專利名稱：一種分布式地下水庫及其建造方法
技術領域：
本發明涉及一種水庫及其建造方法，尤其涉及一種地下水庫及其建造方法。
背景技術：
對于處于嚴寒地區的露天煤礦開采區域來說，大風頻繁，干旱少雨，沙物質沉積豐富，長期寒冷，使得土地極易發生沙漠化、植被極易受損。露天煤礦的開發，對原有的地下水運行系統造成影響，使得本已脆弱的生態環境更加惡化，水資源的保護利用已經成為限制礦區可持續發展的瓶頸問題。 目前，露天煤礦開采過程中，通過地質勘探，在剝離過程中，使得地下水成為礦井水，除少部分經處理后作為礦區生產生活用水使用外，大部分則經簡單凈化處理進行外排，形成巨大的水坑，一方面占用土地，另一方面，由于地表水蒸發量較大，大量的水資源被蒸發，造成了巨大的浪費，難以實現水資源的有效利用。因此，有必要設計一種水庫，容納開采煤礦時流出的地下水，保護水資源，減小水的蒸發。

發明內容
本發明的目的是建造一種地下水庫，容納開采煤礦時流出的地下水，減小水的蒸發。為實現上述目的，本發明采取了如下的技術方案本發明提供了一種分布式地下水庫，包括多個位于地下的水庫本體，其特征在于，還包括回灌水管道和連接管道。所述水庫本體包括庫底、壩體和水庫填充物，所述水庫填充物將由所述庫底和所述壩體圍成的半封閉區域填滿。所述回灌水管道的下端位于所述水庫填充物中，上端伸出至地面以上。多個所述水庫本體之間由穿過所述壩體的所述連接管道連通。優選地，所述水庫填充物由上至下依次包括第一塊狀巖石層、過濾層和第二塊狀巖石層。所述第一塊狀巖石層和第二塊狀巖石層由塊狀的巖石堆積而成，所述過濾層包括活性炭和煤矸石，所述過濾層便能對從所述第一塊狀巖石層流下來的水進行過濾。優選地，所述分布式地下水庫還包括抽水管道和水泵。所述抽水管道的下端位于所述第二塊狀巖石層中，上端露出在地面以上并與所述水泵連接，所述水泵通過所述抽水管道將所述第二塊狀巖石層中的水抽出至地面以上。這樣，即可將儲存在所述地下水庫中并經過自然過濾的水抽出作為生產生活用水加以使用。優選地，多個所述水庫本體分別位于地面下不同的高度處，多個所述水庫本體之間由高到低依次通過所述連接管道串聯。進一步優選地，所述連接管道的兩端分別穿過兩個所述水庫本體最大容積90%水位處的壩體而與所述水庫填充物連通。這樣，當位于高位的水庫本體中儲存的水超過90%的警戒水位后，多余的水即可通過所述連接管道自動流至下面的水庫本體中加以儲存，從而盡可能多的將水儲存在水庫中。
優選地，所述連接管道的水流起始端外部覆蓋過濾層，從而防止了所述連接管道被沙石堵塞。本發明還提供了一種建造上述分布式地下水庫的建造方法，包括(a)選取距離水源和地面配套水利工程最近且底部巖層防滲系數最大的區域作為所述分布式地下水庫的建造地點，以所述底部巖層作為庫底；(b)在所述庫底上建造壩體，壩體外部用混凝土層加固；(C)連接管道穿過所述壩體將各個所述水庫本體連通，對由所述壩體和所述庫底圍成的半封閉區域用水庫填充物進行回填，同時設置回灌水管道，使其下端位于所述水庫填充物中，上端伸出至地面以上。

優選地，所述水庫填充物包括第一塊狀巖石層、過濾層和第二塊狀巖石層。在所述步驟(C)中，首先在所述庫底鋪設所述第二塊狀巖石層，隨后在所述第二塊狀巖石層上部鋪設所述過濾層，最后在所述過濾層上部鋪設所述第一塊狀巖石層。優選地，在所述水庫填充物和地面之間設置抽水管道，所述抽水管道的下端位于所述第二塊狀巖石層中，所述抽水管道的上端露出在地面以上并與一個水泵連接。優選地，多個所述水庫本體位于地面下不同的高度處，多個所述水庫本體之間由高到低依次通過所述連接管道串聯。優選地，在步驟(b)和步驟(C)中，在所述壩體的位于90%最大水庫容積處開設管道過孔，所述連接管道通過所述管道過孔穿過所述壩體。