CN107935301A - 废弃小型煤矿酸性矿井水综合治理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了废弃小型煤矿酸性矿井水综合治理方法，通过在注浆填充层注浆，浆液固化后形成封堵面层，减少大气降水对目标区域内废弃矿井地下采空区的地下水补给量；在维护条件较好的废弃小型煤矿的矿井井口连续设置可渗透反应墙、连续碱生产池及人工湿地段；在目标区域内的地表河流周边修建引流渠收集系统；对目标区域内的煤矸石堆进行封闭处理。本发明所述的整合技术方案实现目标区域内分布多个废弃小型煤矿酸性矿井水的综合治理，实用性强，成本低，效果好。
Description
技术领域
本发明属于煤矿的废水治理技术领域，尤其是涉及废弃小型煤矿酸性矿 井水综合治理方法。
背景技术
我国南方岩溶地区存在大量采空废弃的小型煤矿，在典型的南方喀斯特 岩溶地区，降水进入煤层采空区后经浸泡形成了含铁、锰超高的矿井水，矿 井水自矿井口或地表岩溶通道、裂隙流出后排入地表水及地下水，导致严重 的水环境污染。
目前，国内矿井水处理多采用末端处理方式，在污水排放的末端修建相 关处理设施，由于我国南方降水量大、地表岩溶裂隙发育多、地下水补给条 件较好，导致污水处理量较大，处理成本居高不下。同时，由于小煤矿分散 无序、同时存在大量地表堆放的采煤矸石，造成矿井废水的处理难度很大。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出废弃小型煤矿酸性矿井水综合治理方法，以 废弃小型煤矿矿井井口溢出污水的污染问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
废弃小型煤矿酸性矿井水综合治理方法，包括如下步骤：
S1：将包括废弃矿井的区域设为目标区域，在目标区域的地下采空区上 方设置注浆填充层；通过在注浆填充层注浆，浆液固化后形成封堵面层，减 少大气降水对目标区域内废弃矿井地下采空区的地下水补给量；
S2：在维护条件较好的废弃小型煤矿的矿井井口连续设置可渗透反应 墙、连续碱生产池及人工湿地段；
利用可渗透反应墙的碱性中和材料中和并吸附废水中的总悬浮物、铁离 子、锰离子及溶解氧含量；
利用连续碱生产装置的有机物层去除废水中的硫酸盐，利用碱度层沉淀 废水中的金属离子；
利用人工湿地段的土壤层吸附废水中的颗粒物，利用人工湿地段的微生 物降解同化废水中的有机污染物；
S3：在目标区域内的地表河流周边修建引流渠收集系统，引流渠收集系 统包括矿井废水引流收集系统和末端集中处理系统；
S4：对目标区域内的煤矸石堆进行封闭处理。
进一步的，所述步骤S1具体分步骤为：
S11：将包括废弃矿井的区域设为目标区域，目标区域还包括地下采空 区、向地下采空区透水的裂隙带、裂隙带之上的地表弯曲带，裂隙带包括顶 板垮落带和导水裂隙带；
S12：通过水文地质调查工作采集目标区域水文地质条件，确定地下采 空区、顶板垮落带、导水裂隙带、地表弯曲带的位置特征；
分别确定地下水通过顶板垮落带和导水裂隙带进入地下采空区的补水 方式；
S13：根据裂隙带的位置特征选择导水裂隙带底部的一个层段作为区域 治理的注浆填充层，确定注浆填充层的分布条件、走向和倾向展布特征；
S14：根据地下采空区及地表弯曲带的位置特征确定主立孔或主排孔的 施工工位，根据注浆填充层的分布条件、走向和倾向展布特征分支孔的施工 位置及技术参数，分支孔为水平羽状定向分支孔或扇形分支孔；
S15：进行主立孔或主排孔的钻孔施工，沿主立孔或主排孔造斜至注浆 填充层，进行分支孔的钻孔施工；
S16：通过分支孔进行区域注浆，通过加压使浆液在注浆填充层中进行 扩散，每一个分支孔浆液扩散范围相互搭接，浆液固化后注浆填充层形成封 堵面层，通过封堵面层减少大气降水对目标区域内废弃矿井地下采空区的地 下水补给量。
