礦山酸性水治理工程實(shí)例

【摘 " "要】：為提高魚洞河流域水環(huán)境質(zhì)量，維護(hù)生態(tài)環(huán)境，對(duì)魚洞河流域受污染的煤礦酸性廢水進(jìn)行試點(diǎn)治理，根據(jù)礦井水污染機(jī)理及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況合理制定治理技術(shù)路線，通過對(duì)地表喀斯特及落水洞地形治理、帷幕注漿、巷道封堵，在末端設(shè)置生態(tài)處理系統(tǒng)等方式，進(jìn)行井上井下聯(lián)合治理，使出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排至天然河道。

【關(guān)鍵詞】：礦山；酸性廢水；巷道封堵；帷幕注漿；生態(tài)處理

【中圖分類號(hào)】：X703 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：C 【文章編號(hào)】：1008-3197（2024）05-75-03

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.05.020

Treatment Project of Acid Mine Drainage

YU Hai-bo

（North China Municipal Engineering Design amp; Research Institute Co.Ltd. ， Tianjin 300074，China）

【Abstract】： In order to improve the water environment quality of the Yudong River Basin and maintain the ecological environment， carried out pilot treatment of the pollutedacid coal mine drainage in the Yudong River Basin. This project reasonably formulates the treatment technical route according to the water pollution mechanism of the mine and the actual situation on site. Through surface karst， terrain treatment of ponor， curtain grouting， roadway blockage， and the installation of an ecological treatment system at the end， the joint treatment on the well and underground is carried out， so that the effluent reached the discharge standard and then discharged to the natural river channel.

【Key words】： mine；acid drainage；roadway blockage；curtain grouting；ecological treatment system

自20世紀(jì)90年代，凱里市進(jìn)行了魚洞河兩岸煤炭開采活動(dòng)，受限于開采、堆放和利用技術(shù)水平限制，大部分礦產(chǎn)資源開采粗放不規(guī)范，其中煤炭開采以落后的小煤窯的形式為主；目前，凱里市政府對(duì)市內(nèi)小煤窯嚴(yán)厲打擊陸續(xù)關(guān)閉，但廢棄的礦洞并未進(jìn)行有效的封堵治理[1]，造成大面積環(huán)境污染[2]，嚴(yán)重影響了周邊居民的生活和生產(chǎn)，常規(guī)廢棄礦洞封堵在該地區(qū)不能根本解決問題。本文根據(jù)礦洞實(shí)測(cè)資料，結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)特點(diǎn)，擴(kuò)大分析污染區(qū)域，從源頭減少礦洞采空區(qū)的積水，通過對(duì)“表巖喀斯特地形治理[3]、帷幕注漿治理[4]、巷道封堵治理及末端生態(tài)處理”等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)改善凱里市魚洞河流域煤礦污染狀況，提高水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)。

1 工程概況

凱里市魚洞河流域州鄉(xiāng)企江口煤礦及金竹沖煤礦酸性廢水治理工程位于喀斯特地區(qū)，該地區(qū)煤礦開采區(qū)一個(gè)重要的特征是水煤共生，含煤地層的上覆地層和下伏地層及煤系地層本身的都有含水層。以煤炭為主的含礦地層常覆蓋在喀斯特含水層之上，在這種水煤資源共生的特定水文地質(zhì)條件下，煤礦的大規(guī)模開采對(duì)地下水資源和循環(huán)條件產(chǎn)生了嚴(yán)重影響；喀斯特含水層不僅影響地下水水質(zhì)、水量，而且會(huì)引起地下水含水層的變化，從而波及到采礦區(qū)周邊。見圖1。

魚洞河屬于長(zhǎng)江流域沅江水系重安江一級(jí)支流、清水江二級(jí)支流，鄉(xiāng)企江口煤礦和金竹沖煤礦廢水豐水期最大涌水量占魚洞河流域最大流量的30%。礦井涌水具有典型酸性煤礦污水特征，pH值低，鐵、錳濃度高。見圖2。

