[发明专利]遗留矿井酸性废水的排放和封堵系统及方法

权利要求书

1.遗留矿井酸性废水的排放和封堵系统，其特征在于：其包括密闭墙、泄压管、虹吸管、储气罐、控制器、电磁阀、机械阀、联动杆、曝气盘、输气管和浮球；

所述的密闭墙设置在矿井废水外排通道内可进行隔断的位置，密闭墙充满外排通道的整个断面，密闭墙上设置有泄压管、虹吸管和输气管；所述泄压管、虹吸管和输气管均贯穿并连通密闭墙内外两侧；所述泄压管上设置有仅允许密闭墙内侧气体向密闭墙外侧流动的单向阀；所述虹吸管上设置有位于密闭墙内侧的上侧入口和下侧入口，位于密闭墙外侧的虹吸管出口和U形水封管；所述上侧入口呈开口向下的喇叭状外形，且上侧入口的开口上设有滤网，喇叭状腔体内设有浮球；所述下侧入口上也设置有滤网；

所述密闭墙外侧还设置有储气罐，其通过以两路并联方式设置的输气管连接设置于密闭墙内侧的曝气盘，其中一路输气管上设置有连接控制器的电磁阀，另一路输气管上设置有机械阀和通过弹簧连接其上的联动杆，且联动杆位于虹吸管出口正下方；

所述密封墙内侧曝气盘曝气的作用为驱替矿井水中的溶解氧，防止硫化物及单质硫被氧化；

虹吸排水时，在所述虹吸管的出口水流的冲击作用下，联动杆向下旋转弯曲，通过弹簧带动机械阀开启，则储气罐通过输气管再经过机械阀往矿井水中补充气体；且虹吸排水的流速越快、冲击作用越大，则联动杆使得弹簧形变量越大、机械阀开度越大，对密闭墙内侧气体的补充越快。

2.根据权利要求1所述的遗留矿井酸性废水的排放和封堵系统，其特征在于：所述虹吸管呈倒U形设置。

3.根据权利要求1所述的遗留矿井酸性废水的排放和封堵系统，其特征在于：所述虹吸管出口的高度低于虹吸管下侧入口的高度。

4.根据权利要求1所述的遗留矿井酸性废水的排放和封堵系统，其特征在于：所述浮球的直径大于虹吸管的管径，小于喇叭状腔体的最大直径。

5.根据权利要求1所述的遗留矿井酸性废水的排放和封堵系统，其特征在于：所述虹吸管的上侧入口距离密闭墙底面的高度H2为下侧入口距离密闭墙底面高度H3的两倍，虹吸管顶端距离密闭墙底面的高度H1为下侧入口距离密闭墙底面高度H3的三倍；所述曝气盘的数量设置为一个以上，且曝气盘位于密闭墙内侧的底部和上部空间；所述上部空间设置的曝气盘高度高于虹吸管顶端距离密闭墙底面的高度H1。

6.根据权利要求1所述的遗留矿井酸性废水的排放和封堵系统，其特征在于：所述储气罐内储存的气体为CO₂。

7.根据权利要求1所述的遗留矿井酸性废水的排放和封堵系统，其特征在于：密闭墙底部还设有检修门。

8.遗留矿井酸性废水的排放和封堵方法，其特征在于：所述方法应用于权利要求1-7任一项所述的遗留矿井酸性废水的排放和封堵系统中，其包括以下步骤：

步骤一：单向阀开启

矿井水蓄积导致密闭墙内侧空气压力逐渐升高，密闭墙内侧空气推动单向阀开启并通过泄压管排出；

步骤二：CO₂气体充入

通过控制器开启电磁阀让储气罐内的CO₂气体通过输气管到达曝气盘，CO₂气体以曝气的形式溶入矿井水中，驱替矿井水中的溶解氧，同时，CO₂气体到达矿井密闭墙内侧的矿井水上方空间；

步骤三：虹吸作用排出矿井水

矿井水的水位高度分为三种情况：

情况一：当矿井水水位升高至虹吸管的下侧入口距离密闭墙底面高度H3位置时，矿井水开始从下侧入口进入虹吸管，虹吸管中液位高度与矿井水水位高度相等，此时未形成虹吸作用；

情况二：当矿井水水位升高至虹吸管的上侧入口距离密闭墙底面的高度H2位置时，浮球受矿井水浮力的作用往上漂浮堵住上侧入口，矿井水则从下侧入口进入虹吸管，虹吸管中液位高度与矿井水水位高度相等，此时未形成虹吸作用；

情况三：当矿井水水位升高至虹吸管顶端距离密闭墙底面的高度H1位置时，虹吸管内从下侧入口进入的矿井水可以流往虹吸管出口，虹吸作用形成，矿井水开始持续通过虹吸管排出；当矿井水水位逐渐下降并低于虹吸管上侧入口高度H2位置时，浮球不再受到矿井水浮力的影响而从上侧入口的位置下落，此时虹吸管通过上侧入口开始进入空气，矿井水不再通过下侧入口进入虹吸管，直至虹吸管的上侧入口至出口段的液体排空，虹吸作用终止，排液作用即结束；

步骤四：CO₂气体补充

虹吸排水时，在虹吸管的出口水流的冲击作用下，联动杆向下旋转弯曲，通过弹簧带动机械阀开启，则储气罐通过输气管再经过机械阀往矿井水中补充CO₂气体；且虹吸排水的流速越快、冲击作用越大，则联动杆使得弹簧形变量越大、机械阀开度越大，对密闭墙内侧气体的补充越快；

步骤五：虹吸管密封

虹吸管的出口前设有一段U形水封管，可以保持虹吸管内排水完成后留存一部分水柱，避免空气通过虹吸管进入密闭墙内侧的空间；

步骤六：泥沙清理

当密闭墙内侧的沉积物如泥沙含量过多，或遇其他紧急情况时，打开密闭墙底部设置的检修门，清理泥沙，检修设备。