进一步的，所述步骤S2具体包括如下步骤：
S21：选择维护条件较好的废弃小型煤矿的矿井井口作为处理目标，废 弃小型煤矿的矿井内有酸性废水溢出。
S22：在矿井井口内的巷道中设置可渗透反应墙进行前处理，利用可渗 透反应墙的碱性中和材料中和并吸附废水中的总悬浮物、铁离子、锰离子及 溶解氧含量；
S23：在矿井井口外部设置连续碱生产池，连续碱生产池自上而下包括 水层、有机物层和碱度层，废水流入水层，依次经过有机物层和碱度层后排 出；
废水经过有机物层，利用有机物层中的硫酸盐还原菌将硫酸盐转化为硫 化物或单质硫并沉降去除；
废水经过碱度层，利用碱度层中的产碱无机物沉淀去除废水中的金属离 子；
S24：在连续碱生产池下游设置人工湿地段利用人工湿地段的土壤层吸 附废水中的颗粒物，利用人工湿地段的微生物降解同化废水中的有机污染 物。
进一步的，所述步骤S3中，矿井废水引流收集系统包括沿河修建的集 水渠，废水经过集水渠排入末端集中处理系统，经处理后再排入河流，末端 集中处理系统的处理工艺包括中和反应、初步沉淀、曝气处理及沉淀处理。
进一步的，末端集中处理系统为建设在下游区域的废水处理厂。
进一步的，所述步骤S4中煤矸石堆进行封闭处理包括如下步骤：
S41：针对缓坡煤矸石堆，通过水泥缓凝土封盖煤矸石堆顶部，通过C20 桨砌石挡墙护坡封盖煤矸石堆四周，C20桨砌石挡墙护坡设置排水沟，C20 桨砌石挡墙护坡上部设置绿化层；
S42：针对河道或山谷煤矸石堆，煤矸石堆移送至土方坑中，土方坑地 基做防渗处理，铺平煤矸石堆后底部覆盖至少50cm绿化层。
相对于现有技术，本发明所述的废弃小型煤矿酸性矿井水综合治理方法 具有以下优势：
(1)在废弃煤矿的地下采空区顶部，通过区域治理注浆形成封堵面， 封堵面相对隔水切断地下采空区的透水通道，达到减少大气降水对废弃矿井 的污水补给量，大幅削减废弃煤矿矿井水的排泄量，大幅降低污水治理的处 理总量和运行成本。
(2)充分利用废弃煤矿的矿井井口，利用废弃巷道在井口内部一定距 离内建设可渗透反应墙，可渗透反应墙对溢出的废水进行前端处理，一方面 达到减少污染物总量的目标，另一方面可减少大型污水处理设施的建设，还 可以解决复杂地形条件下无法减少污水处理设施的问题；在矿井井口外建立 连续碱生产池，可有效去除废水中的硫化物和单质硫，以及沉淀各种金属离 子；通过人工湿地中的土壤、人工介质、植物、微生物多重作用，对废水中 的污染物进行降解去除，具有基建和运行费用低、工艺设备简单和维护方便 的优点。
(3)目标区域内由于废水出水口分散且出水量不大，因此从成本上讲 无法实现废水处理，本治理方法中通过设置引流渠收集系统将废水收集并引 导至下游，通过末端集中处理系统实现废水净化处理。
(4)煤矸石堆是目标区域内重要的污水源，对其进行封闭处理可有效 防止污水外渗和外流。
(5)通过整合技术方案实现目标区域内分布多个废弃小型煤矿酸性矿 井水的综合治理，实用性强，成本低，效果好。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解， 本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发 明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的目标区域的示意图；
图2为本发明实施例所述的设施示意图。
附图标记说明：
