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作品名称：封碳智境—深部采空区矿井水充填控压及封碳降碳技术
学校名称：山东理工大学
参赛队伍：矿石的终极梦想队
队伍编号：209726
参赛学生：杜欣雨杨小瑶孙宝怡
指导老师：张晓君
投票日期：2025年10月10日 00:00->2025年12月15日 00:00
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详细说明

深部采空区矿井水充填控压及封碳降碳技术
随着矿山开采向着更深部推进，一条隐藏的矛盾链正愈发凸显：一方面，开采过程中不可避免产生的矿井水，在传统模式下多未经妥善处置直接外排，不仅对地下水、地表水造成持续性污染，更悄然改变着周边土壤性质，而深部开采的高排水成本，又为矿山企业增添了沉重的经济负担；另一方面，碳中和目标下，矿山作为碳排放重要场景，亟需安全、高效的二氧化碳封存路径，可大量开采后遗留的深部采空区 —— 这一蕴含约 72 亿～90 亿 m³ 潜在空间的地下区域，却长期被视作 “闲置隐患”，未能与环境治理需求形成有效联动。

2024 年 2 月，国家发展改革委等八部门联合印发《关于加强矿井水保护和利用的指导意见》（发改环资〔2024〕226 号），进一步明确推进矿井水源头保护与高效利用，为技术研发提供了政策支撑。

从技术创新性来看，
一是突破传统 “矿井水处理” 与 “碳封存” 单独实施的模式，形成 “深部采空区 + 矿井水” 协同载体。将矿井水处置、水资源循环利用、采空区稳定性提升与 CO₂封存四大需求整合，实现 “环境治理 - 资源利用 - 碳减排” 多目标协同；
二是构建针对性的动态监测与调控体系。在常规水位、水压监测基础上，强化水质演变跟踪，同时结合 CO₂封存需求增设相关参数监测，实现技术实施全流程的精准管控，填补了矿井水与 CO₂协同封存领域的技术空白。

从技术核心内容来看，

矿井水充填控压：依托采空区开采扰动形成的裂隙网络（兼具储水空间与水力联系）及重力、水压差水动力条件，先勘查采空区地质（范围、岩石裂隙等）与矿井水特性（水量、水质），再封堵无效通道或人工构建进水通道，引导矿井水有序充填；过程中监测水位、水压、水质，动态调控避免风险，待采空区充满后封闭封存，实现矿井水处置与采空区稳定。

矿井水封碳降碳：先从排放源捕集 CO₂并储存，经空压机加压至规定压力后输送至采空区矿井水；通过 “物理溶解（CO₂与水反应生成碳酸）+ 化学固定（碳酸电离出的碳酸根与矿井水钙、镁离子形成稳定碳酸盐）” 实现 CO₂长效封存，可通过加压、降温或利用矿井水 pH（碱性促碳酸电离）强化反应，全程监测水质、水压以保障封存效果。