煤礦廢棄井巷抽水儲(chǔ)能理論與技術(shù)框架

葛帥帥，馮國瑞，姚西龍，栗繼祖，暢一帆

(太原理工大學(xué)，山西 太原 030027)

2020年，我國煤炭總產(chǎn)量為39億t，生產(chǎn)礦井約4700座，累計(jì)關(guān)停礦井約5500座[1]，這些關(guān)停的礦井如不能實(shí)現(xiàn)合理的再利用，將會(huì)產(chǎn)生地下水污染、人員安置等一系列經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與環(huán)境問題[2]。如何實(shí)現(xiàn)廢棄礦井資源化利用是世界性難題，廢棄礦井抽水儲(chǔ)能將廢棄礦井資源化利用及可再生能源電力的消納結(jié)合起來，是科學(xué)合理的廢棄礦井資源開發(fā)利用模式之一。

廢棄礦井抽水儲(chǔ)能技術(shù)設(shè)想起源于20世紀(jì)70年代[3]，國外學(xué)者對(duì)廢棄礦井抽水儲(chǔ)能技術(shù)潛力及可行性進(jìn)行了研究，但多數(shù)集中在非煤礦山，特別是露天礦井[4-6]。我國學(xué)者也嘗試結(jié)合煤礦廢棄井巷的實(shí)際，開展了深入的研究，付貴祥提出了廢棄礦井儲(chǔ)氣和抽水儲(chǔ)能概念模型[7]；謝和平院士團(tuán)隊(duì)總結(jié)國內(nèi)外廢棄礦井抽水儲(chǔ)能技術(shù)研究進(jìn)展，論證了中國煤炭資源型地區(qū)利用廢棄礦井發(fā)展抽水儲(chǔ)能的潛在社會(huì)價(jià)值及可行性，提出抽水儲(chǔ)能發(fā)電一體化構(gòu)想[8，9]；鄭曉亮教授團(tuán)隊(duì)借鑒地表抽水儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)思路對(duì)廢棄礦井抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選型進(jìn)行了研究[10，11]。

然而，關(guān)于廢棄礦井抽水儲(chǔ)能研究仍停留在概念和可行性論證階段，缺乏系統(tǒng)的理論和技術(shù)研究框架梳理。本文借鑒神東礦區(qū)地下水庫項(xiàng)目“規(guī)劃先行、邊回采、邊治理、邊利用”的地下水庫建設(shè)經(jīng)驗(yàn)[12]，提出廢棄井巷抽水儲(chǔ)能技術(shù)概念，從工程背景、科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)和工程實(shí)踐四個(gè)層面構(gòu)建了廢棄井巷抽水儲(chǔ)能的理論與技術(shù)研究框架，為廢棄井巷抽水儲(chǔ)能技術(shù)理論研究和推廣應(yīng)用提供參考。

1 廢棄井巷資源及其利用現(xiàn)狀

1.1 廢棄井巷的概念

典型井工煤礦地下空間的廢棄是一個(gè)從采面到采區(qū)到階段再到整個(gè)礦井的循序漸進(jìn)的過程，煤礦地下空間資源是隨著煤礦采掘工程推進(jìn)而持續(xù)增加的。廢棄井巷的概念為：一個(gè)采面、采區(qū)、階段或礦井回采完畢以后形成的相對(duì)獨(dú)立的空間范圍。廢棄井巷的內(nèi)涵是在煤礦開采過程中，將開采伴生的廢棄井巷作為資源進(jìn)行規(guī)劃利用，通過適宜的技術(shù)和方法，挖掘廢棄井巷的“資源屬性”，實(shí)現(xiàn)煤炭資源開采與廢棄井巷資源化利用的平穩(wěn)過渡和協(xié)調(diào)發(fā)展，達(dá)到廢棄礦井治理利用、安全管理、環(huán)境治理、員工安置的多贏目標(biāo)。

