CN114920308B - 地下矿山废水零排放工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种地下矿山废水零排放工艺，包括用水系统、回水补给系统和新水补给系统，用水系统包括采矿系统、充填系统及选矿系统；新水补给系统包括井下涌水系统和外界水系统；包括如下步骤：首先计算出总用水量；其次计算出各个环节的回水补给量；再次计算出井下涌水量、多余水量以及堵水率，并设定预设堵水率的值；最后利用设定的预设堵水率计算出堵水后的井下涌水量，进而计算出外界补给量。本发明通过精准的计算，结合帷幕注浆和地表清污分流对井下涌水系统的涌水量进行限制，然后通过外界水系统进行补给，使井下涌出的水全部利用，整体上实现废水零排放的绿色开采。

Description

地下矿山废水零排放工艺

技术领域

本发明涉及矿山废水处理技术领域，尤其涉及一种地下矿山废水零排放工艺。

背景技术

在矿山开采过程中，特别是大水金属矿山的开采，会存在矿井水不能完全被消耗的问题，这种情况下通常需要将矿井水外排，但是含重金属的水排入自然水体后势必会对周围的水资源造成影响。为了避免含重金属的水对周边水资源的污染，尤其是一些处于水资源敏感地带的矿山，例如下游分布有多处居民饮用水源的矿山，将无法对该矿区内的矿产资源进行开发和有效利用，从而无法提升该地区的经济效益和社会效益，特别是对于资源条件好的高品位矿山，会因无法开采而造成矿产资源的严重浪费。

现如今国家号召创建绿色矿山，绿色可持续发展才是矿山企业的必由之路。随着环保政策的日益严格，一方面，新、改、扩建的重金属行业的重点建设项目必须遵循重金属污染物“减量置换”或“等量替换”的排放原则；另一方面，外排水需要满足极高的要求，部分地区甚至需要矿山企业实现零排放。在现如今的形势下，矿山企业的压力越来越大，企业需要将井下涌水和生产废水完全利用，以解决废水排放无环境容量的问题。因此，如何实现矿山企业废水零排放是亟待解决的问题。

申请号为CN202110618397.0的专利公开了一种大水矿山矿井水的综合治理方法，其方法工艺为：1)采用帷幕注浆技术在矿体周围建造水平和垂向上全封闭的阻水帷幕；2)将帷幕内的矿井水汇集至井下永久水仓进行初级物理沉降，产生的淤泥排至地表的尾矿浓缩池；3)所述初级物理沉降后的矿井水送至地表的澄清池进行化学絮凝沉淀，产生的污泥排至地表的尾矿浓缩池；4)所述化学絮凝沉淀后的矿井水采用以纳滤为核心的深度净化系统进行深度净化处理，处理后的清洁水达到饮用水及国家规定回灌水质标准；5)采用大流量回灌技术对深度净化后的清洁水部分或全部回注至帷幕外的地下含水层。该工艺虽然污水排放少，节能环保；但其不足之处在于：需要对矿井水进行多级净化处理，才能达到国家规定回灌水质尤其是饮用水的标准，该过程需要花费的人力和物力较大，成本较高。

有鉴于此，有必要设计一种改进的地下矿山废水零排放工艺，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地下矿山废水零排放工艺，根据矿区水文地质情况计算出井下涌水量，再通过精准的计算得出井下涌水被完全利用时需要达到的堵水率，根据计算结果设置一个高于该堵水率的预设堵水率，从而使井下涌水完全被用水系统利用的同时再利用外界水系统进行补给，使井下涌水完全被利用，实现废水零排放的绿色开采途径。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种地下矿山废水零排放工艺，包括用水系统、回水补给系统和新水补给系统，用水系统包括采矿系统、充填系统及选矿系统；新水补给系统包括井下涌水系统和外界水系统；包括如下步骤：

