废弃露天矿坑的综合利用系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种废弃露天矿坑的综合利用系统，在露天矿坑中部建设人工重力坝，将矿坑分隔成相邻的能量转化利用区和储油区；在人工重力坝内设排水管路、并且在人工重力坝一侧的能量转化利用区中合理集合布设水力发电设备以及抽水泵，利用势能发电、并可以利用抽水泵将电能再次转化为势能，从而实现了能量的转换和多种形式的储存；油罐存放在矿坑的人工重力坝一侧的储油区地表下的油罐安置地层，可以实现水油的交替快速输入存储与挤出，实现对露天矿坑的充分利用，减少了地面建设储油场所的投资与土地资源损失，同时提高储油系统的安全性。本实用新型专利技术所需的材料成本不高，可操作性好，且总体施工工程量不大、施工周期短，所需成本较低。

Comprehensive utilization system of abandoned open pit

The utility model discloses a comprehensive utilization system of abandoned open pit, in which an artificial gravity dam is built in the middle of the open pit to separate the pit into an adjacent energy conversion and utilization area and an oil storage area; a drainage pipeline is arranged in the artificial gravity dam, and a hydraulic power generation equipment and a pump are reasonably arranged in the energy conversion and utilization area on one side of the artificial gravity dam to generate electricity by using potential energy The pump pump can be used to convert the electric energy into potential energy again, so as to realize energy conversion and various forms of storage; the oil tank is stored in the oil storage area on the side of the artificial gravity dam of the pit, and the oil tank is placed under the surface of the oil storage area, which can realize the alternate and rapid input, storage and extrusion of water and oil, realize the full utilization of the open pit, reduce the investment and The loss of land resources, while improving the security of oil storage system. The material cost required by the utility model is not high, the operability is good, and the total construction quantity is not large, the construction period is short, and the cost required is low.

【技术实现步骤摘要】
废弃露天矿坑的综合利用系统
本技术涉及一种综合利用系统，具体是一种废弃露天矿坑的综合利用系统，属于露天开采领域。
技术介绍
露天开采是指将矿体资源上的覆盖物移走，从敞露地表的采矿场采出有用矿物的过程，开采过程中，随着矿体的不断被开采，露天矿会形成一个占地面积巨大、深度较大的矿坑。露天开采因其开采效率高、机械化程度高、安全性强等特点，在采矿行业得到广泛应用。截止2017年底，全国共计439座露天煤矿。其中，已经闭坑的露天煤矿大约十几座，面临闭坑的露天煤矿约三十几座。这其中大部分为上世纪五六十年代兴建的倾斜、急倾斜深凹露天煤矿，开采后留下巨大的矿坑和排土场，主要分布在东北、新疆和陕西等地方。对这些露天矿坑的处理最直接的做法是填土掩埋，然而露天矿坑的填土掩埋工程量大、耗时长、耗资巨大，闭坑后掩埋难以操作；虽然企业在闭坑前后还可以采用其他方法进行治理及利用，但尚有一些重大瓶颈问题克服不了。因此，如何统筹做好全国露天矿废弃矿坑利用分区分时规划，探索单个露天矿坑分区综合利用新模式是亟待解决的问题。