1.2 廢棄井巷資源概況

根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站公布的各相關(guān)省份年度煤炭產(chǎn)量數(shù)據(jù)，全國八個(gè)主要產(chǎn)煤省、自治區(qū)2011至2020年累計(jì)煤炭產(chǎn)量330.21億t，其中內(nèi)蒙古自治區(qū)97.39億t、山西省92.64億t、陜西省53.38億t。2020年，區(qū)域煤炭總產(chǎn)量34.54億t，比2011增加2.84億t。各省、自治區(qū)煤炭年產(chǎn)量見表1。

表1 全國主要產(chǎn)煤省(自治區(qū))近10年煤炭產(chǎn)量 億t

假設(shè)煤炭平均容重為1.3t/m3、掘進(jìn)率為60m/萬t、巷道截面為15m2，結(jié)合全國主要產(chǎn)煤省、自治區(qū)煤炭產(chǎn)量數(shù)據(jù)對(duì)煤炭開采空間進(jìn)行計(jì)算，見表2，2011—2020年，各區(qū)域共形成煤炭開采空間283.73億m3，其中內(nèi)蒙古自治區(qū)83.68億m3、山西省79.60億m3、陜西省45.87億m3。2020年，全國主要產(chǎn)煤省、自治區(qū)產(chǎn)生開采空間共29.67億m3，比2011年增加2.43億m3。

表2 全國主要產(chǎn)煤省(自治區(qū))近10年煤炭開采空間量 億m3

1.3 廢棄井巷抽水儲(chǔ)能技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1.3.1 與成熟可靠的抽水儲(chǔ)能技術(shù)結(jié)合

儲(chǔ)能是解決目前可再生能源強(qiáng)波動(dòng)性及提升智能電網(wǎng)靈活性、穩(wěn)定性的關(guān)鍵技術(shù)，抽水儲(chǔ)能是目前大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)中成熟度最高、可靠性最好的技術(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2019年底，全球已投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模184.6GW，其中抽水蓄能的累計(jì)裝機(jī)為171.0GW，占裝機(jī)總量92.6%；我國投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模35.6GW，其中抽水蓄能的累計(jì)裝機(jī)為31.79GW，占裝機(jī)總量89.3%[13]。

1.3.2 節(jié)約地表土地資源

“距高比”是地表抽水儲(chǔ)能電站規(guī)劃中的重要參數(shù)，即抽水儲(chǔ)能電站要求在近距離內(nèi)可以形成兩個(gè)具備一定高差的大容量水庫，因此對(duì)地表地形要求較高。廢棄井巷抽水儲(chǔ)能利用廢棄井巷的空間資源，在不依賴于地表地形的同時(shí)減少了對(duì)地表土地資源的消耗。

1.3.3 緩解資源、環(huán)境、社會(huì)問題

建設(shè)廢棄井巷抽水儲(chǔ)能電站在充分挖掘廢棄井巷殘余價(jià)值的同時(shí)，在礦井水資源化利用、礦井地下水修復(fù)治理及促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展等方面均具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值[8]。

1.3.4 較廢棄礦井利用難度小、成本低

廢棄井巷抽水儲(chǔ)能打破整個(gè)礦井廢棄后再進(jìn)行整改、建設(shè)的思路，充分利用采面、采區(qū)或階段回采以后的運(yùn)輸、通風(fēng)、安全監(jiān)控等基礎(chǔ)設(shè)施條件，邊開采、邊治理、邊利用，提高了礦井軟硬件資源和抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)的服務(wù)年限，減少了煤礦廢棄后再利用過程的二次投資，提升了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

2 廢棄井巷抽水儲(chǔ)能技術(shù)概念和技術(shù)框架

廢棄井巷抽水儲(chǔ)能是利用煤礦開采過程中形成的不同區(qū)域廢棄井巷間或廢棄井巷與地表的自然高差，通過抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電能和重力勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)換，達(dá)到電能儲(chǔ)存的技術(shù)，如圖1所示[14-19]。結(jié)合廢棄井巷抽水儲(chǔ)能的技術(shù)難點(diǎn)，圍繞廢棄井巷抽水儲(chǔ)能電站建設(shè)應(yīng)用，綜合考慮廢棄井巷空間和礦井水資源稟賦，以科學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)資源高效安全利用為思路，提出廢棄井巷抽水儲(chǔ)能理論與技術(shù)框架，將煤礦開采、巖石力學(xué)、地質(zhì)學(xué)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)、機(jī)械工程、安全工程等學(xué)科有機(jī)結(jié)合，形成廢棄井巷空間資源利用、礦井水資源化利用、抽水儲(chǔ)能“三位一體”的廢棄井巷抽水儲(chǔ)能技術(shù)體系，如圖2所示。

