CN110295952A - 基于废弃井筒构建的多深度层位地下储库及其构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于废弃井筒构建的多深度层位地下储库及其构建方法。利用废弃矿井井筒构建相互串联的巷道、硐室形成子储库；每个稳定岩层中可构建多个相互并联的子储库，形成分层储库。在井筒内安装提升***、供水***、排水***、供电***、通讯***；并利用井筒分别进、回风，与安装在各分层储库内的空调设备共同组成地下储库的通风与空气调节***。在最深分层储库的下方安设井筒横断面密封盘，封闭井筒下部的废弃段，并在密封盘上安设抽水管、抽气管，控制废弃段的水位与气压。该地下储库可用于各类民用、军用物资存储，能实现废弃矿山井筒的再利用，避免了井底巷硐利用面临的围岩与地下水控制难度大、安全性差等难题，降低了建设成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种构建在深部地层中的地下储库，具体说是一种基于废弃井筒构建的多深度层位地下储库，同时涉及该地下储库的构建方法。
背景技术
我国是世界煤炭开采第一大国。近年来，我国中东部每年均有大量煤矿面临关闭，其井筒与井下巷道被废弃，造成了大量地下空间与地面工业与交通设施的闲置浪费。与此同时，中东部是我国经济发展最快的地区之一，工农业生产及战略物质存储都急需大规模开发深部地下空间。鉴于煤矿、非煤矿山都有便利的地面交通（如矿区公路、铁路），如能开展废弃矿井地下空间的再利用，无疑也能实现其地面设施的再利用，从而创造巨大的经济与社会效益。
废弃矿山的井下巷道、硐室，受采区布置、岩层应力场扰动等因素影响，往往面临更高的围岩稳定控制难度，且面临矿井水恢复上升、瓦斯气体聚集涌出等安全隐患，因此，直接利用煤矿井下的巷硐空间，技术难度大、安全风险高、维护成本高。
鉴于此，本发明提出了一种依托废弃矿山的立井井筒，构建多深度层位地下储库的方法，避免了直接利用井下巷硐面临各类安全技术难题，有望大幅降低建设成本，而且可以充分利用废弃矿区的地面工业与道路交通设施，为工农业甚至战略物质的深部储存提供安全场地。
发明内容
本发明针对废弃矿山地下、地面资源的再利用问题，提出了一种基于废弃井筒构建的多深度层位地下储库以及构建方法，避开了直接利用矿井地下空间时，所面临的地下水、瓦斯气体涌出治理难度大、安全风险高的技术难题。
本发明基于废弃井筒构建的多深度层位地下储库，包括至少二个立井井筒，其特征是：在所述立井井筒设定的深度位置，在立井井筒之间连通一条或多条水平巷道，在所述水平巷道上间隔性地设置若干硐室，水平巷道将沿途的各个硐室串联形成子储库，若设置多条水平巷道，则在一个水平中可构建多个并联的子储库。
进一步地，在所述立井井筒不同的深度位置，设置多个水平的子储库。
通过在至少一个井筒内安装提升***、供水***、排水***、供电***、通讯监控***，并利用至少一个立井进风、至少一个立井回风，各子储库内的空调装备，可形成多深度层位地下仓储空间体系。
此外，利用封闭装置将最深层位储库下方的立井井筒段，进行封闭并安设排水、排气设施，以控制井筒废弃段废水、废气上涌，保证地下储库的安全。
所述封闭装置为井筒废弃段密封盘，井筒废弃段密封盘安装在每个井筒内且位于最深一层的子储库底板位置的下方；所述排水设施的抽水管、排气设施的抽气管分别安装在井筒废弃段密封盘上，穿透密封盘用于抽排废弃段的废水、废气；管路上安设闸阀，并根据需要安设水位、气压探测仪表。抽水管把涌水排入井筒排水***；抽气管把废气排入回风井内。
本发明基于废弃井筒构建的多深度层位地下储库的构建方法，其步骤是：
步骤1. 利用废弃矿山的至少二个立井井筒，在井筒穿过的若干稳定岩层中设定构建子储库的水平层面。
步骤2. 分别在各个水平层面中掘进一条或多条连通立井井筒之间的水平巷道；沿各水平巷道开掘若干硐室，构成多组子储库；每个稳定岩层均可建造多个子储库，而选择多个岩土层，则可以建设多个深度的分层地下储库。
步骤3.在至少一个立井井筒内安装提升***、供水***、排水***、供电***、通讯监控***，并在至少一个立井井筒的井口安装风机，在各子储库内安装空调装备，形成多深度层位地下仓储空间体系。
步骤4.封闭最深层位子储库下方的井筒段，并安设排水、排气设施，以控制井筒废弃段废水、废气上涌，保证地下储库的安全。
该发明中所述的立井井筒，不局限于同一矿山，也不局限于煤矿，但应有适当的水平距离。在拟建深度范围内，井筒之间应无地质断层，且稳定岩层在井筒之间应稳定存在并具有适宜的竖向间距。稳定岩层是指完整、坚固、厚度大，不含水或弱含水，地下巷硐围岩经简单注浆处理即可满足渗漏水控制要求的地层。