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本技术的目的是提供一种废弃露天矿坑的综合利用系统，可操作性强，工程量小，施工快速、成本低，能够对矿坑的巨大空间充分有效利用。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：一种废弃露天矿坑的综合利用系统，包括设在矿坑中的人工重力坝，所述人工重力坝将矿坑分隔成相邻的能量转化利用区和储油区，所述人工重力坝内设有连通能量转化利用区和储油区的排水管路，所述排水管路露出人工重力坝朝向储油区一侧壁面的管口为入水口，排水管路露出人工重力坝朝向能量转化利用区一侧壁面的管口为出水口，所述储油区地表的水平标高高于能量转化利用区地表的水平标高，且所述入水口所在水平位置高于出水口所在水平位置，所述人工重力坝朝向能量转化利用区一侧壁面上设有水力发电设备，所述水力发电设备包括相连的水轮机和发电机，所述水轮机置于排水管路内部；所述储油区地表下设有油罐安置地层，油罐安置地层包括上下依次布置的防护层、容置层和基底层，所述容置层中并列设有多个油罐组件，油罐组件上方设有总输油管路，油罐组件下方设有总输水管路；所述油罐组件包括上下布置且相连的多个球型油罐，每个油罐组件中最上部的球型油罐通过输油支路连接至总输油管路，总输油管路末端与设在矿坑外的油泵连接；每个油罐组件中最下部的球型油罐通过输水支路连接至总输水管路，所述总输水管路伸入人工重力坝内且连接到排水管路上，所述总输水管路位于人工重力坝内的部分安装有一抽水电机。正常使用时打开抽水电机后总输水管路即可导通，为了更方便控制总输水管路的通断，总输水管路与排水管路相接的位置设有一总输水阀门。进一步的，所述能量转化利用区中设有抽水泵和抽水管路，所述抽水管路一端与抽水泵的输出口连接，另一端穿过人工重力坝并连通至储油区。抽水泵可由发电机直接供电，也可以由其他电源供电。当区域内电能富裕时，打开抽水管路上的抽水阀门，抽水泵启动，通过抽水管路将能量转化利用区内的水资源输送至矿坑另一侧，将电能再次转化为水资源的势能储存在储油区一侧，从而实现了能量的转换和多种形式的储存。作为一个优选的方案，所述油罐安置地层上表面距离排水管路入水口的垂直高度为30-50m。在该处储水的同时可以起到对油罐组件的消防和防打击作用，可以对油罐组件进行有效保护。每个油罐组件可以包括多个球型油罐，然而数量越多施工难度越大、可操作性越差，具体数量与矿坑可利用深度、单个球罐体积有关。优选的，每个油罐组件包括两个球型油罐，两个球型油罐通过连接管路相连接。两个球型油罐能够满足存储需求，且能够保证较低的施工难度、保证可操作性。进一步的，所述输油支路上设有支路阀门Ⅰ，输水支路上设有支路阀门Ⅱ。当其中一个油罐组件出现故障时，通过关闭其上部的支路阀门Ⅰ与下部的支路阀门Ⅱ可将本油罐组件隔离，而不影响其他油罐的正常储油功能。优选的，上述支路阀门Ⅰ、支路阀门Ⅱ为电磁阀，且支路阀门Ⅰ、支路阀门Ⅱ、抽水电机与远程监测系统的控制器相连接。通过远程监测系统的控制器可直接控制抽水电机、支路阀门Ⅰ、支路阀门Ⅱ的开启和关闭，控制操作简单方便，可实现阀门的自动启闭、人工远程干预和人工手动控制阀门开启闭合等操作。优选的，所述防护层由铺设的两层混凝土层和两层混凝土层之间的土石混合物层组成，总厚度30-100m，单层混凝土层厚度为10-15m；容置层由露天矿废弃物料排弃堆积压实而成，厚度50-200m；且容置层底表面的水平标高高于排水管路露出人工重力坝朝向能量转化利用区一侧壁面的出水口的水平标高；所述基底层由矿区废弃物压实处理制成。各层的建设利用到了矿区废弃物料，且由露天矿废弃物料排弃堆积压实而成的容置层对油罐的挤压力小，避免了罐体破裂导致油的流失、以及对地下环境产生污染。由于容置层底表面的水平标高高于排水管路露出人工重力坝朝向能量转化利用区一侧壁面的出水口的水平标高，储油时油罐组件中的水可以在连通器原理和重力作用下流出至总输水管路中继而驱动排水管路中的水轮机发电、为当地电网提供绿色能源；与此同时外部的油在自身重力和油罐组件中的水自然流出后形成的负压吸力作用下可以快速流入油罐组件中被储存起来，降低了输油能耗。优选的，所述人工重力坝两端分别与矿坑的边帮连接修筑在一起，且人工重力坝的两端表面分别与对应的边帮地表高度一致。上述设置同时起到了加固两侧露天矿边坡和连接露天矿坑两侧交通的作用。优选的，所述人工重力坝的坝体顶部宽度20-50m，表面根据矿坑两侧交通量需求铺设双向4-8车道的硬化路面行车道，硬化路面行车道两侧布置防护栏和绿化带。硬化路面行车道方便了行车，且能够保证行车安全。本技术相对现有技术，具有如下优势：(1)本技术在露天矿坑底建设人工重力坝，将矿坑分隔成相邻的能量转化利用区和储油区，提高了矿坑边坡的稳定性，同时人工重力坝表面的道路也沟通了大面积露天矿坑的两侧交通。