废弃露天矿的资源化利用系统及方法与流程

本发明属于废弃露天矿再利用及清洁能源应用，具体涉及废弃露天矿的资源化利用系统，本发明还涉及利用该废弃露天矿的资源化利用系统进行资源化利用的方法。

背景技术：

1、随着供给侧改革的深入推进，中国累计退出煤矿5600处左右、退出落后煤炭产能10亿吨/年以上，其中露天煤矿数量从429处减少到了350余处。露天矿停采后，对土壤、水源和生物多样性都产生一定负面影响，同时也存在土地资源、水资源及原有设施闲置等资源浪费问题。将新能源项目场址选在废弃露天矿，符合国家政策要求。

2、目前国内对废弃露天矿的再利用技术主要集中在生态修复和土地复垦，其工程量大、投入高、产出低，不利于技术的大规模推广。因此，从环境保护和能源转型两方面看，为了解决露天矿废弃后带来的环境与社会问题，亟需探索一种经济效益好、可持续发展的废弃露天矿资源化利用路径。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供废弃露天矿的资源化利用系统，解决了现有技术中存在的废弃露天矿再利用过程中工程量大、投入高、产出低、不利于技术大规模推广的问题。

2、本发明的另一目的是提供废弃露天矿的资源化利用方法。

3、本发明所采用的技术方案是，废弃露天矿的资源化利用系统，包括矿坑，矿坑呈台阶状，矿坑底部设置有矿坑湖，在矿坑湖湖面上布置有水上光伏发电站，矿坑湖边上的第一平盘设置有水电解制氢系统，水电解制氢系统旁边固定且相连有氢气储罐，第一平盘沿坡面向上设置多个第二平盘，第二平盘上设置有光伏发电站，矿坑外的坡顶布置有风力发电站和光伏发电站。

4、本发明的特点还在于：

5、光伏发电站和水上光伏发电站的光伏组件朝向为阳面，且周边无障碍物遮挡。

6、在第一平盘、第二平盘和坡顶上开设有排水沟。

7、水上光伏发电站安装于光伏方阵浮体上。

8、矿坑湖湖面最终标高与周围持平或略低。

9、矿坑未被利用的空白地方复垦为林草地。

10、本发明所采用的另一技术方案是，废弃露天矿的资源化利用方法，使用上述废弃露天矿的资源化利用系统，具体步骤如下：

11、步骤1：采用挖高填低、削坡减载的方式对矿坑进行清理整形，使第一平盘、第二平盘和坡顶平整；

12、步骤2：采用格构锚固方式对矿坑的坡面进行加固及支护；

13、步骤3：将矿坑未被利用的空白地方复垦为林草地，采取人工与机械相结合的方式对第一平盘、第二平盘和坡顶进行覆土；

14、步骤4：在坡顶选择地形平坦、地质构造稳定的地段建设风力发电站；

15、步骤5：在第二平盘和坡顶选择地形平坦、地质构造稳定的地段建设光伏发电站；

16、步骤6：根据工程地质稳定性评估结果，在矿坑湖中选取水流速度小于1m/s的水域建设水上光伏发电站；

17、步骤7：在第一平盘选择地形平坦、地质构造稳定的地段，在常年最小频率风向的下风侧建设水电解制氢系统和氢气储罐。

18、本发明另一技术方案的特点还在于：

19、步骤1中所述坡面的平整标准为：当坡面为土质时，相邻两级第二平盘之间的高度差为4～6米；当坡面为岩质时，相邻两级第二平盘之间的高度差为8～12米。

20、步骤2中所述坡面的固定方法为：当前缘坡度小于等于35°的坡面时，采用浆砌石格构进行固定；当前缘坡度大于35°的坡面时，采用现浇钢筋混凝土格构并用锚杆进行固定。

21、步骤3中矿坑的覆土厚度为15-25cm，覆土完成后可播撒草种或种植植株。

22、本发明的有益效果是：

23、1.本发明废弃露天矿的资源化利用系统及方法可有效利用废弃露天矿的土地资源、水资源、风能资源、太阳能资源建设新能源项目，废弃露天矿闲置的建筑和道路可用于新能源项目的建设、运营和维护工作，变废为宝，与单独进行生态修复相比，通过出售绿电和氢气产品的方式获取利润，提高了废弃露天矿再利用的经济效益。

24、2.本发明废弃露天矿的资源化利用系统及方法所述的整个系统在运行过程中，发出的绿电和生产的氢气均不会产生二次污染和碳排放，同时选择在废弃露天矿建设风力发电站、光伏发电站、水上光伏发电站和水电解制氢系统，与常规新能源项目相比，可避免占用耕地和建设用地，不涉及人口迁移，减少了间接成本，提高了社会效益。