10-地下采空区；20-裂隙带；21-顶板垮落带；22-导水裂隙带；30-地 表弯曲带；31-注浆填充层；50-可渗透反应墙；60-连续碱生产池；61-水层； 62-有机物层；63-碱度层；70-人工湿地段；71-土壤层。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中 的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横 向”、“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创造和简化描述，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创造的限制。此外，术语“第一”、“第二” 等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指 示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示 或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有 说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定， 术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接； 可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连 通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本 发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
本发明所要解决的问题是：现有的国内矿井水处理多采用末端处理方 式，在污水排放的末端修建相关处理设施，由于我国南方降水量大、地表岩 溶裂隙发育多、地下水补给条件较好，导致污水处理量较大，处理成本居高 不下。同时，由于小煤矿分散无序、同时存在大量地表堆放的采煤矸石，造 成矿井废水的处理难度很大。
为了解决上述技术问题，如图1所示，本实施例提供了废弃小型煤矿酸 性矿井水综合治理方法，包括如下步骤：
S1：将包括废弃矿井的区域设为目标区域，在目标区域的地下采空区 10上方设置注浆填充层31；通过在注浆填充层31注浆，浆液固化后形成封 堵面层，减少大气降水对目标区域内废弃矿井地下采空区10的地下水补给 量；
S2：在维护条件较好的废弃小型煤矿的矿井井口连续设置可渗透反应墙 50、连续碱生产池60及人工湿地段70；
利用可渗透反应墙50的碱性中和材料中和并吸附废水中的总悬浮物、 铁离子、锰离子及溶解氧含量；
利用连续碱生产装置的有机物层62去除废水中的硫酸盐，利用碱度层 63沉淀废水中的金属离子；
利用人工湿地段70的土壤层71吸附废水中的颗粒物，利用人工湿地段 70的微生物降解同化废水中的有机污染物；
S3：在目标区域内的地表河流周边修建引流渠收集系统，引流渠收集系 统包括矿井废水引流收集系统和末端集中处理系统；
S4：对目标区域内的煤矸石堆进行封闭处理。
该实施例所提供的技术方案的技术效果是：在废弃煤矿的地下采空区10 顶部，通过区域治理注浆形成封堵面，封堵面相对隔水切断地下采空区10 的透水通道，达到减少大气降水对废弃矿井的污水补给量，大幅削减废弃煤 矿矿井水的排泄量，大幅降低污水治理的处理总量和运行成本；充分利用废 弃煤矿的矿井井口，利用废弃巷道在井口内部一定距离内建设可渗透反应墙 50，可渗透反应墙50对溢出的废水进行前端处理，一方面达到减少污染物 总量的目标，另一方面可减少大型污水处理设施的建设，还可以解决复杂地 形条件下无法减少污水处理设施的问题；在矿井井口外建立连续碱生产池 60，可有效去除废水中的硫化物和单质硫，以及沉淀各种金属离子；通过人 工湿地中的土壤、人工介质、植物、微生物多重作用，对废水中的污染物进 行降解去除，具有基建和运行费用低、工艺设备简单和维护方便的优点。