S1.根据采矿、充填和选矿能力、工艺以及工作制度分别计算出所述采矿系统、所述充填系统及所述选矿系统的用水量，根据三者之和得到总用水量；

S2.将所述采矿系统、所述充填系统及所述选矿系统产生的废水进行分别处理得到回水补给，计算出处理后得到的回水补给量，将所述回水补给再用于所述用水系统；

S3.根据矿区水文地质情况，计算出所述井下涌水系统的井下涌水量；根据步骤S2得到的所述回水补给量和所述井下涌水量之和与步骤S1得到的所述总用水量之差，得到多余水量；

S4.根据S3得到的所述多余水量和所述井下涌水量计算出所述多余水量为零时的堵水率；利用预设方法对所述矿井涌水系统的涌水处进行堵水处理，以达到高于所述堵水率的预设堵水率；

S5.根据步骤S4得到的所述预设堵水率计算出所述井下涌水系统的堵水后的井下涌水量；根据S1得到的所述总用水量与步骤S2得到的所述回水补给量以及所述堵水后的井下涌水量之和的差值，计算出需要所述外界水系统提供的外界补给量。

作为本发明的进一步改进，步骤S4中所述预设方法包括帷幕注浆和地表清污分流。

作为本发明的进一步改进，所述帷幕注浆需要根据矿区水文地质情况，实时调整幕底深度与帷幕端点；所述地表清污分流是对地表沟渠实施清污分流。

作为本发明的进一步改进，所述选矿系统包括水洗筛分系统、跳汰分选系统、洗砂系统和磨选及脱水系统；所述水洗筛分系统、所述跳汰分选系统和所述洗砂系统产生的废水经跳汰及洗砂水处理系统处理后，再回用给所述选矿系统；少量地表冲洗水和所述磨选及脱水系统产生的精矿水及尾矿水经选矿废水处理系统处理后，再回用给所述选矿系统。

作为本发明的进一步改进，所述采矿系统产生的生产废水，经矿井水处理系统处理后，再回用给所述用水系统。

作为本发明的进一步改进，所述充填系统产生的废水包括浓密机溢流水和充填泌水；所述浓密机溢流水经所述选矿废水处理系统处理后，再回用给所述选矿系统；所述充填泌水经所述矿井水处理系统处理后，再回用给所述用水系统。

作为本发明的进一步改进，所述井下涌水系统产生的井下涌水经所述矿井水处理系统处理后，再回用给所述用水系统。

作为本发明的进一步改进，所述外界水系统为市政供水系统。

作为本发明的进一步改进，所述市政供水系统除了给所述用水系统供水外，还给厂区生活系统供水；所述厂区生活系统产生的生活污水经处理后用于厂区绿化。

作为本发明的进一步改进，厂区设有应急系统，所述应急系统能够容纳不低于10天的所述堵水后的井下涌水量；在厂区长期不作业时，所述井下涌水系统产生的所述井下涌水经所述矿井水处理系统处理后，作为生产用水用于附近工业园区的企业。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的地下矿山废水零排放工艺，根据矿区水文地质情况计算出井下涌水量，再通过精准的计算得出井下涌水被完全利用时需要达到的堵水率，根据计算结果设置一个高于该堵水率的预设堵水率，利用帷幕注浆和地表清污分流对井下涌水系统的涌水处进行堵水处理，以达到预设堵水率，从而使井下涌水完全被用水系统利用，再结合外界水系统进行补给。该工艺通过精准的计算和精细化的实施过程，使井下涌水完全被利用，避免其外排造成水资源污染，实现废水零排放的绿色开采途径，最大程度地保护了生态环境。

(2)本发明对不同系统产生的废水及同一系统产生的不同种类的废水采用分别处理和分别回用，以实现废水的全部循环利用。根据不同种类废水的具体情况，选用最合适的回收处理方法，不仅处理量少，而且不会造成废水的过度处理以减少生产成本。

(3)本发明提供的地下矿山废水零排放工艺，采用帷幕注浆和地表清污分流从源头上减少了井下水的涌出，再结合采选废水处理回用等处置方案，整体上实现废水零排放的绿色开采，环境风险防范措施可行，环境风险可控，对水环境没有新增污染物，不影响下游饮用水源和生态环境，尤其对水环境敏感脆弱地区值得借鉴。

