本發(fā)明屬于涉及礦山水資源保護(hù)與利用領(lǐng)域，涉及回灌系統(tǒng)，具體是一種礦井水預(yù)處理系統(tǒng)、人工回灌系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、礦井水是指煤炭資源開發(fā)過(guò)程中，破壞了地下含水層原有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，從而出現(xiàn)在礦井內(nèi)的一種水源，其主要來(lái)源于地表入滲補(bǔ)給第四系松散層中的水以及地下水。礦井水中主要污染物質(zhì)為煤粉、巖塵等，水體呈現(xiàn)高懸浮物、高濁度的水質(zhì)特性，上述懸浮物粒徑通常位于50μm以下，采用自然沉降的方法難以去除。

2、首先，傳統(tǒng)的高濁度礦井水處理方法偏向于末端治理，以地面和井下處理為主，存在著設(shè)備選型復(fù)雜，處理成本高的問(wèn)題；

3、其次，基于我國(guó)煤炭開采與水資源的矛盾，前人提出礦井水人工回灌的構(gòu)想，而目前研究集中在回灌地層的調(diào)儲(chǔ)能力與安全性分析，而針對(duì)回灌目前存在著注入與抽出困難的問(wèn)題少有研究，回灌的抽注能力主要取決于介質(zhì)的滲透性的變化。然而，在研究中發(fā)現(xiàn)了人工回灌水質(zhì)自凈化效果與介質(zhì)滲透性下降之間存在著矛盾，當(dāng)?shù)V井水呈現(xiàn)高濁度的水質(zhì)狀況時(shí)，往往流經(jīng)含水層后濁度去除率較高，但此時(shí)介質(zhì)滲透性會(huì)呈現(xiàn)較高程度的下降，而為了實(shí)現(xiàn)低濁度的水質(zhì)狀況，往往要耗費(fèi)較大的處理成本，且沒有完全利用回灌過(guò)程水質(zhì)自凈化的機(jī)制。

4、最后，目前礦井水人工回灌進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)尚無(wú)規(guī)范性的界定，原因是不同地區(qū)、巖層條件下對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求有較大差異，需要人工模擬研究區(qū)現(xiàn)狀，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的方法事前對(duì)進(jìn)水指標(biāo)進(jìn)行劃定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種礦井水預(yù)處理系統(tǒng)、人工回灌系統(tǒng)及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中回灌堵塞的技術(shù)問(wèn)題。

2、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

3、一種礦井水預(yù)處理系統(tǒng)，包括可移動(dòng)的底座，所述底座上分別設(shè)置有樣品采集器、數(shù)據(jù)采集器和礦井水收集箱，所述底座的側(cè)壁上固定有石英砂柱，所述石英砂柱的底部與所述樣品采集器連接，所述石英砂柱的側(cè)壁上設(shè)置有多個(gè)壓力傳感器，多個(gè)所述眼里傳感器均與所述數(shù)據(jù)采集器電連接；所述石英砂柱的頂部通過(guò)第一支管連接有混凝試驗(yàn)攪拌儀；所述底座的側(cè)壁上固定設(shè)置有計(jì)量泵和加藥系統(tǒng)，所述計(jì)量泵分別與所述混凝試驗(yàn)攪拌儀和所述礦井水收集箱連接，所述加藥系統(tǒng)與所述混凝試驗(yàn)攪拌儀連接，所述石英砂柱與所述樣品采集器之間設(shè)置有第一閥門；

4、所述第一支管上依次設(shè)置有第二閥門、一號(hào)轉(zhuǎn)子流量計(jì)和濁度計(jì)；所述計(jì)量泵與所述礦井水收集箱之間設(shè)置有二號(hào)轉(zhuǎn)子流量計(jì)；

5、所述數(shù)據(jù)采集器與外部計(jì)算機(jī)連接。

6、本發(fā)明還包括以下特征：

7、所述底座的底部設(shè)置有滑輪。

8、所述礦井水收集箱中設(shè)置有磁力攪拌儀。

9、所述石英砂柱的側(cè)壁上通過(guò)法蘭盤連接有壓力傳感器。

10、一種人工回灌系統(tǒng)，包括設(shè)置在u型回灌井外部的礦井水箱和設(shè)置在u型回灌井內(nèi)壁上的一號(hào)填料柱和二號(hào)填料柱，所述礦井水箱與所述礦井水收集箱連接和所述一號(hào)填料柱和二號(hào)填料柱分別連接，所述一號(hào)填料柱和二號(hào)填料柱與所述礦井水箱之間分別設(shè)置有一號(hào)回灌水泵和二號(hào)回灌水泵；所述一號(hào)填料柱和二號(hào)填料柱的底部的u型回灌井內(nèi)壁上對(duì)應(yīng)設(shè)置有一號(hào)推進(jìn)器和二號(hào)推進(jìn)器；

