(57)【要約】本発明は、エネルギーの発生及び／又は貯蔵、鉱山（Ｍ）内の液体の貯蔵及び／又は浄化のための、鉱山（Ｍ）用の地下液体管理システム（１、２０、３０、４０）であって、鉱山（Ｍ）の空洞で形成される少なくとも１つの第１の貯蔵部（２、２１、２２、２３、３１、３２、４１、４２）と、第１の貯蔵部の底部よりも高い位置に配置された底部を有する少なくとも１つの第２の貯蔵部（３、２２、２３、２４、３２、３３、４２、４３）と、第１及び第２の貯蔵部を接続して液体を流すための少なくとも１本の管路（４）と、管路を通して第１の貯蔵部から第２の貯蔵部に液体を搬送するための少なくとも１つのポンプ装置（Ｐ）と、少なくともポンプを動作させるための地熱装置（７）とを備える地下液体管理システムに関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギーの発生及び／又は貯蔵、鉱山（Ｍ）内の液体の貯蔵及び／又は浄化のための、鉱山（Ｍ）用の地下液体管理システム（１、２０、３０、４０）であって、
前記鉱山（Ｍ）の空洞で形成される少なくとも１つの第１の貯蔵部（２、２１、２２、２３、３１、３２、４１、４２）と、
前記第１の貯蔵部（２、２１、２２、２３、３１、３２、４１、４２）の底部よりも高い位置に配置された底部を有する少なくとも１つの第２の貯蔵部（３、２２、２３、２４、３２、３３、４２、４３）と、
前記第１及び第２の貯蔵部（２、３、２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、４１、４２、４３）を接続して前記液体を流すための少なくとも１本の管路（４）と、
前記管路（４）を通して前記第１の貯蔵部（２、２１、２２、２３、３１、３２、４１、４２）から前記第２の貯蔵部（３、２２、２３、２４、３２、３３、４２、４３）に前記液体を搬送するための少なくとも１つのポンプ装置（Ｐ）と、
少なくとも前記ポンプ装置（Ｐ）を動作させるための地熱装置（７）とを備える、地下液体管理システム（１、２０、３０、４０）。
【請求項２】
前記第１及び第２の貯蔵部（２、３、２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、４１、４２、４３）が全て、前記鉱山（Ｍ）の空洞で形成される、請求項１に記載の地下液体管理システム（１、２０、３０、４０）。
【請求項３】
前記第１及び第２の貯蔵部（２、３、２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、４１、４２、４３）の間及び／又は前記第１及び第２の貯蔵部（２、３、２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、４１、４２、４３）の中に浄化段が設けられる、請求項１又は２に記載の地下液体管理システム（２０、３０、４０）。
【請求項４】
前記浄化段が、前記液体を浄化するための少なくとも１つのフィルタ装置（２５、４４）を備える、請求項３に記載の地下液体管理システム（２０、３０、４０）。
【請求項５】
前記フィルタ装置（２５）が、前記ポンプ装置（Ｐ）のポンプ圧送工程中に前記液体が浄化されるように、前記ポンプ装置（Ｐ）に流体接続される、請求項４に記載の地下液体管理システム（２０、３０、４０）。
【請求項６】
前記第１の貯蔵部（４１）が、前記フィルタ装置（４４）を形成する多孔性材料（４５）により少なくとも部分的に充填される、請求項４又は５に記載の地下液体管理システム（４０）。
【請求項７】
前記フィルタ装置（４４）が、
前記液体の浸透経路を延長するためにほぼ水平に配置された少なくとも１つのバリア層（４６）であり、前記液体用の少なくとも１つの通路（４７）を備え、前記バリア層の上下に多孔性材料（４５）が配置されたバリア層（４６）と、
前記第１の貯蔵部（４１）の底部から垂直方向上向きに延びる、浄化済みの液体を収集するための収集導管（４８）とをさらに備え、
前記収集導管（４８）が、最も下にあるバリア層（４５）より下に、前記液体が流れること、又は浸透を可能にする少なくとも１つの開口（４９）を備える、請求項６に記載の地下液体管理システム（４０）。
【請求項８】
前記ポンプ装置が、前記収集導管（４８）内に配置され、前記収集導管（４８）から垂直方向上向きに前記第１の貯蔵部（４１）内に管路（４）が延び、好ましくは前記第１の貯蔵部（４１）からさらに外部に延びる、請求項７に記載の地下液体管理システム（４０）。
【請求項９】
前記収集導管（４８）が、下にある貯蔵部につながる接続開口より上の位置に配置され、前記接続開口を取り囲んでいる、請求項７又は８に記載の地下液体管理システム（４０）。
【請求項１０】
前記浄化段が、前記液体のｐＨ値を上昇又は低下させるための少なくとも１つの浄化装置を備える、請求項３〜９のいずれか一項に記載の地下液体管理システム（１、２０、３０、４０）。
【請求項１１】
前記浄化装置が、少なくとも１つのチョーク層を備え、前記液体が、ｐＨ値を変化させるために、前記チョーク層を通して、及び／又は前記チョーク層に沿って誘導される、請求項１０に記載の地下液体管理システム（１、２０、３０、４０）。
【請求項１２】
前記第２の貯蔵部（３２）が少なくとも１つの非汚染層（Ｎ）及び１つの汚染層（Ｋ）に跨がって延びるときに、人工バリア（３５）が、前記非汚染層及び前記汚染層に跨がって延びる前記第２の貯蔵部（３２）内に設けられ、好ましくは前記汚染層（Ｋ）を前記非汚染層（Ｎ）から分離する不透水層に沿って延びる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の地下液体管理システム（３０）。
【請求項１３】
前記管路（４、２６）が、前記第１及び第２の貯蔵部（２、３、２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、４１、４２、４３）から、ほぼ垂直方向上向きに、それより上に配置された前記第２の貯蔵部（３、２２、２３、２４、３２、３３、４２、４３）内まで、又は前記鉱山（Ｍ）の外部まで延びる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の地下液体管理システム（１、２０、３０、４０）。
【請求項１４】
前記地熱装置（７）が、主エネルギー源であり、当該地下液体管理システムが、少なくとも１つの別のエネルギー源をさらに備える、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の地下液体管理システム（１、２０、３０、４０）。
【請求項１５】
前記別のエネルギー源が、風力発電プラント、太陽発電プラント及び／又は揚水部を備える、請求項１４に記載の地下液体管理システム（１、２０、３０、４０）。
【請求項１６】
前記第１及び第２の貯蔵部（２、３、２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、４１、４２、４３）が、液体を収集して提供する液体供給源として形成される、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の地下液体管理システム（１、２０、３０、４０）。
【請求項１７】
前記液体が、水であり、好ましくは地下水及び／若しくは地表水、又は人工的に前記鉱山（Ｍ）内に誘導された水である、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の地下液体管理システム（１、２０、３０、４０）。
【請求項１８】
特に放射性物質で汚染された液体を浄化するために、粘土又は粘土岩からなる分離壁又は分離層が、汚染された液体が存在する位置又は流れる位置に設けられる、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の地下液体管理システム（１、２０、３０、４０）。
【請求項１９】
飲用水又は工業用水を提供する水道設備（Ｗ）であって、請求項１５に記載の地下液体管理システム（１、２０、３０、４０）を水管理システムとして備え、前記水管理システムから水を供給する出力システム（Ｓ）をさらに備える、水道設備（Ｗ）。
【請求項２０】
鉱山（Ｍ）用の液体管理システム（１、２０、３０、４０）を運転する方法であって、
前記鉱山（Ｍ）の空洞で形成される少なくとも１つの第１の貯蔵部（２、２１、２２、２３、３１、３２、４１、４２）から、前記第１の貯蔵部（２、２１、２２、２３、３１、３２、４１、４２）の底部よりも高い位置に配置された底部を有する少なくとも１つの第２の貯蔵部（３、２２、２３、２４、３２、３３、４２、４３）に、前記第１及び第２の貯蔵部（２、３、２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、４１、４２、４３）を接続して液体を流す少なくとも１本の管路（４）を介して前記液体をポンプ圧送するステップを含み、