附图说明

图1为本发明地下矿山废水零排放工艺的流程图。

图2为本发明地下矿山废水零排放工艺的另一种形式的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

请参阅图1和图2所示，本发明提供了一种地下矿山废水零排放工艺，包括用水系统、回水补给系统和新水补给系统，用水系统包括采矿系统、充填系统及选矿系统；新水补给系统包括井下涌水系统和外界水系统；包括如下步骤：

S1.用水量计算：

根据采矿、充填和选矿能力、工艺以及工作制度分别计算出采矿系统、充填系统及选矿系统的用水量，根据三者之和得到总用水量。

S2.回水补给量计算：

将采矿系统、充填系统及选矿系统产生的废水进行分别处理得到回水补给，计算出处理后得到的回水补给量，将回水补给再用于用水系统。

具体地，采矿系统产生的生产废水进入井下水仓，再经矿井水处理系统处理后进入新水高位水池，最终回用给用水系统。

充填系统产生的废水包括浓密机溢流水(选矿系统产生的尾矿以及尾泥通过管道进入充填系统的浓密机)和充填泌水。浓密机溢流水经选矿废水处理系统处理后进入回水高位水池，再回用给选矿系统。充填泌水进入井下水仓，再经矿井水处理系统处理后进入新水高位水池，最终回用给用水系统。

选矿系统包括水洗筛分系统、跳汰分选系统、洗砂系统和磨选及脱水系统。水洗筛分系统、跳汰分选系统和洗砂系统产生的废水经跳汰及洗砂水处理系统处理后，再回用给选矿系统。少量地表冲洗水和磨选及脱水系统产生的精矿水及尾矿水经选矿废水处理系统处理后进入回水高位水池，再回用给选矿系统，进入磨浮选矿流程。

对不同系统产生的废水及同一系统产生的不同种类的废水采用分别处理和分别回用，以实现废水的全部循环利用。如此操作，根据不同种类废水的具体情况，选用最合适的回收处理方法，不仅处理量少，而且不会造成废水的过度处理以减少生产成本。

S3.多余水量计算：

根据矿区水文地质情况，采用多种方法对井下涌水量进行预测，经综合对比分析，计算出井下涌水系统的井下涌水量，作为矿山开采防排水设计的依据。

根据步骤S2得到的回水补给量和井下涌水量之和与步骤S1得到的总用水量之差，得到多余水量。

其中，井下涌水系统产生的井下涌水进入井下水仓，再经矿井水处理系统处理后进入回水高位水池，最终回用给用水系统。综上，充填系统产生的充填泌水、采矿系统产生的生产废水以及井下涌水系统产生的井下涌水均进入井下水仓，再经矿井水处理系统处理后进入新水高位水池，最终回用给用水系统。矿井水处理系统设置于地表上。

S4.确定预设堵水率：

根据S3得到的多余水量和井下涌水量计算出多余水量为零时的堵水率。利用预设方法对矿井涌水系统的涌水处进行堵水处理，以达到高于堵水率的预设堵水率。预设堵水率一般为70％-90％。

通过精细化实施，考虑富余系数，按超过需要的堵水率(即预设堵水率)进行设计与施工，水量不够部分，采用外界水系统补给。如此操作，井下涌水量得到全部利用，实现废水零排放的绿色开采途径，对水环境没有新增污染物，最大程度地保护了生态环境。

具体地，预设方法包括帷幕注浆和地表清污分流。在矿山实施帷幕注浆和地表清污分流，能从源头上减少井下涌水量。在帷幕注浆过程中，分析矿坑主要渗水通道，通过帷幕注浆分别对几条主要张性断裂的裂隙进行封堵，可拦截大部分区域通过断裂带涌入矿坑的地下水，减少井下涌水量。帷幕注浆过程中应根据矿区的水文地质情况，结合实际情况实时调整幕底深度与帷幕端点。同时，对地表沟渠实施地表清污分流过程中，在井下开拓过程中遇有裂隙涌水，马上施工注浆以堵水。