11、所述u型回灌井內(nèi)壁上預(yù)制有一對(duì)對(duì)稱的隔板，一對(duì)所述隔板的底部設(shè)置有一號(hào)內(nèi)板和二號(hào)內(nèi)板；所述一號(hào)內(nèi)板和二號(hào)內(nèi)板和分別設(shè)置于所述一號(hào)填料柱與一號(hào)推進(jìn)器之間和二號(hào)填料柱和二號(hào)推進(jìn)器之間；所述一號(hào)內(nèi)板和二號(hào)內(nèi)板上分別連接有一號(hào)電機(jī)和二號(hào)電機(jī)

12、所述u型回灌井外部設(shè)置有清水箱，所述清水箱與所述u型回灌井內(nèi)部連通，所述清水箱與所述u型回灌井之間設(shè)置有一號(hào)清水泵和二號(hào)清水泵；

13、所述u型回灌井內(nèi)壁上預(yù)設(shè)有粒徑不同的礫石、粗砂、細(xì)砂、人造沸石和cacl2。

14、一種礦井水人工回灌的方法，基于所述礦井水預(yù)處理系統(tǒng)和所述人工回灌系統(tǒng)，具體包括以下步驟：

15、步驟一，判斷礦井水收集箱中的礦井水的水質(zhì)，若為含懸浮物礦井水，則進(jìn)行步驟二的操作，若為含有機(jī)物礦井水，則進(jìn)行步驟三的操作，若為含硬度礦井水，則進(jìn)行步驟四的操作；若為潔凈礦井水，則進(jìn)行步驟五的操作；

16、步驟二具體包括以下步驟：

17、步驟2.1，打開第一閥門和第二閥門，將數(shù)據(jù)采集器中的礦井水輸送至加藥系統(tǒng)中，并采用濁度儀測(cè)試礦井水的濁度，得到水體濁度為a?ntu，a＞0；

18、步驟2.2，構(gòu)建pac擬合公式b＝40.42in(x)-120.82、pam擬合公式c＝0.32in(x)-1.14和回?fù)P反沖洗周期擬合公式t＝-69.74in(x)+529.94；

19、其中：

20、x表示水體濁度；

21、b表示聚合氯化鋁的投加量；

22、c表示聚丙烯酰胺的投加量；

23、t回?fù)P反沖洗周期；

24、步驟2.3，將步驟2.1得到的水體濁度分別輸入至步驟2.2得到的pac擬合公式b＝40.42in(x)-120.82、pam擬合公式c＝0.32in(x)-1.14和回?fù)P反沖洗周期擬合公式t＝-69.74in(x)+529.94中，得到b、c和t，在加藥系統(tǒng)分別投加b?mg/l聚合氯化鋁和c?mg/l的聚丙烯酰胺；

25、步驟2.4，調(diào)節(jié)混凝試驗(yàn)攪拌儀的轉(zhuǎn)速，采用150轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速攪拌3min，再采用50轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速攪拌10min，靜置15min；

26、步驟2.5，采用濁度監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，判斷濁度是否達(dá)標(biāo)，是則進(jìn)入步驟2.6，否則分別調(diào)節(jié)聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺的加藥量以及水力條件，混凝試驗(yàn)攪拌儀中添加絮凝劑進(jìn)行膠體微粒的脫穩(wěn)與凝聚，使原本粒徑小于50μm的微粒凝聚成大于300μm的懸浮物質(zhì)，并進(jìn)行沉降；

27、所述水力條件為流速；

28、步驟2.6，打開一號(hào)回灌水泵和二號(hào)回灌水泵，將礦井水收集箱中的上清液輸送至一號(hào)填料柱和二號(hào)填料柱中；

29、步驟2.7，當(dāng)回灌進(jìn)行至第一預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)，通過(guò)開合關(guān)閉一號(hào)回灌水泵和二號(hào)回灌水泵，同時(shí)打開一號(hào)清水泵和二號(hào)清水泵，流量為2000ml/min，進(jìn)行t秒的回?fù)P反沖洗；而后繼續(xù)進(jìn)行回灌；

30、步驟2.8，當(dāng)回灌進(jìn)行至第二預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)，關(guān)閉一號(hào)回灌水泵和二號(hào)回灌水泵，打開一號(hào)電機(jī)和二號(hào)電機(jī)，將一號(hào)內(nèi)板和二號(hào)內(nèi)板向徑向向內(nèi)方向移動(dòng)至一號(hào)內(nèi)板和二號(hào)內(nèi)板接觸；啟動(dòng)一號(hào)推進(jìn)器和二號(hào)推進(jìn)器將一號(hào)填料柱和二號(hào)填料柱反推出井口，從井口取出并沖洗后再次使用；

