【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于礦井水，涉及礦井水深度儲存與利用，具體涉及一種深層回注高礦化度礦井水全周期控制化學(xué)堵塞方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、西部地區(qū)是我國煤炭資源的富集區(qū)，同時也是干旱半干旱氣候水資源短缺區(qū)，煤炭資源占全國煤炭總量的70％，水資源僅為全國總量的3％。礦井水成為保障礦區(qū)生態(tài)、生產(chǎn)、生活用水的重要資源。但伴隨著煤炭向深部或下組煤延伸開采、水文地質(zhì)條件改變，高強(qiáng)度采煤活動與水-巖作用雙重影響，礦井水的礦化度升高，且礦井水的總?cè)芙庑怨腆w(total?dissolved?solids，tds)濃度大于1000mg/l(超出《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》與《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》ⅲ類限值1000mg/l)。高礦化度礦井水味道苦澀，不能直接飲用；高礦化度礦井水若未經(jīng)處理直接排放，將引起土壤鹽漬化；高礦化度礦井水若直接灌溉，將導(dǎo)致植物失水枯黃而死，破壞了生態(tài)環(huán)境。因此，西部地區(qū)高礦化度礦井水的處理利用十分必要。
2、高礦化度井水在綜合利用之前需要經(jīng)過濃縮等深度處理，深度處理面臨處理規(guī)模大、處理成本高以及產(chǎn)生的濃鹽水處置困難等諸多難題。將高礦化度礦井水通過鉆孔回注到1000m以下的深部，儲存至深部含水層，不僅可以降低處理成本，而且對于補(bǔ)給地下水資源和促進(jìn)深部水循環(huán)具有重要作用。因此，深層回注為高礦化度礦井水的儲存與利用提供了新的理念和思路。
3、在高礦化度礦井水回注過程中，受原礦井水水質(zhì)、含水層巖石性質(zhì)以及深部巖層溫度與壓力等因素影響，容易產(chǎn)生化學(xué)堵塞。化學(xué)堵塞產(chǎn)生的原因包括以下三個方面：第一，高礦化度礦井水進(jìn)入深部含水層后，高礦化
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本專利技術(shù)的目的在于，提供一種深層回注高礦化度礦井水全周期控制化學(xué)堵塞方法及系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中的高礦化度礦井水回注時因回灌水質(zhì)與目標(biāo)含水層水質(zhì)不匹配、回注水中含鐵元素和錳元素易生成氫氧化鐵及氫氧化錳沉淀以及深層高溫高壓環(huán)境增加鈣離子和鎂離子沉淀而引發(fā)化學(xué)堵塞的技術(shù)問題。
2、為了解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
3、一種深層回注高礦化度礦井水全周期控制化學(xué)堵塞方法，該方法包括以下步驟：
4、步驟一，水樣的采集與檢測以及環(huán)境的基礎(chǔ)指標(biāo)監(jiān)測：
5、擬回注高礦化度礦井水水樣和目標(biāo)回注含水層水樣的采集與檢測，以及目標(biāo)回注含水層環(huán)境的基礎(chǔ)指標(biāo)監(jiān)測。
6、所述的目標(biāo)回注含水層環(huán)境的基礎(chǔ)指標(biāo)包括溫度和酸堿度。
7、步驟二，開展模擬試驗(yàn)確定回注水水質(zhì)：
8、根據(jù)步驟一所得的目標(biāo)回注含水層環(huán)境的基礎(chǔ)指標(biāo)，構(gòu)建高礦化度礦井水的回注試驗(yàn)數(shù)值模型，模擬擬回注高礦化度礦井水水樣與目標(biāo)回注含水層水樣以不同比例混合時的試驗(yàn)。
9、根據(jù)試驗(yàn)數(shù)值模型的運(yùn)行，定量計算不同比例混合下的化學(xué)沉淀量，并依據(jù)化學(xué)沉淀量最小原則，構(gòu)建擬回注高礦化度礦井水水樣與目標(biāo)回注含水層水樣的線性疊加模型，最終確定回注水的水質(zhì)。
10、步驟三，篩選三種回注水中鐵離子和錳離子的去除濾料，并確定最佳配比：
11、測定步驟二已確定水質(zhì)的回注水中鐵離子和錳離子的濃度，在回注前設(shè)置鐵離子和錳離子的過濾試驗(yàn)，初選對鐵離子和錳離子吸附性強(qiáng)的三種濾料，并確定三種濾料的最佳混合比例。
12、步驟四，室內(nèi)試驗(yàn)確定回注堵塞的主要化學(xué)物質(zhì)：
13、首先，采用步驟三中的三種濾料處理回注水中的鐵離子和錳離子，得到處理后的回注水。
14、其次，將處理后的回注水在回注前先在室內(nèi)進(jìn)行回注水與目標(biāo)巖石相互作用的模擬試驗(yàn)，對模擬試驗(yàn)后的巖石判別引發(fā)堵塞的化學(xué)物質(zhì)。
