CN113233525A - 一种基于地下水流场的硫铁矿山地下水污染修复治理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于地下水流场的硫铁矿山地下水污染修复治理方法，包括以下步骤：在矿山裂隙发育区域浇筑封堵层，同时在矿山顶部的沟谷区域设置至少一个拦水坝，每个拦水坝的底部连通有引水管，引水管的下端延伸至矿山的底部；在巷道的出口处建筑封堵墙，同时在巷道内在加筑至少一道加固墙；在矿山位于巷道的出口周围的地表区域加设有防渗层，同时在矿山位于巷道的出口周围的区域设有至少一个监测井。本发明的有益效果是立足地下水迁移转换规律，采取“源头阻隔、清污分流、末端封堵”的思路，通过工程施工恢复废弃硫铁矿矿山地下水流场，以减少污水浓度和水量进行标本兼治，实现废弃硫铁矿矿山地下水污染人为轻度干预后的自然修复治理。

Description

一种基于地下水流场的硫铁矿山地下水污染修复治理方法

技术领域

本发明涉及地下水污染治理技术领域，具体涉及一种基于地下水流场的硫铁矿山地下水污染修复治理方法。

背景技术

南方地区降水量充沛，地表水与地下水转换频繁，废弃硫铁矿矿区地下水受地表水补给影响明显，受人工开挖影响，矿区裂隙张开度扩大，联通性变强，降水补给增多，使得地下水水量大、氧含量高。天然情况下，地下水接受大气降水补给后，受地形控制多以点状泉水或沿途泄流的形式排泄入沟溪中，地下水的循环深度浅，循环交替速度快，原生地下水的水质良好。无序开采后的硫铁矿矿区山体中巷道多且复杂，形成了多且无序的排泄通道。原来降水入渗通过浅部循环形成未受硫铁矿矿体污染排泄的地下水，转而往深部运移进入矿洞，带入的氧气加剧了地下水与矿体发生化学作用形成酸性矿坑污水，经矿坑口流出后导致地表水土体遭受污染。

目前，废弃硫铁矿地下水污染防控和修复多以末端治理为主，措施如下：在矿坑涌水处集中抽取矿坑酸性废水至污水处理厂处理。但集中抽取污水加快了地下水的循环，上层未受污染的浅部地下水携带氧气往深部运移并通过矿坑排泄，经矿坑形成的污水水量和硫酸根等污染物浓度大幅增加，导致集中抽取的污水处理的成本提高，甚至超过污水处理厂的处理负荷，出现污染物泄露。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于地下水流场的硫铁矿山地下水污染修复治理方法，旨在解决上述技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种基于地下水流场的硫铁矿山地下水污染修复治理方法，包括以下步骤：在巷道的出口处建筑封堵墙。

本发明的有益效果是：治理时，在巷道的出口处采用封堵墙进行封堵，可急剧降低以巷道为排泄通道的矿山区域地下水流速、延长地下水的循环时间、消耗地下水中的氧气，形成巷道内存储水体参与的新的地下水流场G0d2，并在巷道内形成多段稳定的污水区域，减少80％以上的地下污水的排出。巷道封堵后使得矿坑污水不排出，其上游补给的地下水径流速度变慢、带入的氧气大幅减少，同时在巷道充水后形成新的地下水流场，在巷道上部则形成新的潜水面，降水多沿潜水面排泄；潜水面以下的地下水进入深部水循环。在水-岩相互作用下，经长时间、长路径的循环后，地下水污染物浓度大幅降低且不经地表排泄，对生态环境不造成污染和威胁。本发明立足地下水迁移转换规律，采取工程施工恢复废弃硫铁矿矿山地下水流场，采取“源头阻隔、清污分流、末端封堵”的思路，以减少污水浓度和水量进行标本兼治，实现废弃硫铁矿矿山地下水污染人为轻度干预后的自然修复治理。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，在巷道的出口处建筑封堵墙之前，还包括在巷道内加筑至少一道加固墙的步骤。

采用上述进一步方案的有益效果是加筑加固墙可有效减小巷道内水对封堵墙的压力，避免因巷道内水量过大、水压过高而导致封堵墙破坏，从而导致无法封堵住巷道，结构简单，设计合理，提高巷道封堵的效果。

进一步，在巷道内加筑有多道所述加固墙，多道所述加固墙间隔分布在所述巷道内。

采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，进一步保证巷道封堵的效果。

进一步，还包括在矿山裂隙发育区域浇筑用于封堵地表裂缝的封堵层的步骤。

采用上述进一步方案的有益效果是采用封堵层对矿山顶部的裂隙封堵，有效减少降水入渗补给至地下水，从而更多地以地表径流形式排泄至沟谷，使得原来裂隙发育特征下的G1S1、G1S2、G1S3和G1S4等浅层地下水流场发生改变或消失，以减少降水入渗量及携带的氧气量，完成地表防渗工程后种植爬山虎等乡土植物进行景观绿化。

