礦山水回灌技術(shù)的應(yīng)用與研究

王學(xué)峰，曹宏玉

（赤峰學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

礦山水回灌技術(shù)的應(yīng)用與研究

王學(xué)峰，曹宏玉

（赤峰學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

礦山排水，在天然降水比較豐富地區(qū)對地下水影響不大，但對于干旱半干旱的地區(qū)則影響明顯.對內(nèi)蒙地區(qū)來說，地下水的形成完全靠千百年來天然降水的積累，采礦中排出的任何水量很難在幾十年內(nèi)恢復(fù).本文通過對礦山水回灌地下的應(yīng)用研究，了解地下淺層水對回灌水的接收程度，接收速度以及混合之后產(chǎn)生哪些物理化學(xué)變化.以遠(yuǎn)距離、淺回灌的方式，充分利用礦山水的自然落差，在沒有加壓泵的情況下，實(shí)施回灌.以建設(shè)成本和運(yùn)行成本最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方式，且以存儲水為主要目的的回灌技術(shù)應(yīng)用研究，以期達(dá)到在今后的礦山資源開采中，采礦與水資源的保護(hù)同步進(jìn)行或綠色采礦.

礦山水；淺層回灌；地下存水；綠色采礦

1 立題依據(jù)

礦山水即為了開采礦石加大采掘工作面而抽取的地下水，簡稱為礦山水.據(jù)調(diào)查礦山水的利用形式是：一是用于選礦，用量較大.二是礦區(qū)的生產(chǎn)生活用水.三是農(nóng)民直接用于灌溉農(nóng)田.四是搞水產(chǎn)養(yǎng)殖.五是建公園、人工湖等為人們提供休閑娛樂場所.

上述中無論是何種利用形式都是把水放在地面上的利用.內(nèi)蒙古地區(qū)的礦山水，它的利用形式主要是用于選礦，其次是礦區(qū)的生產(chǎn)生活用水.但是由于內(nèi)蒙地區(qū)是干旱半干旱地區(qū)，由采礦直接排出的水量較少，特別是鉛、鋅、銅等非煤礦山，其挖掘量較少，它的排水量不能保證自身的選礦需要.礦山排出的水除用于生活之外，其余都白白地浪費(fèi)掉.內(nèi)蒙古礦藏的特點(diǎn)是，除煤含量較大之外，其余的有色金屬礦藏是總量大，礦點(diǎn)多，但每個礦的儲量不大.開采時(shí)對水的浪費(fèi)極大，因?yàn)榈V山排出的水大部分被浪費(fèi)，在水量比較豐富的地區(qū)用于選礦的水也要耗掉大量的水.另外，內(nèi)蒙儲量最大的是煤礦，據(jù)估算在7000億噸以上，每開采一噸煤或其他礦，需耗掉水3.5m3，7000億噸煤將耗水24500億m3,再加上星羅分布數(shù)量眾多的非煤礦山，其耗水量將是非常巨大.可以預(yù)見在礦藏開采完畢的那一天，地下水也已干枯.在采礦中如果把剩余的水保存起來，則采礦與水資源保護(hù)可以和諧進(jìn)行.保存的方法有兩種，一是建塘壩、建水庫露天保存.二是回灌到地下.第一種方法在內(nèi)蒙地區(qū)來說很難實(shí)現(xiàn)，由于風(fēng)大、空氣干燥水的蒸發(fā)量很大，根本無法露天保存水.只有采取第二種回灌地下方法才能保存住水.本課題就是研究如何把礦山水回灌到地下，利用地下巨大的空間來保存水.

2 回灌的技術(shù)原里與應(yīng)用

2.1 礦山水的組成

礦山水即開礦過程中為了拓寬采礦工作面而抽取的地下水，這種水根據(jù)采掘深度而不斷加深，它的特點(diǎn)是，隨著工作面的加寬、加深水量逐漸加大，另外，每天24h總有水滲出，且淺層水深層水混合在一起.礦山水抽出來之后有許多雜質(zhì)和污染物，根據(jù)污染物和雜質(zhì)成分組成及水量不同，我們把礦山分為煤礦山水和非煤礦山水.

2.1.1 煤礦礦山水及污染組成

（1）高濁，由于鉆孔和放炮，煤礦水含有輕質(zhì)細(xì)微煤粉和煤質(zhì)腐殖質(zhì)；粒度細(xì)微，比重輕，負(fù)電性強(qiáng)，十分穩(wěn)定，不易凝聚沉降.

（2）高鐵錳，高濃度的二價(jià)鐵、錳金屬離子，接觸空氣后部分二價(jià)鐵、錳金屬離子會轉(zhuǎn)化成高價(jià)鐵錳離子，并吸附包裹在細(xì)微懸浮顆粒表面，形成復(fù)雜的物相基質(zhì).

