技术领域
[0001] 本申请涉及矿井水的净化和储存技术领域，尤其涉及一种采空区储、净矿井水的方法。
相关背景技术
[0002]
[0003] 当前，矿井水处理主要通过物理沉淀‑过滤法去除矿井水中的颗粒物和悬浮物；化学中和、离子交换和混凝剂去除水中有害的过量的离子，以降低TDS；膜分离反渗透和电渗析对物质和阴、阳离子在压力和直流电场作用进行选择性分离；利用微生物降解污染物，将矿井水中的有机物降解成无害的物质，达到净化水质的效果。上述处理方法都能有效净化矿井水，但都存在一些问题。
具体实施方式
[0026] 为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。
[0027] 需要说明的是，除非另外定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0028] 对于矿区来说，最适用的方法是物理沉淀‑过滤法，它可以高效率地低成本地处理大量矿井水。通过对采空区2进行煤矸石1充填，其一解决了沉淀池的场地空间和过滤物的选择问题，其二减少顶板裂隙发育和地表沉降塌陷风险，其三解决煤矸石1等矿渣废物回收利用和堆放问题。
[0029] 本申请实施例提供一种采空区储、净矿井水的方法，包括：
[0030] 收集矿区工作面的矿井水，对矿井水进行水质分析；
[0031] 根据矿井水的水质、处理目标以及处理成本确定用于填充的煤矸石1的粒径；所述用于填充的煤矸石1具有多种粒径；
[0032] 在煤炭回采的同时，在采空区2充填所述煤矸石1。
[0033] 在其中一些实施例中，所述对矿井水进行水质分析包括：
[0034] 检测矿井水中悬浮颗粒的数量及尺寸、金属离子的类型及数量、以及有机物的类型和数量。
[0035] 在其中一些实施例中，所述用于填充的煤矸石1包括预处理带煤矸石，深度处理带煤矸石和特殊处理带煤矸石；所述预处理带煤矸石，所述深度处理带煤矸石和所述特殊处理带煤矸石的粒径均不相同；
[0036] 其中，所述预处理带煤矸石用于去除矿井水中的大颗粒悬浮物；所述深度处理带煤矸石用于去除矿井水中的有机物；所述特殊处理带煤矸石用于去除矿井水中的重金属离子。
[0037] 在其中一些实施例中，所述预处理带煤矸石粒径为10mm‑5mm；所述深度处理带煤矸石粒径为5mm～2.5mm；所述特殊处理带煤矸石粒径为2.5mm以下。
[0038] 在其中一些实施例中，所述在煤炭回采的同时，在采空区2充填所述煤矸石1包括：
[0039] 将煤柱作为坝体，在煤炭回采的同时，利用充填液压支架向采空区2充填所述煤矸石1。
[0040] 如图1和图2所示，在其中一些实施例中，在采空区2充填所述煤矸石1形成的储净水空间包括煤层顶板6、煤层底板3、煤柱坝体4、巷道5、采空区2和垮落矸石；其中，煤柱坝体4、巷道5和采空区2位于煤层顶板6和煤层底板3之间，采空区2内充填有煤矸石1。
[0041] 在其中一些实施例中，煤矸石1之间的孔隙为储净水空间；垮落矸石之间的孔隙为储净水流动路径。
[0042] 在其中一些实施例中，还包括铺设矿井水输送管道。
[0043] 在其中一些实施例中，所述矿井水输送管道包括净水管道12和排水管道14。
[0044] 在其中一些实施例中，所述净水管道12的直径为250mm；所述排水管道14的直径为250mm。
[0045] 在一些实施例中，本申请采空区储、净矿井水的方法主要包括以下步骤：
[0046] 对采空区2进行煤矸石1充填，将煤柱作为坝体，在煤炭回采的同时，利用充填液压支架向采空区2充填三级粒径煤矸石1。
[0047] 在其中一些实施例中，三级矸石粒径分布趋势从采空区2地势高向地势低依次递减，按不同粒径矸石清洁程度分为预处理带8，深度处理带9，特殊处理带10。并且特定粒径范围煤矸石1通过机械破碎和物理筛选方法获得。
[0048] 在其中一些实施例中，预处理带煤矸石粒径为10mm‑5mm，主要去除矿井水中大颗粒悬浮物和其他易分离杂质。