前記液体が、少なくとも１つのポンプ装置（Ｐ）によって、前記管路（４）を通して前記第１の貯蔵部（２、２１、２２、２３、３１、３２、４１、４２）から前記第２の貯蔵部（３、２２、２３、２４、３２、３３、４２、４３）に搬送され、
前記ポンプ装置（Ｐ）が、前記液体管理システム（１、２０、３０、４０）の地熱装置（７）によって駆動される、方法。
【請求項２１】
前記液体を浄化段のフィルタ装置（２５、４４）によって浄化するステップをさらに含み、前記フィルタ装置（２５）が、前記液体がポンプ圧送工程中に浄化されるように、前記ポンプ装置（Ｐ）に流体接続される、若しくは前記液体が前記通路（５）を流れるときに浄化されるように、前記第１及び第２の貯蔵部（２、３、２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、４１、４２、４３）を接続する通路（５）内に流体的に配置される、又は前記フィルタ装置（４４）が、前記第１の貯蔵部（４１）を少なくとも部分的に充填する多孔性材料（４５）で形成され、前記液体が前記多孔性材料（４５）の中を流れるときに浄化される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の貯蔵部（２、２１、２２、２３、３１、３２、４１、４２）と前記第２の貯蔵部（３、２２、２３、２４、３２、３３、４２、４３）の間に通路（５）が設けられ、当該方法が、
前記通路（５）内に設けられた止め弁（１０）を必要に応じて開くことによって、前記液体を前記第２の貯蔵部（３、２２、２３、２４、３２、３３、４２、４３）から前記第１の貯蔵部（２、２１、２２、２３、３１、３２、４１、４２）に流出させるステップと、
前記通路（５）を介して流出する前記液体によってエネルギー発生装置（８）を駆動することによってエネルギーを発生させるステップとをさらに含み、前記エネルギー発生装置（８）が、前記通路（５）内の前記止め弁（１０）より下流側に配置される、請求項２０又は２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記液体のｐＨ値を上昇又は低下させるステップをさらに含み、
前記液体が、前記第１及び第２の貯蔵部（２、３、２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、４１、４２、４３）の中又は前記第１及び第２の貯蔵部（２、３、２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、４１、４２、４３）の間に配置された、好ましくは少なくとも１つのチョーク層を備える、浄化装置の中を流される、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉱山の地下液体管理システム、液体管理システム及び出力システムを含む水道設備、並びに液体管理システムを稼働させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、南アフリカや中南米など、世界の様々な国や地域には、既に廃坑となった、又は現在も稼働中の鉱山や炭鉱があり、これらの中には、極めて大きな深度まで掘削されたものもある（例えば２０００〜５０００メートル）。これらの鉱山及び炭鉱には、様々な深さのところに空洞がある。これらの空洞の一部は、既に自然に水で満たされている可能性がある。
【０００３】
独国特許出願公開第１０３６１５９０号明細書には、少なくとも下側盆状部用に人工的に掘削された空洞を立坑設置において使用する、揚水部が開示されている。
【０００４】
独国特許出願公開第１９５１３８１７号明細書には、現存する、又は既に廃坑となった褐炭層の露天掘り鉱山のピット内に配置された揚水部が記載されている。上記ピットの深さ全体を利用して、揚水部に必要な複数の貯蔵盆状部に相応の高低差を与える。少なくとも下側盆状部は、周辺領域の高さより低い高さに配置される。人工的に構築されるこれらの貯蔵部は、褐炭層の採収中に生じた掘削材料により構築することができる。
【０００５】
ＤＥ１００２８４１明細書から、地表面上に位置する、或いは完全又は部分的に地中に埋め込まれた基本的に円柱形の塊状構造ユニットとして水力発電所を建設して、自然の地上地形及び天然の水ポテンシャルに関わりなく人工的に水力を利用できるようにすることは既知である。上下に重なるように配置された２つの貯蔵部を、人工的に構築した閉じた構造内に設ける。貯蔵運転時には、ポンプによって下側貯蔵部から上側貯蔵部に水を吸い上げる。エネルギー発生運転時には、貯蔵部の間に配置された発電用タービンによって、上側貯蔵部から下側貯蔵部に水を誘導する。ポンプが必要とするエネルギーは、風力発電プラント又は太陽発電プラント或いは地熱ユニットによって供給することができる。
【０００６】
このように、従来技術では、エネルギー発生のためだけに設けられた揚水部は明らかにされているが、貯蔵盆状部は、大部分が地中に人工的に分離して設けられている。独国特許出願公開第１０３６１５９０号明細書のみが、人工的に掘削した立坑設備で揚水部の下側盆状部を形成することを提案している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、エネルギーの発生及び貯蔵のためだけでなく、鉱山内の液体の貯蔵及び浄化のためにも使用される、簡単且つ費用対効果の高い方法で包括的な液体管理（例えば水管理）を実現するシステムを提供することである。
【０００８】
この目的は、独立請求項の主題によって実現される。従属請求項は、本発明の中心的概念を特に有利な形で発展させたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の態様によれば、エネルギーの発生及び／又は貯蔵を行い、鉱山又はその自然周辺領域内の液体（例えば水及び／又は地表水）の貯蔵及び／又は浄化を行う、したがって自然周辺領域から来る液体から汚濁物質（特に固体の汚濁物質）を低減又は除去することも行う、鉱山用の地下液体管理システムが提供される。したがって、以下では、「液体」という用語は、自然に又は人工的に鉱山の空洞内に流れ込む、或いは鉱山の自然周辺領域内にある任意の液体、特に地下水又は地表水（例えば雨水）を意味するものとして理解されたい。このシステムは、鉱山の空洞で形成される少なくとも１つの第１の貯蔵部と、少なくとも１つの第２の貯蔵部とを有する。第２の貯蔵部の少なくとも底部は、第１の貯蔵部の底部よりも高い位置に配置される。特に好ましい方法では、第２の貯蔵部は、第１の貯蔵部の上方に配置される。この地下液体管理システムは、これらの貯蔵部を接続して液体を流すための少なくとも１本の管路と、これらの管路を通して液体を第１の貯蔵部から第２の貯蔵部に搬送するための少なくとも１つのポンプ装置と、地熱エネルギーを発生させて少なくともポンプを動作させるための地熱装置、好ましくはこのシステムのさらに別の構成要素も動作させるための、すなわちこのシステムの補助動力のための、及び必要に応じて例えば発生させたエネルギーを電気ネットワーク（電気エネルギー）又は蓄熱部（熱エネルギー）に送ることによって第三者に供給するための地熱装置とをさらに備える。地熱装置は、熱又は冷却エネルギーを発生させ、これを例えば周辺の住宅地又は工業地域のために利用する、或いは鉱山自体の中で例えば火力発電所／ヒートポンプ又はエネルギーシステムとして利用することもできる。
【００１０】
したがって、本発明によるシステムは、包括的な液体管理（液体及び固体の貯蔵及び／又は浄化、並びに／或いは（それと同時に行う）エネルギーの発生及び／又は貯蔵）を行うためにそれ以上の有意な再構築措置を講じることなく、簡単且つ費用対効果の高い方法で、鉱山の既存の空洞を利用することを可能にする。この液体管理は、例えば、システムをその自然の状態に戻すこと、すなわち鉱山並びに／又は液体、特に地下水及び地表水の再生を含む。この液体管理は、また、水（地下水及び地表水）中並びに鉱山すなわち地層内の汚染物質の低減も含む。さらに、鉱山内の特定の地層の天然に存在する地下水が浄化され、特にそれ以上汚濁されないので、包括的な地下水保護も行われる。環境面で信頼できるシステムとの相乗効果で、鉱山ではその深さのために特に効果的に入手できる地熱エネルギーすなわち地熱を、電気エネルギーを発生させ、必要なら熱及び／又は冷却エネルギーを発生させるために、特に液体管理システム又は鉱山自体のポンプを動作させるために利用することができる。さらに、地熱エネルギーからエネルギーを発生させることにより、外部のエネルギー供給元（例えば電気、熱、冷却エネルギーの供給元）への鉱山事業者の依存度を低下させることができ、同時に、エネルギー供給の少なくともこの部分は、持続的（再生可能）エネルギーを用いて行われる。
【００１１】
地下流体管理システムに使用される全ての貯蔵部、又は少なくともその大部分は、鉱山の空洞で形成されることが好ましい。こうして、外部タンクをさらに設ける必要はなくなり、液体管理システムの設置がかなり簡略化され、高い費用対効果で簡単に行われる。
【００１２】
