一种利用井工开采沉陷区构建“海绵”矿区的方法技术

本发明专利技术公开一种利用井工开采沉陷区构建“海绵”矿区的方法，充分利用矿井开采引发的大量地表塌陷空间，以净化、存蓄矿井水、利用矿井水资源和修复矿区生态为目的，对地表塌陷空间进行水平平面“净

【技术实现步骤摘要】
一种利用井工开采沉陷区构建“海绵”矿区的方法


[0001]本专利技术涉及土地复垦与生态修复
具体地说是一种利用井工开采沉陷区构建“海绵”矿区的方法。

技术介绍

[0002]西部地区气候干旱，植被覆盖度低，水资源严重匮乏；随着我国煤炭资源开发战略西移，矿区高强度井工开采易导致地下或地表水体渗漏，涌入井下开采空间，不仅加重了西部地区水资源的匮乏，而且造成了大量水资源的污染，部分地方政府基于环保的要求限制矿井水外排，严重破坏了矿区生态环境和制约了矿井的可持续发展。

技术实现思路

[0003]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种实现矿区改善水环境、涵养水资源、修复水生态、保障水安全、利用水资源的利用井工开采沉陷区构建“海绵”矿区的方法。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一种利用井工开采沉陷区构建“海绵”矿区的方法，在矿区地表塌陷盆地水平平面分布上，依次划分为净水功能区、蓄水功能区和用水功能区三个水资源功能区；
[0006]净水功能区位于矿区地表塌陷盆地边缘的水流的上游地带，蓄水功能区位于矿区地表塌陷盆地的中心地带，用水功能区位于矿区地表塌陷盆地的水流的下游地带；
[0007]水流自矿井井口流出，进入到净水功能区经过净水功能区沉降、生态法初步净化处理后，进入到蓄水功能区，
[0008]在蓄水功能区，通过重构“海绵”土壤，涵养存蓄矿井水，
[0009]位于下游的用水功能区，将蓄水功能区蓄存的水在需要时或过量时“释放”并加以利用，促进矿井水资源的利用和生态环境保护。
[0010]上述一种利用井工开采沉陷区构建“海绵”矿区的方法，在净水功能区、蓄水功能区和用水功能区的塌陷地表上铺设隔水层。
[0011]上述一种利用井工开采沉陷区构建“海绵”矿区的方法，所述隔水层的厚度为0.2
‑
0.5m，由泥土和粉煤灰经压实而成，隔水层渗透系数<0.1m/d，压实度为1200
‑
1400KPa。
[0012]上述一种利用井工开采沉陷区构建“海绵”矿区的方法，在铺设所述隔水层前，先剥离矿区地表塌陷盆地的表层土壤，并对采动引起的地裂缝进行注浆治理。
[0013]上述一种利用井工开采沉陷区构建“海绵”矿区的方法，所述净水功能区(1)构建人工湿地，自上下包括蓄水层、土壤层；土壤层由隔水层剥离土壤、破碎的岩体和粉煤灰组成，在土壤层上栽种水生植物。
[0014]上述一种利用井工开采沉陷区构建“海绵”矿区的方法，隔水层剥离土壤、破碎的岩体和粉煤灰的质量之比为4
‑
5:1:2
‑
3。
[0015]上述一种利用井工开采沉陷区构建“海绵”矿区的方法，蓄水功能区自上而下重构涵水层和种植营养层。
[0016]上述一种利用井工开采沉陷区构建“海绵”矿区的方法，所述涵水层采用植物纤维和砂石混合而成，植物纤维占混合物体积的15
‑
25％，砂石占混合物体积的75
‑
85％；所述涵水层的持水量>100％，渗透系数>10m/d；其中植物纤维为农作物秸秆、棉或麻，粒径为小于或等于10mm；砂石为煤矸石、河砂、露天矿排土的一种或多种，粒径大于或等于0.1mm。
[0017]上述一种利用井工开采沉陷区构建“海绵”矿区的方法，所述种植营养层的厚度为0.3
‑
0.5m，所述种植营养层由土壤添加有机腐熟物料、腐植酸和微生物菌剂混合制成；混合而成的土壤含有机质至少1.5％；土壤为隔水层剥离土壤；有机腐熟物料由农林废弃物经腐熟发酵得到，农林废弃物为畜禽粪便、食用菌菌渣、板栗壳和枯枝落叶的一种或多种。
[0018]上述一种利用井工开采沉陷区构建“海绵”矿区的方法，在用水功能区附近，构建水工设施、净水厂、地面排水沟闸。
[0019]本专利技术的技术方案取得了如下有益的技术效果：
[0020]针对西部矿区水资源匮乏和水资源污染、外排受限的双重难题，充分利用矿井开采引发的大量地表塌陷空间，以净化、存蓄矿井水、利用矿井水资源和修复矿区生态为目的，对地表塌陷空间进行水平平面“净
‑
蓄
‑
用”功能分区规划和竖直剖面“隔
‑
涵
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养”功能土壤重构研究,以实现矿区改善水环境、涵养水资源、修复水生态、保障水安全、利用水资源等多重目标。