魚洞河流域（平路河—兩岔河）被污染后為劣V類水質(zhì)，屬喪失功能水體，危及3 200人的飲水安全。

鄉(xiāng)企江口煤礦豐水期最大涌水量共計(jì)900 m3/h， pH值＜3，鐵超標(biāo)601倍，錳超標(biāo)10倍；金竹沖煤礦州鄉(xiāng)企江口煤礦豐水期最大涌水量共計(jì)3 500 m3/h， pH值＜3，鐵超標(biāo)430倍，錳超標(biāo)8倍[1～2]：直接受納水體均為魚洞河流域的兩岔河河段。礦坑水體內(nèi)有顆粒狀黃色懸浮物，手感滑膩，有鐵腥味；局部水體呈乳白，但河床和兩岸沉積物為銹紅色；河邊大部分地下水出露點(diǎn)顏色也呈典型的酸性鐵銹紅色；河道內(nèi)外大小不一的砂礫石、鵝卵石表面因鐵氧化物常年累月沉積，呈褐黃至鐵銹紅色。

2 治理工藝

2.1 工藝流程

通過水工環(huán)災(zāi)調(diào)查、地面物探，調(diào)查流域內(nèi)地層層序、巖性組合類型、埋藏條件及分布特征、含水巖組水文地質(zhì)特征和水化學(xué)特征，地下水補(bǔ)、徑、排條件及煤礦采空區(qū)的分布，喀斯特發(fā)育規(guī)律等[3]。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行地表喀斯特、落水洞地形治理、帷幕注漿、巷道封堵，并在末端設(shè)置生態(tài)處理系統(tǒng)，通過井上井下聯(lián)合治理，使出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排至天然河道。

2.1.1 礦井水補(bǔ)給源減量控制

1）在地面采取人為引導(dǎo)、收集等措施，對(duì)地表喀斯特、落水洞地形進(jìn)行治理，減少地表水的補(bǔ)給。

2）對(duì)斷層破碎帶進(jìn)行帷幕注漿改造，探查巖溶管道并予以注漿封堵，減少地下水的補(bǔ)給。

2.1.2 礦井水井下阻斷

采用階梯式封堵方案，對(duì)主次巷道封堵，低海拔封堵高海拔出水，以達(dá)到保護(hù)區(qū)域水體水質(zhì)的治理目標(biāo)。實(shí)施淹沒反壓，將礦井水環(huán)境轉(zhuǎn)為還原環(huán)境，達(dá)到抑制酸性廢水形成的目標(biāo)[3]。

2.1.3 末端生態(tài)處理

通過源頭減量控制和井下阻斷后，在最終涌水口設(shè)置生態(tài)處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦井水達(dá)標(biāo)排放至河道。

2.2 處理單元

根據(jù)礦井水污染機(jī)理及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況合理制定治理技術(shù)路線。本工程主要建設(shè)內(nèi)容包括地表喀斯特、落水洞地形治理、帷幕注漿治理、巷道封堵治理及末端生態(tài)處理等。

2.2.1 地表喀斯特及落水洞地形治理

本次治理工作包括兩個(gè)溶洞、一個(gè)消水洞。治理思路是在溶洞、消水洞水流匯集處建設(shè)擋水墻，阻斷地表水進(jìn)入溶洞、消水洞，通過疏排措施將降雨積水排泄到標(biāo)高相對(duì)低處。施工順序?yàn)橄仁┕な枧艑?dǎo)水渠，后封堵溶洞、落水洞。見圖3。

2.2.2 帷幕注漿治理

根據(jù)地勘資料，為減少地下水的涌入，減少地下水對(duì)溶洞水的補(bǔ)給，在地下水上游部位采用帷幕注漿的方式[4～5]進(jìn)行封堵。

1）帷幕注漿采用普通硅酸鹽水泥，水泥強(qiáng)度等級(jí)為32.5，粉煤灰摻量以注漿試驗(yàn)確定，遇滲漏通道時(shí)應(yīng)灌注水泥砂漿。工程帷幕線總長(zhǎng)度749.95 m，單排布置，孔距10 m。灌漿漿液濃度應(yīng)由稀到濃，逐級(jí)變換，水灰比可采用5、3、2、1、0.7、0.5六個(gè)比級(jí)；開灌水灰比用5∶1，初定帷幕灌漿孔頂灌壓力為0.2 MPa，孔底0.6 MPa，中間段按照灌漿吸漿量試驗(yàn)后確定。帷幕建成后地下水不浸頂流入礦洞；帷幕下限進(jìn)入隔水層≮5 m，帷幕厚度≮5 m。帷幕鉆孔孔徑暫定為91 mm。

