CN117166408A - 一种基于源头减量的废弃矿山地下水污染防治方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种基于源头减量的废弃矿山地下水污染防治方法。该方法是在充分分析矿区水文地质条件的情况下，通过对补给区的河道渗透区域河床进行硬化处理，对岩溶区落水洞、大型岩溶裂隙及地裂缝位置灌浆封堵，对废弃矿渣堆上游山坡修建环场截洪沟，对废弃矿渣表面铺设防渗层，在矿渣上游边界修建垂直阻水帷幕，在矿渣表面覆盖层整形修建排水沟，至少在以上6个方面控制清洁水源进入矿区地下水及废弃矿渣，从源头上大幅减少矿洞涌水及矿渣渗滤液水量，极大降低了后期废水处理的运营成本压力，保证工程项目的可持续运行。
Description
技术领域
本发明涉及地下水污染治理技术领域，具体涉及一种基于源头减量的废弃矿山地下水污染防治方法。
背景技术
矿山关停废弃后，矿区地下水水位抬升，带有污染物质的地下水从矿洞涌水，同时露天不规范堆放的废弃矿渣经过雨水及地表水淋滤后产生大量废水，对下游地下水、地表水的环境状况造成巨大威胁。由于地下水源源不断接受补给，给废水持续产生且水量较大，特别是在岩溶地区尤为突出，治理难度非常大，当前废弃矿山地下水污染防控已成为世界性难题。
国内目前使用较为普遍的做法有对矿洞进行封堵、修建地下水渗透性反应墙、污水处理厂、人工湿地等，主要集中在末端废水治理上，后期运营成本高且需持续投入，受资金预算影响，多数工程运营到一定时间后被迫停摆，原有地下水环境问题会再次出现。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于源头减量的废弃矿山地下水污染防治方法，该方法是从水文地质学角度从源头进行防控，控制清洁水源进入矿区地下水及废弃矿渣，从源头上大幅减少矿洞涌水及矿渣渗滤液水量，极大降低后期废水处理的运营成本压力，为废弃矿山地下水污染防治的可持续提供支撑。
本发明采用如下技术方案来实现上述技术目的：本发明提供一种基于源头减量的废弃矿山地下水污染防治方法，包括以下步骤：
对补给区的河道渗透区域河床进行硬化处理，使断流的河流恢复地表径流；对岩溶区落水洞、大型岩溶裂隙及地裂缝位置灌浆封堵，阻止大气降水灌入地下水；对废弃矿渣堆上游山坡修建环场截洪沟，将降雨形成的地表径流不经过矿渣区域直接引走至下游；
对废弃矿渣表面铺设防渗层，阻止降雨入渗进入矿渣；在矿渣上游边界修建垂直阻水帷幕，阻止下游地下水径流补给进入矿渣；在矿渣表面覆盖层整形修建排水沟，导排上游溢出的干净地下水。
作为一种优选的实施方式，对补给区的河道渗透区域河床进行硬化处理的方法为：对渗透区域河床铺设防渗结构层。
作为一种优选的实施方式，所述防渗结构层包括两层，底层由水泥和灰土构成，面层为钢筋混凝土，底层厚度为100～200cm，面层厚度为100～200cm。
作为一种优选的实施方式，对岩溶区落水洞、大型岩溶裂隙及地裂缝位置灌浆封堵的方法为：采用注浆技术将能够固化的浆液材料通过钻孔注入地层中颗粒的间隙、土层的界面或岩层裂隙内。
作为一种优选的实施方式，注浆材料包括但不限于水泥类、水泥粘土类、水泥尾砂类。
作为一种优选的实施方式，截洪沟的平、纵转角处为曲线连接，沟底纵坡不小于0.3％。
作为一种优选的实施方式，废弃矿渣表面铺设防渗层前先进行整形，集中分散的矿渣堆并修整使其表面平整，防渗层从下往上至少依次包括混凝土层、种植土层。
作为一种优选的实施方式，所述混凝土层通过以下方法形成：先在整形后的废弃矿渣表面铺设钢丝网框架，之后喷射混凝土即得。
作为一种优选的实施方式，混凝土层的厚度为80～120mm。