貯蔵部間及び／又は貯蔵部内に、浄化段が設けられることが好ましい。このようにして、環境的に信頼できる方法で、汚染された液体をシステム自体の中で浄化することができる。これにより、鉱山内の全ての水の汚染が効果的且つ効率的に低減され、特に、システムの復元にも好影響を及ぼす顕著な地下水保護が実現する。
【００１３】
これらの貯蔵部内の液体は、例えば鉱山内で掘り出された物質（例えばウラン）又は採掘に使用された物質（例えば金採収のための水銀）のために汚染される可能性がある。したがって、汚染は、特定の地層内に現れる、又はシステムに流入しこの層に入る地下水若しくはその他の液体（例えば水又は地表水）の汚濁を通して進む、或いは、汚染は、少なくとも空洞内の液体（例えば地下水）中に現れる。
【００１４】
本発明で貯蔵部として使用する対応する空洞は、特に、鉱山内の異なる地下水貯留層に位置し、又は複数の地下水貯留層を通っている、或いは異なる地下水貯留層に位置し、且つ複数の地下水貯留層を通っている。帯水層として定義されることもある地下水貯留層は、地下水を誘導するのに適した空洞を有する、水を保持する天然の層又は岩盤である。地下水貯留層は、水を浸透させない層、いわゆる不透水層によって、互いに地質学的に分離される、又は区切られる。一般に、鉱山を建設又は開発すると、様々な帯水層が貫かれ、これらの帯水層では、例えば鉱山の閉山後に、しばしば人工的に又は自然に（地下水によって）水が溢れる。鉱山で水が溢れると、例えばウランで汚染された地層から出た液体（この場合は例えば地下水）が、汚染されていない層の液体／水と混合し、その結果、鉱山内の全ての液体が不要に汚濁されることになる。
【００１５】
非制御状態での水の混合を防止し、それにより地下水及び周辺の生態系へのさらに深刻なダメージを回避するために、汚染された液体の浄化工程を行うことができる前述の浄化段は、適当な位置に挿置される、又は設けられることが好ましい。非制御状態での水の混合は、適当な構造的分離措置によって回避することもできる。このようにして、例えば地下水中の不純物を、除去し、又は少なくとも大幅に低減し、生態系への長期的なダメージを防止し、地下水を再び人間及び自然のために使用できる状態にすることができる。
【００１６】
これを実現するために、浄化段は、好ましくは少なくとも貯蔵部内又は貯蔵部間に、特に好ましくは少なくとも汚染層内にある貯蔵部内又は貯蔵部間に、液体を浄化するための少なくとも１つのフィルタ装置を有することが好ましい。フィルタ装置を使用して汚染をさらに低減することができ、このことは、汚染が除去される、又は少なくとも大幅に低減されることで地下水の品質が大幅に向上するので、地下水及びその純度／浄化に好影響を及ぼす。
【００１７】
この目的のために、一方では、フィルタ装置をポンプ装置に流体接続して、ポンプ装置のポンプ圧送工程中に液体が浄化されるように、好ましくは液体が管路の中を流れるときに浄化されるようにすることができる。他方では、これに加えて、又はこれに代えて、少なくとも１つの貯蔵部を、フィルタ装置となる多孔性材料で少なくとも部分的に充填することができる。この目的のために、欧州特許出願公開第２０５８４４１号明細書による水貯蔵及び水浄化システムも参照されたい。この特許文献の主題も、同様にして、本発明の貯蔵部内のフィルタ装置として使用することができる。
【００１８】
フィルタ装置は、例えば、液体の浸透経路を延長するために、貯蔵部内でほぼ水平に配置された少なくとも１つのバリア層であり、液体用の少なくとも１つの通路を備え、その上下に多孔性材料が配置された少なくとも１つのバリア層と、貯蔵部の底部から垂直方向上向きに延びる、浄化済みの液体を収集するための収集導管とをさらに備える、この水収集導管は、少なくとも最も下にあるバリア層より下に、液体が流れること、又は浸透を可能にする少なくとも１つの開口を備える。
【００１９】
最後に挙げたフィルタ装置の発展形態では、ポンプ装置を水収集導管内に配置することができる。この場合には、ポンプ装置からの管路は、少なくとも収集導管の外部に（したがってその後対応する貯蔵部の中まで）垂直方向上向きに延びる。浄化済みの液体を再度浄化回路に供給して、液体の浄化度をさらに高めることができる。好ましい実施形態では、前述の管路は、さらに、貯蔵部自体の外部にも延びる。これにより、一方では液体が浄化回路に戻され、他方では浄化済みの液体がその他の貯蔵部又は外部環境に供給されることが保証されるので好都合である。
【００２０】
或いは、又はこれに加えて、最後に挙げたフィルタ装置の発展形態では、収集導管は、その下にある貯蔵部につながる接続開口より上の位置に配置することができ、接続開口を実質的に取り囲む。したがって、その下にある第２の浄化装置を、この浄化装置に接続する、又はこの浄化装置上に設けることができ、これにより、浄化段の有効性が高まる。さらに、接続開口内にタービンを設けることにより、液体を必要に応じて収集導管からその下の貯蔵部に流出させることが好ましい場合に、エネルギーを発生させることもできる。
【００２１】
さらに、浄化段は、液体のｐＨ値を上昇又は低下させるための少なくとも１つの浄化装置を備えることができる。この浄化装置は、少なくとも１つのチョーク層を備えることが好ましく、液体は、ｐＨ値を変化させるために、このチョーク層を通して、及び／又はこのチョーク層に沿って誘導される。このようにして、例えば、一部の領域で特に低いｐＨ値（約２〜３）を有する地下水を、所望のレベル、特に好ましくは中性ｐＨ値範囲まで上昇させることができる。ただし、水又はその他の液体のｐＨ値を、現在の値から離れた所望の値まで上昇又は低下させることも可能である。したがって、液体を浄化することに加えて、又は液体を浄化するために、液体のｐＨ値を適合させることもできる。
【００２２】
さらに、１つの貯蔵部が少なくとも１つの非汚染層及び１つの汚染層に跨がって延びている場合には、これらの層に跨がって延びている貯蔵部内に、汚染層を非汚染層から分離する不透水層に沿って延びることが好ましい人工バリアを設けることができる。このようにして、貯蔵部が複数の地下水貯留層に跨がって延びている場合でも、汚染された液体が、汚染されていない液体と不要に混合することを確実に防止することができる。これによっても、特に汚染されていない地下水が汚染された水（地下水又は地表水）或いはその他の汚染された液体と不要に接触しないので、地下水保護は改善される。１つの発展形態では、このバリアは、止め弁によって閉じることができる、その流路内に発電用のタービンが配置された貫通開口を備えることもできる。
【００２３】
管路は、一般に、それぞれの貯蔵部からほぼ垂直方向上向きに、それより上に配置された少なくとも１つの貯蔵部内まで、及び／又は鉱山の外部まで、特に好ましい方法で延びる。「鉱山の外部まで」という表現は、特に、上記の管路が地表面まで延び、さらに必要に応じて地表面を超えて周辺領域まで延び、それにより好ましくは外部からアクセス可能な状態になっているということを意味する。
【００２４】
さらに好ましくは、地熱装置又は地熱エネルギーは、主エネルギー源であるが、さらに、例えば風力エネルギーの風力発電プラント、太陽エネルギーの太陽発電プラント及び／又は流動エネルギーの揚水部など、特に再生可能エネルギー源も設けることができる。これにより、地下液体管理システムへの十分なエネルギー供給が常に保証され、これは再生可能エネルギーによって実現され、その結果として、環境がそれ以上汚染されなくなる。再生可能エネルギー源が発生させるエネルギー、並びに外部から供給される各エネルギーは、高い位置に位置する貯蔵部に液体を溜めることによって貯蔵することができ、必要に応じて流路（揚水部）内に配置されたタービンを駆動することによって、その液体を低い位置に位置する貯蔵部に流出させることにより、いつでもエネルギーに転換することができる。
【００２５】
また、貯蔵部は、例えば鉱山自体の運用に備えて液体を収集して提供する液体供給源又は液体貯留部として、或いは、液体が水である場合には、工業用水貯留部又は飲用水貯留部として、或いはシステム及びその周辺領域の復元に備えて形成することも可能である。したがって、鉱山の運用のために、又は鉱山の閉山後に、液体（特に地下水及び／又は地表水）は、任意の形態の専用供給源から得ることができる可能性がある。これにより、例えば周辺の川又は湖の水など、環境内にある天然資源を使用することが防止され、これにより、不要に環境に介入することがないために環境が保護され、鉱山、その周辺領域の復元及び浄化後の液体の再生を促進することができる。鉱山が自給自足型になることから、鉱山は、特に水源の乏しい地域では非常に重要な上水道に依存しなくなり、適用範囲が拡大され、又は少なくとも経済的な観点からはより魅力的である。
【００２６】
特に好ましい方法では、液体は水であり、好ましくは、地下水及び／若しくは地表水、又は鉱山に水を氾濫させるために人工的に供給される水である。上述のように、この液体は、例えば再生のためなど、様々な用途に利用又は再利用することができ、これは、汚染の低減によってさらに促進される。
【００２７】