进一步，所述封堵层为混凝土层。

采用上述进一步方案的有益效果是封堵方便，封堵效果较佳，成本较低。

进一步，在矿山裂隙发育区域浇筑用于封堵地表裂缝的所述封堵层之后，还包括在矿山顶部的沟谷区域设置至少一个拦水坝的步骤，每个所述拦水坝的底部连通有引水管，所述引水管的下端延伸至矿山的底部。

采用上述进一步方案的有益效果是在沟谷修建拦水坝将降水形成的清水用引水管道引至矿山下部的地表水系中，原来裂隙发育、巷道作为主要排泄通道特征下的G1d深层地下水流场进入深部循环形成新的G0d1和G0d2等地下水流场，减少了降水入渗进入矿区地下水的水量及氧气量，且地下水经深部长路径径流后在更低的排泄通道以清水的形式排出，实现降水不经过矿区水岩相互作用以清水排出。

进一步，所述拦水坝的数量为多个，多个所述拦水坝间隔分布在矿山顶部不同的沟谷处。

采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，更好的将雨水集中于拦水坝内，并由引水管排出。

进一步，还包括在矿山位于巷道的出口周围的地表区域加设有防渗层的步骤。

采用上述进一步方案的有益效果是巷道的出口周缘进行防渗工程处理，形成新的地下水流场，减少80％以上的污水排出。

进一步，在矿山位于巷道的出口周围的地表区域加设有所述防渗层之后，还包括在矿山位于巷道的出口周围的区域设有至少一个用于地下水水质分析取样及地下水水位监测的监测井的步鄹。

采用上述进一步方案的有益效果是通过监测井对地下水水质分析取样及对地下水水位进行监测，实时掌握地下水修复治理的效果。

进一步，每个所述监测井内固定安装有水泵，所述水泵的出水口与输送管的一端连通，所述输送管的另一端延伸至所述监测井外，并延伸至污水处理厂。

采用上述进一步方案的有益效果是监测井可以在极端降水情况下，降水入渗补给地下水水量大，导致地下水水头高，可能从比巷道周缘地表的防渗层更大范围的区域发生泄漏时，及时地进行地下水抽水改变地下水流场G0S1和G0S2以降低地下水水头，保证地下水修复治理的效果及地表防渗层、巷道多级封堵墙等工程的安全，避免因水头过高发生突水灾害；抽取出的地下水经管道输送至污水处理厂进行末端处理。

附图说明

图1为本发明治理时矿山的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、巷道；2、封堵墙；3、加固墙；4、封堵层；5、拦水坝；6、防渗层；7、监测井；8、污水处理厂。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明提供一种基于地下水流场的硫铁矿山地下水污染修复治理方法，包括以下具体步骤：在巷道1的出口处建筑封堵墙2(图中E)。治理时，在巷道1的出口处采用封堵墙进行封堵，可急剧降低以巷道1为排泄通道的矿山区域地下水流速、延长地下水的循环时间、消耗地下水中的氧气，形成巷道内存储水体参与的新的地下水流场G0d2，并在巷道1内形成多段稳定的污水区域，减少80％以上的地下污水的排出。巷道1封堵后使得矿坑污水不排出，其上游补给的地下水径流速度变慢、带入的氧气大幅减少，同时在巷道1充水后形成新的地下水流场，在巷道1上部则形成新的潜水面，降水多沿潜水面排泄；潜水面以下的地下水进入深部水循环。在水-岩相互作用下，经长时间、长路径的循环后，地下水污染物浓度大幅降低且不经地表排泄，对生态环境不造成污染和威胁。本发明立足地下水迁移转换规律，通过工程施工恢复废弃硫铁矿矿山地下水流场，采取“源头阻隔、清污分流、末端封堵”的思路，以减少污水浓度和水量进行标本兼治，实现废弃硫铁矿矿山地下水污染人为轻度干预后的自然修复治理。

实施例1

在上述结构的基础上，本实施例在巷道1的出口处建筑封堵墙2之前，还包括在巷道1内加筑至少一道加固墙3的步骤。加筑加固墙3可有效减小巷道1内水对封堵墙2的压力，避免因巷道1内水量过大、水压过高而导致封堵墙2破坏，从而导致无法封堵住巷道1，结构简单，设计合理，提高巷道1封堵的效果。