31、所述步驟三具體包括以下步驟：

32、步驟3.1，打開第一閥門和第二閥門，將數(shù)據(jù)采集器中的礦井水輸送至加藥系統(tǒng)中，使用toc測(cè)定儀測(cè)試得到礦井水的水體toc為a1?mg/l；

33、步驟3.2，構(gòu)建pac擬合公式b1＝0.34in(y)-1.01、pam擬合公式c1＝0.01n(y)-0.01和回?fù)P反沖洗周期擬合公式t1＝-0.58in(y)+4.42；

34、其中：

35、y表示水體toc；

36、b1表示聚合氯化鋁的投加量；

37、c1表示聚丙烯酰胺的投加量；

38、t1回?fù)P反沖洗周期；

39、步驟3.3，將步驟3.1得到的水體toc分別輸入至步驟3.2得到的pac擬合公式b1＝0.34in(y)-1.01、pam擬合公式c1＝0.01n(y)-0.01和回?fù)P反沖洗周期擬合公式t1＝-0.58in(y)+4.42中，得到b1、c1和t1，在加藥系統(tǒng)分別投加b1?mg/l聚合氯化鋁和c1?mg/l的聚丙烯酰胺；

40、步驟3.4，調(diào)節(jié)混凝試驗(yàn)攪拌儀的轉(zhuǎn)速，采用150轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速攪拌5min，50轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速攪拌8min，靜置20min；

41、步驟3.5，在混凝實(shí)驗(yàn)攪拌儀的輸出端進(jìn)行測(cè)定，判斷水體toc是否達(dá)標(biāo)，是則進(jìn)入步驟3.6，否則分別調(diào)節(jié)聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺的加藥量以及水力條件，混凝試驗(yàn)攪拌儀中添加絮凝劑進(jìn)行膠體微粒的脫穩(wěn)與凝聚，使原本粒徑小于50μm的微粒凝聚成大于300μm的懸浮物質(zhì)，并進(jìn)行沉降；

42、所述水力條件為流速；

43、步驟3.6，打開一號(hào)回灌水泵和二號(hào)回灌水泵，將礦井水收集箱中的上清液輸送至一號(hào)填料柱和二號(hào)填料柱中；

44、步驟3.7，當(dāng)回灌進(jìn)行至第三預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)，通過(guò)開合關(guān)閉一號(hào)回灌水泵和二號(hào)回灌水泵，同時(shí)打開一號(hào)清水泵和二號(hào)清水泵，流量為2000ml/min，進(jìn)行t1秒的回?fù)P反沖洗；而后繼續(xù)進(jìn)行回灌；

45、步驟3.8，當(dāng)回灌進(jìn)行至第四預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)，關(guān)閉一號(hào)回灌水泵和二號(hào)回灌水泵，打開一號(hào)電機(jī)和二號(hào)電機(jī)，將一號(hào)內(nèi)板和二號(hào)內(nèi)板向徑向向內(nèi)方向移動(dòng)至一號(hào)內(nèi)板和二號(hào)內(nèi)板接觸；啟動(dòng)一號(hào)推進(jìn)器和二號(hào)推進(jìn)器將一號(hào)填料柱和二號(hào)填料柱反推出井口，從井口取出并沖洗后再次使用；

46、所述步驟四具體包括以下步驟：

47、步驟4.1，打開第一閥門和第二閥門，將數(shù)據(jù)采集器中的礦井水輸送至加藥系統(tǒng)中，使用滴定法測(cè)試得到礦井水的水體硬度為a2?mg/l；

48、步驟4.2，構(gòu)建pac擬合公式b2＝1.7in(z)-5.05、pam擬合公式c2＝0.05n(z)-0.05和回?fù)P反沖洗周期擬合公式t2＝-2.9in(z)+22.1；

49、其中：

50、z表示水體硬度；

51、b2表示聚合氯化鋁的投加量；

52、c2表示聚丙烯酰胺的投加量；

53、t2回?fù)P反沖洗周期；

54、步驟4.3，將步驟4.1得到的水體硬度分別輸入至步驟4.2得到的pac擬合公式b2＝1.7in(z)-5.05、pam擬合公式c2＝0.05n(z)-0.05和回?fù)P反沖洗周期擬合公式t2＝-2.9in(z)+22.1中，得到b2、c2和t2，在加藥系統(tǒng)分別投加b2?mg/l聚合氯化鋁和c2?mg/l的聚丙烯酰胺；

55、步驟4.4，調(diào)節(jié)混凝試驗(yàn)攪拌儀的轉(zhuǎn)速，采用150轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速攪拌3min，50轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速攪拌12min，靜置15min，