该发明所述的子储库，由每个稳定岩层中相互串联的巷道、硐室所构成；子储库独立或汇总后沟通相邻的井筒；每个稳定岩层可建造多个子储库。通过巷道、硐室轴线形状、长度及断面的合理设计，即便井筒间距较小，也可以获得较大的子储库容积，例如：子储库中心线（轴线）可以设计成圆弧形或更为复杂的曲线，替代长度较小的直线。
该发明所述的提升***、供水***、排水***、供电***、通讯监控***，既可利用废弃井筒原有设备改造，也可新建；既可集中在一个井筒内，也可分散安装于不同井筒。每套***既可服务于地下储库的全部深度层位，也可仅服务特定深度层位。每个深度层位的储库，必须具备上述5套***，且其中的提升***、供电***、通讯监控***应至少2套，以互为备用，确保地下储库的安全使用。
该发明所述的通风与空调***，由至少一个进风井、一个回风井、风机、空调机共同构成。进风井、回风井一般分别由安装、不安装提升***的井筒担任；风机一般布置在储库、回风井内。回风井既可以作为全断面回风井，也可利用井筒内的风机、风筒，形成乏风上排通道。
该发明所述的排水设施与排气设施需利用管路，穿透井筒下部封闭装置，每个井筒中至少设置一套排气、排水设施，用于抽出井筒封闭段上升的地下水，以及聚集的废弃气体；排水、排气设施的具体设备能力，根据排水、排气需要计算确定。
所发明的井筒废弃段密封盘，安装在每个井筒内，位于最深一层的储库底板位置的下方；抽水管、抽气管安装在井筒废弃段密封盘上，穿透密封盘用于抽排废弃段的废水、废气；管路上安设闸阀，并根据需要安设水位、气压探测仪表。抽水管把涌水排入井筒排水***；抽气管把废气排入回风井内。
本发明充分利用了废弃矿井构件地下储库，可实现废弃矿山井筒与部分地面设施再利用，避免了单纯利用废弃矿山井底巷硐面临的采动岩体与地下水控制难度大、通风紊乱、安全性差等技术难题，大幅降低了建设成本。地下储库可用于民用、军用物资的存储。
附图说明
图1是双井筒地下储库平面图（单井提升，一井进风一井全断面回风）。
图2是图1I-I竖剖面图。
图3是双井筒地下储库平面图（双井提升，一井进风一井风筒回风）。
图4是图3II-II竖剖面图。
图5是三井筒地下储库平面图（双井提升，双井进风一井全断面回风，三井位于同直线）。
图6是三井筒地下储库平面图（双井提升，双井进风一井全断面回风，三井构成三角形）。
图7是图5/图6Ⅲ-Ⅲ竖剖面图。
图8是三井筒地下储库平面图（三井提升，三井进风一井风筒回风）。
图9是图8Ⅳ-Ⅳ竖剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
本发明基于废弃井筒构建的多深度层位地下储库及其构建方法，是利用废弃矿山的至少二个立井井筒1作为竖向通道；在井筒穿过的若干稳定岩层2中，沿水平方向建造一系列的水平巷道3及沿线硐室4，构成子储库5；每个深度层位的多个子储库5均单独或汇总后沟通相邻的井筒；井筒内安设提升***6、供水***7、排水***8、供电***9、通讯监控***10、通风与空调装备11、12、16；利用井筒废弃段密封盘13将不拟利用的井筒深部段封闭，并在盘上安设排水管13、排气管14，控制废弃段水位、气压，实现有序排放；最终形成多埋深水平、多子储库的地下仓储空间体系。
实施例1：
本实施例的地下储库基于两个井筒1（A）、1（B）分别为进、回风井构建而成，如图1和图2所示。
地下储库的具体构件方法如下：
（1）根据两个井筒穿过的地层柱状，首先确定适宜建造地下储库的1～n个稳定岩土层。
（2）在第n个地下储库深度位置的下方，在井筒1（A）、1（B）内分别建造井筒废弃段密封盘13、抽水管14、抽气管15，从而把不拟利用的井筒深部段加以封闭。
（3）在井筒1（A）、1（B）中，通过已有设施改造或新建，形成适用于地下储库建设的提升***；并通过改造或新建，依次形成地下储库施工所需的供水、排水、供电、通讯、通风***。
（4）首先掘砌形成第n层地下储库；而后，逐步自下而上，施工其他地下储库。
（5）全部地下储库掘砌完毕，在井筒1（A）内安设永久提升***、供水***、排水***、供电***、通讯监控***；在地下储库及井筒1（B）（回风井）内，安设供水***、排水***、供电***、通讯监控***，以及风机、空调机，形成通风***。
（6）把井筒废弃段的抽水管14与排水***8相连；把抽气管15连接至回风井，使得井筒废弃段废水、废弃可以有序排放。
实施例2：
本实施例的地下储库基于两个立井井筒1（A）、1（B）构建而成，如图3、图4所示。
