2025届高三地理微考点学案——废弃矿井蓄洪储能与取热系统

废弃矿井蓄洪储能与取热系统 废弃矿井地热资源不受外部因素影响，是稳定的可再生能源，具有巨大的利用价值。 针对废弃矿井地热资源利用，国内外学者从不同角度进行了有益探索。近年来，极端天气日益频繁，短时强降雨频发，造成地区排洪压力突增，引发区域内重大洪涝灾害，威胁社会正常生产生活秩序。 废弃矿井地下构筑物的工程质量高，改造再利用成本低，是理想的蓄水空间。 利用废弃矿井的地下空间分担区域蓄洪泄洪压力，再利用季节性洪水提取废弃矿井地热，不仅可缓解地区排洪压力，还可实现废弃矿井地下空间及地热能的资源化利用。 废弃矿井蓄洪储能与取热综合利用模式是指在汛期把季节性洪水引至废弃矿井地下空间内，使之与深部地下相对高温岩体发生换热形成高温矿井水，并储存在地下空间内，在冬季时把高温水提至地面，通过热泵换热后再回灌至地层或者处理后用于灌溉、养殖等，提取的热量用于建筑供暖、洗浴等，从而达到蓄洪、储能、利用地热多种功能的废弃矿井地下空间和地热能资源化利用新模式。废弃矿井蓄洪储能与取热模式由引水、蓄水、提水、取热等环节构成，如图1 所示。 1.引水蓄洪系统 引水蓄洪系统是控制蓄水流态、水质的核心机构，由泄洪沟渠及水处理2个子系统组成。泄洪沟渠通过构建引水渠、溢流堰、泄槽、消能防冲段及尾水渠等设施，控制蓄水流态及流量，并消除蓄水动能。水处理系统通过物理及化学方法过滤蓄水中的漂浮物及有机污染物并软化水质。 2.蓄水监测系统 蓄水监测系统是掌握储层巷道蓄水情况的关键机构。储层巷道在抽蓄水循环疲劳载荷作用下，巷道围岩易被冲蚀崩解，导致蓄水流失、水质污染等问题。因此，需要在储层巷道各区域布置监控模块，实现对储层各区域水量、水质及水温等情况的实时监控。 3.提水取热系统 提水取热系统是实现取热用水的最后一环。提水取热系统由提水控制及换热两个子系统构成。提水控制系统通过学习区域用热用水历史情况，智能预测下阶段供暖取热需求，结合井下蓄水水量、水温情况，实现蓄水的智能调度与提取。换热系统首先要对蓄水进行净化处理，避免有机污染物腐蚀设备然后通过热泵机组对提取的矿井水进行取热，满足供暖用水需求。 要实现废弃矿井蓄洪储能与取热，首先需要掌握区域内水文情况及矿井地热分布特征，综合考虑区域蓄洪泄洪需求与废弃矿井可用空间资源，科学规划地表引水系统与地下蓄洪储能空间；其次，要合理改造蓄洪空间，结合储层巷道多场耦合变形机理与传热效率，制定优选的储层巷道防渗改造方案与智能监测系统。在上述基础上，调研周边城镇供暖用水需求，规划布置抽水取热系统，制定技术经济可行的取热供暖方案，实现废弃矿井蓄洪储能与取热目标。 以安徽省为例，淮河流域地势低洼，是分蓄河道超量洪水、削减洪峰的主要区域中。全省2600多万亩肥沃低洼土地，3~4a就要发生长达2~3个月的涝灾，对农业生产影响很大，治理投入高难度大，防洪形势严峻8]。安徽省煤炭资源丰富，主要分布在皖北两淮地区。两淮煤田，尤其是淮南矿区，煤层埋深大、矿井开采深、地层温度高。关闭矿井地处淮河流域，地下空间和地热利用潜力很大。据不完全统计，截至2016年，安徽省废弃矿井可利用地下空间1939万m3，可容纳1.88个西湖水量。 【模拟试题设计举例】(2025届广东省第二次调研考试)针对废弃矿井地下空间利用问题，我国学者提出了废弃矿井蓄洪储能与取热综合利用模式。该模式是在汛期把洪水引至废弃矿井地下空间内，使之与地下相对高温的岩体发生热交换形成高温矿井水，并储存在地下空间内，在冬季时把高温矿井水提至地面用于供暖。