CN108590751A - 一种矿山井下尾砂水原位处理方法及可渗透反应充填挡墙 - Google Patents

Abstract

一种矿山井下尾砂水原位处理方法及可渗透反应充填挡墙，采场回采结束进行充填之前，在采场底部需要封闭的巷道口构筑柔性密闭滤水挡墙。挡墙骨架由嵌入围岩的锚杆和两层钢筋网焊接组成。内层钢筋网上绑扎金属网，金属网与钢筋网之间设置滤水材料并覆盖整个巷道断面。在两层钢筋网内垂直平行排列设置开有透孔的波纹管PRB反应单元，内部填充有功能性活性填料，并与内层钢筋网固定在一起。采用喷射混凝土将钢筋网全部填充形成一定厚度的构筑挡墙。本发明具有墙体构筑施工简便、受力性能及挡浆滤水效果好，运行和维护费用低等特点，并能在挡墙内形成活性反应区，有效捕获和去除尾砂水中的污染物，防止地下水污染。

Description

一种矿山井下尾砂水原位处理方法及可渗透反应充填挡墙

技术领域

本发明属于充填采矿技术领域，涉及一种矿山井下尾砂水原位处理方法及可渗透反应充填挡墙。

背景技术

随着采矿工业的发展以及对安全、环境保护要求的不断提高，作为主要采矿方法之一的充填法在矿山的应用比例不断增加。相对于崩落法和空场法，充填法虽然成本相对较高，工艺相对复杂，生产能力相对较低，但其适应性强、矿石损失率小、贫化率低、作业安全、能有效控制地压和地表塌陷。同时将井下废石、地表废渣和尾砂等作为充填料充填至采空区，节约了地表堆存的土地，减少了尾矿库溃坝等地质灾害和环境污染事故的发生，安全和环境的显性效益显著，使得充填采矿法在近年来得到大力推广和应用。

但是，井下充填对地下环境的二次污染问题亦不断引起人们的关注和重视，主要表现为间接导致的碳排放增加和地下水的隐性污染。其中地下水污染的主要原因为尾砂与选矿工艺废水没有经过无害化处理直接充填至井下。这些尾砂与选矿化学药剂含有大量重金属(包括砷、镉、铬、汞、铍、铊、铜、铅等及其化合物；稀土金属、放射性金属元素等)、有毒有害的有机污染物(挥发性卤代烃类、苯系物、苯胺类、酞酸酯类、丙烯腈等)与无机污染物(氰化物、氰络合物等，有毒物质重铬酸盐、氟硅酸盐等)，尾砂水大部分会通过采场滤水设施进行脱水排至矿井水仓并抽出至地表，其余则通过与充填体相连的岩体节理裂隙等通道缓慢入渗到地下潜水和承压水地层中，造成地下水污染。

针对充填体造成的地下水环境负效应问题，最有效措施是在充填工艺实施前对充填材料进行无害化处理。但是，由于充填材料的无害处处理成本高，处理能力有限无法满足井下充填量的要求，引起充填效率大幅下降，国内矿山无论是地表的充填材料的预处理，还是充填工艺过程中尚未有开展针对充填体有毒害污染物处理技术的相关报道。

发明内容

本发明针对日益增加的井下充填，尤其是尾砂胶结或非胶结充填的地下矿山提供一种在强度上不仅满足承受来自填料的作用力和井下爆破震动作用的同时，还可以实现充填料滤水和废水的原位处理与净化，防止地下水污染的矿山井下尾砂水原位处理方法及可渗透反应充填挡墙。

