[发明专利]地下采空区的原位处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地下采空区的原位处理方法。

背景技术

煤炭地下气化技术在减少采煤设备、煤炭运输、地面气化炉等大量设施的同时，增加了地下储层塌陷、地下水受污染的风险，煤层大量的煤炭被气化以后留下较大的空间，在没有支撑的情况下，空间顶部有垮落的可能，会造成地层下移，地表下陷，危及地面构筑物；而在采空区中残留的灰渣，包含的代表性有毒金属如砷、铅、汞、镉、铯、铬，以及残余的碳氢化合物包括煤焦油、多环芳烃、和杂环成分，长期滞留在采空区中，经过地下水的浸润、冲洗，会随之迁移扩散至周围水体，造成地下水的污染。

现有技术如下：

现有技术一：

专利US11361325公开了一种地下污染原位处理方法，特别是铬铁矿开采造成的地下水污染。具体是通过钻孔向地下受污染水体注入还原性化合物包括：硫酸亚铁、硫化钠、氯化亚铁、硫化亚铁、亚硫酸钠等的一种或多种，将高价态的污染物(主要是六价铬)转化为低价态，从而降低对地下水的污染程度，在此过程中含氯有机污染物也能得到无害化处理。

现有技术二：

2009年第6期的《内蒙古水利》上发表了一篇名为“受污染地下水源的防控技术研究”，文章系统的分析了地下水水源污染的主要途径，探讨了地下水源污染防治技术与方法，主要有物理法(包括将受污水体圈闭起来的屏蔽法、在地下水流下游挖沟布置收集系统的被动收集法、通过钻孔将污染物抽提至地面处理的抽提法)、化学法(加药法、设置渗滤墙法、土壤改性法、空气吹脱法、电动力学修复)以及生物修复法等。

现有技术三：

专利US7645097公开了一种通过向地下空间充填复原地层连续性的方法，具体是至少有一步是向地下空间半充满一种物质，然后再向所述空间充填一种合成物流体，发生化学反应后膨胀充满整个地下空间。

现有技术四：

专利200910217811公开了一种泥炭作为添加介质用于石油烃污染地下水的原位修复方法，具体是功能菌和泥炭经过处理后，前者固化在后者上，再将负载功能菌的泥炭和粗砂按照一定的体积比均匀混合制备成反应墙体支撑介质，然后将反应墙体支撑介质装入可渗透性反应墙中，有效吸附地下水中的石油烃、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、萘系物，尤其对多环芳烃类的吸附效果尤为明显。

以上现有技术在某些情况下特别适用，而在煤炭地下气化采空区的污染物处理方面均有不足之处。

现有技术一能够处理的污染物相对来说比较单一，主要是通过化学氧化还原的方法将有毒的高价态铬离子还原至低价态，消除毒性，同时能够消除含氯有机物的毒性，但是，对于燃煤灰中的多种有毒金属离子以及焦油、多环/杂环芳烃等污染物的处理不起作用，还需要采用其它方法消除有毒金属离子以及焦油、多环/杂环芳烃等的污染，而且，没有关注到采空区塌陷的治理。

现有技术二涉及到很多地下污染水源的处理方法，总体上说是处理已经渗透到地层/含水层的污染物，与本发明所述储存于采空区的污染物在所处位置上略有不同，现有技术二所述的方法在处理煤炭地下气化产生的地下污水是可行的，但是需要多种方法联用，或者经济性不佳，与本发明相比一个显著的不同是它没有兼顾消除采空区塌陷带来的风险。

而现有技术三的目的在于恢复地层的连续性或者承重能力，通过充填将地下空间充实，实现能够承重。用此方法处理煤炭地下气化的采空区时，没有考虑污染物的处理。如果之前先处理污染物再充填，会导致操作复杂，成本上升，如果不处理污染物即充填，随着时间的推移，污染物会迁移扩散污染周围水体。

现有技术四从属现有技术二，采用泥炭负载功能菌添加到渗滤反应墙中，更有针对性地吸附脱除油气田地下水中的有机物。缺点在于不能实现对污染物的立体全封闭或吸附，也就是说在较大的地下范围内，污水的迁移不是在同一水平位上，可能会从反应墙的上方或下方迁移出控制区；另外，如果采用技术三不能有效兼顾避免地下采空区塌陷的风险。

已知：煤炭地下气化后留下的采空区中有大量的煤热解、气化产生的污染性组分，而且采空区中存有积水，如果不对采空区进行处理，经过较长的时间，可能会出现两大危险：1)、在地层重力作用下，采空区上部地层下沉，引起地表下陷，危及地面构筑物；2)、采空区中的污水随地下水迁移至周围水体，造成更大面积的地下水污染，进而污染饮用水体系。

为了避免地层塌陷，最好的方法是对采空区进行充填，土、砂、混凝土等是常用的充填料，但是难以控制采空区中的污水；采用超强吸水剂将采空区中的污水吸收后形成的物质，它的机械强度稍弱，在保存污水、支撑采空区上部地层方面略显能力不足。

发明内容