具体的，所述步骤S1具体分步骤为：
如图1-2所示，S11：将包括废弃矿井的区域设为目标区域，目标区域 还包括地下采空区10、向地下采空区10透水的裂隙带20、裂隙带20之上 的地表弯曲带30，裂隙带20包括顶板垮落带21和导水裂隙带22；
S12：通过水文地质调查工作采集目标区域水文地质条件，确定地下采 空区10、顶板垮落带21、导水裂隙带22、地表弯曲带30的位置特征；
分别确定地下水通过顶板垮落带21和导水裂隙带22进入地下采空区10 的补水方式；
S13：根据裂隙带20的位置特征选择导水裂隙带22底部的一个层段作 为区域治理的注浆填充层31，确定注浆填充层31的分布条件、走向和倾向 展布特征；
S14：根据地下采空区10及地表弯曲带30的位置特征确定主立孔或主 排孔的施工工位，根据注浆填充层31的分布条件、走向和倾向展布特征分 支孔的施工位置及技术参数，分支孔为水平羽状定向分支孔或扇形分支孔；
S15：进行主立孔或主排孔的钻孔施工，沿主立孔或主排孔造斜至注浆 填充层31，进行分支孔的钻孔施工；
S16：通过分支孔进行区域注浆，通过加压使浆液在注浆填充层31中进 行扩散，每一个分支孔浆液扩散范围相互搭接，浆液固化后注浆填充层31 形成封堵面层，通过封堵面层减少大气降水对目标区域内废弃矿井地下采空 区10的地下水补给量。
所述步骤S2具体包括如下步骤：
S21：选择维护条件较好的废弃小型煤矿的矿井井口作为处理目标，废 弃小型煤矿的矿井内有酸性废水溢出。
S22：在矿井井口内的巷道中设置可渗透反应墙50进行前处理，利用可 渗透反应墙50的碱性中和材料中和并吸附废水中的总悬浮物、铁离子、锰 离子及溶解氧含量；
S23：在矿井井口外部设置连续碱生产池60，连续碱生产池60自上而 下包括水层61、有机物层62和碱度层63，废水流入水层61，依次经过有机 物层62和碱度层63后排出；
废水经过有机物层62，利用有机物层62中的硫酸盐还原菌将硫酸盐转 化为硫化物或单质硫并沉降去除；
废水经过碱度层63，利用碱度层63中的产碱无机物沉淀去除废水中的 金属离子；
S24：在连续碱生产池60下游设置人工湿地段70利用人工湿地段70的 土壤层71吸附废水中的颗粒物，利用人工湿地段70的微生物降解同化废水 中的有机污染物。
所述步骤S3中，矿井废水引流收集系统包括沿河修建的集水渠，废水 经过集水渠排入末端集中处理系统，经处理后再排入河流，末端集中处理系 统的处理工艺包括中和反应、初步沉淀、曝气处理及沉淀处理。
所述步骤S4中煤矸石堆进行封闭处理包括如下步骤：
S41：针对缓坡煤矸石堆，通过水泥缓凝土封盖煤矸石堆顶部，通过C20 桨砌石挡墙护坡封盖煤矸石堆四周，C20桨砌石挡墙护坡设置排水沟，C20 桨砌石挡墙护坡上部设置绿化层；
S42：针对河道或山谷煤矸石堆，煤矸石堆移送至土方坑中，土方坑地 基做防渗处理，铺平煤矸石堆后底部覆盖至少50cm绿化层。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创 造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进 等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (6)
1.废弃小型煤矿酸性矿井水综合治理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将包括废弃矿井的区域设为目标区域，在目标区域的地下采空区上方设置注浆填充层；通过在注浆填充层注浆，浆液固化后形成封堵面层，减少大气降水对目标区域内废弃矿井地下采空区的地下水补给量；