一种矿山井下尾砂水原位处理方法，在矿山井下采场回采结束进行充填之前，首先对采空区和可实施挡墙施工巷道进行分析，选择巷道断面较小、围岩稳固的内楔形巷道位置为挡墙施工位置，然后根据需处理的充填体对挡墙的力学性能进行受力分析，获得挡墙与采空区边界的安全距离和挡墙厚度，然后根据分析的结果对挡墙进行施工，在挡墙骨架布设好后，在挡墙面向采空区的一侧的底部开设引水槽，在挡墙面向采空区的一侧的骨架上固定多个沿垂直方向布设的管体，所述管体与挡墙的高度相匹配，相邻管体之间设有间距，所述管体内填充有用于过滤尾砂水中污染物的活性填料，所述管体面向采空区一侧上预先开设有多个沿轴向布设进水口，进水口上用土工布封闭，所述管体的底部设有出水口与引水槽连接，再将与挡墙大小相匹配的滤水材料层固定在骨架上使得管体的进水口通过滤水材料层与采空区连接，最后通过喷浆方式对滤水材料层、管体、挡墙骨架进行混凝土浇筑。采用本方法，将过滤装置与挡墙完整的结合在一起，从而不需要将充填体中滤出的污染水从地下抽至地面进行处理，可以实现矿山井下尾砂水的原位处理，管体内可根据矿山充填材料中重金属、有机和无机污染物质选择功能活性材料介质，从而方便对不同情况进行处理，运行和维护费用较低。

进一步的，挡墙骨架的布设具体如下：首先将多根内层锚杆和多根外层锚杆按照挡墙厚度布设好位置,将内层锚杆和外层锚杆沿巷道岩壁垂直方向打入巷道岩壁并固定，内层锚杆和外层锚杆外露部分别用与钢筋焊接形成内层钢筋网和外层钢筋网，然后用钢筋将内层钢筋网与外层钢筋网绑扎或焊接形成挡墙骨架。

进一步的，在挡墙中心顶部位置设置充填观察口，便于观察空区内充填情况，用挡板遮挡，充填接顶前用砖砌上密封。

一种可渗透反应充填挡墙，包括设置于矿山井下巷道与采空区之间用于隔离巷道与采空区的挡墙本体、设置在挡墙本体面向采空区一侧的PRB反应单元和布设在巷道底部与PRB反应单元连接的引水槽，所述PRB反应单元包括仅供尾砂水通过的滤水材料层、用于过滤尾砂水中污染物的过滤层和将从滤水材料层的尾砂水导入过滤层的导水装置，所述滤水材料层设置在采空区与过滤层之间，所述过滤层的出水口与引水槽连接。本装置将过滤装置与挡墙完整的结合在一起，从而不需要将充填体中滤出的污染水从地下抽至地面进行处理，可以实现矿山井下尾砂水的原位处理，管体内可根据矿山充填材料中重金属、有机和无机污染物质选择功能活性材料介质，从而方便对不同情况进行处理，运行和维护费用较低。

进一步的，所述导水装置为柔性耐腐蚀的波纹管，所述挡墙本体面向采空区的一侧上固定多个沿垂直方向布设的波纹管，所述波纹管与挡墙本体的高度相匹配，所述波纹管面向滤水材料层设置有多个沿轴向布设的进水口，所述波纹管内填充活性填料作为过滤层，本例中过滤层优选铁基填料、矿物填料、活性炭、微生物菌剂和/或释氧化合物。

进一步的，所述引水槽上设有引水槽挡板与波纹管的出水口连接。

进一步的，相邻波纹管的进水口交错布设。

进一步的，所述波纹管的顶部设有方便对活性填料填装的开口。

进一步的，所述滤水材料层包括两层与挡墙大小相匹配的金属网和固定在两张金属网之间的滤水材料。

进一步的，所述滤水材料可根据需要选择土工布、纱布、麻袋布等材料。

综上所述，本发明具有墙体构筑施工简便、受力性能及挡浆滤水效果好，运行和维护费用低等特点，并能在挡墙内形成活性反应区，有效捕获和去除尾砂水中的污染物，防止地下水污染。

附图说明

图1为本发明挡墙安装在巷道内的剖视图。

图2为图1中B-B线剖面图。

图3为图2中C-C线剖面图。

附图中，1—金属网；2—滤水材料层；3—内层横筋；4—内层纵筋；5—内层锚杆；6—观察口；7—外层锚杆；8—外层纵筋；9—外层横筋；10—巷道； 11—钢筋；12—混凝土；13—波纹管；14—引水槽挡板；15—引水槽；16—围岩；17—充填体；18—采空区；19—进水口；20—纱布；21—活性填料。