上述加固墙3的作用同样是封堵巷道1。

上述封堵墙2和/或加固墙3均可采用混凝土浇筑而成，也可以采用其他可行的方式。

治理时，如果不加筑加固墙3，当巷道1内的数量过大时，巷道1内的压力过大，有可能会导致封堵墙2破裂而无法起到封堵的作用；加设加固墙3后，施工时先施工加固墙3，然后在施工封堵墙2，从内往外走，避免先施工封堵墙2后工人无法从巷道1出来。

实施例2

在实施例一的基础上，优选地，本实施例中，在巷道1内加筑有多道加固墙3，多道加固墙3间隔分布在巷道1内，结构简单，设计合理，进一步保证巷道1封堵的效果。

上述加固墙3的数量优选为两个(图中C和D)，两个加固墙3间隔分布，巷道1内充满水时，位于所代表的加固墙3(C)的左侧水中补给氧的含量最多，且水体污染最严重的，位于两个加固墙3(C和D)之间的水体次之，位于加固墙3(D)和封堵墙2(E)之间的水体再次之。

当加固墙3的数量为多个时，其具体分布的间距可以根据需求进行设计。

实施例3

在上述结构的基础上，本实施例还包括在矿山裂隙发育区域浇筑用于封堵地表裂缝的封堵层4的步骤。治理时，采用封堵层4对矿山顶部的裂隙封堵，有效减少降水入渗补给至地下水，从而更多地以地表径流形式排泄至沟谷，使得原来裂隙发育特征下的G1S1、G1S2、G1S3和G1S4等浅层地下水流场发生改变或消失，以减少降水入渗量及携带的氧气量，完成地表防渗工程后种植爬山虎等乡土植物进行景观绿化。

图1中的L1、L2、L3及L4处均代表封堵层4。

实施例4

在实施例三的基础上，优选地，本实施例中，封堵层4为混凝土层，封堵方便，封堵效果较佳，成本较低。

实施例5

在实施例三的基础上，本实施例中，在矿山裂隙发育区域浇筑用于封堵地表裂缝的封堵层4之后，还包括在矿山顶部的沟谷区域设置至少一个拦水坝5的步骤，每个拦水坝5的底部连通有引水管，引水管的下端延伸至矿山的底部。在沟谷修建拦水坝将降水形成的清水用引水管道引至矿山下部的地表水系中，原来裂隙发育、巷道作为主要排泄通道特征下的G1d深层地下水流场进入深部循环形成新的G0d1和G0d2等地下水流场，减少了降水入渗进入矿区地下水的水量及氧气量，且地下水经深部长路径径流后在更低的排泄通道以清水的形式排出，实现降水不经过矿区水岩相互作用以清水排出。

上述每个引水管可以沿着矿山的侧壁向下延伸，也可以在矿山上设置安装缝，引水管位于安装缝内。

上述拦水坝5、封堵层4及加固墙3可以同时存在，也可以任意两种组合存在，优选三者同时存在，治理效果更佳。

实施例6

在实施例五的基础上，优选地，本实施例中，拦水坝5的数量为多个，多个拦水坝5间隔分布在矿山顶部不同的沟谷处，结构简单，设计合理，更好的将雨水集中于拦水坝5内，并由引水管排出。

实施例7

在上述结构的基础上，本实施例中，还包括在矿山位于巷道1的出口周围的地表区域加设有防渗层6的步骤。治理时，巷道1的出口周缘的地表区域进行防渗工程处理，形成新的地下水流场，减少80％以上的污水排出。

优选地，本实施例中，上述防渗层6采用混凝土浇筑而成，防渗效果较佳，成本较低。

上述拦水坝5、封堵层4、加固墙3及防渗层6可以同时存在，也可以任意两种或任意三种组合存在，优选同时存在，治理效果更佳。

实施例8

在实施例七的基础上，本实施例中，在矿山位于巷道1的出口周围的地表区域加设有防渗层6之后，还包括在矿山位于巷道1的出口周围的区域设有至少一个用于地下水水质分析取样及地下水水位监测的监测井7的步骤。治理过程中，通过监测井7对地下水水质分析取样及对地下水水位进行监测，实时掌握地下水修复治理的效果。