特に放射性物質で汚染された液体を浄化するために、粘土又は粘土岩からなる分離壁又は分離層が、地下液体管理システム内の汚染された液体が存在する位置又は流れる位置に設けられることが好ましい。このようにして、特に放射性物質で汚染された液体のための効果的な浄化装置が設けられる。
【００２８】
さらに別の態様によれば、本発明は、飲用水又は工業用水を供給する水道設備であって、上記の地下液体管理システムを水管理システムとして備え、さらに水管理システムから水を供給する出力システムを備える水道設備についても記載している。
【００２９】
液体管理システムを運転する方法も、開示する。
【００３０】
以下、添付の図面に示す例示的な実施形態を参照して、本発明について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１の例示的な実施形態による地下液体管理システムを示す図である。
【図２】第２の例示的な実施形態による地下液体管理システムを示す図である。
【図３】第３の例示的な実施形態による地下液体管理システムを示す図である。
【図４】第４の例示的な実施形態による地下液体管理システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、本発明による地下液体管理システム１を示す図である。地下液体管理システム１は、第１の貯蔵部２を含む。この貯蔵部２は、鉱山Ｍの１つ又は複数の空洞で形成される。本発明では、「鉱山」は、地下空洞を含むあらゆるタイプの鉱山及び炭鉱など、並びにあらゆるタイプの天然の洞窟又は洞窟系であるものとして理解されたい。
【００３３】
第１の貯蔵部２の上方には、少なくとも１つの第２の貯蔵部３が配置される。この第２の貯蔵部３は、例えば鉱山の周辺領域（表面（地表面）Ｏより上）に設けられた貯蔵部など、鉱山の空洞から独立して追加的に設けられた貯蔵部であってもよい。第２の貯蔵部３は、第１の貯蔵部２とともに、鉱山Ｍの空洞で形成されることが好ましい。このようになっていれば、鉱山Ｍの既存の構造を、単純に且つ高い費用対効果で、地下液体管理システムに利用することができる。ただし、本発明は、特定の数の貯蔵部に限定されるものではなく、特に鉱山Ｍ内にある貯蔵部の数に応じて、任意の数の貯蔵部を含むことができる。ただし、理論上は、例えば立坑を追加する、又は個々の立坑を複数の小立坑に人工的に分割することで、貯蔵部の数を人工的に増やすことも可能である。また、貯蔵部の数は、不要な貯蔵部をシステムに組み込まずに、鉱山Ｍ内にある貯蔵部の数より少なくしてもよい。
【００３４】
図１では、貯蔵部２及び３は、その全体が上下に並ぶように配置されているが、第２の貯蔵部３の少なくとも底部を、第１の貯蔵部２より高い位置に配置することも可能である。その場合には、貯蔵部２及び３は、互いに水平方向にずらして配置される。唯一決定している点は、これらの貯蔵部が、より高い位置にある貯蔵部３からより低い位置にあるもう１つの貯蔵部２に流れる液体流を重力によって発生させることができるように配置されるということである。
【００３５】
本発明によれば、「液体」という用語は、任意の液体を指すものとして理解することができる。液体は水であることが好ましいが、その場合、その水は、地下水及び／又は地表水、及び／又は人工的に鉱山に誘導された水とすることができる。このようにして、液体管理システム１又は水管理システムが形成され、このシステムによって、地下水、地表水、工業用水又は飲用水を貯蔵することができ、また特に、浄化することもできる。これが、特に効果的な地下水保護、並びにシステム全体、その周辺領域及び液体（例えば地表水又は地下水）の再生を実現する可能性を向上するための重要な基礎となる。また、液体は、鉱山の閉鎖後に貯蔵、洗浄、エネルギー発生及び／又はエネルギー貯蔵のために鉱山に貯蔵される（どのような）液体であってもよい。エネルギー貯蔵を目的とする場合には、鉱山Ｍを費用対効果が高く且つ単純な方法で液体の貯蔵及び供給用に「転用」する、すなわち別の新たな用途を持たせる一方で、液体管理システム１はそこに貯蔵された液体を用いてエネルギーを発生させることに使用することができるので、鉱山Ｍの閉鎖後も、運転の経済的な実現可能性を維持することができる。多数の貯蔵部が形成されている場合には、液体管理システム１は、同時に様々な液体に対して使用することもでき、これらの液体を、後述するように、それぞれ独立して、貯蔵、洗浄、エネルギー発生及び／又はエネルギー貯蔵の目的に使用することができる。
【００３６】
地下液体管理システム１は、鉱山Ｍ内の液体を流すための、貯蔵部２及び３を接続する管路４も含む。この液体管理システムは、特定の数の管路４、２６に限定されない。例えば、個々の貯蔵部は、１本又は複数本の管路４に接続することができる。さらに、個々の貯蔵部どうしのみを相互接続してもよいし、複数の貯蔵部を相互接続してもよいし、或いは全ての貯蔵部を相互接続してもよい（例えば図２〜図４）。同様に、個々の貯蔵部をただ１つの貯留部４に接続してもよいし、複数の貯蔵部をただ１つの貯留部４に接続してもよいし、或いは全ての貯蔵部をただ１つの貯留部４に接続してもよい（例えば図４）。或いは、又はこれに加えて、管路２６は、鉱山Ｍの外部まで、すなわち表面（地表面）Ｏまで、又は表面（地表面）Ｏを超えて、鉱山Ｍの外部環境に延びていてもよい（例えば図２）。
【００３７】
管路４、２６は、上昇管として形成されることが好ましく、例えば鉱山Ｍの運用中に既に設けられていた個別の上昇管４、２６で形成されてもよいし、或いは鉱山Ｍ内に既に存在している、又は後に導入される接続立坑５、２７で形成されてもよい。管路４、２６は、貯蔵部２の上方に配置された、及び／又は外部すなわち表面（地表面）Ｏより上方に配置されたた複数の貯蔵部３のうちの少なくとも１つ、そのうちの複数、又はその全てまで、それぞれの貯蔵部２から上方に延びる。これについては、別の例示的な実施形態に関連してさらに詳細に説明する。なお、本発明は、管路４、２６が、低い位置から高い位置に向かって液体を搬送することを可能にするものである限り、図面に示すような管路４、２６がほぼ垂直に整列された構成に制限されるものではない。
【００３８】
高い位置すなわち図１の第２の貯蔵部３から低い位置すなわち図１の第１の貯蔵部２に管路４、２６を介して液体が不要に逆流するのを防止するために、管路４、２６の上端部に（又は管路として立坑５を使用している場合には立坑５内に）真空弁６を設けることが好ましい。
【００３９】
管路４を通して液体を誘導するために、流れの方向に対応するより深い位置にある貯蔵部２内にポンプ装置Ｐが設けられ、このポンプ装置Ｐにより、液体は、第１の貯蔵部２から吸引され、管路４を介して第２の貯蔵部３に搬送される。この目的のために、全ての液体を第１の貯蔵部２から可能な限り効果的に搬送できるようにするために、ポンプＰは、より深い位置にある第１の貯蔵部２の底部に配置されることが好ましい。
【００４０】
本発明によれば、ポンプＰを動作させるために、図面には概略的にしか示していないが、地熱装置７が設けられている。地熱装置は周知であるので、ここではこれ以上説明しない。鉱山Ｍは一般に相当な深さまで延びており、地表面Ｏを起点にして地熱エネルギーを発生させなければならない場合に比べれば、追加的に小さい深さだけ掘削すればよいことから、地熱エネルギー（地熱）を容易に発生させることができるので、地熱装置を設けることは、特に有利である。したがって、簡単な方法で、再生エネルギーによって、ポンプＰが確実に、常に、環境親和的に、且つ外部の影響を受けずに動作しているようにすることもできる。さらに、発生させたエネルギー（電気的エネルギー、熱、冷却エネルギー）は、システムの内外のその他の構成要素に供給する、及び／又は、電気的ネットワーク又は加熱用若しくは冷却用の回路若しくはネットワークなどに供給することができる。
【００４１】
地熱エネルギーは、さらに、図示はしていないが周知である火力発電所／ヒートポンプにも利用することができ、火力発電所／ヒートポンプは、熱エネルギーをシステム自体のために使用してもよいし、外部で使用するためにシステムから送出してもよい。したがって、発生させた熱エネルギーを既知の方法で送出することによってそのまま直接使用することも、電気エネルギーに変換して間接的に使用することもできる。
【００４２】
ヒートポンプの他にも、地熱装置７は、熱及び冷却エネルギーの両方を生成するエネルギーシステムとして設けることもできる。例えば、直接熱交換器／地熱システムの場合には、冷却エネルギーは、発熱の廃棄物として生成される。地熱装置７にアクセスできるようにして使用するために、地熱装置７を設置する際に、それぞれプローブを循環させる２回の大深度掘削手順を行うこともある。地熱のために、液体の冷却媒体は蒸発し、エネルギーを吸収し、それが本来有する圧力によってコンプレッサまで移動する。その結果、熱が取り出されるにつれて、プローブは冷却されていく。発生させた冷却エネルギーは、次いで、プローブ内の第２の回路によって使用することができる。プローブ内で使用される冷却媒体は、例えばアンモニア混合物である。
【００４３】
ヒートポンプ又はエネルギーシステムとして地熱装置７が発生させた、又は生成した熱及び冷却エネルギーは、発生させた電気エネルギーと同様に、（周辺の）産業や住宅地などで、又は鉱山Ｍ自体で利用することができる。同様に、（鉱山の転用後の）地熱装置７又は発生させた地熱は、例えば第三者への販売用の、又は（例えば運用中の鉱山の）補助動力用の、電気、熱及び冷却エネルギーのエネルギー供給に利用することができる。
【００４４】
１次エネルギー源としての地熱装置７に加えて、システム１は、別のエネルギー源を含んでいてもよい。特に、現在存在する全ての再生エネルギー源及び将来開発されるであろう全ての再生エネルギー源を使用することができる。特に、これらの中には、風力エネルギーを発生させる風力発電プラント（図示せず）、太陽エネルギーを発生させる太陽発電プラント（図示せず）、流動エネルギーを発生させる揚水発電所、又はその他の既知のエネルギー源が含まれる。
【００４５】
特に、揚水発電所は、省スペース且つ低コストな方法で地下液体管理システム１に一体化することができるので有利である。この目的のためには、一方が他方の上に位置する位置関係で配置されることが好ましい貯蔵部２と３の間で、既存の垂直接続立坑５又はその他の通路を使用することが好ましい。この目的のために、例えばタービン８又はそれに相当するその他の発電装置を発電のために設ける。重力によって高い位置にある第２の貯蔵部３から深い位置にある第１の貯蔵部２に液体が流れることにより、タービン８が駆動され、電気を生成する。この目的のために、例えば発電機９も設けられる。電気は、例えば鉱山Ｍに供給されてもよいし、電気ネットワークに供給されてもよい。
【００４６】
第２の貯蔵部３から第１の貯蔵部２に流れる液体の流量を調整するために、第２の貯蔵部３と水車８の間の流路に、例えば止め弁１０などの閉鎖装置を設けることが好ましい。この止め弁１０は、液体の流量を連続可変的に調整するように使用することができることが好ましい。閉鎖状態では、貯蔵運転状態の第２の貯蔵部３を、（少なくとも地熱エネルギーによって駆動される）ポンプ装置Ｐによって低い位置から上側貯蔵部３に搬送された液体を提供する貯蔵部として使用することができる。第２の貯蔵部３に貯蔵された液体は、例えば他の使用のために、第２の貯蔵部３から移動することができる。或いは、必要なら、液体が第２の貯蔵部３から第１の貯蔵部２に流れるときにタービン８が駆動されることから、必要に応じて止め弁１０を開放することにより、貯蔵された液体を、エネルギー（電気）を生成するために使用することもできる。
【００４７】
上記貯蔵部と同様に鉱山Ｍの空洞で形成される、又は例えば表面（地表面）Ｏより高い位置に配置される、図示していない追加の貯蔵部を設けることも可能である。このように配置された貯蔵部は、液体を収集して提供する液体供給源又は液体貯留部として形成することができる。この液体供給源は、鉱山Ｍ自体の運用のために供してもよいし、例えば周辺住民又は農業用の液体貯留部又は水貯留部として鉱山の液体を取り出すため、或いは再生のためなど、その他の任意の目的に供されてもよい。液体貯留部は、上述の貯蔵部のうちの１つによって形成することもでき、その貯蔵部は、特に好ましい方法では別の貯蔵部２への流出が（例えば止め弁１０によって）阻止される、又は遅くなることから、表面（地表面）Ｏに最も近い貯蔵部３であることが好ましい。
【００４８】
上述のように、貯蔵部を形成する鉱山Ｍの空洞は、様々な地下水貯留層に跨がって延びていてよい。一部の貯蔵部は非汚染層Ｎ内に延び、一部の貯蔵部は汚染層Ｋ内に延びているということも考えられる。汚染層Ｋは、大抵は大深度に位置し、鉱山Ｍで採収が行われる層である。採収された／採収される物質又は鉱山Ｍで採収のために使用される物質は、例えば地下水を汚濁させる可能性があり、これにより、地下水が汚染され、したがってそれに対応する地層が汚染される。これを、例示を目的として、図２に示す。図２は、第２の例示的な実施形態による地下液体管理システム２０を示す図である。第１の例示的な実施形態との関係で、同じ特徴を同じ参照番号で示してある。全ての対応する特徴に関しては、全て第１の例示的な実施形態に関する上記の説明を参照されたい。また、本発明の範囲内で、これらの例示的な実施形態の様々な特徴は、任意に組み合わせることができ、また、これらの例示的な実施形態のうちの複数の実施形態も、任意に組み合わせることができることに留意されたい。
【００４９】
図２は、それぞれ垂直方向に並ぶように配置された４つの貯蔵部２１、２２、２３及び２４を有する鉱山Ｍを示す図である。ただし、本発明は、特定の数の貯蔵部、又は図示の貯蔵部の構造に限定されるわけではない。貯蔵部の数は任意の数であってよいが、少なくとも１つの貯蔵部（又はその底部）が、少なくとも１つのその他の貯蔵部（又はその底部）より高い位置に配置されていなければならない。
【００５０】
第２の例示的な実施形態によれば、２つの下側貯蔵部２１及び２２は、汚染層Ｋに配置される。
【００５１】
２つの上側貯蔵部は、非汚染層Ｎに配置される。しかし、例えば非汚染層Ｎ及び汚染層Ｋが異なる配置であってもよいし、或いは、１つ又は複数の立坑又は貯蔵部が少なくとも１つ又は複数の地層に跨がって延びていてもよく、その場合、それらの層の少なくとも１つを汚染層とし、少なくとも１つの他の層を非汚染層とすることができる。後者の場合について、図３を参照してさらに詳細に説明する。
【００５２】
大部分が水を含む天然層（地下水貯留層又は帯水層）内に延びている非汚染層Ｎと汚染層Ｋの分離は、一般に、いわゆる不透水層、すなわち水を浸透させない層、例えば粘土層などによって、自然を利用して実現される。図２では、例示を目的として、不透水層Ａを破線で概略的に示してある。
【００５３】
第２の例示的な実施形態によれば、２つの下側貯蔵部２１及び２２は、１本の管路４に接続されている。同様に、２つの上側貯蔵部２３と２４、並びに最も下の貯蔵部２１と最も上の貯蔵部２４も、それぞれ管路４によって接続されている。最も上の貯蔵部２４は、別の管路２６によって、表面Ｏ又は外部環境にも接続されている。ただし、本発明は、このタイプの管路４及び２６の構成に限定されるわけではない。むしろ、各貯蔵部は、好ましくは鉱山の稼働により既に設けられている、又は過去に設けられていた、１本又は複数本の管路４、２６により、任意の方法で、他の各貯蔵部又は表面Ｏに接続することができる。
【００５４】
第１の例示的な実施形態でも述べたように、管路４、２６は、それぞれが液体を送るポンプ装置Ｐを備えることが好ましいが、場合によっては、複数の管路４に対して１つのポンプＰが設けられるような構成でもよい。ポンプ装置Ｐは、少なくとも地熱装置７の地熱エネルギーによって駆動され、必要なら、これに加えて、その他のエネルギー源、好ましくは再生エネルギー源によって駆動される。
【００５５】
貯蔵部２１、２２、２３及び２４の間には、それぞれの接続立坑５が設けられる。これらの接続立坑５は、鉱山Ｍが開設されたときに既に設けられていたものであることが好ましい。これらの立坑５のうちの少なくとも１つ、これらの立坑５のうちの複数、又はこれらの立坑５の全て（図２参照）において、止め弁１０及びタービン８（下流側に流体接続される）に、エネルギーを発生させることができる発電機９を備え付けることができる。
【００５６】
非汚染層Ｎにある貯蔵部２３及び２４内の液体が汚染層Ｋにある貯蔵部２１及び２２内の液体と非制御状態で混合することを防止し、それにより地下水、ひいては周辺の生態系にそれ以上大きなダメージを与えることを回避するために、浄化段として、フィルタ装置２５を設けることも好ましい。図２に示すように、フィルタ装置２５は、ポンプ装置Ｐに流体接続される。フィルタ装置２５は、貯蔵部２１、２２、２３及び２４を接続する管路４及び２６のうちの少なくとも１つ、それらのうちの複数、又はそれらの全てにおいて、ポンプ装置Ｐより好ましくは下流側に配置され、液体が管路４及び２６を通して送られるときに、フィルタ装置２５を通ることによって浄化されるようになっていることが好ましい。揚水部（すなわち止め弁１０、タービン８、発電機９）の代替として、又はこれに加えて、フィルタ装置２５を立坑（通路）５内に配置して、例えばエネルギー発生運転時に液体が上側貯蔵部から下側貯蔵部に流出するとき、又は送出されるときに、液体の浄化が行われるようにしてもよい。
【００５７】
したがって、非汚染層Ｎから汚染層Ｋへの移行部に位置する特定の貯蔵部２２と２３の間の止め弁１０を閉じることにより、下側貯蔵部２１及び２２を上側貯蔵部２３及び２４から、システム工学の点で選択的に分離することができる。このようにして、非汚染層Ｎの地下水は不要に汚染されることから保護され、同時に、汚染層の汚染を低減して、鉱山周辺領域を元の自然な状態に回復する、すなわち復元することができる。
【００５８】
この場合、下側貯蔵部２１及び２２では、その汚染液体を浄化するために、閉じた浄化回路を設けることができる。上述のように、この目的のために、液体は、ポンプＰ及び管路４を介して最も下の貯蔵部２１からその上に位置する貯蔵部２２に誘導される。このポンプ圧送工程又は貯蔵工程の過程で、液体は、管路４内に配置されたフィルタ装置によって浄化される。貯蔵部２２に誘導され、必要に応じて貯蔵された液体は、エネルギー生成運転時には、２つの下側貯蔵部２１と２２の間に配置された止め弁１０を開くことによって、下側貯蔵部２１に流出させることができる。液体の流路中に配置されたタービン８は、流出する上側貯蔵部２２の液体の影響を受ける。したがって、複数回の浄化サイクルの過程で、例えば汚染層Ｋの地下水に含まれる汚濁物質を必要に応じて低減又は除去することができ、同時に、エネルギーを発生させ、浄化された液体を提供することができる。したがって、これらの貯蔵部に流入する、又はこれらの貯蔵部内にある地下水の汚染を（例えば複数回の浄化サイクルによって）低減することにより、対応する帯水層の地下水を浄化し、それによりその層を実質的に汚染されていない層に転換することができる。
【００５９】
基本的に、全ての例示的な実施形態に共通する特徴は、貯蔵部が、流出する液体又は流入する液体によって貯蔵部内の空気の体積を等しくするために、換気装置を有することができることである。この換気装置は、表面（地表面）Ｏ上の周辺領域に接続された、それぞれの貯蔵部の通気及び脱気を行うために使用される換気管路（図示せず）とすることができる。
【００６０】
下側貯蔵部２１及び２２内の液体又は汚染層Ｋの地下水が浄化されるまで、エネルギーを発生させ、液体を貯蔵するために、上述の方法で、２つの上側貯蔵部２３及び２４内で同様に閉じた回路を形成することができる。必要なら、フィルタ装置２５を用いて、上側貯蔵部２３及び２４内で液体を浄化することもできる。
【００６１】
下側浄化回路内の液体が十分に浄化されたら、この液体を、ポンプＰを備えた別の管路４を介して、それより上に位置する貯蔵部２２、２３及び２４のうちの１つ又は複数に搬送することができ、そこで、液体は、エネルギーを発生させるためのポンプ貯蔵用として用意されるか、或いはそれより上にある貯蔵部のうちの１つ又は別の貯蔵部（図示せず）で利用できる状態に維持される。
【００６２】
本発明による液体管理システムが使用される一部の領域では、鉱山Ｍの周囲にあって、場合によってはこの鉱山Ｍに流入してくる地下水は、２〜３程度の非常に低いｐＨ値を有する。したがって、好ましくは貯蔵部２１、２２、２３、２４内又はそれらの間の対応する場所では、浄化段も、液体のｐＨ値を変化させることができる浄化装置（図示せず）を有する。液体が０〜１４までのどのｐＨ値を有するか、また液体の所望のｐＨ値がいくつであるかに応じて、液体のｐＨ値を必要に応じて上昇させたり、低下させたりすることができる。浄化装置は、天然の、又は人工的に設けられたチョーク層又はチョーク被覆装置を通して、又はこれらに沿って、液体が意図的に誘導されるように構築することができる。液体が送られる、又は誘導されるにつれて、チョーク（又は浄化装置内に設けられた別の物質）が液体にゆっくりと溶け込み、ｐＨ値を上昇／低下させ、好ましくは送られる液体（例えば地下水）を中和する。浄化装置は、例えば、前述のフィルタ装置２５内に、又はこのフィルタ装置２５を備えるように形成することができる。例えば、浄化装置は、チョークを含有する貯蔵部（例えば図２の貯蔵部２１、２２、２３及び２４のうちの１つ）内に設けることができ、例えばこの貯蔵部の壁は、天然の、又は人工的なチョーク層を備える。浄化装置は、任意の貯蔵部内又は任意の貯蔵部間に設けることができ、各層（汚染層、非汚染層）に設けることができる。
【００６３】
前述の浄化装置をさらに発展させた装置では、さらに、貯蔵部のうちの１つ又は全てにおいてｐＨ値を測定するｐＨ値センサを備えることができる。得られた測定結果及び調節対象のｐＨ値に基づいて、必要に応じて、ｐＨ値を個々の要件に従って調節することができるように、液体を浄化装置に通すことができる。浄化装置は、ｐＨ値を上昇させる第１の部分と、ｐＨ値を低下させる第２の部分とを有することもできる。ｐＨ値を変化させる液体は、必要なら、その液体のｐＨ値を維持するのか、上昇させるのか、低下させるのかに応じて、浄化装置に全く通さない、或いは浄化装置の第１の部分又は第２の部分に通さないこともできる。
【００６４】
最も上の貯蔵部２４内には、周辺領域に向かって延び、且つ好ましくは表面（地表面）Ｏの上に延びる管路２６が設けられる。管路２６は、必要に応じて貯蔵部２４内、又は例えば表面（地表面）Ｏ上など鉱山Ｍの外部に配置されるポンプ装置Ｐを有する。例えば、管路２６は、最も上の貯蔵部２４を周辺領域に接続する立坑２７を通して設ける、又は必要に応じてこの立坑２７を通して導入することもできる。管路２６は、必要ならポンプ装置Ｐ及びさらに別の接続部とともに、出力システムＳとして、貯留層として機能する貯蔵部２４から液体を流す機能を果たす。この液体管理システム２０と出力システムＳの組合せが、水道設備Ｗを形成する。この場合、液体は、好ましくは、例えば地下水又は地表水或いは人工的に鉱山Ｍに誘導された水などの水である。この場合、液体管理システム２０は、水管理システムとして定義することができる。このタイプの水道設備Ｗは、液体管理システム２０からの必要に応じて流すことができる飲用水又は工業用水を提供する働きをする。同様に、水道設備Ｗは、鉱山の周辺領域及び液体の再生を行い、改善された地下水保護を実現する。
【００６５】
最も上の貯蔵部２４に加えて、又はこれの代わりに、任意の各貯蔵部２１、２２、２３が、表面（地表面）Ｏの上の外部環境に延びる管路２６を有することもできることに留意されたい。さらに、管路２６も、フィルタ装置２５を備えることができる。同様に、管路２６の鉱山Ｍから突出する端部は、出力された液体を確実に捕捉するために、吸引装置又は収集装置などを接続する真空弁６又は接続部を備えることができる。管路２６は、液体貯留層（図示せず）で終端してもよい。
【００６６】
図３は、地下液体管理システム３０の第３の実施形態を示す図である。前述の例示的な実施形態との関係で、同じ特徴を同じ参照番号で示してある。全ての対応する特徴に関しては、全て上記の説明を参照されたい。また、本発明の範囲内で、これらの例示的な実施形態の様々な特徴は、任意に組み合わせることができ、また、これらの例示的な実施形態のうちの複数の実施形態も、任意に組み合わせることができることに留意されたい。
【００６７】
図３によれば、地下液体管理システム３０は、鉱山Ｍの空洞から形成された３つの貯蔵部３１、３２及び３３を含む。この例示的な実施形態では、（少なくとも）１つの貯蔵部３２が、非汚染層Ｎから汚染層Ｋ中に突出するように延びている場合、すなわち、少なくとも１つの貯蔵部が複数の地層を通って延びており、これらの地層のうちの少なくとも１つが汚染層である場合について説明する。
【００６８】
このような場合には、例えば立坑５内の最も上にある止め弁１０を閉じることにより、汚染層Ｋ内に位置する貯蔵部３１及び３２を全て、非汚染層Ｎ内の貯蔵部３３から流体分離することができる。これにより、上述のように、これらの貯蔵部３１及び３２内の液体を浄化する、閉じた浄化回路が得られる。液体が浄化された場合には、エネルギー生成、貯蔵、及び必要なら液体の将来の浄化に備えて、任意の上述の方法で、この液体を非汚染層にある貯蔵部３３に接続することができる。その後、最も上にある閉じられた止め弁１０を、必要に応じて開くことができる。
【００６９】
ただし、この場合、非汚染層Ｎからの液体は、不必要に汚染液体と混合され、したがって汚濁される。第３の例示的な実施形態によれば、適当な構造的分離措置によって液体の非制御状態の混合を回避し、それにより効果的な地下水保護を実現することが可能である。これは、非汚染層Ｎと汚染層Ｋに跨がって延びる貯蔵部３２内に、この貯蔵部を下側領域３２１と上側領域３２２とに分離する人工バリア３５を設けることによって実現することが好ましい。バリア３５は、汚染層Ｋを非汚染層Ｎから分離する不透水層Ａに沿って延びるように配置されることが好ましい。バリア３５は、少なくとも液体を浸透させない物質で構成されることが好ましい。バリア３５は、非汚染層Ｎ内に配置される貯蔵部３２の上側領域３２２から汚染層Ｋ内に配置される貯蔵部３２の下側領域３２１へ（またその逆方向に）、液体が通り抜けることができないように、貯蔵部３２内に（密封）配置される。したがって、このバリア３５と不透水層Ａの組合せによって、非汚染液体と汚染液体のどのような混合も、より効果的に防止される。
【００７０】
さらに、必要に応じて貯蔵部３２の２つの領域３２１及び３２２を接続する通路３６を、バリア３５内に設けることもできる。この通路は、必要に応じて、好ましくは例えば止め弁１０などの閉止装置によって閉じることができる。さらに、止め弁１０の下流側に流体接続される、発電機９を備えるタービン８を通路３６内に設けることもできる。
【００７１】
上側貯蔵部又は貯蔵領域３３、３２２内の液体が不要に汚染されることを回避するために、下側の２つの貯蔵部又は貯蔵領域３１、３２１で浄化工程が行われている間は、液体中の汚濁物質が十分に除去されるまで、バリア３５内の止め弁１０を閉じる。
【００７２】
図３から分かるように、それぞれ上下に重なるように位置する貯蔵部は、管路４と、それに接続されたポンプ装置Ｐとによって接続される。同様に、中央貯蔵部３２の２つの貯蔵領域３２１及び３２２も互いに接続され、両者を流体接続する管路３７は、密封状態でバリア３５内に延びていることが好ましい。さらに、管路４、３７内、又はその他の経路内（例えば立坑５又は通路３６内）にフィルタ装置２５を設けることもできる。同様に、浄化装置（図示せず）も、液体のｐＨ値を変化させるために所望の位置に設けることができる。
【００７３】
ポンプ装置Ｐは、上述の方法で地熱装置７に結合される。
【００７４】
図３から分かるように、最も下にある貯蔵部３１は、管路４によってその上にある貯蔵部３２（具体的にはその下側領域３２１）に接続される。また、少なくとも最も下にある貯蔵部３１は、最も上にある貯蔵部３３に直接接続することも、或いはその上にある複数の貯蔵部又は貯蔵領域に接続することもできる。不要なコスト（例えば追加のポンプ装置のコスト）が生じるのを回避するために、個々の管路４を、接続管路部分４’によって互いに接続することもできる。図３では、例示を目的として、この目的のために、最も下にある貯蔵部３１を中央貯蔵部３２の下側領域３２１に接続する管路が、接続管路部分４’によって、中央貯蔵部の上側領域３２２を最も上にある貯蔵部３３に接続する管路４に接続されている状態を示している。各場合に、管路４と４’の接続点に弁３８が設けられることが好ましい。これらの弁３８は、必要なら液体流を調整し、必要なら汚染液体と非汚染液体の混合を回避するように流れの方向を決定するために使用することができる。このような接続管路部分４’は、全ての管路４、２６及び３７の間に任意に設けることができる。
【００７５】
図４は、地下液体管理システム４０の第４の実施形態を示す図である。前述の例示的な実施形態との関係で、同じ特徴を同じ参照番号で示してある。全ての対応する特徴に関しては、全て上記の説明を参照されたい。また、本発明の範囲内で、これらの例示的な実施形態の様々な特徴は、任意に組み合わせることができ、また、これらの例示的な実施形態のうちの複数の実施形態も、任意に組み合わせることができることに留意されたい。
【００７６】
図４による地下液体管理システム４０は、図２の地下液体管理システムにほぼ対応している。図４では、貯蔵部４１が汚染層に配置され、その上に位置する２つの貯蔵部４２及び４３が非汚染層に設けられる。
【００７７】
第４の実施形態の地下液体管理システム４０の基本的な違いは、浄化段の構成にある。簡潔にするために図４には図示していない上述のフィルタ装置２５及び浄化装置に加えて、又はこれらの代わりに、貯蔵部を、少なくとも部分的に多孔性材料で充填することができ、この多孔性材料が、液体（例えば地表水又は地下水）の汚染物質を低減させる、或いは（例えば液体を介して）汚染層自体の汚染物質を低減するフィルタ装置４４となる。このタイプのフィルタ装置は、欧州特許出願公開第２０５８４４１号明細書にも記載されているので、比較されたい。以下、例示を目的として、これについて説明する。
【００７８】
図４では、汚染層Ｋ内に位置する貯蔵部４１は、少なくとも部分的に多孔性材料４５で充填されている。本発明の範囲内では、「少なくとも部分的に」という表現は、貯蔵部４１が、少なくとも十分効果的に液体を貯蔵及び浄化するのに必要なだけの多孔性材料４５で充填されていることを意味するものとして理解されたい。
【００７９】
多孔性材料４５は、石、礫、砂（例えばケイ砂）又はそれらの混合物であることが好ましい。ただし、ローム、シルト及び／又は粘土も使用することができる。地盤用シートも使用することができる。例えば合成材料など、その他の材料も、その多孔度、すなわち外側体積に対する全空洞の容積の比率により、水を貯留して移動させることができるものであれば、使用することができる。
【００８０】
フィルタ装置４４は、貯蔵部４１の内部に配置された少なくとも１つのバリア層４６又は複数のバリア層４６（図４）を含む。バリア層４６も、液体のための少なくとも１つの通路４７を備える。
【００８１】
水を浸透する通路４７を除けば、バリア層４６は、実質的に水を浸透させない材料で構成される。本発明の範囲内では、「実質的に水を浸透させない」という表現は、バリア層４６が、貯蔵部４１に浸透する水の大部分がバリア層４６を通り抜けバリア層４６の上又は下にある領域まで到達することを防止するように形成されていることを意味するものとして理解されたい。
【００８２】
バリア層４６は、貯蔵部４１の多孔性材料４５を通して浄化する液体の浸透経路（図４の矢印を参照）を延長する働きをする。浸透経路を延長することにより、より長い期間、貯蔵部４１の内部に液体を貯蔵することができる。さらに、液体が、より長い時間をかけてフィルタリングされるので、汚染の低減が改善され、その結果、浄化後の液体の品質が改善される。
【００８３】
液体は、バリア層４６に到達すると、その後のバリア層を通じた液体浸透のために蓄積し始める。この蓄積した状態で、液体は、多孔性材料４６の細管に入っていく。その結果、バリア層４６のすぐ上流側の領域では、特に効果的に、細孔内及び細孔上に黒泥及びダートの粒子が堆積又は沈殿する。
【００８４】
バリア層４６は、水平に配置されることが好ましい。これは、バリア層が水平に配置されると、フィルタ装置４４内の液体の浸透経路が最も長くなり、これが、フィルタリング後の水の品質に特に良い影響を与えるからである。ただし、バリア層４６の特性、すなわち液体の浸透経路を長くするという特性が失われないのであれば、バリア層４６をその他の角度でどのように傾斜させてもよい。システム内の個々のバリア層４６の傾斜度は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００８５】
通路４７は、バリア層４６全体に対してわずかな表面積しか占めていない。これは、バリア層４６の全表面に対して５〜２０％の表面積を構成することが好ましい。
【００８６】
通路４７は、バリア層４６の外側領域に配置され、バリア層４６に沿って液体が移動する経路が可能な限り長くなり、それにより特に良好なフィルタリング結果が得られるようになっていることが好ましい。
【００８７】
図４に示すように、少なくとも２つのバリア層４６がある場合には、各場合の２つの隣接するバリア層４６の通路４７は、互いにずらして配置されることが好ましく、特に、液体の浸透経路が最大限長くなるように、互いに反対の位置に配置されることが好ましい。
【００８８】
さらに、フィルタ装置は、貯蔵部４１の底部からほぼ垂直方向上向きに、好ましくは貯蔵部４１の頂部又は頂部のすぐ手前まで延びる収集導管４８を含む。また、収集導管は、井戸の形状で、表面（地表面）Ｏまで延びていてもよい。
【００８９】
収集導管４８は、少なくとも最も下にあるバリア層４６よりも下に、少なくとも１つの開口４９を有し、浄化済みの液体は、この開口を通って流れる、又は浸透することができる。浄化済みの液体は、移動させる、さらに浄化する、及び／又はエネルギーを発生させるために、収集導管４８に貯蔵して提供することができる。
【００９０】
収集導管４８から液体を移動させる方法としては、様々な方法が可能であるが、以下、好ましい２つの方法について述べる。
【００９１】
第１の可能な方法によれば、フィルタ装置４４は、収集導管の内部にポンプ装置Ｐを有することが好ましい。ポンプ装置は、貯蔵部４１の底部に配置されることが好ましい。このポンプ装置Ｐから、管路４が収集導管４８を通って上方に延び出口５０で終端しており、上方に搬送された液体を貯蔵部４１又はフィルタ装置４４に導入して、最も上のバリア層４６の上方で新たな浄化を行うことができるようになっている。
【００９２】
図４に示すように、収集導管４８から延びる管路４は、液体（好ましくは浄化が行われた後の液体）をそれより上又は周辺領域に配置された貯蔵部４２及び４３に提供するために、全ての貯蔵部４１、４２及び４３を通って延び、必要なら表面（地表面）Ｏより上まで延びていてもよい。この目的のために必要な貯蔵部４１、４２及び４３内の位置で、管路４は弁３８を含み、これらの弁において出力管路部分４’’が分岐している。これらの弁３８によって、液体流を必要なら調整することができ、流れの方向を、必要なら、汚染液体と非汚染液体の混合を回避するように決定することができる。浄化が完了している場合には、対応する出力管路部分４’’に対する貯蔵部４１内の弁３８を閉じて、液体が、必要に応じて、頂部に開いている管路４によって、この管路４によって接続されている貯蔵部４２、４３、又は周辺領域に誘導されるようにすることができる。
【００９３】
なお、上述の複数の管路４は全て、図４に図示されている管路４に倣って形成することができ、全ての貯蔵部に跨がって延び、必要なら表面（地表面）Ｏまで延び、対応する弁３８及び出力管路部分４’’を備える。この簡単な方法では、複数の貯蔵部を接続するために少数の管路４しか設けなくてよいので、管路４、２６及び３７の数を削減することができる。また、図４に示す例示的な実施形態の範囲を超えて、貯蔵部４１、４２及び４３の全てに跨がって延びる管路４に、貯蔵部４１、４２、４３ごとにポンプを設け、１本の管路４のみで液体管理システム１、２０、３０、４０を運転できるようにすることも可能である。