具体实施方式

为了便于理解本发明,下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

如图1所示的一种井下尾砂水原位处理可渗透反应充填挡墙为一种柔性密闭滤水挡墙，挡墙骨架由内层钢筋骨架(包括内层锚杆5、内层横筋3、内层纵筋4)和外层钢筋骨架(包括外层锚杆7、外层横筋9、外层纵筋8)，以及钢筋 11组成。其余部分还包括金属网1、滤水材料层2、波纹管PRB反应单元(包括波纹管13、进水口、土工纱布20及活性填料21)、引水槽挡板14、引水槽15 和混凝土12。

在采场回采结束进行充填之前，首先进行采空区18和可实施挡墙施工巷道的调查，选择巷道断面较小、围岩16相对稳固且内楔形巷道10进行挡墙施工，以提供更好地支撑效果。根据充填体(料浆)17的力学性能进行挡墙受力分析，获得挡墙与采空区边界的安全距离和最佳挡墙厚度。根据最佳挡墙厚度确定内层钢筋网与外层钢筋网的最小间距，本案例取300mm。内(外)层骨架横筋间距取600mm,纵筋间距取400mm，并在巷道的顶底板和边壁上进行标示。

采用凿岩台车垂直巷道壁打孔，深度控制在400～500mm,同时保证沿巷道壁的每排锚杆眼在一个垂直平面上。锚杆孔清理完毕后，将内层锚杆5和外层锚杆7打入钻孔，本例中，所述内层锚杆5和外层锚杆7均为楔形锚杆，锚杆深入围岩400mm，外露部分300mm左右。在巷道底部内外层骨架钢筋网中间靠近内层骨架处开凿深度180mm×宽200mm的引水槽15,长度与巷道宽度一致，并在上部铺设引水槽挡板14。引水槽15与巷道排水沟连通，经波纹管13处理的污水由引水槽15排入巷道排水沟。随后进行挡墙骨架钢筋网的安装，采用焊机在水平和垂直方向将φ＝16mm的普通圆钢(螺纹钢)于外漏的锚杆头进行焊接，即内层横筋3、内层纵筋4形成内层骨架，外层横筋9与外层纵筋8形成外层骨架。将纵筋与横筋采用扎丝绑扎固定。

截取一定长度的柔性耐腐蚀波纹管13，管径约150mm。每隔一定距离设置进水口，孔径约100mm，形成尾砂水的滤水通道。所有进水口保持同一方向，随后用纱布20将波纹管13缠绕固定，并封闭进水口。将波纹管下端采用防腐性能更好地土工布密封，防止后续填料时的泄露。将波纹管垂直牢固绑扎在内层骨架的纵筋上，并使波纹管进水口朝向采空区18。根据矿山尾砂中重金属等污染物质成分，选择相应的功能性活性填料21从波纹管上端开口处进行填装，填满后同样采用土工布对开口密封。

将滤水材料(如可根据需要选择土工布、纱布、麻布袋等材料)绑扎在金属网上1(废旧金属网均可)构成滤水材料层，确保绑扎质量，两张麻袋搭接长度不小于200mm，保证喷浆时麻袋不会与金属网脱离。将金属网1与滤水材料一起绑扎在内层金属网上，滤水材料面朝向喷浆方向，两张金属网之间搭接长度不小于400mm，并覆盖整个板墙范围。截取13根500mm的钢筋11(废旧钢筋均可)垂直绑扎在内外层钢筋骨架上，既作为喷浆厚度指示棒，又起支撑和固定两层钢筋的作用，布置方式见图3所示，以便于绑扎固定。在挡墙中心顶部位置设置充填观察口6，用挡板遮挡，充填接顶前用砖砌上密封。挡墙骨架、PRB 反应单元等工序施工完毕，喷射混凝土之前进行施工质量检查。检查合格后可进行喷浆，形成挡墙墙面，喷浆混凝土12应将内外层骨架包裹，并与钢筋11 的外层齐平。喷浆一次性完成，且在挡墙周边200mm范围内适当增加喷浆厚度，增加挡墙与巷道之间的粘结力和摩擦力，挡墙养护24-48小时后到达要求强度后可进行采空区充填作业。