圖1 一種利用廢棄井巷抽水蓄能的系統(tǒng)及方法

圖2 廢棄井巷抽水儲(chǔ)能技術(shù)概念和技術(shù)框架

以“資源量計(jì)算—可行性評(píng)估—經(jīng)濟(jì)性評(píng)估—規(guī)劃設(shè)計(jì)—項(xiàng)目建設(shè)—運(yùn)行維護(hù)”為主線，廢棄井巷抽水儲(chǔ)能理論問題包含采空水賦存規(guī)律及資源化利用方法、人工壩體及煤柱多場(chǎng)耦合變形機(jī)理、廢棄井巷抽水儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)原理、煤礦回采與廢棄井巷抽水儲(chǔ)能過渡機(jī)制四個(gè)方面。在此基礎(chǔ)上提出廢棄井巷抽水儲(chǔ)能技術(shù)的關(guān)鍵問題包括：①采空水治理及生態(tài)利用技術(shù)；②煤柱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及改造技術(shù)；③人工壩體設(shè)計(jì)建設(shè)技術(shù)；④底板防滲改造技術(shù)；⑤廢棄井巷抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)。

3 廢棄井巷抽水儲(chǔ)能開發(fā)中的科學(xué)問題

3.1 采空水賦存規(guī)律及資源化利用方法

長(zhǎng)久以來，采空水作為礦井水害防治的重點(diǎn)對(duì)象進(jìn)行研究治理，神東集團(tuán)地下水庫建設(shè)及采空水自凈化相關(guān)研究[12]，為企業(yè)變“被動(dòng)處理”為“主動(dòng)利用”提供了范式。廢棄井巷抽水儲(chǔ)能在地下水庫的基礎(chǔ)上構(gòu)建抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)，深入挖掘礦井水資源化利用潛力和效益，為礦井水資源化利用提供了一個(gè)新的思路。

與傳統(tǒng)采空水治理利用技術(shù)相比，廢棄井巷抽水儲(chǔ)能技術(shù)要求對(duì)上下水庫水資源賦存狀態(tài)、賦存量、徑流特性、可利用量等參數(shù)進(jìn)行精確的分析計(jì)算。因此，需要在礦井水文地質(zhì)分析、采場(chǎng)與巷道圍巖控制分析的基礎(chǔ)上細(xì)化采空水資源稟賦及資源化利用相關(guān)研究。

3.2 人工壩體及煤柱多場(chǎng)耦合變形機(jī)理

廢棄井巷抽水儲(chǔ)能的地下水庫是以煤柱和人工壩體為邊界圈定的，煤柱和人工壩體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[12]。煤柱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法除參照《煤礦安全規(guī)程》、《煤礦防治水細(xì)則》等有關(guān)規(guī)定外，還包括經(jīng)驗(yàn)比擬法、分析計(jì)算法[20]，其中分析計(jì)算法中常用的是A.J Wilson提出的兩區(qū)約束理論[21，22]。煤柱穩(wěn)定性設(shè)計(jì)在原有煤柱寬度設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上還應(yīng)當(dāng)考慮地震、抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中形成的脈沖和循環(huán)載荷對(duì)煤柱的破壞機(jī)理[23]。

人工壩體是構(gòu)成廢棄井巷抽水儲(chǔ)能水庫空間的必要組成部分，白東堯、姚強(qiáng)嶺等學(xué)者結(jié)合神東礦區(qū)地下水庫建設(shè)實(shí)際對(duì)人工壩體設(shè)計(jì)建設(shè)進(jìn)行了研究[24-28]。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》和《采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》相關(guān)規(guī)定，防水閘門相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法可以為廢棄井巷抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)人工壩體設(shè)計(jì)建設(shè)提供參考。