優選地，在步驟(a)和步驟(b)之間，還包括對所述庫底的防滲設計。所述防滲設計包括對底部巖層上涂布第一黑粘土層并壓實；在所述第一黑粘土層上部鋪設土工防滲布或土工防滲膜或混凝土層，并用第二黑黏土層壓實。之所以選用黑粘土，是因為在采礦時很開采出很多的黑粘土，便于就地取材，同時黑粘土層的防滲效果較好，這樣既降低了成本，又達到了防滲要求。優選地，在步驟(b)建造壩體時，所述混凝土層采用的混凝土材料中添加有引氣齊U，含有按重量計33%的粉煤灰，并且混凝土材料的水膠比為0. 5-0. 6。由于所述分布式地下水庫建造在嚴寒地區，需要滿足抗凍性和耐久性的要求，因此需要對混凝土層進行抗凍處理。通過本發明提供的分布式地下水庫，開采煤礦時流出的地下水可以被容納在地下的水庫中，減少了對地面的占用和水分的蒸發；同時，分布式地下水庫通過彼此之間連接的連接管道而實現了連通，使得各水庫本體之間儲存的多余水可自動分配，并通過回灌水管道實現了露天礦剝離過程中其他位置水資源的儲存，利用抽水管道實現了水資源的高效利用，在煤炭開采過程中最大程度地保護了當地的水資源，實現了礦區的可持續開發。


圖I為本發明一種具體實施方式
的地下水庫的縱向剖面示意圖；圖2為圖I所示的地下水庫的庫底結構示意圖；圖3為圖I所示的地下水庫的壩體結構示意圖；圖4為本發明一種具體實施方式
的地下水庫的總體分布示意圖。
具體實施例方式如圖I-圖4所示，本發明的地下水庫包括水庫本體I、連接管道2和回灌水管道31，其中水庫本體I包括庫底4、壩體5和水庫填充物6。水庫本體I由截面呈梯形的壩體5圍繞而成，壩體5與庫底4共同限定了水庫本體I的容納空間，壩體5優選圍繞成長方形。庫底4和壩體5需要具有良好的防滲性能，使得水庫中容納的水不會因為滲透而從水庫中流失。在本實施例中，庫底4從上至下依次包括黑粘土層41、土工防滲布42、黑粘土層41和底部巖層43，其中土工防滲布42也可由混凝土或土工防滲膜代替。壩體5的內部由黑粘土層51壓實而成，外部設有混凝土層52。由于建設水庫地區的嚴寒特性，壩體5需要滿足較高的抗凍要求，混凝土層52采用的混凝土材料需要加入適量的引氣劑，產生大量的并分布均勻的微小氣泡，改善水混凝土的和易性。引氣劑主要用于抗凍性要求高的結構，其成分多為松香衍生物以及各種磺酸鹽，如烷基磺酸鈉、烷基苯磺酸鈉，常用摻量是水 泥重量的50 500ppm。混凝土層52采用的混凝土材料同時需要控制水膠比，一般來說，水膠比控制在0. 5-0. 6，同時摻入33%的粉煤灰可以滿足要求。水庫填充物6包括塊狀巖石層61，以大塊的巖石將水庫本體I之間的空間填滿，這樣可以產生較大的孔隙度，便于水的容納。在塊狀巖石層61的上部，插入回灌水管道31，其下端位于塊狀巖石層61中，上端露出地面，人們可以通過露在地面上的管道向地下水庫灌水。為了凈化水庫中的水，水庫填充物6還包括過濾層62，即過濾層62設置在上下兩個塊狀巖石層61之間，過濾層62由活性炭和煤矸石組成，其厚度優選為2米左右。從回灌水管道31灌入的水流經過濾層62及塊狀巖石層61時即可被自然凈化。為了能利用被凈化后的水源，在水庫填充物6之間再插入抽水管道32，其下端插入位于過濾層62下方的塊狀巖石層61中，上端露出地面并連接一水泵(未示出)，可通過水泵將經過濾層62凈化過的水抽出地面加以利用。由于水庫本體I是建設在露天采礦后的區域，很難保證有大塊的平整區域，因此很難建造大型的地下水庫。為解決這一問題，可在多個臺階處分別建設小型的水庫本體1，再通過連接管道將各個水庫本體I串聯。如圖I和圖4所示，每個水庫本體I均設置一個連接管道2，其水流起始端(指水流從該端部流入管道中)位于該水庫本體I的水庫內部，其末端(指水流從該端從管道中流出)連接在另一個水庫本體I的水庫內部，連接管道2的兩端分別在這兩個水庫本體I的警戒水位處(指水庫最大容積90%處的水位)穿過這兩個水庫本體I的壩體5而將這兩個水庫本體I連通。多個水庫本體I之間按照其建設臺階的高度從高到低依次串聯連接，使得當位于高處的水庫本體I達到警戒水位后，多余的水會自動流至下一水庫本體I中。為防止管道被沙石堵塞，抽水管道32的下端、各連接管道2的水流起始端均用過濾層覆蓋。下面結合具體實施方式