作为一种优选的实施方式，垂直阻水帷幕从地表开始修建至裂隙及破碎带相对较少、渗透系数小于10-6cm/s的中风化地层处。
本发明是在充分分析矿区水文地质条件的情况下，提出的针对性的源头管控方法，从至少6个方面控制清洁水源进入矿区地下水及废弃矿渣，从源头上大幅减少矿洞涌水及矿渣渗滤液水量，极大降低了后期废水处理的运营成本压力，保证工程项目的可持续运行。
附图说明
图1处理前的废弃矿山结构示意图；
图2为治理后的废弃矿山示意图；
图中：
1河流、2河道渗透区域、3岩溶区落水洞、4岩溶裂隙、5废弃矿渣堆、6截洪沟、7防渗层、8排水沟、9阻水帷幕、10矿洞涌水。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，以使本领域的技术人员更加清楚地理解本发明。
本发明提供了一种基于源头减量的废弃矿山地下水污染防治方法，参见图1、2，其中图1为处理前的废弃矿山结构示意图，图2治理后的废弃矿山示意图。本发明所述的方法主要包括以下步骤：
对补给区的河道渗透区域2河床进行硬化处理，使断流的河流1恢复地表径流；
对岩溶区落水洞3、大型岩溶裂隙4及地裂缝位置灌浆封堵，阻止大气降水灌入地下水；
对废弃矿渣堆5上游山坡修建环场截洪沟6，将降雨形成的地表径流不经过矿渣区域直接引走至下游；
废弃矿渣表面铺设防渗层7，阻止降雨入渗进入矿渣；
在矿渣上游边界修建垂直阻水帷幕9，阻止下游地下水径流补给给矿渣；
在矿渣表面覆盖层整形修建排水沟8，导排上游溢出的干净地下水。
本发明所提供的方法是通过控制清洁水源进入废弃矿区的矿洞、矿渣内，以源头减量的方式控制污水产生量，从而大幅减轻末端废水治理压力，控制后期运营投入成本，为废弃矿山地下水污染防控的可持续发展提供支撑。
本领域技术人员可知的，上述几个步骤之间可相互调换，其并不用于限制本申请的保护范围。
以下各实施例，仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。基于本发明中的具体实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的情况下，所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
本发明提供一种基于源头减量的废弃矿山地下水污染防治方法，参见图1、2，主要包括以下步骤：
对补给区的河道渗透区域2河床进行硬化处理，使断流的河流1恢复地表径流；
对岩溶区落水洞3、大型岩溶裂隙4及地裂缝位置灌浆封堵，阻止大气降水灌入地下水；
对废弃矿渣堆5上游山坡修建环场截洪沟6，将降雨形成的地表径流不经过矿渣区域直接引走至下游；
废弃矿渣表面铺设防渗层7，阻止降雨入渗进入矿渣；
在矿渣上游边界修建垂直阻水帷幕9，阻止下游地下水径流补给给矿渣；
在矿渣表面覆盖层整形修建排水沟8，导排上游溢出的干净地下水。
本实施例中，关于对补给区的河道渗透区域2河床进行硬化处理，使断流的河流1恢复地表径流，其具体可采用如下所述方法：
在补给区的河道渗透区域2对河床铺设河道防渗结构层进行硬化处理，阻止河水渗漏补给矿区地下水，使断流的河流1重新恢复地表径流。河道防渗结构层为两层，底层由质量比为3：7的水泥和灰土混匀后铺设而成，面层为钢筋混凝土，底层厚度和面层厚度均为100～200cm，优选为150cm。
并且面层混凝土强度等级C25，抗渗等级P8，抗冻等级F150，水胶比0.5，每立方米混凝土添加5kg水泥基渗透结晶型防水剂，坍落度控制不宜小于160±20mm。
本实施例中，关于对岩溶区落水洞3、大型岩溶裂隙4及地裂缝位置灌浆封堵，阻止大气降水灌入地下水，其具体可采用如下所述方法：