15、最后，將處理后的回注水進(jìn)行回注。
16、步驟五，選定酸劑，計算用量精準(zhǔn)去除化學(xué)沉淀：
17、依據(jù)步驟四所判別的引發(fā)堵塞的化學(xué)物質(zhì)選定匹配的酸劑類型，并根據(jù)酸劑的濃度、實(shí)際使用時回注管徑的長度和半徑，最終確定酸劑的用量。
18、本專利技術(shù)還具有如下技術(shù)特征：
19、具體的，步驟一中，所述的擬回注高礦化度礦井水水樣是采集井下不同位置的水樣，井下不同位置包括頂板淋水處、疏放水鉆孔處以及中央水倉。
20、所述的目標(biāo)回注含水層水樣的采集是在打鉆期間進(jìn)行。
21、所述的擬回注高礦化度礦井水水樣和目標(biāo)回注含水層水樣，經(jīng)過過濾處理后，采用電感耦合離子色譜儀分別檢測擬回注高礦化度礦井水水樣和目標(biāo)回注含水層水樣中k+、na+、ca2+、mg2+、so42-以及cl-的濃度，并采用化學(xué)法測定擬回注高礦化度礦井水水樣和目標(biāo)回注含水層水樣中hco3-的濃度。
22、優(yōu)選的，步驟二中，回注水水質(zhì)的確定具體包括以下步驟：
23、步驟201，利用phreeqc數(shù)值模擬軟件中的interactive模塊，開展擬回注高礦化度礦井水水樣與目標(biāo)回注含水層水樣比例為(1～9):(1～9)的模擬試驗(yàn)，每一次試驗(yàn)時輸入擬回注高礦化度礦井水水樣的平均濃度與目標(biāo)回注含水層水樣中不同離子的濃度。
24、所述的不同離子的平均濃度為步驟一中采集與檢測到的不同離子濃度經(jīng)計算平均值得到。
25、所述的interactive模塊中設(shè)定的溫度和酸堿度，均為步驟一中目標(biāo)回注含水層環(huán)境監(jiān)測到的參數(shù)。
26、步驟202，根據(jù)步驟201中模擬試驗(yàn)，獲得大于等于8組不同比例擬回注高礦化度礦井水水樣與目標(biāo)回注含水層水樣的混合結(jié)果，即獲得大于等于8組不同物質(zhì)的化學(xué)沉淀量。
27、步驟203，將步驟202中的每組化學(xué)沉淀量分別求和，得到每組試驗(yàn)中化學(xué)沉淀量的總和，依據(jù)化學(xué)沉淀量最小原則，將化學(xué)沉淀量最小的一組擬回注高礦化度礦井水水樣與目標(biāo)回注含水層水樣混合比例作為最優(yōu)回注比例。
28、最優(yōu)回注比例下擬回注高礦化度礦井水水樣與目標(biāo)回注含水層水樣的混合水即為回注水。
29、步驟204，根據(jù)步驟203中的最優(yōu)回注比例，通過構(gòu)建線性疊加模型，分別計算回注水中k+、na+、ca2+、mg2+、so42-、cl-以及hco3-7種離子的濃度，線性疊加模型為：
30、c回注＝k1×c礦井水+k2×c地下水
31、式中：
32、c回注為回注水中某種離子的濃度，單位為mg/l；
33、k1為擬回注高礦化度礦井水水樣在混合試驗(yàn)中獲取的最優(yōu)回注比例中的占比；
34、k2為目標(biāo)回注含水層水樣在混合試驗(yàn)中獲取的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種深層回注高礦化度礦井水全周期控制化學(xué)堵塞方法，該方法包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的深層回注高礦化度礦井水全周期控制化學(xué)堵塞方法，其特征在于，步驟一中，所述的擬回注高礦化度礦井水水樣是采集井下不同位置的水樣，所述的井下不同位置包括頂板淋水處、疏放水鉆孔處以及中央水倉；
3.如權(quán)利要求1所述的深層回注高礦化度礦井水全周期控制化學(xué)堵塞方法，其特征在于，步驟二中，回注水水質(zhì)的確定具體包括以下步驟：
4.如權(quán)利要求1所述的深層回注高礦化度礦井水全周期控制化學(xué)堵塞方法，其特征在于，步驟三中，所述的三種濾料的最佳混合比例為椰殼生物炭：黑砂土：粉煤灰陶粒＝80wt.％：10wt.％：10wt.％。
5.如權(quán)利要求1所述的深層回注高礦化度礦井水全周期控制化學(xué)堵塞方法，其特征在于，步驟五中，所述的化學(xué)物質(zhì)為碳酸鈣或碳酸鎂時，酸劑為稀鹽酸；所述的化學(xué)物質(zhì)為硫酸鈣或硫酸鎂時，酸劑為氫氟酸。
6.一種深層回注高礦化度礦井水全周期控制化學(xué)堵塞系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)用于執(zhí)行如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的深層回注高礦化度礦井水全周期控制