對地下水庫的建造方法進行說明。步驟I :選取距離水源和地面配套水利工程最近且底部巖層防滲系數最大的區域作為所述分布式地下水庫的建造地點。步驟2 :對庫底4進行防滲設計，在底部巖層上涂布黑粘土并壓實，在其上部鋪設土工防滲布，并用黑粘土壓實。步驟3 :在步驟2中建造的防滲庫底上建造壩體5，壩體5外部由混凝土層加固。
步驟4 :連接管道2穿過壩體5將各個水庫本體I連通，對由壩體5和庫底4圍成的半封閉區域用水庫填充物6進行回填，同時設置回灌水管道31和/或抽水管道32，使回灌水管道31和/或抽水管道32的下端位于水庫填充物6中，上端伸出至地面以上。優選地，回灌水管道31的下端位于過濾層62以上，抽水管道32的下端位于過濾層62以下。為實現上述步驟，需要實現的關鍵技術包括I.庫底防滲設計通過地質勘探，對庫底需要進行防滲工程加固的區域，在進行平整工作后，首先鋪一層壓實的黑粘土，鋪設土工防滲布，再采用黑粘土層壓實填平。2.壩體材料及工藝設計由于水庫建設地區處于酷寒地區，因此壩體材料需要滿 足防滲、抗凍和耐久性等要求。壩體內部采用黑粘土層碾壓制備，外部采用高強度、防滲、抗凍和耐久性滿足要求的常規混凝土筑壩。3.回填材料及工藝設計露天礦地下水庫建設不同于普通的地下水庫建設，首先在某臺階形成類似于地表水庫，在回填過程中逐步掩埋，最終形成地下水庫。如果按照露天礦常規的回填方式，則該區域可能被充實或孔隙度較小，達不到地下水庫的設計要求。因此，為保障較大的孔隙度，必須對回填地下水庫的材料和工藝進行設計，采用就近取材的原貝U，利用剝離巖層塊狀石頭進行回填，同時根據需要在中間建設水體過濾層，實現水體的凈化過濾。4.分布式水庫之間貫通管道設計在各個水庫本體選址和建設完畢后，為實現水庫之間的水體調度，要通過管道將其連接，形成分布式地下水庫，實現水體的調配，管道設計高度要結合庫容最大容量設計。通過在露天煤礦開采區選取合理位置，分布建設地下水庫，通過管道相連，形成分布式地下水庫，實現了水資源不外排，避免了占用大量土地，污染地表生態環境，減少了水分蒸發；分布式地下水庫實現了水資源的地下貯存和調配，并通過回灌水管道實現了露天礦剝離過程中其他位置水資源的儲存，利用抽水管道實現了水資源的高效利用，在煤炭開采過程中最大程度地保護了當地的水資源，實現了礦區的可持續開發。上述實施例僅供說明本發明之用，而并非是對本發明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也應屬于本發明的范疇，本發明的專利保護范圍應由各權利要求限定。
權利要求
1.一種分布式地下水庫，包括多個位于地下的水庫本體，其特征在于，還包括回灌水管道和連接管道； 所述水庫本體包括庫底、壩體和水庫填充物，所述水庫填充物將由所述庫底和所述壩體圍成的半封閉區域填滿； 所述回灌水管道的下端位于所述水庫填充物中，上端伸出至地面以上； 多個所述水庫本體之間由穿過所述壩體的所述連接管道連通。
2.根據權利要求I所述的分布式地下水庫，其特征在于，所述水庫填充物由上至下依次包括第一塊狀巖石層、過濾層和第二塊狀巖石層； 所述第一塊狀巖石層和第二塊狀巖石層由塊狀的巖石堆積而成，所述過濾層包括活性炭和煤矸石。