采用注浆技术将能够固化的浆液材料通过钻孔注入地层中颗粒的间隙、土层的界面或岩层裂隙内，使其扩展、胶结、固化，以降低地层的渗透性，增强地层强度，防止地基沉降、变形。注浆孔分为主注浆孔和辅助注浆孔，按间隙跳跃式布置，为了方便施工，注浆孔按实际裂隙情况布置。注浆材料采用粒状材料，比如水泥类、水泥粘土类和水泥尾砂类。
本实施例中，所用水泥可为普通硅酸盐水泥，标号为325#，水灰比可为0.5:1、0.7:1、1:1、1.5:1、2:1，通常采用水灰比为1:2、0.7:1。尾砂一般为矿区副产品，化学材料有水泥水玻璃类，水玻璃模数为2.4～3.0，深度为30～40Be。水玻璃:水泥浆为1:2～1:1，或水玻璃作为速凝剂，用量占水泥浆的2～3％。
岩溶地区、地下水活动强烈、浆液漏失量大，故多采用水泥-水玻璃类浆液，在水灰比为一定值的水泥浆中加入水玻璃，添加质量浓度一般为10～25％，水泥水玻璃浆液凝胶时间可以控制，特别是对地下水活动强烈地段，能起到较好的效果。
通过注浆封堵和补给区河流河床硬化处理，最终可使矿洞涌水10大量大幅缩减。
本实施例中，关于对废弃矿渣堆5上游山坡修建环场截洪沟6，将降雨形成的地表径流不经过矿渣区域直接引走至下游，其具体应注意如下问题：
通过在废弃矿渣堆5上游山坡修建环场截洪沟6，减少地表径流进入矿渣后产生的废水量。截洪沟6一般是梯形立方体，截洪沟长度一般不宜超过500m，长度超过500m时应选择适当的地点设出水口，将水引至山坡侧的自然沟中或桥涵进水口，截水沟的出水口必须与其他排水设施衔接。截水沟的平、纵转角处应设曲线连接，其沟底纵坡应不小于0.3％，当流速大于土壤容许冲刷的流速时，应对沟面采取加固措施或设法减小沟底纵坡。
本实施例中，关于废弃矿渣表面铺设防渗层7，阻止降雨入渗进入矿渣，减少降雨进入矿渣后产生的废水量，具体可采用如下所述方法：
对废弃矿渣表面铺设防渗层前先进行整形，一是集中较为分散的矿渣堆，减小防渗层建设工作量，二是修整尖锐凸起部分的矿渣堆，利于防渗层长期使用的稳定性，防渗层从下往上至少依次包括混凝土层、种植土层，其中混凝土层通过先铺设钢丝网框架，之后喷射混凝土得到，其厚度在80～120mm之间。具体地：
铺设混凝土层时，还需要进行挂网锚杆，挂网锚杆分为主锚杆和次锚杆，主锚杆用于固定钢丝网框架及混凝土，次锚杆用于固定种植土钢丝网框架及种植土。主锚杆用钢钎，采用φ20螺纹钢筋，品字形布置、间距2m，长度3.0m(外露0.3m、打入深度2.7m)，次锚杆用钢钎，采用φ12螺纹钢筋，品字形布置、间距2m，长度2.5m(外露0.3m、打入深度2.2m)。喷射混凝土强度等级C25，抗渗等级P8，抗冻等级F150，喷射厚度100mm。喷射混凝土如需用早强剂和速凝剂作为外加剂，应根据工程需要合理选用，外加剂添加量应根据现场试验确定。
本实施例中，对于在矿渣上游边界修建垂直阻水帷幕9，阻止下游地下水径流补给给矿渣，具体方法如下：
阻水帷幕以素混泥土挡墙为佳，厚度至少1m，从地表开始修建至裂隙及破碎带相对较少、渗透系数小于10-6cm/s的中风化地层处，阻止上游地下水径流补给进入矿渣。
本实施例中，在矿渣表面覆盖层整形修建排水沟8，导排上游溢出的干净地下水，可以减少溢出的地下水重新下渗的概率，排水沟底部满足防渗要求即可，排水沟宽度和深度根据当地降雨量对应调整。
实施例2