[0021]在整个矿区地表塌陷盆地的底部设置隔水层，可以防止上面涵养的矿井水向下渗入地下含水层或井巷空间，造成地下水资源污染，威胁矿井生产安全。隔水层利用泥土和粉煤灰夯实处理，粉煤灰价格低廉，易于获得，通过控制压实度、渗透系数实现隔水的效果。
[0022]蓄水功能区的涵水层由植物纤维和砂石混合而成，形成具有一定孔隙“海绵”层，可以存储大量的矿井水资源，同时还可以涵养生态；种植营养层可以根据当地生态环境种植先锋植物，可以改善环境，进一步的涵养水源。
[0023]净水功能区：先对矿井排水进行初期的沉降处理，利用矿区附近的破碎的岩体与土壤和粉煤灰混合，可以过滤吸附矿井排水中的大粒径的悬浮物，粉煤灰中的二氧化硅、三氧化铝、氧化钙等氧化物还能吸附矿井水中的有害离子，进一步对矿井水进行处理。
[0024]用水功能区：根据下游用户用水的特点，可以构建水工设施、净水厂、地面排水沟闸，对净化涵养后的水源进行进一步处理，达到相应的农业用水、生产用水或生活用水标准后，进行有效的利用。
附图说明
[0025]图1本专利技术“海绵”矿区的结构示意图。
[0026]图中附图标记表示为：1
‑
净水功能区；2
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蓄水功能区；3
‑
用水功能区；4
‑
矿井；5
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隔水层；6
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涵水层；7
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种植营养层；8
‑
净化车间。
具体实施方式
[0027]选择因矿井开采而形成的地表塌陷空间，构建“海绵”矿区。
[0028]在矿区地表塌陷盆地水平平面分布上，依次划分为净水功能区1、蓄水功能区2和用水功能区3三个水资源功能区；如图1所示。
[0029]净水功能区1：位于矿区地表塌陷盆地边缘的矿井水自流的上游地带，净水功能区
的地表沉降量小，矿井水自井口流经此区至蓄水功能区。在该区域构建人工湿地对矿井水形成初步的净化治理。
[0030]蓄水功能区2：该区位于沉陷区大范围中心地带，地表沉降量大且下沉充分。在对该区域土地进行复垦平整时，通过重构“海绵”结构剖面土壤，可以构筑大量的纳储空间存蓄矿井水，并为植物生长提供水分，起到涵养水资源、修复水生态的目的。
[0031]用水功能区3：位于矿区地表塌陷盆地的水流的下游地带；在用水功能区附近构建水工设施、净水厂、地面排水沟闸等，将蓄存的水在需要时或过量时“本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用井工开采沉陷区构建“海绵”矿区的方法，其特征在于，在矿区地表塌陷盆地水平平面分布上，依次划分为净水功能区(1)、蓄水功能区(2)和用水功能区(3)三个水资源功能区；净水功能区(1)位于矿区地表塌陷盆地边缘的水流的上游地带，蓄水功能区(2)位于矿区地表塌陷盆地的中心地带，用水功能区(3)位于矿区地表塌陷盆地的水流的下游地带；水流自矿井(4)井口流出，进入到净水功能区(1)，经过净水功能区(1)沉降、生态法初步净化处理后，进入到蓄水功能区(2)，在蓄水功能区(2)，通过重构“海绵”土壤，涵养存蓄矿井水，位于下游的用水功能区(3)，将蓄水功能区(2)蓄存的水在需要时或过量时“释放”并加以利用，促进矿井水资源的利用和生态环境保护。2.根据权利要求1所述的一种利用井工开采沉陷区构建“海绵”矿区的方法，其特征在于，在净水功能区(1)、蓄水功能区(2)和用水功能区(3)的塌陷地表上铺设隔水层(5)。3.根据权利要求2所述的一种利用井工开采沉陷区构建“海绵”矿区的方法，其特征在于，所述隔水层的厚度为0.2
‑
0.5m，由泥土和粉煤灰经压实而成，隔水层渗透系数<0.1m/d，压实度为1200
‑
1400KPa。4.根据权利要求2所述的一种利用井工开采沉陷区构建“海绵”矿区的方法，其特征在于，在铺设所述隔水层前，先剥离矿区地表塌陷盆地的表层土壤，并对采动引起的地裂缝进行注浆治理。5.根据权利要求4所述的一种利用井工开采沉陷区构建“海绵”矿区的方法，其特征在于，所述净水功能区(1)构建人工湿地，自上下包括蓄水层、土壤层；土壤层由隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：易四海，景胜强，鲁明星，郝春明，王赟，高鹏程，仲锐，王越，张钰瑄，
申请(专利权)人：防灾科技学院，
类型：发明
国别省市：