安徽省地处长江、淮河中下游，煤炭储量丰富且开采量大，废弃矿井数量超1000个，可利用地下空间接近2000万立方米。图11示意废弃矿井蓄洪储能与取热综合利用模式。 (1)简述安徽省利用废弃矿井进行蓄洪的前提条件。(4分) (2)分析安徽省利用废弃矿井进行蓄洪储能与取热的环境效益。(8分) 【参考答案】 (1)废弃矿井数量多，可利用地下空间大，蓄洪潜力大；季风气候，降水量大且集中;地势低平，水系发达，洪水频发。(每点2分，任2点得4分) (2)利用废弃矿井蓄洪，减少水资源浪费；(2分)开发地热能，增加清洁能源比重，改善能源消费结构；(2分)减少燃煤取暖，减少大气污染；(2分)抬升地下水位，减缓地表沉降(塌陷)，促进矿区生态修复。(2分) 江西省寻乌县位于赣、粤、闽三省交界处，是赣江、东江、韩江三江发源地。上世纪70年代末以来，等乌县稀土开发生产为国家建设和创汇作出重大贡献但由于生产工艺落后和不重视生态环保，昔日的绿水青山变成了“南方沙漠”。 1．寻乌县在稀土矿开采过程中造成的主要问题是（   ） A．草场退化 B．水土流失 C．土地沙漠化 D．生物多样性减少 2．江西省寻乌县在废弃稀土矿山治理中，下列做法不可行的是（   ） A．对地势轻度变形、坡度小、土壤较肥沃、排灌设施完备的塌陷地复垦为耕地 B．在废弃稀土矿区种植经济林和其他林木，提高矿区植被覆盖率 C．废弃矿井均注入水，大力发展水产养殖业，增加经济收入来源 D．对交通便利的废弃稀土矿区，直接治理成建设用地，打造成工业园区 3．阅读图文资料，完成下列要求。 斯里兰卡是印度洋上的岛园，属热带季风气候，是著名的宝石王国。图1是斯里兰卡等高线地形图，图2是斯里兰卡年平均降水量分布图，图3是斯里兰卡标准露天矿井图。 斯里兰卡有重要商业价值的有色宝石矿藏来自冲积砾石，宝石原岩以古老的变质岩为主，稻田下，河道中，到处是可能含有宝石的冲积砾石，埋藏浅，一般都是露天开采。 斯里兰卡经济发展水平一般，但非常重视生态保护，宝石矿开采必须办采矿许可证，由国家宝石和珠宝管理局(简称NGJA)监管，并收取保证金，完成采矿后，如果矿主不恢复土地，NGJA可使用此保证企进行恢复，采矿许可证绝大部分为小规模露天开采许可，机械化开采数量极少且规模也不大，斯里兰卡宝石采矿业分布广，在乡村随处可见，虽经历长年开采，但几乎看不到废弃的矿坑、矿井及因此废弃的土地。 (1)说出斯里兰卡岛水系的形状及形成原因。 (2)简述斯里兰卡降水的空间分布特征及形成原因。 (3)简述宝石形成之后富集于冲积平原的过程。 (4)分析斯里兰卡几乎没有废弃的矿坑、矿井的原因。 4．阅读图文材料，完成下列要求。 全国矿山地质环境调查数据统计，截至2018年我国废弃矿山约99000座。矿山闭坑后，矿体中的硫化矿物，如黄铁矿（FeS2）在开采阶段的氧化产物，溶入恢复中的地下水，形成酸性矿井水。酸性矿井水是世界各国矿区周边地下水及地表水的主要污染源，同时也是导致农田土壤重金属污染的重要原因。下图为废弃矿山地下水污染过程概念图。 (1)分析废弃矿山酸性矿井水的产生原因。 (2)指出废弃矿山酸性矿井水的污染源。 (3)指出采矿过程中产生的次生环境问题。 5．阅读图文资料，完成下列要求。 废弃矿井（见下图）是指因矿产资源枯竭、矿井瓦斯突出、不符合安全开采条件以及其他政策而被关闭的矿井。井下聚集的瓦斯是可燃气体，从地面溢出后会对附近居民造成安全威胁；瓦斯还是一种温室气体，大量释放会破坏生态环境；井下大面积采空区若不能有效填充，会引起地表塌陷；井下仍有多种废弃物（设备、材料等）的矿井，将成为地下水的污染源。 