（3）高礦化度，除含有高濃度的鐵錳金屬離子外，煤礦水中還含有大量鈣、鎂離子以及氯、硫酸根等陰離子，因此具有高礦化特征.

（4）有機(jī)物的污染，由廢棄的液壓油及工作人員的排泄形成的有機(jī)污染.

2,.1.2 非煤礦山水及污染物組成

所謂非煤礦山，主要指除煤礦以外的其他金屬礦藏和非金屬礦藏.非煤礦山水的特點(diǎn)是水量較小，因?yàn)樗牟删蚬ぷ髅姹容^小，其排出的水量就少.它的水污染物組成是：

（1）細(xì)微顆粒，由于開拓工作面而使用炸藥、鉆孔機(jī)械等形成的粉末狀或顆粒狀的礦渣.

（2）高礦化度，由于水的侵蝕作用，一些品質(zhì)較高的礦山其水中也含有較多的重金屬及鈣鎂離子，例如鉛鋅礦其水中的鉛含量較高.

2.2 過濾

過濾是礦山水回灌最重要的環(huán)節(jié)，過濾的好壞直接影響地下水的質(zhì)量，也影響回灌的速度.下面對不同的礦山水，介紹采取不同的過濾方法，僅供參考.

2.2.1 煤礦山水的過濾

煤礦水是所有礦山水成分最為復(fù)雜的也是排水量最大的.考慮到回灌僅是為了保存水，首先對高渾濁度的煤礦水進(jìn)行沉淀.利用重力原理把顆粒較大、較重的碎渣沉淀下來，同時(shí)對懸浮物也進(jìn)行過濾，利用篩網(wǎng)，經(jīng)過幾次過濾，一方面把懸浮于表面或水中的雜質(zhì)去掉，另一方面也能把部分高濃度的離子在空氣氧作用下形成的懸浮顆粒過濾掉.煤礦開采過程中廢棄的液壓油也隨水排出礦山，利用碳吸附的方法也應(yīng)把這部分污染去掉.這樣經(jīng)過沉淀、過濾、吸附過程之后，原來比較渾濁的礦山水變得比較清澈透明.但這時(shí)的礦山水還含有一些金屬離子例如鐵、鉛、鎂等重金屬，金屬離子的過濾必須采取化學(xué)的方法，而化學(xué)方法往往加一些化學(xué)藥品.筆者認(rèn)為礦山水的金屬離子是生來具有的，并非由于采礦才加進(jìn)去的，且附近的地下水也含有同樣的離子，在回灌水與原地下水混合之后，其成分是一樣的，因此沒有必要對回灌水的金屬離子進(jìn)行清理.因?yàn)檫^濾金屬離子必然花費(fèi)大量的人力、物力，且回灌之后與原來的地下水混合，保持了化學(xué)成分不變，回灌的原則就是保持原化學(xué)成分不變.盡量使用物理方法過濾，防治人為的污染，經(jīng)過過濾之后，雖然回灌水還有一定的渾濁，但這樣的渾濁已不影響回灌的速度和污染地下水.

2.2.2 非煤礦山水的過濾

對于非煤礦山水的過濾要比煤礦簡單，它的主要污染就是礦渣和粉末，這些污染經(jīng)過沉淀和篩網(wǎng)過濾之后，礦水就非常清澈，完全滿足回灌的技術(shù)要求.但是這清澈的水同樣有很高的重金屬離子，例如鉛鋅礦中的鉛含量較高.雖然重金屬有污染作用，但也不必進(jìn)行化學(xué)處理，因?yàn)榈V山及周邊地區(qū)的水系同樣含鉛量較高，在這里僅進(jìn)行物理方法過濾，減少不必要的浪費(fèi).

礦山水就是為了開拓采礦作業(yè)面而直接抽取的地下水，并非洗礦用的廢水.礦山水抽取之后所發(fā)生的一些物理化學(xué)變化是比較緩慢的自然過程，如果僅就是把這些水再回灌到地下保存，沒有必要加化學(xué)藥品過濾，盡量采用物理方法過濾，保持原化學(xué)成分不變，過濾的目的就是濾掉人為的污染，減少回灌堵塞的發(fā)生.

