CN115872487A - 渗漏尾矿库地下水治理体系及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种渗漏尾矿库地下水治理体系及方法，属于地下水治理技术领域。本发明包括上游挡水墙、上游地下水控制系统、下游挡水墙、下游地下水控制系统、水体修复系统和地下水水位监测装置。渗漏尾矿库地下水治理方法，采用上述的渗漏尾矿库地下水治理体系。本发明能从根源上解决渗漏尾矿库地下水污染的问题，并且既不受渗漏尾矿库渗漏程度的影响，也不会使污染的地下水过多扩散，能够起到比较好的治理效果。

Description

渗漏尾矿库地下水治理体系及方法

技术领域

本发明属于地下水治理技术领域，更具体地说，是涉及一种渗漏尾矿库地下水治理体系及方法。

背景技术

尾矿库专门用来堆存尾矿。由于很多尾矿库中的尾矿中含有污染物，一旦尾矿库渗漏，就会使得污染物向下迁移，进入地下水中，并随着地下水的流动对一定区域内水体和土壤造成污染。而目前对尾矿库渗漏进行处理的方式主要是利用注浆的方式对尾矿库进行加固，以降低渗漏，但是由于尾矿库渗漏的原因和形式多种多样，采用注浆加固的方式进行处理的结果具有不确定性，而且也不会降低已经污染的地下水的扩散，难以起到比较好的治理效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种渗漏尾矿库地下水治理体系及方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种渗漏尾矿库地下水治理体系，包括上游挡水墙、上游地下水控制系统、下游挡水墙、下游地下水控制系统、水体修复系统和地下水水位监测装置，上游挡水墙拦截在渗漏尾矿库下的透水层的上游，用来挡住上游来水；上游地下水控制系统设在渗漏尾矿库下的透水层的上游，并位于上游挡水墙的下游侧，用来控制上游地下水的水位；下游挡水墙拦截在渗漏尾矿库下的透水层的下游，用来挡住渗漏尾矿库中渗漏的水向下游扩散；下游地下水控制系统设在下游挡水墙的上游侧，用来控制渗漏尾矿库处的地下水的水位；水体修复系统设在渗漏尾矿库的下游侧，用来对渗漏尾矿库下方及下游的水体进行修复；若干地下水水位监测装置分别设置渗漏尾矿库的上游、下游及渗漏尾矿库中，以监测对应位置的地下水水位。

结合上述技术方案，在一种可能的实现方式中，上游挡水墙下部位于渗漏尾矿库内的水位高度之下；下游挡水墙伸入透水层下部的相对隔水层中。

结合上述技术方案，在一种可能的实现方式中，上游挡水墙为采用高压旋喷或三轴搅拌桩形成的帷幕体，幕体透水率小于等于1×10^-5cm/s；下游挡水墙为HDPE膜垂直防渗体或塑性混凝土墙，透水率小于等于1×10^-7cm/s；水体修复系统为PRB修复系统；下游挡水墙伸入透水层下部的相对隔水层不小于2m。

结合上述技术方案，在一种可能的实现方式中，上游地下水控制系统和下游地下水控制系统均包括用于引排浅层地下水的引排装置和用于排出深层地下水的地下水抽提装置。

结合上述技术方案，在一种可能的实现方式中，地下水抽提装置包括渗水井、密封管、密封气囊、变压活塞、活塞驱动机构、排水管、搅水结构和单向阀；渗水井打设在透水层中，且侧壁设有渗水滤层，用于使透水层中的水渗入，密封管设在渗水井内，密封气囊设在渗水井和密封管之间，以在充气后将密封管密封固定在渗水井中，变压活塞滑动设在密封管内，活塞驱动机构设在密封管外端，以带动变压活塞在密封管内上下滑动，排水管穿过密封管和变压活塞，且下端延伸至渗水井内、上端延伸至渗水井外，排水管中部设有外螺旋结构，变压活塞上设有用于排水管穿过的配合孔，配合孔内设有与外螺旋结构的内螺旋结构，外螺旋结构与内螺旋结构配合使变压活塞上下运动时带动排水管转动，搅水结构设在排水管下端，以对渗水井中的水及淤积物进行搅动，避免堵塞排水管，变压活塞与密封管和排水管之间均密封配合，以在变压活塞向下运动时对渗水井中的水加压，使水从排水管排出，而在变压活塞向上运动时对渗水井减压，使水加速渗入渗水井中，排水管上端设有引排管，引排管与排水管上端转动密封连接，以排走排水管导出的水，单向阀设在排水管上，以使排水管能够向外排水而不能逆向进水和进气。