3.3 廢棄井巷抽水儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)原理

《抽水蓄能電站工程地質(zhì)勘察規(guī)程》、《抽水蓄能電站設(shè)計(jì)規(guī)范》等行業(yè)規(guī)范為地表抽水蓄能電站項(xiàng)目可行性評(píng)價(jià)內(nèi)容和方法提供了基本框架。區(qū)域水文地質(zhì)條件、煤層賦存條件、煤巖體力學(xué)特性、礦井開采情況、井巷支護(hù)情況等因素會(huì)直接影響廢棄井巷空間資源、水資源可利用量；區(qū)域能源系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀及規(guī)劃會(huì)對(duì)廢棄井巷抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)的作用定位及綜合效益產(chǎn)生影響，因此綜合廢棄井巷資源條件、項(xiàng)目開發(fā)條件進(jìn)行項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益、社會(huì)效益分析是項(xiàng)目投資決策的重要支撐。較地表抽水儲(chǔ)能電站，廢棄井巷抽水儲(chǔ)能可行性論證的過程應(yīng)充分考慮項(xiàng)目在廢棄礦井治理、采空水資源化利用、節(jié)約地表土地資源等方面的外向性效益。

3.4 煤礦回采與廢棄井巷抽水儲(chǔ)能過渡機(jī)制

結(jié)合廢棄井巷抽水儲(chǔ)能技術(shù)“邊回采、邊治理、邊利用”的理念，在一定時(shí)期存在廢棄井巷抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)和煤礦開采同步作業(yè)，逐步實(shí)現(xiàn)開采功能向抽水儲(chǔ)能功能的過渡，因此需要考慮煤礦回采與廢棄井巷抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)的問題。井工煤礦設(shè)計(jì)和抽水儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)都有成熟的技術(shù)體系，兩者協(xié)同設(shè)計(jì)中礦井設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)，在保證礦井設(shè)計(jì)科學(xué)合理性和安全性的基礎(chǔ)上，需要在礦井接替順序，煤柱尺寸設(shè)計(jì)，通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，輔助運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)，抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)硐室設(shè)計(jì)、管路通道設(shè)計(jì)、電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控及安全保障體系設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，此外，還應(yīng)考慮廢棄井巷水庫補(bǔ)、排水期間氣流通道，防止高壓氣室或真空腔影響系統(tǒng)效率。

在礦井接替順序方面，礦井在“盡快達(dá)產(chǎn)達(dá)效”指導(dǎo)思想下往往選擇離井底車場(chǎng)較近的采區(qū)或盤區(qū)布置首采面，但由近及遠(yuǎn)開采不利于形成獨(dú)立的井巷空間，進(jìn)而影響廢棄井巷資源利用，因此需要結(jié)合礦井情況及技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)選擇合適的接替順序。在煤柱尺寸設(shè)計(jì)方面，應(yīng)結(jié)合井田地質(zhì)條件合理規(guī)劃廢棄井巷區(qū)域劃分，在各區(qū)域內(nèi)部為保證連通性，在確保回采便利和安全性的同時(shí)減小煤柱尺寸；在各區(qū)域邊界應(yīng)根據(jù)煤巖體力學(xué)特性和水壓等條件保證足夠的邊界防水煤柱尺寸。在通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，應(yīng)當(dāng)考慮廢棄井巷硐室及相關(guān)行人、作業(yè)場(chǎng)所通風(fēng)量。在排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，應(yīng)考慮結(jié)合井下采空區(qū)的自凈化能力進(jìn)行廢棄井巷抽水儲(chǔ)能給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。輔助運(yùn)輸系統(tǒng)主要需要考慮廢棄井巷抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)維過程中設(shè)備材料運(yùn)輸問題。此外，廢棄井巷抽水儲(chǔ)能通風(fēng)、管路、電纜、通信等系統(tǒng)的建設(shè)會(huì)增加對(duì)井巷斷面尺寸的需求。