优选地，本实施例中，监测井7的数量优选多个，多个监测井7即那个合理的分布在巷道1的出口周围。

上述监测井7可以与上述各种治理方案同时存在，进一步加强治理的效果。

实施例9

在实施例八的基础上，本实施例中，每个监测井7内固定安装有水泵，水泵的出水口与输送管的一端连通，输送管的另一端延伸至监测井7外，并延伸至污水处理厂8。在正常雨水量的情况下，监测井7的作用就是供水质分析取样和地下水水位监测；当雨量较大，监测井7在极端降水情况下，降水入渗补给地下水水量大，导致地下水水头高，可能从比巷道1周缘地表的防渗层6更大范围的区域发生泄漏时，及时地进行地下水抽水改变地下水流场G0S1和G0S2以降低地下水水头，保证地下水修复治理的效果及地表防渗层6、巷道1中的多级封堵墙2等工程的安全，避免因水头过高发生突水灾害；抽取出的地下水经管道输送至污水处理厂8进行末端处理。

本发明中，上述所涉及到的G1代表的是治理前地下水流场的分布图，G0代表的是修复后地下水流场的分布图；GS代表的是浅层地下水流场的分布图，Gd代表的是浅层地下水流场的分布图。

当上述所有的治理措施同时存在时，该方案的治理原理如下：

(1)源头阻隔：在矿山裂隙发育区域浇筑封堵层4；

(2)清污分流：在矿山顶部的沟谷区域设置拦水坝5，每个拦水坝5的底部连通有引水管，引水管的下端延伸至矿山的底部；

(3)末端封堵：在巷道1的出口处建筑封堵墙2，同时在巷道1内在加筑至少一道加固墙3；

(4)地表防渗：在矿山位于巷道1的出口周围的地表区域加设有防渗层6；

(5)在矿山位于巷道1的出口周围的区域设有监测井7，雨量大时通过水泵将监测井7内部的水送至污水处理厂8进行处理。

本发明所提供的地下水污染“源头阻隔、清污分流、末端封堵”修复治理技术，克服了降水量大、降水对地下水补给明显等自然因素的难题，极大的减少了地下污水的量、降低了污染物的浓度，比采取污水处理装置进行末端治理减少了80％的污水量，极大的降低了地下水污染修复治理成本，可有效解决中国南方地区废弃硫铁矿地下水污染防治的难题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于地下水流场的硫铁矿山地下水污染修复治理方法，其特征在于，包括以下步骤：在巷道(1)的出口处建筑封堵墙(2)。

2.根据权利要求1所述的基于地下水流场的硫铁矿山地下水污染修复治理方法，其特征在于：在巷道(1)的出口处建筑所述封堵墙(2)之前，还包括在巷道(1)内加筑至少一道加固墙(3)的步骤。

3.根据权利要求2所述的基于地下水流场的硫铁矿山地下水污染修复治理方法，其特征在于：在巷道(1)内加筑有多道所述加固墙(3)，多道所述加固墙(3)间隔分布在所述巷道(1)内。

4.根据权利要求1-3任一项所述的基于地下水流场的硫铁矿山地下水污染修复治理方法，其特征在于：还包括在矿山裂隙发育区域浇筑用于封堵地表裂缝的封堵层(4)的步骤。

5.根据权利要求4所述的基于地下水流场的硫铁矿山地下水污染修复治理方法，其特征在于：所述封堵层(4)为混凝土层。

6.根据权利要求4所述的基于地下水流场的硫铁矿山地下水污染修复治理方法，其特征在于：在矿山裂隙发育区域浇筑用于封堵地表裂缝的所述封堵层(4)之后，还包括在矿山顶部的沟谷区域设置至少一个拦水坝(5)的步骤，每个所述拦水坝(5)的底部连通有引水管，所述引水管的下端延伸至矿山的底部。

7.根据权利要求6所述的基于地下水流场的硫铁矿山地下水污染修复治理方法，其特征在于：所述拦水坝(5)的数量为多个，多个所述拦水坝(5)间隔分布在矿山顶部不同的沟谷处。

8.根据权利要求1-3任一项所述的基于地下水流场的硫铁矿山地下水污染修复治理方法，其特征在于：还包括在矿山位于巷道(1)的出口周围的地表区域加设有防渗层(6)的步骤。

9.根据权利要求8所述的基于地下水流场的硫铁矿山地下水污染修复治理方法，其特征在于：在矿山位于巷道(1)的出口周围的地表区域加设有所述防渗层(6)之后，还包括在矿山位于巷道(1)的出口周围的区域设有至少一个用于地下水水质分析取样及地下水水位监测的监测井(7)的步骤。

10.根据权利要求9所述的基于地下水流场的硫铁矿山地下水污染修复治理方法，其特征在于：每个所述监测井(7)内固定安装有水泵，所述水泵的出水口与输送管的一端连通，所述输送管的另一端延伸至所述监测井(7)外，并延伸至污水处理厂(8)。

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