能量转化利用区和储油区的地表的水平标高不同，在人工重力坝内设排水管路、并且在人工重力坝一侧的能量转化利用区中合理集合布设水力发电设备以及抽水泵，利用势能发电、并可以利用抽水泵将电能再次转化为势能，从而实现了能量的转换和多种形式的储存；(2)油罐存放在矿坑的人工重力坝一侧的储油区地表下的油罐安置地层，采用连通器原理，可以实现水油的交替快速输入存储与输出，实现对露天矿坑空间的充分利用，减少了地面建设储油场所的投资与土地资源损失；球型油罐埋藏在土石中，防护层和上方的水层共同起到对油罐的保护作用，并可在地表蓄水，避免了油罐顶部遭受巨大的外力冲击导致泄漏或爆炸，保证了油罐的安全，更保障了区域能源安全，具有很强的战略意义。油罐采用多层球形罐，具有最佳的耐内外压力性能，同时使油罐周围的围岩形成拱形、分散了应力，减少了油罐自身受的挤压力，避免了罐体破裂对地下环境产生污染，且球型油罐在相同容积的条件下，设备的净重最小，节约了成本且方便施工。(3)本技术储油时外部的油在自身重力和油罐组件中的水自本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种废弃露天矿坑的综合利用系统，其特征在于，包括设在矿坑(1)中的人工重力坝(5)，所述人工重力坝(5)将矿坑(1)分隔成相邻的能量转化利用区(1-1)和储油区(1-2)，/n所述人工重力坝(5)内设有连通能量转化利用区(1-1)和储油区(1-2)的排水管路(4)，所述排水管路(4)露出人工重力坝(5)朝向储油区(1-2)一侧壁面的管口为入水口，排水管路(4)露出人工重力坝(5)朝向能量转化利用区(1-1)一侧壁面的管口为出水口，所述储油区(1-2)地表的水平标高高于能量转化利用区(1-1)地表的水平标高，且所述入水口所在水平位置高于出水口所在水平位置，所述人工重力坝(5)朝向能量转化利用区(1-1)一侧壁面上设有水力发电设备，所述水力发电设备包括相连的水轮机(3-1)和发电机(3-2)，所述水轮机(3-1)置于排水管路(4)内部；/n所述储油区(1-2)地表下设有油罐安置地层(6)，油罐安置地层(6)包括上下依次布置的防护层、容置层(6-3)和基底层(6-4)，所述容置层(6-3)中并列设有多个油罐组件(7)，油罐组件(7)上方设有总输油管路(9)，油罐组件(7)下方设有总输水管路(10)；所述油罐组件(7)包括上下布置且相连的多个球型油罐(7-1)，每个油罐组件(7)中最上部的球型油罐(7-1)通过输油支路(11-1)连接至总输油管路(9)，总输油管路(9)末端与设在矿坑(1)外的油泵(13)连接；每个油罐组件(7)中最下部的球型油罐(7-1)通过输水支路(11-2)连接至总输水管路(10)，所述总输水管路(10)伸入人工重力坝(5)内且连接到排水管路(4)上，所述总输水管路(10)位于人工重力坝(5)内的部分安装有一抽水电机(14)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种废弃露天矿坑的综合利用系统，其特征在于，包括设在矿坑(1)中的人工重力坝(5)，所述人工重力坝(5)将矿坑(1)分隔成相邻的能量转化利用区(1-1)和储油区(1-2)，
所述人工重力坝(5)内设有连通能量转化利用区(1-1)和储油区(1-2)的排水管路(4)，所述排水管路(4)露出人工重力坝(5)朝向储油区(1-2)一侧壁面的管口为入水口，排水管路(4)露出人工重力坝(5)朝向能量转化利用区(1-1)一侧壁面的管口为出水口，所述储油区(1-2)地表的水平标高高于能量转化利用区(1-1)地表的水平标高，且所述入水口所在水平位置高于出水口所在水平位置，所述人工重力坝(5)朝向能量转化利用区(1-1)一侧壁面上设有水力发电设备，所述水力发电设备包括相连的水轮机(3-1)和发电机(3-2)，所述水轮机(3-1)置于排水管路(4)内部；
所述储油区(1-2)地表下设有油罐安置地层(6)，油罐安置地层(6)包括上下依次布置的防护层、容置层(6-3)和基底层(6-4)，所述容置层(6-3)中并列设有多个油罐组件(7)，油罐组件(7)上方设有总输油管路(9)，油罐组件(7)下方设有总输水管路(10)；所述油罐组件(7)包括上下布置且相连的多个球型油罐(7-1)，每个油罐组件(7)中最上部的球型油罐(7-1)通过输油支路(11-1)连接至总输油管路(9)，总输油管路(9)末端与设在矿坑(1)外的油泵(13)连接；每个油罐组件(7)中最下部的球型油罐(7-1)通过输水支路(11-2)连接至总输水管路(10)，所述总输水管路(10)伸入人工重力坝(5)内且连接到排水管路(4)上，所述总输水管路(10)位于人工重力坝(5)内的部分安装有一抽水电机(14)。


2.根据权利要求1所述的废弃露天矿坑的综合利用系统，其特征在于，所述能量转化利用区(1-1)中设有抽水泵(2-1)和抽水管路(2-2)，所述抽水管路(2-2)一端与抽水泵(2-1)的输出口连接，另一端穿过人工重力坝(5)并连通至储油区(1-2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈树召，陈宁，周伟，韩流，杨猛，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32