与此同时，废弃矿井仍赋存多种可利用资源，比如地下空间、水、煤及其伴生资源等。国外废弃矿井的资源开发利用，可谓五花八门：有建设深地科学实验室的，有作为压缩空气蓄能发电站的，还有建设地下医院的，美国铁山公司利用废弃矿井建成了第一个地下文件存储中心，安全级别非常高。荷兰则利用废弃矿井中吸收了地热的矿井水建成了一座新型地热发电站，利用废弃矿井通道从地下800米深处泵出热水，产生蒸汽，推动涡轮机转动使发电机产生电能；发电站还用新建管道把热水输往附近300多处民宅、商店、图书馆和大型办公楼以调节室温，待水冷却后再输回矿井深处以循环加热。 （1）说明与地面空间相比，废弃矿井空间资源的优势。 （2）说明荷兰利用废弃矿井建地热发电站的益处。 （3）近年来，我国专家强烈呼吁对废弃矿井不能一关了之，请概括主要原因。 （4）我国废弃矿井数量多、分布广，剩余资源开发利用起步晚、难度大。请为我国开发利用废弃矿井资源提出合理建议。 6．阅读图文资料，完成下列要求。 材料一：随着去产能的深入推进，近年来我国大批矿井被关闭，成为废弃矿井。废弃矿井是指因矿产资源枯竭、矿井瓦斯突出，不符合安全开采条件以及其它政策原因而被关闭报废的矿井。废弃矿井赋存多种可利用资源，比如地下空间、水、煤及其伴生资源、土地等。与地面相比，地下空间在安全性与防护性，环境条件方面也存在一定优势。预计到2030年，我国废弃矿产将达到1.5万处。下图为废弃矿井示意图。 材料二：位于澳大利亚南部沙漠中的库伯佩迪盛产蛋白石（猫眼石），从1915年发现宝石矿后人口开始聚集，形成一个4000人的小镇。当地的气候条件并不适合人类长期居住，城镇主要建在地下矿洞，是世界上唯一一个地下城镇，地下建筑基本不会有自然光作为光源，目前，当地独特的风景线，每年吸引大量来自世界各地的观光客。 （1）阅读材料一，简述与地面空间相比废弃矿井空间资源的优势。 （2）阅读材料二，分析库珀佩迪城镇建在地下矿洞的优缺点。 7．结合材料，回答下列问题。 材料一 2018年12月，德国关停了最后一个煤矿鲁尔区哈尼尔煤矿，原址将被改造为综合性的抽水蓄能电站，设计原理是:利用地表的煤矿塌陷地作为上水库，将地下的废弃巷道改建为储水100万平方米的下水库，在电网的用电低谷时段，或者使用可再生能源的电カ，将下水库的水抽回上水库，蓄积能量;用电高峰时段，将上水库中的水释放到下水库来发电。根据德国的能源发展规划，燃煤发电机组“淘汰一批、保留一批、新增一批”，2022年，最后一座核电站也将结束运营，可再生能源的发电量达到发电总量的31％。 材料二 鲁尔区地理位置示意图和综合性抽水蓄能电站示意图 （1）德国关闭所有煤矿，同时保留和新增了一批燃煤发电机组，分析其主要原因。 （2）鲁尔区哈尼尔煤矿把废弃矿井改造为综合性抽水蓄能电站，引起业界关注。指出图示电站对于矿区发展的重要意义。 （3）专家认为，图示电站在我国西北地区具有很大的借鉴价值。从自然条件的角度，比较我国西北地区与鲁尔区建设这类电站的优势，以及我国西北地区需要采取的改进措施。 1．B 2．C 【解析】1．依据所学知识可知，稀土矿开采过程中，大量剥离地表的土壤和岩石被堆放，会破坏原有的生态系统，使得水土流失问题加剧。所以寻乌县在稀土开采过程中造成的主要问题是造成植被破坏导致植被覆盖率降低，再加上该地为亚热带季风气候，降水量大，所以水土流失加剧，B正确；江西省寻乌县为亚热带季风气候，植被以亚热带常绿阔叶林为主，所以该地区稀土开采破坏的是森林植被而非草场，A错；该地为亚热带季风气候，降水多，出现土地沙漠化的机率不大，C错；寻乌县在稀土开采过程中产生的废水、废气和废渣会对周围环境产生污染，但仅在有矿产的地方进行开采，影响范围小，生物多样性不一定会减少，没有水土流失影响大，D错。