7.如權(quán)利要求6所述的深層回注高礦化度礦井水全周期控制化學(xué)堵塞系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括水倉(4)，水倉(4)內(nèi)部設(shè)置有抽水泵(401)，抽水泵(401)與第一輸水管(402)的一端連接，其特征在于，第一輸水管(402)的另一端與回注水質(zhì)智能混合控制裝置(1)的礦井水進(jìn)水口(101)相連通，回注水質(zhì)智能混合控制裝置(1)的底部還設(shè)置有混合罐排水口(102)，混合罐排水口(102)與第二輸水管(103)的一端相連通，第二輸水管(103)的另一端與儲水倉(5)相連通；
8.如權(quán)利要求6所述的深層回注高礦化度礦井水全周期控制化學(xué)堵塞系統(tǒng)，其特征在于，所述的回注水質(zhì)智能混合控制裝置(1)包括混合罐(104)，混合罐(104)內(nèi)為外倉(105)，外倉(105)內(nèi)通過頂部開放的筒體圍成頂部開放的混合腔(106)；
9.如權(quán)利要求6所述的深層回注高礦化度礦井水全周期控制化學(xué)堵塞系統(tǒng)，其特征在于，所述的鐵錳多介質(zhì)分層過濾池(2)包括水平設(shè)置的第一回注水管道(204)，第一回注水管道(204)的軸向兩端設(shè)置有回注水進(jìn)水口(201)，第一回注水管道(204)沿軸向均勻設(shè)置有多個開口向下的回注水管道分支口(205)，多個回注水管道分支口(205)與豎直方向的多個第二回注水管道(206)的頂部一一對應(yīng)連通，多個第二回注水管道(206)的底部為粗砂過濾層(207)注水，粗砂過濾層(207)的底部鋪設(shè)有多介質(zhì)過濾層(208)，多介質(zhì)過濾層(208)的底部鋪設(shè)有底層滲濾層(209)，底層滲濾層(209)的底部設(shè)置有凈水出水口(202)；
10.如權(quán)利要求6所述的深層回注高礦化度礦井水全周期控制化學(xué)堵塞系統(tǒng)，其特征在于，所述的精準(zhǔn)控制流量的注酸裝置(3)包括酸液體儲存瓶(302)，酸液體儲存瓶(302)底部設(shè)置有酸液輸出口(301)，酸液輸出口(301)與第一注酸管(303)的一端相連通，第一注酸管(303)的另一端與第二注酸管(601)頂部相連通，第二注酸管(601)的下半部分位于深井(6)內(nèi)的濾水管(602)中；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種深層回注高礦化度礦井水全周期控制化學(xué)堵塞方法，該方法包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的深層回注高礦化度礦井水全周期控制化學(xué)堵塞方法，其特征在于，步驟一中，所述的擬回注高礦化度礦井水水樣是采集井下不同位置的水樣，所述的井下不同位置包括頂板淋水處、疏放水鉆孔處以及中央水倉；
3.如權(quán)利要求1所述的深層回注高礦化度礦井水全周期控制化學(xué)堵塞方法，其特征在于，步驟二中，回注水水質(zhì)的確定具體包括以下步驟：
4.如權(quán)利要求1所述的深層回注高礦化度礦井水全周期控制化學(xué)堵塞方法，其特征在于，步驟三中，所述的三種濾料的最佳混合比例為椰殼生物炭：黑砂土：粉煤灰陶粒＝80wt.％：10wt.％：10wt.％。
5.如權(quán)利要求1所述的深層回注高礦化度礦井水全周期控制化學(xué)堵塞方法，其特征在于，步驟五中，所述的化學(xué)物質(zhì)為碳酸鈣或碳酸鎂時，酸劑為稀鹽酸；所述的化學(xué)物質(zhì)為硫酸鈣或硫酸鎂時，酸劑為氫氟酸。
6.一種深層回注高礦化度礦井水全周期控制化學(xué)堵塞系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)用于執(zhí)行如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的深層回注高礦化度礦井水全周期控制化學(xué)堵塞方法；
7.如權(quán)利要求6所述的深層回注高礦化度礦井水全周期控制化學(xué)堵塞系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括水倉(4)，水倉(4)內(nèi)部設(shè)置有抽水泵(401)，抽水泵(401)與第一輸水管(402)的一端連接，其特征在于，第一輸水管(402)的另一端與回注水質(zhì)智能混合控制裝置(1)的礦井水進(jìn)水口(101)相連通，回注水質(zhì)智能混合控制裝置(1)的底部還設(shè)置有混合罐排水口(102)，混合罐排...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王甜甜，薛建坤，周振方，張全，王治宙，李炳宏，尚宏波，方剛，
申請(專利權(quán))人：中煤科工西安研究院集團(tuán)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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