56、步驟4.5，在混凝實(shí)驗(yàn)攪拌儀的尾端測(cè)試水體硬度，判斷水體硬度是否達(dá)標(biāo)，是則進(jìn)入步驟4.6，否則分別調(diào)節(jié)聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺的加藥量以及水力條件，混凝試驗(yàn)攪拌儀中添加絮凝劑進(jìn)行膠體微粒的脫穩(wěn)與凝聚，使原本粒徑小于50μm的微粒凝聚成大于300μm的懸浮物質(zhì)，并進(jìn)行沉降；

57、所述水力條件為流速；

58、步驟4.6，打開一號(hào)回灌水泵和二號(hào)回灌水泵，將礦井水收集箱中的上清液輸送至一號(hào)填料柱和二號(hào)填料柱中；

59、步驟4.7，當(dāng)回灌進(jìn)行至第五預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)，通過(guò)開合關(guān)閉一號(hào)回灌水泵和二號(hào)回灌水泵，同時(shí)打開一號(hào)清水泵和二號(hào)清水泵，流量為2000ml/min，進(jìn)行t2秒的回?fù)P反沖洗；而后繼續(xù)進(jìn)行回灌；

60、步驟4.8，當(dāng)回灌進(jìn)行至第六預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)，關(guān)閉一號(hào)回灌水泵和二號(hào)回灌水泵，打開一號(hào)電機(jī)和二號(hào)電機(jī)，將一號(hào)內(nèi)板和二號(hào)內(nèi)板向徑向向內(nèi)方向移動(dòng)至一號(hào)內(nèi)板和二號(hào)內(nèi)板接觸；啟動(dòng)一號(hào)推進(jìn)器和二號(hào)推進(jìn)器將一號(hào)填料柱和二號(hào)填料柱反推出井口，從井口取出并沖洗后再次使用；

61、所述步驟五具體包括以下步驟：

62、步驟5.1，打開一號(hào)回灌水泵和二號(hào)回灌水泵，將礦井水收集箱中的上清液輸送至一號(hào)填料柱和二號(hào)填料柱中；；

63、步驟5.2，當(dāng)回灌進(jìn)行至第七預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)，通過(guò)開合關(guān)閉一號(hào)回灌水泵和二號(hào)回灌水泵，同時(shí)打開一號(hào)清水泵和二號(hào)清水泵，流量為2000ml/min，進(jìn)行15s的回?fù)P反沖洗；而后繼續(xù)進(jìn)行回灌；

64、步驟5.3，當(dāng)回灌進(jìn)行至第八預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)，關(guān)閉一號(hào)回灌水泵和二號(hào)回灌水泵，打開一號(hào)電機(jī)和二號(hào)電機(jī)，將一號(hào)內(nèi)板和二號(hào)內(nèi)板向徑向向內(nèi)方向移動(dòng)至一號(hào)內(nèi)板和二號(hào)內(nèi)板接觸；啟動(dòng)一號(hào)推進(jìn)器和二號(hào)推進(jìn)器將一號(hào)填料柱和二號(hào)填料柱反推出井口，從井口取出并沖洗后再次使用。

65、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益的技術(shù)效果是：

66、(ⅰ)本發(fā)明中將礦井水預(yù)處理系統(tǒng)和人工回灌系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合，根據(jù)介質(zhì)滲透性變化的程度為預(yù)處理系統(tǒng)提供反饋，并通過(guò)調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)改變濁度值，解決了水質(zhì)與回灌介質(zhì)滲透性的聯(lián)動(dòng)問(wèn)題，此外，通過(guò)調(diào)整內(nèi)板位置與控制推進(jìn)器，輔以一定周期的反沖洗，有效實(shí)現(xiàn)了不同水質(zhì)礦井水的順利回灌，因此解決了現(xiàn)有技術(shù)中回灌堵塞的技術(shù)問(wèn)題。

67、(ⅱ)本發(fā)明中在石英砂柱的前端設(shè)置有第一閥門和樣品采集器，規(guī)避了由于人為操作而導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)誤差，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)全流程自動(dòng)化，石英砂柱的后端設(shè)置有轉(zhuǎn)子流量計(jì)，雖然計(jì)量泵也具有控制流量的功能，但相較于流量計(jì)而言誤差較大，故通過(guò)設(shè)置轉(zhuǎn)子流量計(jì)可以精準(zhǔn)控制進(jìn)樣流量。

68、(ⅲ)本發(fā)明中的石英砂柱側(cè)壁上設(shè)置有多個(gè)壓力傳感器，可以實(shí)現(xiàn)石英砂柱內(nèi)流體壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，便于探究礦井水儲(chǔ)存過(guò)程中介質(zhì)的滲透性變化規(guī)律。

69、(iv)通過(guò)底座將以石英砂柱、礦井水收集箱、混凝實(shí)驗(yàn)攪拌儀、樣品收集器、計(jì)量泵等為主要部件布置在一個(gè)立體鋼架上，空間設(shè)置較為合理，占地面積小，適合實(shí)驗(yàn)室操作。