地下水聯(lián)合探測技術(shù)；

2)、按照煤礦開采區(qū)域的開采順序，將煤礦開采區(qū)域分為Z₁，Z₂，Z₃，…，Z_n，并對煤礦開采區(qū)域之間的導(dǎo)水通道和地下水流通區(qū)域進(jìn)行鉆孔注漿加固；

3)、對煤礦開采區(qū)域Z₁(首采區(qū))的地下潛水層和承壓水層采用本實(shí)用新型所提供的煤礦水資源分區(qū)預(yù)開采系統(tǒng)抽取地下水并輸送至所述儲(chǔ)水空間，然后進(jìn)行采礦；其中，所述地下水的抽取量為W₁，W₁＝W₁₁+W₁₂；W₁₁為煤礦開采區(qū)域Z₁的地下潛水層的地下水量，W₁₁＝μ₁₁·F₁₁·h₁₁，μ₁₁為地下潛水層的給水度，F(xiàn)₁₁為地下潛水層的面積，h₁₁為地下潛水層的厚度；W₁₂為煤礦開采區(qū)域Z₁的承壓水層的地下水量，W₁₂＝μ₁₂·F₁₂·h₁₂，μ₁₂為貯水系數(shù)，F(xiàn)₁₂為承壓水層的面積，h₁₂為承壓水層自頂板算起的壓力水頭高度；抽取的地下水也可用于煤礦開采的生產(chǎn)生活用水；

4)、對煤礦開采區(qū)域Z₂地下潛水層和承壓水層采用本實(shí)用新型所提供的煤礦水資源分區(qū)預(yù)開采系統(tǒng)抽取地下水并輸送至所述煤礦開采區(qū)域Z₁地下潛水層和承壓水層中，然后進(jìn)行采礦，多余水輸送至所述儲(chǔ)水空間，不夠的水從所述儲(chǔ)水空間輸送至所述煤礦開采區(qū)域Z₁；其中，所述地下水的抽取量為W₂，W₂＝W₂₁+W₂₂；W₂₁為煤礦開采區(qū)域Z₂的地下潛水層的地下水量，W₂₁＝μ₂₁·F₂₁·h₂₁，μ₂₁為地下潛水層的給水度，F(xiàn)₂₁為地下潛水層的面積，h₂₁為地下潛水層的厚度；W₂₂為煤礦開采區(qū)域Z₂的承壓水層的地下水量，W₂₂＝μ₂₂·F₂₂·h₂₂，μ₂₂為貯水系數(shù)，F(xiàn)₂₂為承壓水層的面積，h₁₂為承壓水層自頂板算起的壓力水頭高度；抽取的地下水也可用于煤礦開采的生產(chǎn)生活用水；

5)按照Z₁，Z₂，Z₃，…，Z_n的順序進(jìn)行開采所述煤礦開采區(qū)域，待所述煤礦開采區(qū)域Z_n開采完畢，采用本實(shí)用新型所提供的煤礦水資源分區(qū)預(yù)開采系統(tǒng)將所述儲(chǔ)水空間的水輸送至所述煤礦開采區(qū)域Z_n中。其中，每個(gè)煤礦開采區(qū)域所抽取的地下水W₂，W₃，W₄…，W_n依次循環(huán)回上一個(gè)煤礦開采區(qū)域，W₁的水循環(huán)回煤礦開采區(qū)域Z_n。

一種具體實(shí)施方式，步驟3)中所述對煤礦開采區(qū)域Z₁的地下潛水層和承壓水層采用本實(shí)用新型所提供的煤礦水資源分區(qū)預(yù)開采系統(tǒng)抽取地下水并輸送至所述儲(chǔ)水空間的步驟包括：

將管井1打入所述煤礦開采區(qū)域Z₁的地下潛水層和承壓水層，采用第一水泵2通過抽水管道3將潛水層和承壓水層中的地下水抽出并輸送至所述儲(chǔ)水空間5；

步驟4)中所述對煤礦開采區(qū)域Z₂的地下潛水層和承壓水層采用本實(shí)用新型所提供的所述的煤礦水資源分區(qū)預(yù)開采系統(tǒng)抽取地下水并輸送至所述煤礦開采區(qū)域Z₁的地下潛水層和承壓水層中的步驟包括：

將管井1打入所述煤礦開采區(qū)域Z₂的地下潛水層和承壓水層，采用第一水泵2通過抽水管道3將潛水層和承壓水層中的地下水抽出并通過所述煤礦開采區(qū)域Z₁的管井1輸送至所述煤礦開采區(qū)域Z₁的地下潛水層和承壓水層中；

步驟5)中所述采用本實(shí)用新型所提供的煤礦水資源分區(qū)預(yù)開采系統(tǒng)將所述儲(chǔ)水空間的水輸送至所述煤礦開采區(qū)域Z_n中的步驟包括：

將管井1打入所述煤礦開采區(qū)域Z_n的地下潛水層和承壓水層，采用第二水泵5通過排水管道6將所述儲(chǔ)水空間5的水輸送至所述煤礦開采區(qū)域Z_n中。

所述的排灌系統(tǒng)，儲(chǔ)水空間指儲(chǔ)水容積≥首采區(qū)Z₁的地下水抽取量的水池或已有水庫設(shè)施。

如果每個(gè)煤礦開采區(qū)域的水有多余，則送入儲(chǔ)水空間，水不夠，則從儲(chǔ)水空間取，儲(chǔ)水空間的水可以用于生活用水。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作了詳盡的描述，但在本實(shí)用新型基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進(jìn)，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本實(shí)用新型精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍。