(57)【要約】【課題】  本発明は、廃坑となった炭鉱周辺の沈下鉱害、赤水の地表湧出及び地表湿潤化に対応しながら水資源開発を可能にするため、炭鉱坑道を利用した地下水取水システムを提供する。【解決手段】  地下水取水システム４は、廃坑となった炭鉱の炭鉱坑道１を有効利用するものであり、炭鉱坑道１を構成し、地表と連通する坑道本線２に揚水装置６、坑道本線２と連通し地盤中に延在する坑道支線３に集水トンネル５を形成して炭鉱坑道１周辺の地下水１３を効率よく揚水し、赤水の処理が可能な水質処理装置１２を介して生活用水等の原水として利用するものである。また、坑道支線３及び坑道本線２の両者に粗粒状の固形物８を充填することで、これらを坑壁支持部材として機能させ沈下鉱害等を防止し炭鉱坑道１の安全性を確保する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中に構築され地表面と連通する坑道本線と、該坑道本線に連通し地盤中に延在する坑道支線とを備える炭鉱坑道に設置される地下水取水システムであって、
前記坑道支線の内方に粗粒状の固形物を充填して形成した集水トンネルと、
該集水トンネルより前記坑道本線に集水された地下水を揚水する揚水装置と、
該揚水装置により揚水された地下水を浄化する水質処理装置を備えてなり、
前記揚水装置が、前記坑道本線に沿って延在し、先端部近傍の外周面がドレーン状に成形されているケーシングと、
該ケーシングと前記坑道本線の孔壁との間に充填される粗粒状の固形物と、
該ケーシングの内方に挿入され、脱着自在のフィルターが装着されるフィルター取り付け枠と、
該フィルター取り付け枠の内方に挿入され、前記坑道本線に集水された地下水を揚水する揚水ポンプを備えることを特徴とする地下水取水システム。
【請求項２】
請求項１に記載の地下取水システムにおいて、
前記水質処理装置に、揚水した地下水のｐＨを調整するｐＨ調整機構と、鉄分を除去する除鉄機構を備えることを特徴とする地下水取水システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下水取水システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
我が国は石炭資源に恵まれ数多くの炭田を有しているが、現在そのほとんど全ての炭鉱が廃坑となっている。一般に炭鉱は、廃坑となって相当年数が経過すると、沈下鉱害の発生は終息し浅所陥没等（地表50ｍ以内の掘削跡又は坑道の崩壊に起因）が断続的に発生するものの、長期的には低下傾向となることが知られている。
これに対し、地下水環境に注目すると、廃坑になると坑道湧水によって石炭採掘跡で坑内水位が上昇し、赤水の地表への湧出や地表の湿潤化現象が問題になっている。
【０００３】
これら炭鉱周辺の地下水・廃水は、金属鉱山周辺の地下水や廃水に比べて格段に水質が良好であることから、例えば特許文献１に示すような水処理装置を併用して赤水の原因となる鉄イオンを除去すれば、水資源として利用することも考えられる。
【特許文献１】特許第３４５５８６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、炭鉱の地下水利用は、再度の地盤沈下や変形を伴う可能性が懸念され、実用化に至っていない。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は、廃坑となった炭鉱周辺の沈下鉱害、赤水の地表湧出及び地表湿潤化に対応しながら水資源開発を可能にするための炭鉱坑道に設置する地下水取水システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の地下水取水システムは、地盤中に構築され地表面と連通する坑道本線と、該坑道本線に連通し地盤中に延在する坑道支線とを備える炭鉱坑道に設置される地下水取水システムであって、前記坑道支線の内方に粗粒状の固形物を充填して形成した集水トンネルと、該集水トンネルより前記坑道本線に集水された地下水を揚水する揚水装置と、該揚水装置により揚水された地下水を浄化する水質処理装置を備えてなり、前記揚水装置が、前記坑道本線に沿って延在し、先端部近傍の外周面がドレーン状に成形されているケーシングと、該ケーシングと前記坑道本線の孔壁との間に充填される粗粒状の固形物と、該ケーシングの内方に挿入され、脱着自在のフィルターが装着されるフィルター取り付け枠と、該フィルター取り付け枠の内方に挿入され、前記坑道本線に集水された地下水を揚水する揚水ポンプを備えることを特徴としている。
【０００７】
請求項２記載の地下水取水システムは、前記水質処理装置に、揚水した地下水のｐＨを調整するｐＨ調整機構と、鉄分を除去する除鉄機構を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の地下水取水システムによれば、炭鉱坑道を構成する前記坑道支線の内方に粗粒状の固形物を充填して集水トンネルを形成するとともに、同じく炭鉱坑道を構成する前記坑道本線に集水トンネルより集水された地下水を揚水する揚水装置を設置するから、必要に応じて炭鉱坑道周辺の地下水を地下水取水システムを介して効率よくくみ上げることができるため、炭鉱坑道の周辺地域の地表に赤水が湧出する現象や、地表の湿潤化を防止することが可能となる。
【０００９】
また、前記炭鉱坑道を構成する坑道支線及び坑道本線の両者に、粗粒状の固形物が充填されるから、これらが坑壁保持部材となって沈下鉱害等を防止でき炭鉱坑道の安全性を確保することが可能となる。
さらに、前記坑道支線及び坑道本線の充填には、粗粒状の固形物として、岩石ズリやボタのみでなく、一般工事では廃棄処分されるコンクリートガラ等の建設廃材を再利用することもでき、自然環境への配慮に大きく貢献することが可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の地下水取水システムによれば、前記水質処理装置に、揚水した地下水のｐＨを調整するｐＨ調整機構と鉄分を除去する除鉄機構を備えるから、重金属イオンを効率よく除去できるため、石炭鉱床をもつ地盤に位置し赤水が発生しやすい炭鉱坑道の地下水であっても生活用水等の原水とすることができるため、重要な水資源として利用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の地下水取水システムを図１から図４に示す。本発明は、廃坑となった炭鉱の炭鉱坑道を地下水取水システムとして有効利用するものであり、炭鉱坑道を構成する坑道本線に揚水装置、坑道支線に集水トンネルを形成して炭鉱坑道周辺の地下水を効率よく揚水し、水質処理装置を介して生活用水等の原水として利用するものである。
【００１２】
図１に示すように、石炭を採掘するために構築された炭鉱は、地盤中に炭鉱坑道１を有しており、地表と連通するように鉛直方向に削孔された坑道本線２と、該坑道本線２の先端部近傍で連通し、地盤中の略水平方向に延在する複数の坑道支線３とを有している。
なお、前記坑道支線３は、先端部と比較して坑道本線２との連通部の水平レベルが略低く構成されており、坑道支線３内に浸水した地下水１３は坑道本線２内に集水される構成となっている。
【００１３】
このような構成の炭鉱坑道１には、図３に示すように、地下水取水システム４が形成されている。地下水取水システム４は、炭鉱坑道１周辺の地盤中に存在する地下水１３を揚水し、これを生活用水等の原水として適用できるよう浄化する装置であり、集水トンネル５と揚水装置６と水質処理装置１２により構成されている。
【００１４】
前記集水トンネル５は、前記坑道支線３の内方に粗粒状の固形物８を充填することで構成されており、粗粒状の固形物８は、地盤中の地下水１３に含まれている大きな懸濁物を除去する一次処理部として機能するだけでなく、坑道支線３の坑壁保持部材としても機能している。
なお、本実施の形態において前記坑道支線３の内方に充填している粗粒状の固形物８に、岩石ズリを用いているが、必ずしもこれにこだわるものではなくコンクリートガラ等の建設廃材やボタ等、地下水１３の一次処理部及び坑道支線３の坑壁保持部材として機能するものであれば何れを用いても良い。
【００１５】
