[發明專利]地下采空區的原位處理方法

有效

• 申請號: 201110387998.1
• 申請日: 2011-11-29
• 公開（公告）號: CN102606205A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 潘霞;姚凱;劉洪濤;劉淑琴
• 申請（專利權）人: 新奧氣化采煤有限公司
• 主分類號: E21F15/00
• 分類號: E21F15/00
• 代理公司: 北京德恒律師事務所 11306
• 代理人: 陸鑫;房嶺梅

技術領域

本發明涉及一種地下采空區的原位處理方法。

背景技術

煤炭地下氣化技術在減少采煤設備、煤炭運輸、地面氣化爐等大量設施的同時，增加了地下儲層塌陷、地下水受污染的風險，煤層大量的煤炭被氣化以后留下較大的空間，在沒有支撐的情況下，空間頂部有垮落的可能，會造成地層下移，地表下陷，危及地面構筑物；而在采空區中殘留的灰渣，包含的代表性有毒金屬如砷、鉛、汞、鎘、銫、鉻，以及殘余的碳氫化合物包括煤焦油、多環芳烴、和雜環成分，長期滯留在采空區中，經過地下水的浸潤、沖洗，會隨之遷移擴散至周圍水體，造成地下水的污染。

現有技術如下：

現有技術一：

專利US11361325公開了一種地下污染原位處理方法，特別是鉻鐵礦開采造成的地下水污染。具體是通過鉆孔向地下受污染水體注入還原性化合物包括：硫酸亞鐵、硫化鈉、氯化亞鐵、硫化亞鐵、亞硫酸鈉等的一種或多種，將高價態的污染物(主要是六價鉻)轉化為低價態，從而降低對地下水的污染程度，在此過程中含氯有機污染物也能得到無害化處理。

現有技術二：

2009年第6期的《內蒙古水利》上發表了一篇名為“受污染地下水源的防控技術研究”，文章系統的分析了地下水水源污染的主要途徑，探討了地下水源污染防治技術與方法，主要有物理法(包括將受污水體圈閉起來的屏蔽法、在地下水流下游挖溝布置收集系統的被動收集法、通過鉆孔將污染物抽提至地面處理的抽提法)、化學法(加藥法、設置滲濾墻法、土壤改性法、空氣吹脫法、電動力學修復)以及生物修復法等。

現有技術三：

專利US7645097公開了一種通過向地下空間充填復原地層連續性的方法，具體是至少有一步是向地下空間半充滿一種物質，然后再向所述空間充填一種合成物流體，發生化學反應后膨脹充滿整個地下空間。

現有技術四：

專利200910217811公開了一種泥炭作為添加介質用于石油烴污染地下水的原位修復方法，具體是功能菌和泥炭經過處理后，前者固化在后者上，再將負載功能菌的泥炭和粗砂按照一定的體積比均勻混合制備成反應墻體支撐介質，然后將反應墻體支撐介質裝入可滲透性反應墻中，有效吸附地下水中的石油烴、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、萘系物，尤其對多環芳烴類的吸附效果尤為明顯。

以上現有技術在某些情況下特別適用，而在煤炭地下氣化采空區的污染物處理方面均有不足之處。

現有技術一能夠處理的污染物相對來說比較單一，主要是通過化學氧化還原的方法將有毒的高價態鉻離子還原至低價態，消除毒性，同時能夠消除含氯有機物的毒性，但是，對于燃煤灰中的多種有毒金屬離子以及焦油、多環/雜環芳烴等污染物的處理不起作用，還需要采用其它方法消除有毒金屬離子以及焦油、多環/雜環芳烴等的污染，而且，沒有關注到采空區塌陷的治理。

現有技術二涉及到很多地下污染水源的處理方法，總體上說是處理已經滲透到地層/含水層的污染物，與本發明所述儲存于采空區的污染物在所處位置上略有不同，現有技術二所述的方法在處理煤炭地下氣化產生的地下污水是可行的，但是需要多種方法聯用，或者經濟性不佳，與本發明相比一個顯著的不同是它沒有兼顧消除采空區塌陷帶來的風險。

而現有技術三的目的在于恢復地層的連續性或者承重能力，通過充填將地下空間充實，實現能夠承重。用此方法處理煤炭地下氣化的采空區時，沒有考慮污染物的處理。如果之前先處理污染物再充填，會導致操作復雜，成本上升，如果不處理污染物即充填，隨著時間的推移，污染物會遷移擴散污染周圍水體。

現有技術四從屬現有技術二，采用泥炭負載功能菌添加到滲濾反應墻中，更有針對性地吸附脫除油氣田地下水中的有機物。缺點在于不能實現對污染物的立體全封閉或吸附，也就是說在較大的地下范圍內，污水的遷移不是在同一水平位上，可能會從反應墻的上方或下方遷移出控制區；另外，如果采用技術三不能有效兼顧避免地下采空區塌陷的風險。

已知：煤炭地下氣化后留下的采空區中有大量的煤熱解、氣化產生的污染性組分，而且采空區中存有積水，如果不對采空區進行處理，經過較長的時間，可能會出現兩大危險：1)、在地層重力作用下，采空區上部地層下沉，引起地表下陷，危及地面構筑物；2)、采空區中的污水隨地下水遷移至周圍水體，造成更大面積的地下水污染，進而污染飲用水體系。

為了避免地層塌陷，最好的方法是對采空區進行充填，土、砂、混凝土等是常用的充填料，但是難以控制采空區中的污水；采用超強吸水劑將采空區中的污水吸收后形成的物質，它的機械強度稍弱，在保存污水、支撐采空區上部地層方面略顯能力不足。

發明內容