除前述水庫設(shè)計(jì)、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)、氣流通道設(shè)計(jì)、硐室設(shè)計(jì)等內(nèi)容外，廢棄井巷抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)配套設(shè)計(jì)還應(yīng)包括地表水庫設(shè)計(jì)(含地面水庫的系統(tǒng))、水道設(shè)計(jì)、廠房設(shè)計(jì)、水泵水輪機(jī)及輔助設(shè)備選型設(shè)計(jì)、電氣部分設(shè)計(jì)、安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。與地表抽水儲(chǔ)能電站相比，廢棄井巷抽水儲(chǔ)能水道需要直接利用或改造現(xiàn)有井巷工程建設(shè)水道，因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮水道設(shè)計(jì)建設(shè)的可行性、可靠性與經(jīng)濟(jì)性，配套水泵水輪機(jī)及輔助設(shè)備選型設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮井巷空間條件限制。

4 廢棄井巷抽水儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)

4.1 采空水資源評(píng)估和生態(tài)利用技術(shù)

采空區(qū)的積水量和賦存狀態(tài)是決定廢棄井巷抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)上下水庫有效容量的關(guān)鍵影響因素。在采空區(qū)積水量計(jì)算方面，《煤礦防治水手冊(cè)》《煤礦防治水細(xì)則》給出了采空區(qū)積水量的計(jì)算方法，結(jié)合煤巖柱穩(wěn)定性和煤層底板等高線研究不同積水標(biāo)高時(shí)采空區(qū)橫向徑流情況及死水位是廢棄井巷抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)項(xiàng)目評(píng)估和設(shè)備選型的關(guān)鍵。

在采空水資源化利用過程中，考慮動(dòng)水補(bǔ)給量較靜水容量更具有現(xiàn)實(shí)意義。應(yīng)關(guān)注區(qū)域“采空水生態(tài)利用量”，即結(jié)合礦井所在區(qū)域水文地質(zhì)單元環(huán)境承載和自修復(fù)能力，綜合考慮補(bǔ)給、徑流、排泄因素，在可持續(xù)發(fā)展的前提下規(guī)劃區(qū)域采空水資源生態(tài)利用量。

4.2 煤柱防滲改造技術(shù)

煤柱因構(gòu)造、原生裂隙或采動(dòng)影響其隔水性時(shí)，可以采用注漿加固或封堵裂隙進(jìn)行治理。常用的漿液分為水泥漿和化學(xué)漿兩種，其中化學(xué)漿液對(duì)細(xì)小的裂縫封堵效果更好。裂隙封堵技術(shù)主要有構(gòu)筑水泥墻和垂直鋪塑技術(shù)兩種[29]。為了降低水庫內(nèi)煤柱隔水形成的死水區(qū)域?qū)臻g利用效率的影響，在煤柱防滲改造部分還應(yīng)考慮局部增加煤柱透水性的措施，如打孔、埋管、震動(dòng)爆破和水力致裂等方法。

4.3 人工壩體建設(shè)技術(shù)

人工壩體是由混凝土、鋼材和錨桿錨索共同組成的混凝土體結(jié)構(gòu)，煤礦井下作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變，人工壩體受地應(yīng)力、礦壓、水壓、震動(dòng)等多種應(yīng)力共同作用，需要確保其穩(wěn)定性和隔水性。神東礦區(qū)地下水庫設(shè)計(jì)建設(shè)過程中，對(duì)人工壩體穩(wěn)定性和隔水性相關(guān)的壩體材料、結(jié)構(gòu)、安全性評(píng)估等方面進(jìn)行了一系列理論和實(shí)驗(yàn)研究，取得了較好的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐效果[12，23，29]。

4.4 底板防滲改造技術(shù)

在水庫建設(shè)、運(yùn)行過程中還應(yīng)關(guān)注水庫垂向防滲問題，即由于地質(zhì)構(gòu)造、導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育等因素影響，導(dǎo)致水庫內(nèi)水體溝通其他含水層或?qū)畬右鹚畮焖w泄漏的問題。在煤礦安全生產(chǎn)管理過程中，特別是華北型煤田底板奧灰水防治過程中，積累了豐富的底板防水性改造相關(guān)理論成果、技術(shù)體系和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[30]。但需要注意的是前者是防治水，關(guān)注的是水體會(huì)不會(huì)流入回采空間，后者是防滲，關(guān)注的是水庫中的水體會(huì)不會(huì)滲漏，因此其應(yīng)用場(chǎng)景和時(shí)間維度不同。