2.2.3 巷道封堵

根據(jù)MT/T 5024—1999《煤礦礦井巷道斷面及交岔點(diǎn)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50415—2007《煤礦礦井斜井井筒及硐室設(shè)計(jì)規(guī)范》和現(xiàn)行《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，求永久性封閉的斜井（平硐）井口，要求在距離井口20 m以上的平硐內(nèi)設(shè)置擋水墻并用泥土填封至井口，設(shè)立醒目的警示標(biāo)志，用護(hù)欄隔離。

擬通過采用井下鉆孔封堵巷道內(nèi)地下水涌水點(diǎn)并模擬恢復(fù)巷道原有構(gòu)造層滲透過濾功能以達(dá)到原位出水生態(tài)修復(fù)治理的系統(tǒng)，從源頭封堵地下水涌水點(diǎn)，通過對(duì)巷道井口低海拔封堵高海拔出水來抬高巷道內(nèi)水位標(biāo)高至頂板以上，將水位標(biāo)高以下的水以含水層永久保留在巷道內(nèi)，借助巖層本身滲透過濾功能，將鐵、錳等有害金屬離子截留在山體內(nèi)，改善水體水質(zhì)，達(dá)到保護(hù)區(qū)域水體水質(zhì)的治理目標(biāo)。

2.2.4 末段生態(tài)處理

經(jīng)過上述治理措施后，出水量大大減少，為確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，在現(xiàn)狀空地設(shè)置末端生態(tài)處理系統(tǒng)。根據(jù)工作區(qū)水量水質(zhì)特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)用地情況綜合考慮，擬采用出水點(diǎn)水量疏導(dǎo)—一級(jí)處理系統(tǒng)（生物化學(xué)法）—酸堿平衡反應(yīng)—生物滯留池系統(tǒng)對(duì)項(xiàng)目區(qū)酸性礦井水進(jìn)行治理，最終實(shí)現(xiàn)礦井水鐵、pH值等達(dá)標(biāo)排放至天然河道。根據(jù)豐枯水期水量監(jiān)測(cè)，末段生態(tài)處理規(guī)模為100 m3/h。如出水水量及水質(zhì)均超出本生態(tài)處理設(shè)施的處理能力，明確水量及污染增加來源，調(diào)整礦洞封堵及帷幕治理方案，增加截水措施。見圖4。

1）一級(jí)處理系統(tǒng)：充分利用地形空間進(jìn)行布置，設(shè)置多個(gè)處理單元，交替填充生物填料及緩釋填料，利用氧化亞鐵硫桿菌在酸性條件下將水中的二價(jià)鐵氧化成三價(jià)鐵，然后經(jīng)過石灰石（緩釋材料）進(jìn)行中和反應(yīng)，通過生物化學(xué)反應(yīng)達(dá)到提升酸性廢水的pH值以及有效去除鐵離子的目的。

2）酸堿平衡池+沉淀過濾池處理單元：平衡池中添加片堿溶液，廢水中的鐵離子在偏堿情況下發(fā)生化學(xué)中和反應(yīng)，生成氫氧化鐵沉淀物，并在沉淀池中有效沉淀，達(dá)到去除鐵離子的目的；沉淀池出水去除大部分鐵離子，提高廢水pH值，有效減少后續(xù)反應(yīng)單元負(fù)荷。

沉淀池采用水處理中的斜管沉淀池，有助于沉淀物加速沉淀。產(chǎn)生的沉淀物排至污泥干化池進(jìn)行自然干化及沉淀，定期外運(yùn)集中處理，污泥干化池上清液排入沉淀池后端。

3）生物滯留池處理單元：在廢水進(jìn)入生物滯留池處理單元前大部分鐵離子已去除，通過植物吸收、微生物同化和積累、吸附沉淀、過濾等一系列反應(yīng)后，進(jìn)一步去除廢水中的剩余鐵離子，出水最終達(dá)標(biāo)排放。

3 結(jié)語

項(xiàng)目建成投入運(yùn)行后極大改善凱里市魚洞河流域煤礦污染狀況，提高水環(huán)境質(zhì)量。通過試點(diǎn)治理，使魚洞河流域污染綜合治理的技術(shù)和方案得到有效總結(jié)和積極推廣，對(duì)凱里市的建設(shè)以及構(gòu)建和諧社會(huì)起到良好的效果。

參考文獻(xiàn)：

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