2.3 回灌井及其技術(shù)

回灌井是回灌水最后一個環(huán)節(jié)，回灌井的建設(shè)目前有兩種方式，一個是深井回灌，把回灌井打到礦藏以下的深水層.另一個是淺井回灌，即把井打到淺水層就可以.深井回灌的優(yōu)點(diǎn)是回灌水與排出的礦山水之間基本上不構(gòu)成循環(huán)，深井一般都在1000m以上，深層水的壓力比較大，運(yùn)行時(shí)必須加加壓泵才能回灌下去，由此分析，深井的缺點(diǎn)是建設(shè)成本高，運(yùn)行成本也高，很難推廣應(yīng)用.

淺井回灌僅把回灌井打到地面下20m-50m深，它的優(yōu)點(diǎn)是，建設(shè)成本低，運(yùn)行成本也低，特別是有色金屬礦山水的回灌，其運(yùn)行成本更低，因?yàn)樗麄兊牡V井口一般都建在山的高處（有利于排渣），而回灌井必須建在地平面，這樣在礦井的出水口與回灌井之間有一個高度差，利用這個高度差，回灌水可以自行回灌下去.淺井回灌必須選好位置，其原則就是根據(jù)地面的高低走向，選在礦山的下游，盡量遠(yuǎn)離礦山，目的還是使回灌水與礦山排出水之間沒有構(gòu)成循環(huán)，或者盡可能減少這種循環(huán).根據(jù)實(shí)踐，在干旱地區(qū)由于礦山的出水量不大，這種循環(huán)的可能性非常小.無論是深井回灌還是淺井回灌所遇到的最大問題就是堵塞，即回灌時(shí)地下散水部分或散水孔隙被堵塞.堵塞的原因是，礦山水排出之后，在過濾沉淀過程中水中氧氣含量增加與Fe2+作用生成不溶于水的Fe(OH)3，產(chǎn)生化學(xué)堵塞.另外，PH值對水質(zhì)有極大地影響，因?yàn)闅潆x子濃度的變化可引起水中某些成分的溶解和沉淀，并刺激生物的繁殖，產(chǎn)生絮凝作用，形成生物堵塞.上述過程是一個緩慢變化過程，但長期運(yùn)行就形成堵塞.堵塞時(shí)回灌水流量逐漸變小.解決堵塞的辦法有兩種，一個是在回灌井完全不能回灌情況下廢棄這口井，另打一口回灌井，這在淺井回灌時(shí)很容易實(shí)現(xiàn).另一個方法是在回灌井內(nèi)加回?fù)P泵，讓原來的水流產(chǎn)生逆向回流，這樣可以清除沉淀和堵塞.實(shí)踐證明定時(shí)回?fù)P是解決孔隙堵塞比較好的辦法.為了保障回灌水的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，回灌井的個數(shù)應(yīng)按3:1進(jìn)行設(shè)計(jì)，即一條輸水管道對應(yīng)三口回灌井，回灌水畢竟是自然落差，其壓力小流速慢.在水量較大的煤礦，必須加加壓泵才能及時(shí)回灌地下.

2.4 輸水管道

在淺井回灌工程中，輸水管道也是比較重要的，為了避免和盡量減少礦山排出水與回灌水之間的循環(huán)，通過異地回灌的方式，這就需要延長輸水管道，或者說通過遠(yuǎn)距離的輸水來確定合適的回灌井.這樣做的目的一是減少回灌水與礦山水之間的循環(huán)幾率.二是可以大大降低建設(shè)成本（與建設(shè)深井回灌相比較）.三是維護(hù)和運(yùn)行成本也很低，在淺井回灌如果發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的堵塞時(shí)，可以廢棄這個井，但深井回灌由于其建設(shè)成本較高，不會輕易放棄，會加大維護(hù)成本的.因此從實(shí)際應(yīng)用來說，遠(yuǎn)距離輸水的淺井回灌技術(shù)它的可操作性強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn).

3 礦山水回灌地下的可行性

通過以上分析，可以看出回灌過程中所涉及的過濾技術(shù)、輸水技術(shù)、回灌井的建設(shè)等都是大眾化運(yùn)行的、可掌握、可實(shí)行的技術(shù).另外，由于地下水位的大幅度下降也給地下存水留下巨大的空間.因此，礦山水回灌地下無論從技術(shù)上還是環(huán)境上都是可行的.唯一需要研究的是回灌過程中地下徑流的產(chǎn)生、徑流的路徑、徑流的排泄等過程還需要實(shí)踐來認(rèn)識，但這不影響回灌過程的實(shí)施.

礦山水實(shí)際上是很清潔的水質(zhì)，筆者通過對礦山水回灌技術(shù)的應(yīng)用研究，希望礦產(chǎn)資源的開采與保護(hù)水資源從投資和運(yùn)行上可以同步進(jìn)行，做到綠色資源的開采，減少工農(nóng)矛盾，造福子孫.

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1673-260X（2012）06-0117-02