礦山酸性水治理工程實例

【摘 " "要】：為提高魚洞河流域水環境質量，維護生態環境，對魚洞河流域受污染的煤礦酸性廢水進行試點治理，根據礦井水污染機理及現場實際情況合理制定治理技術路線，通過對地表喀斯特及落水洞地形治理、帷幕注漿、巷道封堵，在末端設置生態處理系統等方式，進行井上井下聯合治理，使出水達到排放標準后排至天然河道。

【關鍵詞】：礦山；酸性廢水；巷道封堵；帷幕注漿；生態處理

【中圖分類號】：X703 【文獻標志碼】：C 【文章編號】：1008-3197（2024）05-75-03

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.05.020

Treatment Project of Acid Mine Drainage

YU Hai-bo

（North China Municipal Engineering Design amp; Research Institute Co.Ltd. ， Tianjin 300074，China）

【Abstract】： In order to improve the water environment quality of the Yudong River Basin and maintain the ecological environment， carried out pilot treatment of the pollutedacid coal mine drainage in the Yudong River Basin. This project reasonably formulates the treatment technical route according to the water pollution mechanism of the mine and the actual situation on site. Through surface karst， terrain treatment of ponor， curtain grouting， roadway blockage， and the installation of an ecological treatment system at the end， the joint treatment on the well and underground is carried out， so that the effluent reached the discharge standard and then discharged to the natural river channel.

【Key words】： mine；acid drainage；roadway blockage；curtain grouting；ecological treatment system

自20世紀90年代，凱里市進行了魚洞河兩岸煤炭開采活動，受限于開采、堆放和利用技術水平限制，大部分礦產資源開采粗放不規范，其中煤炭開采以落后的小煤窯的形式為主；目前，凱里市政府對市內小煤窯嚴厲打擊陸續關閉，但廢棄的礦洞并未進行有效的封堵治理[1]，造成大面積環境污染[2]，嚴重影響了周邊居民的生活和生產，常規廢棄礦洞封堵在該地區不能根本解決問題。本文根據礦洞實測資料，結合區域水文地質特點，擴大分析污染區域，從源頭減少礦洞采空區的積水，通過對“表巖喀斯特地形治理[3]、帷幕注漿治理[4]、巷道封堵治理及末端生態處理”等技術，實現改善凱里市魚洞河流域煤礦污染狀況，提高水環境質量目標。

1 工程概況

凱里市魚洞河流域州鄉企江口煤礦及金竹沖煤礦酸性廢水治理工程位于喀斯特地區，該地區煤礦開采區一個重要的特征是水煤共生，含煤地層的上覆地層和下伏地層及煤系地層本身的都有含水層。以煤炭為主的含礦地層常覆蓋在喀斯特含水層之上，在這種水煤資源共生的特定水文地質條件下，煤礦的大規模開采對地下水資源和循環條件產生了嚴重影響；喀斯特含水層不僅影響地下水水質、水量，而且會引起地下水含水層的變化，從而波及到采礦區周邊。見圖1。

魚洞河屬于長江流域沅江水系重安江一級支流、清水江二級支流，鄉企江口煤礦和金竹沖煤礦廢水豐水期最大涌水量占魚洞河流域最大流量的30%。礦井涌水具有典型酸性煤礦污水特征，pH值低，鐵、錳濃度高。見圖2。

魚洞河流域（平路河—兩岔河）被污染后為劣V類水質，屬喪失功能水體，危及3 200人的飲水安全。

鄉企江口煤礦豐水期最大涌水量共計900 m3/h， pH值＜3，鐵超標601倍，錳超標10倍；金竹沖煤礦州鄉企江口煤礦豐水期最大涌水量共計3 500 m3/h， pH值＜3，鐵超標430倍，錳超標8倍[1～2]：直接受納水體均為魚洞河流域的兩岔河河段。礦坑水體內有顆粒狀黃色懸浮物，手感滑膩，有鐵腥味；局部水體呈乳白，但河床和兩岸沉積物為銹紅色；河邊大部分地下水出露點顏色也呈典型的酸性鐵銹紅色；河道內外大小不一的砂礫石、鵝卵石表面因鐵氧化物常年累月沉積，呈褐黃至鐵銹紅色。

2 治理工藝

2.1 工藝流程

通過水工環災調查、地面物探，調查流域內地層層序、巖性組合類型、埋藏條件及分布特征、含水巖組水文地質特征和水化學特征，地下水補、徑、排條件及煤礦采空區的分布，喀斯特發育規律等[3]。在此基礎上進行地表喀斯特、落水洞地形治理、帷幕注漿、巷道封堵，并在末端設置生態處理系統，通過井上井下聯合治理，使出水達到排放標準后排至天然河道。

2.1.1 礦井水補給源減量控制

1）在地面采取人為引導、收集等措施，對地表喀斯特、落水洞地形進行治理，減少地表水的補給。

2）對斷層破碎帶進行帷幕注漿改造，探查巖溶管道并予以注漿封堵，減少地下水的補給。

2.1.2 礦井水井下阻斷

采用階梯式封堵方案，對主次巷道封堵，低海拔封堵高海拔出水，以達到保護區域水體水質的治理目標。實施淹沒反壓，將礦井水環境轉為還原環境，達到抑制酸性廢水形成的目標[3]。