[0049] 在其中一些实施例中，深度处理带煤矸石粒径为5mm～2.5mm，这些较小的颗粒具有更大的比表面积，可以提供更好的吸附效果，主要去除常规污染物(如磷酸)或有机物。
[0050] 在其中一些实施例中，特殊处理带煤矸石粒径为2.5mm以下，煤矸石1中的微小颗粒(尤其是矿物表面)有较强的结合能力和更大的比表面积，主要通过吸附和离子交换去除重金属离子。
[0051] 在选择煤矸石1粒径时，应充分考虑矿井水的污染程度、处理目标以及处理成本等因素。并通过对比不同粒径煤矸石1对矿区工作面矿井水中污染物处理效果，确定该矿区工作面矿井水各处理阶段煤矸石1最佳粒径范围。
[0052] 在其中一些实施例中，矿井水输送管道铺设，所述矿井水输送管道包括净水管道12和排水管道14，净水管道12从开采工作面输送污染矿井水至注水孔11，排水管道14从密闭墙放水孔13输送至地面进行矿井水利用。
[0053] 在其中一些实施例中，注水孔11和放水孔13的布设，所述注水孔11一般布设于已充填采空区2邻近巷道5且位于地理位置最高点，密闭墙放水孔13一般位于正开采工作面与邻近已充填采空区2之间的煤柱坝体4。
[0054] 如图1所示，采空区煤矸石充填形成的储净水空间包括煤层顶板6、煤层底板3、煤柱坝体4、巷道5、采空区2和垮落矸石，煤柱坝体4、巷道5和采空区2位于煤层顶板6和煤层底板3之间，采空区2内充填矸石，所述充填矸石粒径按三级划分，充填矸石之间的孔隙、垮落矸石之间的孔隙为储净水空间和流动路径。
[0055] 进行工作面矿井水收集和水质分析，水质分析主要包括检测矿井水中悬浮颗粒的数量和大小，金属离子和有机物类型和数量。
[0056] 进行物理实验，对比在不同粒径煤矸石1下矿区工作面矿井水中污染物处理效果，确定该矿区工作面矿井水各处理阶段煤矸石1最佳粒径范围。
[0057] 回采第一工作面时，将煤柱作为坝体，在煤炭回采的同时，利用充填液压支架向采空区2充填三级粒径煤矸石1。此时，工作面涌出的矿井水直接通过排水管道14输送至地面进行水处理。
[0058] 特定粒径范围煤矸石1通过机械破碎和物理筛选获得，并使用输送系统(如输送带或倾倒车)将处理和准备好的矸石输送到充填区域。
[0059] 充填区内三级矸石粒径分布趋势从采空区2地势高向地势低依次递减，按不同粒径矸石清洁程度分为预处理阶段，深度处理阶段，特殊处理阶段。不同阶段煤矸石1充填宽度由室内物理相似模型确定。
[0060] 待第一回采工作面开采并充填完毕则称为净水区15。
[0061] 如图3所示，在净水区15右侧巷道5煤柱坝体4且位于地理位置较高处布设注水孔11，并在净水区15左侧巷道5煤柱坝体4且位于地理位置较低处布设放水孔13，注水孔11和放水孔13均设置阀门。
[0062] 回采第二工作面16时，先安装Ф250mm净水管道12和排水管道14，净水管道12沿巷道5布设连接净水区15上的注水孔11，排水管道14连接密闭墙放水孔13沿主巷道5输送至地表。
[0063] 在开采第二工作面16时，将待处理矿井水通过净水管道12输送至注水孔11，经过一段时间过滤后，打开密闭墙放水孔13上的阀门，将净化后矿井水由排水管道14输送至地面进行矿井水利用。
[0064] 本实例只列举了两个工作面的施工步骤，如果存在多个工作面情况，按以上步骤依次施工，正回采工作面可以将待处理矿井输送至多个净水区15净化，以提高净水效率。
[0065] 所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
[0066] 尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。
[0067] 本公开实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本公开实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