本实例涉及的地下储库构建方法与实例1基本相同，区别在于：
（1）井筒1（A）、1（B）均作为提升井，两个井筒内均安设提升***、供水***、排水***、供电***、通讯监控***。
（2）井筒1（B）采用风筒专门回风，避免乏风污染井筒。为此，井筒1（B）中需要沿全深安设一定直径的风筒。
实施例3：
本实施例的地下储库基于三个井筒，井筒1（A）、1（B）为进风井、1（C）为回风井，构建而成。根据井筒1（A）、1（B）、1（C）之间的空间位置关系，可以井筒1（A）与井筒1（B）、井筒1（B）与井筒1（C）之间分别横向联通，如图5；也可以是井筒A、B、C之间两两相互横向联通，如图6所示。
地下储库的具体构件方法如下：
（1）根据三个井筒1（A）、1（B）、1（C）穿过的地层柱状，确定三个井筒之间适宜建造地下储库的1～n个稳定岩土层。
（2）在第n个地下储库深度位置的下方，在井筒1（A）、1（B）、1（C）内分别建造井筒废弃段密封盘13、抽水管14、抽气管15，从而把不拟利用的井筒深部段加以封闭。
（3）利用井筒1（A）、1（B），通过已有设施改造或新建，形成用于地下储库施工的提升***；并通过改造或新建，依次形成地下储库施工所需的供水、排水、供电、通讯、通风***。
（4）在井筒1（A）、1（B）、1（C）之间，依次掘砌沟通相邻井筒的巷道、硐室，形成第n层地下储库。
（5）第n层地下储库建设完成后，逐步自下而上，施工第n-1、……、1层地下储库。
（6）在井筒1（A）、1（B）内安设永久提升***、供水***、排水***、供电***、通讯监控***；在地下储库及井筒1（C）内，安设风机、空调机，形成通风***。
（7）把井筒废弃段的抽水管14与排水***8相连；把抽气管15连接至用于回风的井筒1（C），使得井筒废弃段废水、废弃可以有序排放。
实施例4：
本实施例的地下储库基于三个立井井筒1（A）、1（B）、1（C）构建而成，如图8和图9所示。
本实例涉及的施工方法与实例3基本相同，区别在于：
（1）井筒1（A）、1（B）、1（C）均作为提升井，三个井筒内均安设提升***、供水***、排水***、供电***、通讯监控***。
（2）井筒1（C）采用风筒专门回风，避免乏风污染井筒。为此，井筒1（C）中需要沿全深安设一定直径的风筒。
Claims (6)
1.一种基于废弃井筒构建的多深度层位地下储库，包括至少二个立井井筒，其特征是：在所述立井井筒设定的深度位置，在立井井筒之间连通一条或多条水平巷道，在所述水平巷道上间隔性地设置若干硐室，水平巷道将沿途的各个硐室串联形成子储库；若设置多条水平巷道，则在一个水平中构建多个并联的子储库。
2.根据权利要求1所述的基于废弃井筒构建的多深度层位地下储库，其特征是： 在所述立井井筒不同的深度位置，设置多个水平的子储库。
3.根据权利要求1或2所述的基于废弃井筒构建的多深度层位地下储库，其特征是：通过在至少1个井筒内安装提升***、供水***、排水***、供电***、通讯监控***，并利用至少一个立井进风、至少一个立井回风，各子储库内设置空调装备，形成多深度层位地下仓储空间体系。
4.根据权利要求1或2所述的基于废弃井筒构建的多深度层位地下储库，其特征是：利用封闭装置将最深层位储库下方的立井井筒段，进行封闭并安设排水、排气设施。
5.根据权利要求4所述的基于废弃井筒构建的多深度层位地下储库，其特征是：所述封闭装置为井筒废弃段密封盘，井筒废弃段密封盘安装在每个井筒内且位于最深一层的子储库底板位置的下方；所述排水设施的抽水管、排气设施的抽气管分别安装在井筒废弃段密封盘上，穿透密封盘用于抽排废弃段的废水、废气；管路上安设闸阀，并根据需要安设水位、气压探测仪表；抽水管用于把涌水排入井筒排水***；抽气管用于把废气排入回风井内。
6.一种权利要求1-5之一所述的基于废弃井筒构建的多深度层位地下储库的构建方法，其步骤是：
步骤1. 利用废弃矿山的至少二个立井井筒，在井筒穿过的若干稳定岩层中设定构建子储库的水平层面；
步骤2. 分别在各个水平层面中掘进一条或多条连通立井井筒之间的水平巷道；沿各水平巷道开掘若干硐室，构成多组子储库；每个稳定岩层均可建造多个子储库，而选择多个岩土层，则可以建设多个深度的分层地下储库；
步骤3.在至少一个立井井筒内安装提升***、供水***、排水***、供电***、通讯监控***，并在至少一个立井井筒的井口安装风机，在各子储库内安装空调装备，形成多深度层位地下仓储空间体系；
步骤4.封闭最深层位子储库下方的井筒段，并安设排水、排气设施。
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