上述する構成の集水トンネル５は、炭鉱坑道１に備えられている全ての坑道支線３に形成されており、先にも述べたように、前記坑道支線３が先端部と比較して坑道本線２との連通部の水平レベルを略低く構成されていることから、集水トンネル５内に浸水した地下水１３を、粗粒状の固形物８を介して大きな懸濁物を除去した上で前記坑道本線２に集水する。
【００１６】
また、前記揚水装置６は、前記坑道本線２内に設置されており、前記坑道本線２に沿って延在し、先端部７ａ近傍の外周面に内外を連通するドレーンが成形されているケーシング７と、該ケーシング７と前記坑道本線２の孔壁との間に充填される粗粒状の固形物８と、前記ケーシング７の内方に挿入され、先端部近傍の外周面に脱着自在のフィルター１０が装着されるフィルター取り付け枠９と、該フィルター取り付け枠９の内方に挿入され、前記坑道本線２に集水された地下水１３を揚水する揚水ポンプ１１を備えている。
【００１７】
ここで、前記ケーシング７と前記坑道本線２の孔壁との間に充填される粗粒状の固形物８は、前記集水トンネル５に備えられた粗粒状の固形物８と同様で、坑道本線２に集水された地下水１３に含まれる粗大な懸濁物を除去する一次処理部であり、図４（ａ）の揚水装置６のａ−ａ’断面に示すように、坑道本線２の坑壁保持部材として機能するものである。
【００１８】
また、フィルター１０は、一次処理後の地下水１３に含まれている微細な懸濁物や不純物を除去する二次処理部として機能するものである。本実施の形態では、一般に集水パイプとして適用されているものを用いており、定期的にメンテナンスできるようフィルター取り付け枠９に脱着自在に装着しているが、好ましくはポリプロピレンやポリエチレン等熱接着複合繊維を用いた強度及び耐久性に優れた集水パイプを用いるとよい。
【００１９】
このような構成の揚水装置６は、前記集水トンネル５の粗粒状の固形物８を通過することで一次処理されて前記坑道本線２に集水された前記地下水１３を、再度坑道本線２中の固形物８で一次処理した後、図４（ｂ）の揚水装置６のｂ−ｂ’断面に示すように、ケーシング７のドレーン状に成形された先端部７ａ近傍から中空部に集水するが、少なくともケーシング７のドレーン状に形成されている先端部７ａの高さ範囲には、前記フィルター取り付け枠９に取り付けられたフィルター１０が配置されている。このため、地下水１３を、前記フィルター１０で二次処理した後に、前記揚水ポンプ１１を介して地表に揚水することとなる。
【００２０】
ところで、地下水取水システム４は、図３に示すように、地表に水質処理装置１２を備えており、前記揚水装置６の揚水ポンプ１１を介して揚水された地下水１３は、該水質処理装置１２で浄化された後、生活用水の原水として利用される。
【００２１】
ここで、前記水質処理装置１２は、揚水した地下水のｐＨを調整、つまり地下水中の重金属イオンを除去するに最適なｐＨとなるように調整するｐＨ調整機構１４と鉄分を除去する除鉄機構１５を備えている。これは、上述する地下水取水システム４の構築されている炭鉱坑道１が、石炭鉱床をもつ地盤に位置していることから、地下水１３にいわゆる赤水が発生しやすいことを考慮したものである。
【００２２】
赤水は、石炭鉱床をもつ地盤に多量に含有する黄鉄鋼に起因するものとして一般に知られており、黄鉄鋼は、酸素を含む水すなわち地下水１３に対して化学反応を起こして溶けるもので、酸性の水中において安定して存在する２荷の鉄イオンを生成する。２荷の鉄イオンは、酸性の水中では安定して存在するが、鉄酸化細菌の作用により３荷の鉄イオンに変化すると、ますます酸性化が進行するとともに酸性化に伴い赤色化して、地下水１３を赤水にする。
【００２３】
したがって、前記水質処理装置１２にｐＨ調整機構１４及び除鉄機構１５を備え、地下水１３中から黄鉄鋼等の重金属イオンを除去することで、赤水の発生を防止するものである。
なお、水質処理装置１２は、地下水１３に対して除鉄機構１５及びｐＨ調整機構１４として作用する機能を有していれば、赤水対策に一般に用いられている磁気処理法や電磁場処理法、セラミック処理法、光学式処理法、特許文献１で示した重金属イオン処理装置等、何れを用いても良い。