故选B。 2．在废弃稀土矿山治理中，下列做法不可行的是“废弃矿井均注入水，大力发展水产养殖业，增加经济收入来源”。这是因为废弃矿井可能存在安全隐患，如井壁不稳定、有毒有害物质渗漏等，盲目注入水进行水产养殖可能会加剧环境污染，且存在较大的安全风险，C符合题意。其他做法在一定程度上有利于废弃稀土矿山的治理和再利用，对江西省寻乌县在废弃稀土矿山治理都有一定的好处，但需根据实际情况进行科学规划和实施，排除ABC三项。故选C。 【点睛】稀土矿：稀土矿是指含有稀土元素的矿石，稀土元素是一组具有相似化学性质的化学元素，广泛应用于电子、光学、医疗、环保等领域。  寻乌县：寻乌县是中国江西省的一个县，位于江西省南部，地处赣、粤、闽三省交界处。  赣江、东江、韩江：赣江、东江、韩江是中国江西省三条主要的河流，它们的源头都在寻乌县。 3．(1)水系呈放射状；形成原因：斯里兰卡为岛屿，地势中有高，四周低。 (2)降水空间分布特征：西南部和东比部较多； 西北部和东南部较少。 或答:西南部最多；从西南部向北、东，东南递减。形成原因：6到9月，西南部位于西南季风的迎风坡，降水多；10月到次年5月，东北季风从海洋带来水汽，遇地形抬升，东北部降水较多。西北部、东南部地形较平坦，冬夏季风难以抬升形成地形雨，降水较少。 (3)含宝石的原变质岩经过地壳运动隆起抬升后露出地表；经风化、侵蚀作用后形成含宝石的小石块；经流水搬运、沉积(堆积)在冲积平原(沉积物中)富集。 (4)管理严格，有恢复矿井的保证金制度管理机构和公众的环保意识都较强，开采规模小易于恢复；水热条件好，自然植被恢复快。 【分析】本题以斯里兰卡等高线地形图、斯里兰卡年平均降水量分布图和斯里兰卡标准露天矿井图为材料，考查区域自然特征和工业区位，考查获取和解读地理信息的能力。 （1） 根据图1，可以看出该岛水系为放射状，成因为海拔中间高，四周低，河流从高向低流，形成放射状水系。 （2） 根据图2可知，该岛为热带季风气候，西北部和东南部降水少，西南部和东北部降水多，因为6到9月，该岛盛行西南季风，西南部位于西南季风的迎风坡，降水多，10月到次年5月，盛行东北季风，东北季风从海洋带来 水汽，遇地形抬升，东北部降水较多。降水空间分布特征为:西南部和东比部较多； 西北部和东南部较少。 或西南部最多；从西南部向北、东，东南递减。 （3） 根据材料，宝石原岩以古老的变质岩为主，现在富集于地表的冲积砾石中。变质岩在地表以下形成，所以先得隆起抬升露出地表。然后风化侵蚀变成碎石块，再在流水等外力作用下搬运堆积(沉积)在海拔较低处富集于冲积平原(沉积物或冲积石)。 （4） “宝石矿开采必须办采矿许可证:由国家宝石和珠宝管理局(简称NGJA)监管，并收取保证金，完成采矿后，如果矿主不恢复土地，NGJA可使用此保证金进行恢复”得出:管理严格，有恢复矿井的保证金制度；根据图3和材料“采矿许可证绝大部分为小规模露天开采许可，机械化开采数量极少且规模也不大”，得出:开采规模小，易于恢复;根据“热带季风气候”可知该地水热条件好，自然植被恢复快；重视生态保护说明管理机构和民众的环保意识都较强。 4．(1)矿体中的硫化矿物因采矿暴露，硫化矿物氧化产物接触水，形成酸性矿井水。 (2)采空区；尾矿库；废渣堆场。 (3)破坏地下含水层；引发地表坍塌。 【分析】本题以我国废弃矿山约99000座为材料，涉及水污染、次生灾害等环境保护知识，考查学生获取解读地理信息、调动运用地理基本知识和基本技能的能力，培养学生综合分析、地理实践的素养。 (1) 根据材料及物理知识，废弃矿山酸性矿井水的产生原因是：看图示开采阶段，矿体中的硫化矿物，如黄铁矿（FeS2）在开采阶段堆积暴露在空气中，会产生黄铁矿氧化产物；在矿山闭坑后，黄铁矿氧化产物溶入恢复中的地下水，形成了酸性矿井水。 (2) 矿山废弃后，开采中的废石、废渣、尾矿随意堆放，使矿体中的硫化矿物，如黄铁（FeS2）产生黄铁矿氧化产物，成为酸性矿井水的污染源。 (3) 采矿过程中产生的次生环境问题：露天采矿时大规模剥离岩土,人为造成水土侵蚀；地下采矿形成的采空区，造成地面沉降塌陷，破坏地下水的自流循环；废矿石的堆积，占用了大面积土地；矿区排放出未经处理的粉尘、废气和废水对环境造成污染。 5．（1）防护性和安全性好；温度、湿度等环境条件稳定，受地面影响小；不受地面风尘、噪声等污染。 （2）利用现成的废弃矿井中的地下热水，可以变废为宝，建设成本低；地热资源清洁环保，利于保护和改善当地环境；能够循环利用，且能量稳定，可以降低运营成本和电价；可以缓解能源紧张状况。（3点即可） （3）我国废弃矿井数量多且还会逐年增加；废弃矿井存在许多安全隐患和环境问题；废弃矿井拥有很多可利用的资源，一关了之易造成资源浪费。 （4）对废弃矿井资源的分布、数量等基本信息进行系统调研（或开展资源调查，摸清家底）；国家出台支持废弃矿井资源开发利用的政策和管理办法（或国家政策支持）；对废弃矿井资源进行安全和价值评估，本着因地制宜的原则，宜填则填，宜用则用（如学习外国经验进行空间开发、旅游开发、建深地科学实验室等）；对废弃矿井进行综合环境治理；加强基础理论和关键技术研究（或解决技术和资金难题）；建立示范工程，积累经验。（3点即可） 【分析】本题考查废弃矿井的相关知识。 【详解】（1）根据题干材料和图中信息可知，废弃矿井位于地下，相对于地面空间，防护性和安全性较好；温度、湿度等环境条件稳定，受地面影响小；不受地面风尘、噪声等污染。 （2）根据材料信息“利用废弃矿井”“地下热水”可知，利用现成的废弃矿井中的地下热水，可以变废为宝，降低建设成本；由“产生蒸汽……产生电能”可知，地热资源清洁环保，利于保护和改善当地环境；由“调节室温”“循环加热”可知，能够循环利用，且能量稳定，可以降低运营成本和电价；由“产生电能”可知，可以缓解能源紧张状况。 （3）我国废弃矿井数量多且还会逐年增加；根据材料可知，废弃矿井存在许多安全隐患和环境问题；废弃矿井还有很多可利用的资源，可以变废为宝进行再利用，一关了之易造成资源浪费等。 （4）废弃矿井在开发利用时要注意结合当地的实际情况，从资源、技术、资金、经验等方面进行分析。我国废弃矿井数量多、分布广，剩余资源开发利用起步晚、难度大，首先应对废弃矿井资源的分布、数量等基本信息进行系统调研，理清基本情况；对废弃矿井资源进行安全和价值评估，本着因地制宜的原则，宜填则填，宜用则用；还可以向荷兰等国家学习相关经验，进行空间开发、旅游开发、建深地科学实验室等；由国家出台支持废弃矿井资源开发利用的政策和管理办法，支持相关开发利用，进行政策扶持；在开发利用的过程中要注意保护生态环境，对废弃矿井进行综合环境治理；从技术和资金层面，要加强基础理论和关键技术研究，解决技术和资金难题；还可以通过建立示范工程，积累经验。 【点睛】解读材料，认识废弃矿井的特点、开发前景及中国废弃矿井利用的现状是解答本题的关键。 6．（1）节约土地资源；防护性和安全性好；温度、湿度等环境条件稳定；受地面影响小；不受风尘、噪声等污染。 （2）优点：利用废弃矿洞，节省建筑材料；热带沙漠气候，太阳辐射强，地下可减少紫外线；地表温差大，地下温度稳定，凉爽宜居；可躲避风沙；利于发展旅游;缺点：利用人工照明，能源消耗大。 【分析】本题主要考查地理环境对人类活动的影响、区域矿产资源开发与可持续性发展等相关知识。难度一般，需要加强对图文材料信息的获取与解读，调动和运用所学地理知识分析作答即可。 【详解】（1）注意材料信息“与地面相比，地下空间在安全性与防护性，环境条件方面也存在一定优势”。与地面空间相比，废弃矿井在空间资源上可以节约土地资源，且安全性与防护性更好；在环境条件方面，与地面空间相比，地下温度、湿度等环境条件更为稳定，受地面影响小；基本不受风尘、噪声等污染的影响。 （2）①优点：城镇建在地下矿洞，可以节省建筑材料，降低房屋建设成本；读图可知，库珀佩迪地处澳大利亚维多利亚大沙漠，属热带沙漠气候，太阳辐射强，城镇建在地下矿洞，一是可以减少紫外线的影响，二是地下温度变化更小，而地表昼夜温差更大。同时，由于减小了太阳辐射的影响，地下矿洞的气候凉爽，适宜居住；根据上题分析可知，地下基本不受风尘、噪声等污染的影响，而该地位于沙漠地区，地表多风沙活动，城镇建在地下可躲避风沙；根据材料“目前，当地独特的风景线，每年吸引大量来自世界各地的观光客”可知，这种地下城镇独特，世界上唯一一个地下城镇，有利于发展旅游。②缺点：根据材料“城镇主要建在地下矿洞，是世界上唯一一个地下城镇，地下建筑基本不会有自然光作为光源”可知，地下建筑基本不会有自然光作为光源，所以需要利用人工照明，能源消耗大。 【点睛】 7．（1）煤炭开采难度加大(成本提高)，人力成本高昂;关闭核电站，导致国内的电力缺口大;充分利用能源工业的原有设施，社会经济效益较高(有利于保障就业);与可再生能源比较，燃煤发电的成本低，发电量稳定，易于调控，受天气和季节影响小。 （2）促进产业转型，形成新的经济增长点和就业岗位;合理利用塌陷地和地下空间，节约土地资源(利用现有的煤矿机电设备，避免资源浪费);有利于防治煤矿废弃后的地表塌陷、环境污染等问题。 （3）鲁尔区气候湿润，降水和河流水量丰富;我国西北地区，风能和太阳能资源丰富。改进措施:露天水库的蒸发旺盛(水量损失较大)，上水库的水面应采取封闭措施。 【分析】本题考查德国鲁尔区的改造措施及对中国西北地区的借鉴意义等知识点。 【详解】（1）关闭煤矿的原因应从环境污染和煤炭开采成本提高角度分析；同时保留和新增一批燃煤发电机组的原因应从燃煤的优点角度分析。据材料一可知，可以充分利用能源工业的原有设施，社会经济效益较高；可以提供更多的就业机会。且与可再生能源比较，燃煤发电的成本低，发电量稳定，易于调控，受天气和季节影响小，因此还保留和新增了一批燃煤发电机组。 （2）鲁尔区哈尼尔煤矿把废弃矿井改造为综合性抽水蓄能电站，电站对于矿区发展的重要意义应从经济效益和社会效益两方面分析。据材料可知，把废弃矿井改造为抽水蓄能电站，可以促进产业转型，形成新的经济增长点，同时提供更多的就业岗位；也可以废弃物再利用，合理利用塌陷地和地下空间，节约当地的土地资，也利用了现有的煤矿机电设备，避免资源浪费；据材料二图可知，同时有利于防治煤矿废弃后带来的地表塌陷、环境污染等问题。 （3）我国西北地区深居大陆内部，气候干旱，降水少，但冬季风强劲，风能资源丰富；多晴天，太阳能资源丰富。而鲁尔区属于温带海洋性气候，气候湿润，降水和河流水量丰富。据材料二图并结合我国西北地区的自然环境特征可知，我国西北地区改进措施应从防水分蒸发角度考虑。 学科网（北京）股份有限公司 $$