本实施例为实施例1中所述方法在实际中的具体应用，该项目位于湖北省某关闭煤矿，二叠系龙潭组为该区含煤地层，因煤矿开采活动与上覆岩溶含水层形成诸多水力联系。该矿区地表存在较多落水洞等溶蚀现象，有河流经岩溶发育区形成断流；大量矿渣堆肆意堆放，经雨水淋滤后产生大量污水，同时矿区关停后地下水位上升携带大量污水从矿洞溢出，污水呈强酸性，铁离子、硫酸根离子严重超标，对周边地下水、地表水造成严重环境风险。该项目利用本发明实施例1中所述相关措施，工程实施完后，对下游地下水开展监测，与实施前数据对比，结果显示，矿洞涌水量大幅减少，矿渣淋滤水消减超九成，矿区下游地下水由强酸性转为近中性，铁及硫酸根浓度明显大幅降低，整体效果显著。
在此有必要指出的是，以上实施例仅限于对本发明的技术方案做进一步的阐述和说明，并不是对本发明的技术方案的进一步的限制，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。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)
1.一种基于源头减量的废弃矿山地下水污染防治方法，其特征在于，包括以下步骤：
对补给区的河道渗透区域河床进行硬化处理，使断流的河流恢复地表径流；对岩溶区落水洞、大型岩溶裂隙及地裂缝位置灌浆封堵，阻止大气降水灌入地下水；对废弃矿渣堆上游山坡修建环场截洪沟，将降雨形成的地表径流不经过矿渣区域直接引走至下游；
对废弃矿渣表面铺设防渗层，阻止降雨入渗进入矿渣；在矿渣上游边界修建垂直阻水帷幕，阻止下游地下水径流补给进入矿渣；在矿渣表面覆盖层整形修建排水沟，导排上游溢出的干净地下水。
2.根据权利要求1所述的基于源头减量的废弃矿山地下水污染防治方法，其特征在于，对补给区的河道渗透区域河床进行硬化处理的方法为：对渗透区域河床铺设防渗结构层。
3.根据权利要求2所述的基于源头减量的废弃矿山地下水污染防治方法，其特征在于，所述防渗结构层包括两层，底层由水泥和灰土构成，面层为钢筋混凝土，底层厚度为100～200cm，面层厚度为100～200cm。
4.根据权利要求1所述的基于源头减量的废弃矿山地下水污染防治方法，其特征在于，对岩溶区落水洞、大型岩溶裂隙及地裂缝位置灌浆封堵的方法为：采用注浆技术将能够固化的浆液材料通过钻孔注入地层中颗粒的间隙、土层的界面或岩层裂隙内。
5.根据权利要求4所述的基于源头减量的废弃矿山地下水污染防治方法，其特征在于，注浆材料包括但不限于水泥类、水泥粘土类、水泥尾砂类。
6.根据权利要求1所述的基于源头减量的废弃矿山地下水污染防治方法，其特征在于，截洪沟的平、纵转角处为曲线连接，沟底纵坡不小于0.3％。
7.根据权利要求1所述的基于源头减量的废弃矿山地下水污染防治方法，其特征在于，废弃矿渣表面铺设防渗层前先进行整形，集中分散的矿渣堆并修整使其表面平整，防渗层从下往上至少依次包括混凝土层、种植土层。
8.根据权利要求7所述的基于源头减量的废弃矿山地下水污染防治方法，其特征在于，所述混凝土层通过以下方法形成：先在整形后的废弃矿渣表面铺设钢丝网框架，之后喷射混凝土即得。
9.根据权利要求7或8所述的基于源头减量的废弃矿山地下水污染防治方法，其特征在于，混凝土层的厚度为80～120mm。
10.根据权利要求1所述的基于源头减量的废弃矿山地下水污染防治方法，其特征在于，垂直阻水帷幕从地表开始修建至裂隙及破碎带相对较少、渗透系数小于10-6cm/s的中风化地层处。
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2023
- 2023-07-26 CN CN202310930239.8A patent/CN117166408A/zh active Pending
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