2.1.3 末端生態處理

通過源頭減量控制和井下阻斷后，在最終涌水口設置生態處理系統，實現礦井水達標排放至河道。

2.2 處理單元

根據礦井水污染機理及現場實際情況合理制定治理技術路線。本工程主要建設內容包括地表喀斯特、落水洞地形治理、帷幕注漿治理、巷道封堵治理及末端生態處理等。

2.2.1 地表喀斯特及落水洞地形治理

本次治理工作包括兩個溶洞、一個消水洞。治理思路是在溶洞、消水洞水流匯集處建設擋水墻，阻斷地表水進入溶洞、消水洞，通過疏排措施將降雨積水排泄到標高相對低處。施工順序為先施工疏排導水渠，后封堵溶洞、落水洞。見圖3。

2.2.2 帷幕注漿治理

根據地勘資料，為減少地下水的涌入，減少地下水對溶洞水的補給，在地下水上游部位采用帷幕注漿的方式[4～5]進行封堵。

1）帷幕注漿采用普通硅酸鹽水泥，水泥強度等級為32.5，粉煤灰摻量以注漿試驗確定，遇滲漏通道時應灌注水泥砂漿。工程帷幕線總長度749.95 m，單排布置，孔距10 m。灌漿漿液濃度應由稀到濃，逐級變換，水灰比可采用5、3、2、1、0.7、0.5六個比級；開灌水灰比用5∶1，初定帷幕灌漿孔頂灌壓力為0.2 MPa，孔底0.6 MPa，中間段按照灌漿吸漿量試驗后確定。帷幕建成后地下水不浸頂流入礦洞；帷幕下限進入隔水層≮5 m，帷幕厚度≮5 m。帷幕鉆孔孔徑暫定為91 mm。

2.2.3 巷道封堵

根據MT/T 5024—1999《煤礦礦井巷道斷面及交岔點設計規范》、GB 50415—2007《煤礦礦井斜井井筒及硐室設計規范》和現行《煤礦安全規程》的有關規定，求永久性封閉的斜井（平硐）井口，要求在距離井口20 m以上的平硐內設置擋水墻并用泥土填封至井口，設立醒目的警示標志，用護欄隔離。

擬通過采用井下鉆孔封堵巷道內地下水涌水點并模擬恢復巷道原有構造層滲透過濾功能以達到原位出水生態修復治理的系統，從源頭封堵地下水涌水點，通過對巷道井口低海拔封堵高海拔出水來抬高巷道內水位標高至頂板以上，將水位標高以下的水以含水層永久保留在巷道內，借助巖層本身滲透過濾功能，將鐵、錳等有害金屬離子截留在山體內，改善水體水質，達到保護區域水體水質的治理目標。

2.2.4 末段生態處理

經過上述治理措施后，出水量大大減少，為確保出水水質達標，在現狀空地設置末端生態處理系統。根據工作區水量水質特點及現場用地情況綜合考慮，擬采用出水點水量疏導—一級處理系統（生物化學法）—酸堿平衡反應—生物滯留池系統對項目區酸性礦井水進行治理，最終實現礦井水鐵、pH值等達標排放至天然河道。根據豐枯水期水量監測，末段生態處理規模為100 m3/h。如出水水量及水質均超出本生態處理設施的處理能力，明確水量及污染增加來源，調整礦洞封堵及帷幕治理方案，增加截水措施。見圖4。

1）一級處理系統：充分利用地形空間進行布置，設置多個處理單元，交替填充生物填料及緩釋填料，利用氧化亞鐵硫桿菌在酸性條件下將水中的二價鐵氧化成三價鐵，然后經過石灰石（緩釋材料）進行中和反應，通過生物化學反應達到提升酸性廢水的pH值以及有效去除鐵離子的目的。

2）酸堿平衡池+沉淀過濾池處理單元：平衡池中添加片堿溶液，廢水中的鐵離子在偏堿情況下發生化學中和反應，生成氫氧化鐵沉淀物，并在沉淀池中有效沉淀，達到去除鐵離子的目的；沉淀池出水去除大部分鐵離子，提高廢水pH值，有效減少后續反應單元負荷。

沉淀池采用水處理中的斜管沉淀池，有助于沉淀物加速沉淀。產生的沉淀物排至污泥干化池進行自然干化及沉淀，定期外運集中處理，污泥干化池上清液排入沉淀池后端。

3）生物滯留池處理單元：在廢水進入生物滯留池處理單元前大部分鐵離子已去除，通過植物吸收、微生物同化和積累、吸附沉淀、過濾等一系列反應后，進一步去除廢水中的剩余鐵離子，出水最終達標排放。

3 結語

項目建成投入運行后極大改善凱里市魚洞河流域煤礦污染狀況，提高水環境質量。通過試點治理，使魚洞河流域污染綜合治理的技術和方案得到有效總結和積極推廣，對凱里市的建設以及構建和諧社會起到良好的效果。

參考文獻：

[1] 國家環境保護總局，國家質量監督檢驗檢疫總局. 煤炭工業污染物排放標準：GB 20426－2006[S].北京：中國環境科學出版社，2006.

[2] 貴州省生態環境廳，貴州省市場監督管理局.貴州省環境污染物排放標準：DB 52/864—2022[S].2022.

[3]國家煤礦安全監察局.煤礦防治水細則[M].北京：煤炭工業出版社，2018.

[4]中華人民共和國國土資源部. 礦山帷幕注漿規范：DZ/T 0285—2015[S].2015.

[5]中華人民共和國工業和信息化部.注漿技術規程：YS/T 5211—2018[S].北京：中國計劃出版社，2018.