【００２４】
例えば、水質処理装置１２に特許文献１で示した重金属イオン処理装置を用いた場合の構成を簡略に示すと、水質処理装置１２は、ｐＨ調整機構１４として重金属イオンの強制酸化装置、除鉄機構１５として重金属酸化物を濾過する１０μｍ程度の濾過装置を備える構成となる。ｐＨ調整機構１４である強制酸化装置は、粗粒状の固形物８による一次処理及び前記フィルター１０による二次処理を施された前記地下水１３を、オゾン曝気する装置または過酸化水素Ｈ２ Ｏ２ 等の酸化剤混合装置であり、この装置で酸化された黄鉄鋼等重金属イオンの水酸化物等は、予備フィルターとして機能する除鉄機構１５である濾過装置で除去され、地下水１３を生活用水の原水として利用可能なものに処理する。
【００２５】
このように、地下水取水システム４は、炭鉱坑道１を構成する坑道支線３の内方に粗粒状の固形物８を充填して集水トンネル５を形成して地下水１３を集水し、坑道本線２の設置された揚水装置６を介してこれを効率よく揚水するから地表の湿潤化を防止でき、さらに、揚水した地下水１３に含まれる重金属イオンを水質処理装置１２で除去するから、地下水１３を生活用水の原水とできるものである。
【００２６】
なお、本実施の形態では、図１に示すような炭鉱坑道１を構成する坑道本線２が鉛直状に構築されている炭鉱を参照して地下水取水システム４を詳述したが、該地下水取水システム４を構築する炭鉱は必ずしも上述する構成にこだわるものではなく、図２に示すように、前記坑道本線２が地盤中で斜方に延在する炭鉱に用いても良い。
【００２７】
上述する構成によれば、地下水取水システム４は、炭鉱坑道１を構成する前記坑道支線３の内方に粗粒状の固形物８を充填して集水トンネル５を形成するとともに、同じく炭鉱坑道１を構成する前記坑道本線２に集水トンネル５より集水された地下水１３を揚水する揚水装置６を設置して構成されるから、必要に応じて炭鉱坑道１周辺の地下水１３を揚水装置６を介してくみ上げることができるため、炭鉱坑道１の周辺地域の地表に赤水が湧出する現象や、地表の湿潤化を防止することが可能となる。
【００２８】
また、前記炭鉱坑道１を構成する坑道支線３及び坑道本線２の両者に、粗粒状の固形物８が充填されるから、これらが坑壁支持部材となって沈下鉱害等を防止でき炭鉱坑道１の安全性を確保することが可能となるだけでなく、粗粒状の固形物８に岩石ズリやボタのみでなく、一般工事では廃棄処分されるコンクリートガラ等の建設廃材を再利用することもでき、自然環境への配慮に大きく貢献することが可能となる。
【００２９】
さらに、地下水取水システム４の前記水質処理装置１２に、揚水した地下水１３を最適なｐＨに調整するｐＨ調整機構１と鉄分を除去する除鉄機構１５を備えるから、石炭鉱床をもつ地盤に位置し赤水が発生しやすい炭鉱坑道１から集水される地下水であっても効率よく黄鉄鋼等の重金属イオンを除去して生活用水等の原水とすることができるため、重要な水資源として利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る地下水取水システム４が設置される炭鉱坑道を示す図である。
【図２】本発明に係る地下水取水システム４が設置される炭鉱坑道の他の事例を示す図である。
【図３】本発明に係る地下水取水システム４の詳細を示す図である。
【図４】本発明に係る地下水取水システム４の断面図を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  炭鉱坑道
２  坑道本線
３  坑道支線
４  地下水取水システム
５  集水トンネル
６  揚水装置
７  ケーシング
８  粗粒状の固形物
９  フィルター取り付け枠
１０  フィルター
１１  揚水ポンプ
１２  水質処理装置
１３  地下水
１４  ｐＨ調整機構（強制酸化装置）
１５  除鉄機構（酸化物濾過装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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