4.5 廢棄井巷抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)

廢棄井巷抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)主要包括設(shè)備制造、工程建設(shè)和安裝調(diào)試三個(gè)方面。在設(shè)備制造方面，主要需要考慮礦井的空間條件、氣候條件以及地下水的化學(xué)性質(zhì)帶來的設(shè)備小型化、設(shè)備銹蝕和酸性水腐蝕等問題。在工程建設(shè)方面，除人工壩體和防滲改造工程以外，大尺寸或異形井巷建設(shè)或擴(kuò)刷也是井下工程建設(shè)的難點(diǎn)。在設(shè)備安裝調(diào)試方面，立井中設(shè)備、管路運(yùn)輸安裝和大型設(shè)備運(yùn)輸安裝是需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。

5 結(jié)論與展望

本文在分析廢棄井巷資源稟賦和技術(shù)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，以“資源量計(jì)算—可行性評(píng)估—經(jīng)濟(jì)性評(píng)估—規(guī)劃設(shè)計(jì)—項(xiàng)目建設(shè)—運(yùn)行維護(hù)”為主線，從工程背景、科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)和工程實(shí)踐等方面對(duì)廢棄井巷抽水儲(chǔ)能的理論與技術(shù)框架進(jìn)行了研究，結(jié)論如下：

1)廢棄井巷和礦井水資源豐富，廢棄井巷抽水儲(chǔ)能技術(shù)具備節(jié)約地表土地資源、發(fā)掘廢棄礦井殘余價(jià)值等優(yōu)勢(shì)，可有效緩解礦井直接廢棄帶來的資源浪費(fèi)以及相關(guān)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境問題，對(duì)廢棄礦井治理利用、可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)和多能互補(bǔ)事業(yè)發(fā)展具有重要意義。

2)廢棄井巷抽水儲(chǔ)能技術(shù)理論研究主要包含采空水賦存規(guī)律及資源化利用方法、人工壩體及煤柱多場(chǎng)耦合變形機(jī)理、廢棄井巷抽水儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)原理、煤礦回采與廢棄井巷抽水儲(chǔ)能過渡機(jī)制四項(xiàng)科學(xué)問題。

3)廢棄井巷抽水儲(chǔ)能項(xiàng)目設(shè)計(jì)建設(shè)及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維主要包含采空水資源評(píng)估及生態(tài)利用技術(shù)、煤柱防滲改造技術(shù)、人工壩體設(shè)計(jì)建設(shè)技術(shù)、底板防滲改造技術(shù)、廢棄井巷抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)五項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)問題。

4)結(jié)合廢棄井巷抽水技術(shù)的特殊性，仍有以下三個(gè)方面需要重點(diǎn)關(guān)注和深入研究：①在廢棄井巷抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域水循環(huán)系統(tǒng)承載能力，科學(xué)合理的論證區(qū)域“采空水生態(tài)利用量”，在可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上緩解中西部礦區(qū)水資源缺乏問題；②廢棄井巷抽水儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用推廣受煤礦安全生產(chǎn)管理及廢棄礦井關(guān)停等多方面政策法規(guī)因素影響，因此在充分論證其技術(shù)經(jīng)濟(jì)和安全性的基礎(chǔ)上，需要結(jié)合實(shí)際制定配套的政策法規(guī)；③在含廢棄井巷抽水儲(chǔ)能電力系統(tǒng)規(guī)劃方面，需要重點(diǎn)關(guān)注和研究高占比可再生能源系統(tǒng)、碳中和情景下區(qū)域電力系統(tǒng)規(guī)劃以及多個(gè)廢棄井巷抽水儲(chǔ)能集群條件下系統(tǒng)的運(yùn)行和協(xié)同調(diào)度問題。