25、3.本发明废弃露天矿的资源化利用系统及方法在废弃露天矿生态修复基础上，进行新能源项目建设，光伏电站和风力发电站沿矿坑边坡梯次建设，最大程度利用了空间资源，生态修复过程中的挖高填低、削坡减载、加固支护工作保证了新能源设备的稳定性和安全性，种植的草种和植株可固土固沙、防止扬尘，减少新能源设备的清洗频率，最终使得废弃露天矿和新能源项目相辅相成。

26、4.本发明废弃露天矿的资源化利用系统及方法的实施为煤炭矿区和煤炭资源枯竭型城市提供了一条低碳转型和可持续发展的道路。

技术特征：

1.废弃露天矿的资源化利用系统，其特征在于，包括矿坑(1)，所述矿坑(1)呈台阶状，所述矿坑(1)底部设置有矿坑湖(1-5)，在所述矿坑湖(1-5)湖面上布置有水上光伏发电站(4)，所述矿坑湖(1-5)边上的第一平盘(1-1)设置有水电解制氢系统(5)，所述水电解制氢系统(5)旁边固定且相连有氢气储罐(6)，所述第一平盘(1-1)沿坡面(1-2)向上设置多个第二平盘(1-3)，所述第二平盘(1-3)上设置有光伏发电站(3)，所述矿坑(1外的坡顶(1-4)布置有风力发电站(2)和光伏发电站(3)。

2.根据权利要求1所述的废弃露天矿的资源化利用系统，其特征在于，所述光伏发电站(3)和水上光伏发电站(4)的光伏组件朝向为阳面，且周边无障碍物遮挡。

3.根据权利要求2所述的废弃露天矿的资源化利用系统，其特征在于，在第一平盘(1-1)、第二平盘(1-3)和坡顶(1-4)上开设有排水沟。

4.根据权利要求3所述的废弃露天矿的资源化利用系统，其特征在于，所述水上光伏发电站(4)安装于光伏方阵浮体上。

5.根据权利要求4所述的废弃露天矿的资源化利用系统，其特征在于，所述矿坑湖(1-5)湖面最终标高与周围持平或略低。

6.根据权利要求5所述的废弃露天矿的资源化利用系统，其特征在于，将矿坑(1)未被利用的空白地方复垦为林草地。

7.废弃露天矿的资源化利用方法，其特征在于，使用如权利要求6所述的废弃露天矿的资源化利用系统，具体步骤如下：

8.根据权利要求7所述的废弃露天矿的资源化利用方法，其特征在于，步骤1中所述坡面(1-2)的平整标准为：当坡面(1-2)为土质时，相邻两级第二平盘(1-3)之间的高度差为4～6米；当坡面(1-2)为岩质时，相邻两级第二平盘(1-3)之间的高度差为8～12米。

9.根据权利要求8所述的废弃露天矿的资源化利用方法，其特征在于，步骤2中所述坡面(1-2)的固定方法为：当前缘坡度小于等于35°的坡面(1-2)时，采用浆砌石格构进行固定；当前缘坡度大于35°的坡面(1-2)时，采用现浇钢筋混凝土格构并用锚杆进行固定。

10.根据权利要求9所述的废弃露天矿的资源化利用方法，其特征在于，步骤3中矿坑(1)的覆土厚度为15-25cm，覆土完成后可播撒草种或种植植株。

技术总结本发明公开了废弃露天矿的资源化利用系统及方法，底部设置有矿坑湖，湖面上布置有水上光伏发电站，矿坑湖边上的第一平盘设置有水电解制氢系统，且相连有氢气储罐，第一平盘沿坡面向上设置多个第二平盘，第二平盘上设置有光伏发电站，矿坑外的坡顶布置有风力发电站和光伏发电站。废弃露天矿的资源化利用方法，对矿坑进行清理整形，对矿坑的坡面进行加固及支护，将矿坑未被利用的空白地方复垦为林草地，在坡顶建设风力发电站；在第二平盘和坡顶建设光伏发电站，在矿坑湖建设水上光伏发电站，在下风侧建设水电解制氢系统和氢气储罐。本发明有效利用了废弃露天矿的各类资源，既完成了矿区的生态修复，又通过出售绿电和氢气产品的方式获取经济效益。技术研发人员：向轶,李庆,蔡光琪,陈再明,贺昌斌,韩亮,邴喆,李瑞华,武进,王龙飞受保护的技术使用者：中煤能源研究院有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/6/20