S5.外界补给量计算：

根据步骤S4得到的预设堵水率计算出井下涌水系统的堵水后的井下涌水量。根据S1得到的总用水量与步骤S2得到的回水补给量以及堵水后的井下涌水量之和的差值，计算出需要外界水系统提供的外界补给量。

具体地，外界水系统为市政供水系统。市政供水系统除了给用水系统供水外，还给厂区生活系统供水；厂区生活系统产生的生活污水经污水管网收集后，通过地埋式一体化生活污水处理设施进行生化处理，处理后的水达到标准要求后，用于厂区绿化灌溉，不外排。

为防止突发状况，厂区还设有应急系统(位于矿井水处理站内)，应急系统包括应急池。在厂区短期不作业时(停工状态)，应急池能够容纳不低于10天的堵水后的井下涌水量；在厂区长期不作业时，井下涌水系统产生的井下涌水经矿井水处理系统处理达标后，作为生产用水用于附近工业园区的企业。

下面通过具体实施例利用本发明的工艺对某地下矿山产生的废水进行处理，以达到零排放。

首先通过计算得到预设堵水率、堵水后的井下涌水量和市政供水量，具体计算步骤为：

S1.用水量计算：

根据采矿、充填和选矿能力、工艺以及工作制度分别计算出采矿系统的用水量a、充填系统的用水量b、选矿系统的用水量c。

总用水量d＝a+b+c。

S2.回水补给量计算：

计算出采矿系统产生的生产废水经矿井水处理系统处理后的回水补给量e。

计算出选矿系统中水洗筛分系统、跳汰分选系统、洗砂系统产生的废水经跳汰及洗砂水处理系统处理后的回水补给量f。计算出少量地表冲洗水和磨选及脱水系统产生的精矿水及尾矿水经选矿废水处理系统处理后处理后的回水补给量g。

计算出充填系统产生的浓密机溢流水经选矿废水处理系统处理后的回水补给量h。计算出充填系统产生的充填泌水经矿井水处理系统处理后的回水补给量i。

总回水补给量j＝e+f+g+h+i。

S3.多余水量计算：

根据矿区水文地质情况，采用多种方法对井下涌水量进行预测，经综合对比分析，计算出井下涌水系统的井下涌水量k。

根据步骤S2得到的总回水补给量j、井下涌水量k及步骤S1得到的总用水量d，得到多余水量l，l＝k+j-d。

S4.确定预设堵水率：

根据S3得到的多余水量l和井下涌水量k计算出多余水量为零时的堵水率ω₁，ω₁＝(k-l)/k。

设定预设堵水率ω₂的值，确保ω₂＞ω₁。利用帷幕注浆和地表清污分流对矿井涌水系统的涌水处进行堵水处理，使预设堵水率达到ω₂。

S5.外界补给量计算：

根据步骤S4得到的预设堵水率ω₂计算出井下涌水系统的堵水后的井下涌水量m，m＝k×(1-ω₂)。

根据S1得到的总用水量d、步骤S2得到的总回水补给量j以及堵水后的井下涌水量m，计算出需要外界水系统提供的外界补给量n，n＝d-(j+m)。

综上，利用帷幕注浆和地表清污分流对井下涌水系统的涌水处进行堵水处理，使预设堵水率达到ω₂，堵水后的井下涌水量为m，市政供水系统每个循环需要补给的水量为n。

综上所述，本发明提供了一种地下矿山废水零排放工艺，根据矿区水文地质情况计算出井下涌水量，再通过精准的计算得出井下涌水被完全利用时需要达到的堵水率，根据计算结果设置一个高于该堵水率的预设堵水率，通过精准的计算和精细化的实施过程，使井下涌水完全被利用，避免其外排造成水资源污染，实现废水零排放的绿色开采途径，最大程度地保护了生态环境；采用帷幕注浆和地表清污分流从源头上减少了井下水的涌出，再结合采选废水处理回用等处置方案，整体上实现废水零排放的绿色开采，环境风险防范措施可行，环境风险可控，对水环境没有新增污染物，不影响下游饮用水源和生态环境，尤其对水环境敏感脆弱地区值得借鉴。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种地下矿山废水零排放工艺，其特征在于：包括用水系统、回水补给系统和新水补给系统，所述用水系统包括采矿系统、充填系统及选矿系统；所述新水补给系统包括井下涌水系统和外界水系统；包括如下步骤：