以上仅为本发明具体实施案例说明，不能以此限定本发明的权力保护范围。凡在发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种矿山井下尾砂水原位处理方法，其特征在于，在矿山井下采场回采结束进行充填之前，首先对采空区和可实施挡墙施工巷道进行分析，选择巷道断面较小、围岩稳固的内楔形巷道位置为挡墙施工位置，然后根据需处理的充填体对挡墙的力学性能进行受力分析，获得挡墙与采空区边界的安全距离和挡墙厚度，然后根据分析结果对挡墙进行施工，在挡墙骨架布设好后，在挡墙面向采空区的一侧的底部开设引水槽，在挡墙面向采空区的一侧的骨架上固定多个沿垂直方向布设的管体，所述管体与挡墙的高度相匹配，相邻管体之间设有间距，所述管体内填充有用于过滤尾砂水中污染物的活性填料，所述管体面向采空区一侧上预先开设有多个沿轴向布设进水口，进水口上用土工布封闭，所述管体的底部设有出水口与引水槽连接，再将与挡墙大小相匹配的滤水材料层固定在骨架上使得管体的进水口通过滤水材料层与采空区连接，最后通过喷浆方式对滤水材料层、管体、挡墙骨架进行混凝土浇筑。

2.根据权利要求1所述的矿山井下尾砂水原位处理方法，其特征在于：挡墙骨架的布设具体如下：首先将多根内层锚杆和多根外层锚杆按照挡墙厚度布设好位置,将内层锚杆和外层锚杆沿巷道岩壁垂直方向打入巷道岩壁并固定，内层锚杆和外层锚杆外露部分别用与钢筋焊接形成内层钢筋网和外层钢筋网，然后用钢筋将内层钢筋网与外层钢筋网绑扎或焊接形成挡墙骨架。

3.根据权利要求1所述的矿山井下尾砂水原位处理方法，其特征在于：在挡墙中心顶部位置设置有便于观察空区内充填情况的充填观察口。

4.一种可渗透反应充填挡墙，其特征在于：包括设置在矿山井下巷道与采空区之间用于隔离巷道与采空区的挡墙本体、设置在挡墙本体面向采空区一侧的PRB反应单元和布设在巷道底部与PRB反应单元连接的引水槽，所述PRB反应单元包括仅供尾砂水通过的滤水材料层、用于过滤尾砂水中污染物的过滤层和将从滤水材料层的尾砂水导入过滤层的导水装置，所述滤水材料层设置在采空区与过滤层之间，所述过滤层的出水口与引水槽连接。

5.根据权利要求4所述的可渗透反应充填挡墙，其特征在于：所述导水装置为柔性耐腐蚀的波纹管，所述挡墙本体面向采空区的一侧上固定多个沿垂直方向布设的波纹管，所述波纹管与挡墙本体的高度相匹配，所述波纹管面向滤水材料层设置有多个沿轴向布设的进水口，所述波纹管内填充活性填料作为过滤层。

6.根据权利要求5所述的可渗透反应充填挡墙，其特征在于：相邻波纹管的进水口交错布设。

7.根据权利要求5所述的可渗透反应充填挡墙，其特征在于：所述波纹管的顶部设有方便对活性填料填装的开口。

8.根据权利要求4所述的可渗透反应充填挡墙，其特征在于：所述引水槽上设有引水槽挡板与波纹管的出水口连接，所述引水槽与巷道排水沟连通。

9.根据权利要求4所述的可渗透反应充填挡墙，其特征在于：所述滤水材料层包括两层与挡墙大小相匹配的金属网和固定在两张金属网之间的滤水材料。

10.根据权利要求9所述的可渗透反应充填挡墙，其特征在于：所述滤水材料为土工布、纱布或/和麻袋布。