3.根據權利要求2所述的分布式地下水庫，其特征在于，還包括抽水管道和水泵； 所述抽水管道的下端位于所述第二塊狀巖石層中，上端露出在地面以上并與所述水泵連接。
4.根據權利要求I所述的分布式地下水庫，其特征在于，多個所述水庫本體分別位于地面下不同的高度處，多個所述水庫本體之間由高到低依次通過所述連接管道串聯。
5.根據權利要求4所述的分布式地下水庫，其特征在于，所述連接管道的兩端分別穿過兩個所述水庫本體最大容積90%水位處的壩體而與所述水庫填充物連通。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的分布式地下水庫，其特征在于，所述連接管道的水流起始端外部覆蓋過濾層。
7.一種分布式地下水庫的建造方法，包括 (a)選取距離水源和地面配套水利工程最近且底部巖層防滲系數最大的區域作為所述分布式地下水庫的建造地點，以所述底部巖層作為庫底； (b)在所述庫底上建造壩體，壩體外部用混凝土層加固； (c)連接管道穿過所述壩體將各個所述水庫本體連通，對由所述壩體和所述庫底圍成的半封閉區域用水庫填充物進行回填，同時設置回灌水管道，使所述回灌水管道的下端位于所述水庫填充物中，上端伸出至地面以上。
8.根據權利要求7所述的分布式地下水庫的建造方法，其特征在于，所述水庫填充物包括第一塊狀巖石層、過濾層和第二塊狀巖石層； 在所述步驟(C)中，首先在所述庫底鋪設所述第二塊狀巖石層，隨后在所述第二塊狀巖石層上部鋪設所述過濾層，最后在所述過濾層上部鋪設所述第一塊狀巖石層。
9.根據權利要求8所述的分布式地下水庫的建造方法，其特征在于，在所述水庫填充物和地面之間設置抽水管道，所述抽水管道的下端位于所述第二塊狀巖石層中，所述抽水管道的上端露出在地面以上并與一個水泵連接。
10.根據權利要求7所述的分布式地下水庫的建造方法，其特征在于，多個所述水庫本體位于地面下不同的高度處，多個所述水庫本體之間由高到低依次通過所述連接管道串聯。
11.根據權利要求7所述的分布式地下水庫的建造方法，其特征在于，在步驟(b)和步驟(c)中，在所述壩體的位于90%最大水庫容積處開設管道過孔，所述連接管道通過所述管道過孔穿過所述壩體。
12.根據權利要求7所述的分布式地下水庫的建造方法，其特征在于，在步驟(a)和步驟(b)之間，還包括對所述庫底的防滲設計； 所述防滲設計包括對底部巖層上涂布第一黑粘土層并壓實；在所述第一黑粘土層上部鋪設土工防滲布或土工防滲膜或混凝土層，并用第二黑黏土層壓實。
13.根據權利要求7所述的分布式地下水庫的建造方法，其特征在于，在步驟(b)建造壩體時，所述混凝土層采用的混凝土材料中添加有引氣劑，含有按重量計33%的粉煤灰，并且混凝土材料的水膠比為0. 5-0. 6。
全文摘要
本發明提供了一種適于露天采礦區儲存地下水的分布式地下水庫。分布式地下水庫包括多個位于地下的水庫本體，以及回灌水管道和連接管道。水庫本體包括庫底、壩體和水庫填充物，水庫填充物將由庫底和壩體圍成的半封閉區域填滿。回灌水管道的下端位于水庫填充物中，上端伸出至地面以上。多個水庫本體之間由穿過壩體的連接管道連通。本發明還提供了一種建造這種分布式地下水庫的方法。本發明的分布式地下水庫可以容納采礦時流出的地下水，減少對地面的占用和水分的蒸發，各水庫本體之間儲存的多余水可自動分配，并通過回灌水管道實現了露天礦剝離過程中其他位置水資源的儲存，保護了水資源。
文檔編號E03B11/14GK102767302SQ201210256979
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月23日 優先權日2012年7月23日
發明者顧大釗 申請人:中國礦業大學(北京), 中國神華能源股份有限公司