S1.根据采矿、充填和选矿能力、工艺以及工作制度分别计算出所述采矿系统、所述充填系统及所述选矿系统的用水量，根据三者之和得到总用水量；

S2.将所述采矿系统、所述充填系统及所述选矿系统产生的废水进行分别处理得到回水补给，计算出处理后得到的回水补给量，将所述回水补给再用于所述用水系统；

S3.根据矿区水文地质情况，计算出所述井下涌水系统的井下涌水量；根据步骤S2得到的所述回水补给量和所述井下涌水量之和与步骤S1得到的所述总用水量之差，得到多余水量；

S4.根据S3得到的所述多余水量和所述井下涌水量计算出所述多余水量为零时的堵水率；利用预设方法对所述井下 涌水系统的涌水处进行堵水处理，以达到高于所述堵水率的预设堵水率；

S5.根据步骤S4得到的所述预设堵水率计算出所述井下涌水系统的堵水后的井下涌水量；根据S1得到的所述总用水量与步骤S2得到的所述回水补给量以及所述堵水后的井下涌水量之和的差值，计算出需要所述外界水系统提供的外界补给量。

2.根据权利要求1所述的地下矿山废水零排放工艺，其特征在于：步骤S4中所述预设方法包括帷幕注浆和地表清污分流。

3.根据权利要求2所述的地下矿山废水零排放工艺，其特征在于：所述帷幕注浆根据矿区水文地质情况，实时调整幕底深度与帷幕端点；所述地表清污分流是对地表沟渠实施清污分流。

4.根据权利要求1所述的地下矿山废水零排放工艺，其特征在于：所述选矿系统包括水洗筛分系统、跳汰分选系统、洗砂系统和磨选及脱水系统；所述水洗筛分系统、所述跳汰分选系统和所述洗砂系统产生的废水经跳汰及洗砂水处理系统处理后，再回用给所述选矿系统；少量地表冲洗水和所述磨选及脱水系统产生的精矿水及尾矿水经选矿废水处理系统处理后，再回用给所述选矿系统。

5.根据权利要求4所述的地下矿山废水零排放工艺，其特征在于：所述采矿系统产生的生产废水，经矿井水处理系统处理后，再回用给所述用水系统。

6.根据权利要求5所述的地下矿山废水零排放工艺，其特征在于：所述充填系统产生的废水包括浓密机溢流水和充填泌水；所述浓密机溢流水经所述选矿废水处理系统处理后，再回用给所述选矿系统；所述充填泌水经所述矿井水处理系统处理后，再回用给所述用水系统。

7.根据权利要求6所述的地下矿山废水零排放工艺，其特征在于：所述井下涌水系统产生的井下涌水经所述矿井水处理系统处理后，再回用给所述用水系统。

8.根据权利要求1所述的地下矿山废水零排放工艺，其特征在于：所述外界水系统为市政供水系统。

9.根据权利要求8所述的地下矿山废水零排放工艺，其特征在于：所述市政供水系统除了给所述用水系统供水外，还给厂区生活系统供水；所述厂区生活系统产生的生活污水经处理后用于厂区绿化。

10.根据权利要求7所述的地下矿山废水零排放工艺，其特征在于：厂区设有应急系统，所述应急系统能够容纳不低于10天的所述堵水后的井下涌水量；在厂区长期不作业时，所述井下涌水系统产生的所述井下涌水经所述矿井水处理系统处理后，作为生产用水用于附近工业园区的企业。

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