【００９４】
収集導管４８から液体を移動させる第２の可能な方法によれば、収集導管４８は、例えばその下にある貯蔵部（図示せず）につながっている立坑５などの接続部より上に位置するように配置することができ、収集導管４８は、（ほぼ完全に）立坑５を取り囲んでいることが好ましい。前述のように、止め弁１０により、立坑５を閉じることができ、また例えば収集導管４８が一杯になったときなどには、必要に応じて開くことができる。液体は、止め弁１０及び立坑５を介して、それより下に配置された貯蔵部に誘導することができる。したがって、同様に、上述した発電機９を備えたタービン８を立坑５内に配置することが好ましい。
【００９５】
貯蔵部４１より下に配置された貯蔵部も、同様に、図４の最も下にある貯蔵部４１に示すようにフィルタ装置４４を備え、浄化性能が改善されるようにすることができる。
【００９６】
本発明の範囲内で、放射性物質で汚濁された液体の場合には、例えばジュラ地域のオパリナス粘土岩層に見られるように、貯蔵部（２、３、２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、４１、４２、４３）又は鉱山（Ｍ）が、粘土岩内に設けられると、特に有利である。これは、ウランで汚染された鉱山の場合には、特に有利である。粘土に含まれる粘土鉱物（例えばカオリナイト）は、放射性物質を結合させる働きをするので、それにより、放射性物質を液体から除去することができる。粘土岩に含まれ、放射性物質を減少させることによって粘土岩内に放射性物質を解放する働きをする鉄鉱物と組み合わせると、地下液体管理システム（１、２０、３０、４０）における液体の浄化をさらに改善することができる
【００９７】
それに加えて、又はその代わりに、貯蔵部（２、３、２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、４１、４２、４３）又は鉱山（Ｍ）の壁が、液体を浄化するために、天然の粘土（特に粘土鉱物を含む粘土）を備えるようにすることもできる。この目的のために、特に鉱山（Ｍ）が粘土岩内に設けられていない場合には、貯蔵部（２、３、２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、４１、４２、４３）の内壁に粘土層を形成してもよい。粘土層が放射性物質と十分に結合したら、或いは粘土層が放射性物質で飽和したら、その粘土層を除去して環境面で信頼できる方法で処分するか、或いは貯蔵又は処理することができる。鉱山（Ｍ）が粘土岩内に設けられている場合には、例えば貯蔵部（２、３、２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、４１、４２、４３）の内壁の最も外側の粘土層を一定間隔で除去し、またそれに応じて処分又は処理して、重度に汚染された粘土層を除去し、「新鮮な」粘土層で浄化を継続することができる。
【００９８】
また、粘土を使用して、地下液体管理システム（１、２０、３０、４０）内に吸収分離壁又は分離層（粘土又は粘土岩からなる）を形成することも可能である。この目的のためには、粘土（粘土岩）で構成される分離壁又は分離層は、天然の又は人工的な方法で、鉱山（Ｍ）内の貯蔵部（２、３、２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、４１、４２、４３）の中又はそれらの間の位置、或いは例えば（汚染された）液体が存在するか又は流れている鉱山（Ｍ）の外部など鉱山から分離した位置に設けられることが好ましい。
【００９９】
これらの例示的な実施形態に関しては、このことは、粘土からなる分離壁又は分離層が、例えば接続立坑５、２７、フィルタ装置２５、管路４、２６、３７、バリア３５、通路３６又はその他の鉱山（Ｍ）内の適当な位置に設けることができるということを意味する。例えば、バリア３５又はフィルタ装置２５自体を、相当する粘土で構成することもできる。同様に、特に放射性物質で汚濁された液体に対しては、粘土からなる追加のバリア層を分離壁及び浄化装置として設けることもできる。
【０１００】
また、フィルタ要素として機能する粘土を、例えば緩い粘土粒子として設け、粘土が汚染液体に接触し、その液体に含まれる放射性物質と結合できるようにすることもできる。換言すれば、粘土は、層又は壁として存在しなければならないわけではなく、例えば「固定された状態」（粘土スラブ又は粘土チャンク）、「固定して配置された状態」（分離層又は分離壁）、「緩く配置された状態」（（画定された）フィルタハウジング内のフィルタ粒子）、又は「任意の緩い状態」（例えば汚染液体中に水簸した状態）など、どのような形態で設けられてもよい。粘土又は粘土岩は、所定量の汚染（放射性）物質が結合したときに必要に応じて交換又は除去することができるように設けられることが好ましい。このようにして、特に放射性物質で汚染された液体のための、効果的な浄化装置が設けられる。
【０１０１】
以下、液体管理システム１、２０、３０、４０を運転する方法について述べる。
【０１０２】
本発明は、鉱山Ｍの液体管理システム１、２０、３０、４０を運転する方法であって、鉱山Ｍの空洞で形成される少なくとも１つの第１の貯蔵部２、２１、２２、２３、３１、３２、４１、４２から、第１の貯蔵部２、２１、２２、２３、３１、３２、４１、４２の底部よりも高い位置に配置された底部を有する少なくとも１つの第２の貯蔵部３、２２、２３、２４、３２、３３、４２、４３に、これらの貯蔵部２、３、２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、４１、４２、４３を接続して液体を流すための少なくとも１本の管路４を介して液体をポンプ圧送するステップを含み、少なくとも１つのポンプ装置Ｐによって、管路４を通して第１の貯蔵部２、２１、２２、２３、３１、３２、４１、４２から第２の貯蔵部３、２２、２３、２４、３１、３２、３３、４２、４３に液体が搬送され、ポンプ装置Ｐが、この液体管理システム１、２０、３０、４０の地熱装置７によって駆動される方法も含む。
【０１０３】
この方法は、浄化段のフィルタ装置２５、４４によって液体を浄化するステップをさらに含み、フィルタ装置２５は、ポンプ装置Ｐに流体接続される、又は貯蔵部２、３、２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、４１、４２、４３を接続する通路５内に流体的に配置されて、液体が、ポンプ圧送工程中に、又は通路５を流れるときに浄化されるようになっている、或いはフィルタ装置４４は、貯蔵部４１を少なくとも部分的に充填する多孔性材料４５で形成され、液体は、多孔性材料４５の中を流れるときに浄化される。
【０１０４】
さらに、通路５は、第１の貯蔵部２、２１、２２、２３、３１、３２、４１、４２と第２の貯蔵部３、２２、２３、２４、３１、３２、３３、４２、４３の間に設けられ、本発明によるこの方法は、通路５に設けられた止め弁１０を必要に応じて開くことによって、液体を第２の貯蔵部３、２２、２３、２４、３１、３２、３３、４２、４３から第１の貯蔵部２、２１、２２、２３、３１、３２、４１、４２に流出させるステップと、通路５を介して流出する液体によってエネルギー発生装置８を駆動することによってエネルギーを発生させるステップとをさらに含み、エネルギー発生装置８は、通路５の止め弁１０より下流側に配置される。
【０１０５】
本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されない。むしろ、そこで述べた様々な特徴は、どのように組み合わせることもできる。
【０１０６】
また、本発明は、ある数の貯蔵部に限定されず、また上述の貯蔵部間の接続部の構成の数及びタイプにも限定されない。例えば、２つ又は複数の貯蔵部を、立坑及び／又は管路並びに対応するポンプ装置、タービン及び止め弁によって互いに接続することができる。これらの貯蔵部は、互いに真っ直ぐに上下に重なるように配置しなければならないわけではなく、上述した少なくとも一部の貯蔵部間の流体接続が可能である限り、水平方向にずらし、又は垂直方向に部分的に重なるように、或いは水平方向にずらし、且つ垂直方向に部分的に重なるようにしてもよい。さらに、任意の各貯蔵部内に任意のタイプ及び任意の数の浄化段（フィルタ装置、浄化装置）を設けることができる。同様に、地熱エネルギーに加えて、システムの運転のために任意のエネルギー源を設けることができる。さらに、地熱エネルギーは、常に、間接的（発電、冷却エネルギー発生）及び直接的（発熱）に使用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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