结合上述技术方案，在一种可能的实现方式中，地下水抽提装置包括还密封机构和井内水位测量机构，密封机构设在密封管的预设位置，用于在变压活塞上升至预设位置后将变压活塞与密封管之间和变压活塞与排水管之间密封；井内水位测量机构设在渗水井中，用以监测渗水井中的水位。

结合上述技术方案，在一种可能的实现方式中，变压活塞与密封管和排水管之间的密封结构为弹性密封垫结构、过盈配合密封结构或迷宫密封结构；密封机构包括设在密封管上的密封支架和设在的密封支架上的软胶垫。

结合上述技术方案，在一种可能的实现方式中，搅水结构包括辐射向设置排水管下端的刷毛结构，排水管在搅水结构上及搅水结构之上和之下均设有进水孔，且高处的进水孔的孔径小于低处的进水孔的孔径。

结合上述技术方案，在一种可能的实现方式中，渗漏尾矿库地下水治理体系还包括发电站和储电设备，以进行供电。

本发明提供的渗漏尾矿库地下水治理体系的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过在渗漏尾矿库的上游设置上游挡水墙和上游地下水控制系统，将渗漏尾矿库上游侧的地下水水位降低至比渗漏尾矿库中最高水位低，以避免污染水体向上游扩散，并降低上游来水过多对下游水处理带来的压力；并通过在渗漏尾矿库的下游设置下游挡水墙和下游地下水控制系统，将渗漏尾矿库下游侧的地下水水位降低至比下游水位低，以减少低污染水体向下游扩散，能降低未来的处理难度；之后再通过水体修复系统对污染水体进行修复和排放，就能从根源上解决渗漏尾矿库地下水污染的问题，并且既不受渗漏尾矿库渗漏程度的影响，也不会使污染的地下水过多扩散，能够起到比较好的治理效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种渗漏尾矿库地下水治理方法，采用上述的渗漏尾矿库地下水治理体系，包括以下步骤：

在渗漏尾矿库的地下透水层上游和下游均设置挡水墙，将渗漏尾矿库上游侧的地下水水位降低至比渗漏尾矿库中最高水位低，以避免污染水体向上游扩散，并将渗漏尾矿库下游侧的地下水水位降低至比下游水位低，以减少低污染水体向下游扩散，再在渗漏尾矿库下游通过PRB修复技术吸附转化污染物，使污染水体在原位进行处理后向下游排放。

本发明提供的渗漏尾矿库地下水治理方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过采用上述的渗漏尾矿库地下水治理体系能从根源上解决渗漏尾矿库地下水污染的问题，并且既不受渗漏尾矿库渗漏程度的影响，也不会使污染的地下水过多扩散，能够起到比较好的治理效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的渗漏尾矿库地下水治理体系的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的渗漏尾矿库地下水治理体系的下游地下水控制系统的地下水抽提装置的结构示意图。

其中，图中各附图标记如下：

10、上游挡水墙；20、上游地下水控制系统；30、下游挡水墙；

40、下游地下水控制系统；41、密封管；42、密封气囊；

43、变压活塞；44、活塞驱动机构；45、排水管；46、搅水结构；

47、单向阀；48、密封机构；49、渗水井；

50、水体修复系统；60、地下水水位监测装置；

70、相对不透水层；80、透水层；90、渗漏尾矿库。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

现对本发明提供的渗漏尾矿库地下水治理体系及方法进行说明。

如图1所示，本发明第一实施方式提供的渗漏尾矿库地下水治理体系，包括上游挡水墙10、上游地下水控制系统20、下游挡水墙30、下游地下水控制系统40、水体修复系统50和地下水水位监测装置60，上游挡水墙10，拦截在渗漏尾矿库90下的透水层80的上游，用来挡住上游来水；上游地下水控制系统20设在渗漏尾矿库90下的透水层80的上游，并位于上游挡水墙10的下游侧，用来控制上游地下水的水位；下游挡水墙30拦截在渗漏尾矿库90下的透水层80的下游，用来挡住渗漏尾矿库90中渗漏的水向下游扩散；下游地下水控制系统40设在下游挡水墙30的上游侧，用来控制渗漏尾矿库90处的地下水的水位；水体修复系统50设在渗漏尾矿库90的下游侧，用来对渗漏尾矿库90下方及下游的水体进行修复；若干地下水水位监测装置60分别设置渗漏尾矿库90的上游、下游及渗漏尾矿库90中，以监测对应位置的地下水水位。

在利用上述渗漏尾矿库地下水治理体系进行地下水治理时，在渗漏尾矿库的地下透水层上游和下游均设置挡水墙，将渗漏尾矿库上游侧的地下水水位降低至比渗漏尾矿库中最高水位低，以避免污染水体向上游扩散，并将渗漏尾矿库下游侧的地下水水位降低至比下游水位低，以减少低污染水体向下游扩散，再在渗漏尾矿库下游通过PRB修复技术吸附转化污染物，使污染水体在原位进行处理后向下游排放。

本实施例提供的渗漏尾矿库地下水治理体系，与现有技术相比，通过在渗漏尾矿库90的上游设置上游挡水墙10和上游地下水控制系统20，将渗漏尾矿库90上游侧的地下水水位降低至比渗漏尾矿库中最高水位低，以避免污染水体向上游扩散，并降低上游来水过多对下游水处理带来的压力；并通过在渗漏尾矿库90的下游设置下游挡水墙30和下游地下水控制系统40，将渗漏尾矿库下游侧的地下水水位降低至比下游水位低，以减少低污染水体向下游扩散，能降低未来的处理难度；之后再通过水体修复系统50对污染水体进行修复和排放，就能从根源上解决渗漏尾矿库地下水污染的问题，并且既不受渗漏尾矿库90渗漏程度的影响，也不会使污染的地下水过多扩散，能够起到比较好的治理效果。

如图1所示，本发明在第一实施方式基础上又提供的一种具体实施方式如下：

上游挡水墙10下部位于渗漏尾矿库90内的水位高度之下，这样既不阻碍地下水的流动，又能对透水层80上部的水进行阻挡，从而利用上游地下水控制系统20将渗漏尾矿库90上游的水位降至渗漏尾矿库90的水位之下；下游挡水墙30伸入透水层80下部的相对隔水层中，以减少向下游渗漏的水量。

具体地，上游挡水墙10为采用高压旋喷或三轴搅拌桩形成的帷幕体，幕体透水率小于等于1×10^-5cm/s；下游挡水墙30为HDPE膜垂直防渗体或塑性混凝土墙，透水率小于等于1×10^-7cm/s；水体修复系统50为PRB修复系统；下游挡水墙30伸入透水层80下部的相对隔水层不小于2m。

进一步地，渗漏尾矿库地下水治理体系还包括发电站和储电设备，以利用太阳能、风能或水能发电，并对其他设备进行供电。

在一种具体实施例中，在渗漏尾矿库上游第四系建造阻水体减少地下水向污染区的运移量，主要手段为采用高压旋喷或三轴搅拌桩形成上游帷幕体，幕体透水率1×10^-5cm/s，减小上游地层透水率，进而较小污染区天然水体补给量。帷幕体下游设置地下水控制系统，控制帷幕体下游水位低于上游水位，保证受污染水体不会向上游扩散。在渗漏尾矿库下游设置垂直防渗体，防止污染水向下游运移，防渗体深入相对隔水层不小于2m，垂直防渗体可以为HDPE膜垂直防渗体或塑性混凝土墙，幕体透水率小于1×10^-7cm/s。帷幕体上游设置地下水控制系统，控制帷幕体上游水位低于下游水位，形成反向渗透压，减小污染水体向下游扩散的势能。在垂直防渗体下游通过PRB修复技术吸附转化污染物，使污染水体在原位进行处理后向下游排放。通过多种组合手段形成渗漏尾矿库治理体系。

如图2所示，本发明在第一实施方式基础上又提供的一种具体实施方式如下：

上游地下水控制系统20和下游地下水控制系统40均包括用于引排浅层地下水的引排装置和用于排出深层地下水的地下水抽提装置。

在下面给出的一种具体实施例中，地下水抽提装置包括渗水井49、密封管41、密封气囊42、变压活塞43、活塞驱动机构44、排水管45、搅水结构46和单向阀47；渗水井49打设在透水层80中，且侧壁设有渗水滤层，用于使透水层80中的水渗入，密封管41设在渗水井49内， 密封气囊42设在渗水井49和密封管41之间，以在充气后将密封管41密封固定在渗水井49中，变压活塞43滑动设在密封管41内，活塞驱动机构44设在密封管41外端，以带动变压活塞43在密封管41内上下滑动，排水管45穿过密封管41和变压活塞43，且下端延伸至渗水井49内、上端延伸至渗水井49外，排水管45中部设有外螺旋结构，变压活塞43上设有用于排水管45穿过的配合孔，配合孔内设有与外螺旋结构的内螺旋结构，外螺旋结构与内螺旋结构配合使变压活塞43上下运动时带动排水管45转动，搅水结构46设在排水管45下端，以对渗水井49中的水及淤积物进行搅动，避免堵塞排水管45，变压活塞43与密封管41和排水管45之间均密封配合，以在变压活塞43向下运动时对渗水井49中的水加压，使水从排水管45排出，而在变压活塞43向上运动时对渗水井49减压，使水加速渗入渗水井49中，排水管45上端设有引排管，引排管与排水管45上端转动密封连接，以排走排水管45导出的水，单向阀47设在排水管45上，以使排水管45能够向外排水而不能逆向进水和进气。

这样的结构能够通过变压活塞43上下运动过程中导致的正压和负压，进行排水和加速渗水，使得该位置的地下水快速下降，同时正负压交替还能使渗水井49得渗水滤层得到疏通，避免过度堵塞。而且密封气囊42的位置可以灵活地设定，这样就能避过渗水井49上部的漏气区，降低渗水井49局部漏气导致的快速失压，有利于正压和负压的保持，并利于抽排水的进行。另外，利用搅水结构46能够在抽排水时将井中的淤积物也打散排出，降低堵井和堵管的可能。

进一步地，密封气囊42设有上下两组或多组，且互相通过导气管连通，以增强密封管41的稳定性，避免其使用过程中晃动。

进一步地，地下水抽提装置包括还密封机构48和井内水位测量机构，密封机构48设在密封管41的预设位置，用于在变压活塞43上升至预设位置后将变压活塞43与密封管41之间和变压活塞43与排水管45之间密封，以降低漏气的可能，进而增加渗水井49中负压渗水的效果；井内水位测量机构设在渗水井49中，用以监测渗水井49中的水位，待渗水井49中的水位到达预设高度时，启动活塞驱动机构44，对渗水井49进行排水。

具体地，变压活塞43与密封管41和排水管45之间的密封结构为弹性密封垫结构、过盈配合密封结构或迷宫密封结构；密封机构48包括设在密封管41上的密封支架和设在的密封支架上的软胶垫。

具体地，搅水结构46包括辐射向设置排水管45下端的刷毛结构，排水管45在搅水结构46上及搅水结构46之上和之下均设有进水孔，且高处的进水孔的孔径小于低处的进水孔的孔径。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种渗漏尾矿库地下水治理方法，采用上述的渗漏尾矿库地下水治理体系，包括以下步骤：

在渗漏尾矿库的地下透水层上游和下游均设置挡水墙，将渗漏尾矿库上游侧的地下水水位降低至比渗漏尾矿库中最高水位低，以避免污染水体向上游扩散，并将渗漏尾矿库下游侧的地下水水位降低至比下游水位低，以减少低污染水体向下游扩散，再在渗漏尾矿库下游通过PRB修复技术吸附转化污染物，使污染水体在原位进行处理后向下游排放。

本实施例提供的渗漏尾矿库地下水治理体系，与现有技术相比，通过采用上述的渗漏尾矿库地下水治理体系能从根源上解决渗漏尾矿库地下水污染的问题，并且既不受渗漏尾矿库渗漏程度的影响，也不会使污染的地下水过多扩散，能够起到比较好的治理效果。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种渗漏尾矿库地下水治理体系，其特征在于，包括：

上游挡水墙（10），拦截在所述渗漏尾矿库（90）下的透水层（80）的上游，用来挡住上游来水；

上游地下水控制系统（20），设在所述渗漏尾矿库（90）下的透水层（80）的上游，并位于所述上游挡水墙（10）的下游侧，用来控制上游地下水的水位；

下游挡水墙（30），拦截在所述渗漏尾矿库（90）下的透水层（80）的下游，用来挡住渗漏尾矿库（90）中渗漏的水向下游扩散；

下游地下水控制系统（40），设在所述下游挡水墙（30）的上游侧，用来控制渗漏尾矿库（90）处的地下水的水位；

水体修复系统（50），设在所述渗漏尾矿库（90）的下游侧，用来对渗漏尾矿库（90）下方及下游的水体进行修复；

若干地下水水位监测装置（60），分别设置所述渗漏尾矿库（90）的上游、下游及渗漏尾矿库（90）中，以监测对应位置的地下水水位。

2.如权利要求1所述的渗漏尾矿库地下水治理体系，其特征在于：所述上游挡水墙（10）下部位于渗漏尾矿库（90）内的水位高度之下，这样既不阻碍地下水的流动；所述下游挡水墙（30）伸入所述透水层（80）下部的相对隔水层中。

3.如权利要求2所述的渗漏尾矿库地下水治理体系，其特征在于：所述上游挡水墙（10）为采用高压旋喷或三轴搅拌桩形成的帷幕体，幕体透水率小于等于1×10^-5cm/s；所述下游挡水墙（30）为HDPE膜垂直防渗体或塑性混凝土墙，透水率小于等于1×10^-7cm/s；所述水体修复系统（50）为PRB修复系统；所述下游挡水墙（30）伸入所述透水层（80）下部的相对隔水层不小于2m。

4.如权利要求1所述的渗漏尾矿库地下水治理体系，其特征在于：所述上游地下水控制系统（20）和所述下游地下水控制系统（40）均包括用于引排浅层地下水的引排装置和用于排出深层地下水的地下水抽提装置。

5.如权利要求4所述的渗漏尾矿库地下水治理体系，其特征在于：所述地下水抽提装置包括渗水井（49）、密封管（41）、密封气囊（42）、变压活塞（43）、活塞驱动机构（44）、排水管（45）、搅水结构（46）和单向阀（47）；所述渗水井（49）打设在透水层（80）中，且侧壁设有渗水滤层，用于使透水层（80）中的水渗入，所述密封管（41）设在所述渗水井（49）内， 所述密封气囊（42）设在所述渗水井（49）和所述密封管（41）之间，以在充气后将所述密封管（41）密封固定在所述渗水井（49）中，所述变压活塞（43）滑动设在所述密封管（41）内，所述活塞驱动机构（44）设在所述密封管（41）外端，以带动所述变压活塞（43）在所述密封管（41）内上下滑动，所述排水管（45）穿过所述密封管（41）和所述变压活塞（43），且下端延伸至所述渗水井（49）内、上端延伸至所述渗水井（49）外，所述排水管（45）中部设有外螺旋结构，所述变压活塞（43）上设有用于所述排水管（45）穿过的配合孔，所述配合孔内设有与所述外螺旋结构的内螺旋结构，所述外螺旋结构与所述内螺旋结构配合使所述变压活塞（43）上下运动时带动所述排水管（45）转动，所述搅水结构（46）设在所述排水管（45）下端，以对渗水井（49）中的水及淤积物进行搅动，避免堵塞排水管（45），所述变压活塞（43）与所述密封管（41）和所述排水管（45）之间均密封配合，以在所述变压活塞（43）向下运动时对所述渗水井（49）中的水加压，使水从排水管（45）排出，而在变压活塞（43）向上运动时对所述渗水井（49）减压，使水加速渗入渗水井（49）中，所述排水管（45）上端设有引排管，所述引排管与所述排水管（45）上端转动密封连接，以排走排水管（45）导出的水，所述单向阀（47）设在所述排水管（45）上，以使所述排水管（45）能够向外排水而不能逆向进水和进气。

6.如权利要求5所述的渗漏尾矿库地下水治理体系，其特征在于：所述地下水抽提装置包括还密封机构（48）和井内水位测量机构，所述密封机构（48）设在所述密封管（41）的预设位置，用于在所述变压活塞（43）上升至所述预设位置后将所述变压活塞（43）与所述密封管（41）之间和所述变压活塞（43）与所述排水管（45）之间密封；所述井内水位测量机构设在所述渗水井（49）中，用以监测渗水井（49）中的水位。

7.如权利要求6所述的渗漏尾矿库地下水治理体系，其特征在于：所述变压活塞（43）与所述密封管（41）和所述排水管（45）之间的密封结构为弹性密封垫结构、过盈配合密封结构或迷宫密封结构；所述密封机构（48）包括设在所述密封管（41）上的密封支架和设在所述的密封支架上的软胶垫。

8.如权利要求5所述的渗漏尾矿库地下水治理体系，其特征在于：所述搅水结构（46）包括辐射向设置所述排水管（45）下端的刷毛结构，所述排水管（45）在所述搅水结构（46）上及所述搅水结构（46）之上和之下均设有进水孔，且高处的进水孔的孔径小于低处的进水孔的孔径。

9.如权利要求1所述的渗漏尾矿库地下水治理体系，其特征在于：所述渗漏尾矿库地下水治理体系还包括发电站和储电设备，以进行供电。

10.一种渗漏尾矿库地下水治理方法，其特征在于：采用如权利要求1-9任一项所述的渗漏尾矿库地下水治理体系，包括以下步骤：

在渗漏尾矿库的地下透水层上游和下游均设置挡水墙，将渗漏尾矿库上游侧的地下水水位降低至比渗漏尾矿库中最高水位低，以避免污染水体向上游扩散，并将渗漏尾矿库下游侧的地下水水位降低至比下游水位低，以减少低污染水体向下游扩散，再在渗漏尾矿库下游通过PRB修复技术吸附转化污染物，使污染水体在原位进行处理后向下游排放。

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