S2：在维护条件较好的废弃小型煤矿的矿井井口连续设置可渗透反应墙、连续碱生产池及人工湿地段；
利用可渗透反应墙的碱性中和材料中和并吸附废水中的总悬浮物、铁离子、锰离子及溶解氧含量；
利用连续碱生产装置的有机物层去除废水中的硫酸盐，利用碱度层沉淀废水中的金属离子；
利用人工湿地段的土壤层吸附废水中的颗粒物，利用人工湿地段的微生物降解同化废水中的有机污染物；
S3：在目标区域内的地表河流周边修建引流渠收集系统，引流渠收集系统包括矿井废水引流收集系统和末端集中处理系统；
S4：对目标区域内的煤矸石堆进行封闭处理。
2.根据权利要求1所述的废弃小型煤矿酸性矿井水综合治理方法，其特征在于：步骤S1具体分步骤为：
S11：将包括废弃矿井的区域设为目标区域，目标区域还包括地下采空区、向地下采空区透水的裂隙带、裂隙带之上的地表弯曲带，裂隙带包括顶板垮落带和导水裂隙带；
S12：通过水文地质调查工作采集目标区域水文地质条件，确定地下采空区、顶板垮落带、导水裂隙带、地表弯曲带的位置特征；
分别确定地下水通过顶板垮落带和导水裂隙带进入地下采空区的补水方式；
S13：根据裂隙带的位置特征选择导水裂隙带底部的一个层段作为区域治理的注浆填充层，确定注浆填充层的分布条件、走向和倾向展布特征；
S14：根据地下采空区及地表弯曲带的位置特征确定主立孔或主排孔的施工工位，根据注浆填充层的分布条件、走向和倾向展布特征分支孔的施工位置及技术参数，分支孔为水平羽状定向分支孔或扇形分支孔；
S15：进行主立孔或主排孔的钻孔施工，沿主立孔或主排孔造斜至注浆填充层，进行分支孔的钻孔施工；
S16：通过分支孔进行区域注浆，通过加压使浆液在注浆填充层中进行扩散，每一个分支孔浆液扩散范围相互搭接，浆液固化后注浆填充层形成封堵面层，通过封堵面层减少大气降水对目标区域内废弃矿井地下采空区的地下水补给量。
3.根据权利要求1所述的废弃小型煤矿酸性矿井水综合治理方法，其特征在于：步骤S2具体包括如下步骤：
S21：选择维护条件较好的废弃小型煤矿的矿井井口作为处理目标，废弃小型煤矿的矿井内有酸性废水溢出。
S22：在矿井井口内的巷道中设置可渗透反应墙进行前处理，利用可渗透反应墙的碱性中和材料中和并吸附废水中的总悬浮物、铁离子、锰离子及溶解氧含量；
S23：在矿井井口外部设置连续碱生产池，连续碱生产池自上而下包括水层、有机物层和碱度层，废水流入水层，依次经过有机物层和碱度层后排出；
废水经过有机物层，利用有机物层中的硫酸盐还原菌将硫酸盐转化为硫化物或单质硫并沉降去除；
废水经过碱度层，利用碱度层中的产碱无机物沉淀去除废水中的金属离子；
S24：在连续碱生产池下游设置人工湿地段利用人工湿地段的土壤层吸附废水中的颗粒物，利用人工湿地段的微生物降解同化废水中的有机污染物。
4.根据权利要求1所述的废弃小型煤矿酸性矿井水综合治理方法，其特征在于：步骤S3中，矿井废水引流收集系统包括沿河修建的集水渠，废水经过集水渠排入末端集中处理系统，经处理后再排入河流，末端集中处理系统的处理工艺包括中和反应、初步沉淀、曝气处理及沉淀处理。
5.根据权利要求4所述的废弃小型煤矿酸性矿井水综合治理方法，其特征在于：末端集中处理系统为建设在下游区域的废水处理厂。
6.根据权利要求1所述的废弃小型煤矿酸性矿井水综合治理方法，其特征在于：步骤S4中煤矸石堆进行封闭处理包括如下步骤：
S41：针对缓坡煤矸石堆，通过水泥缓凝土封盖煤矸石堆顶部，通过C20桨砌石挡墙护坡封盖煤矸石堆四周，C20桨砌石挡墙护坡设置排水沟，C20桨砌石挡墙护坡上部设置绿化层；
S42：针对河道或山谷煤矸石堆，煤矸石堆移送至土方坑中，土方坑地基做防渗处理，铺平煤矸石堆后底部覆盖至少50cm绿化层。
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