壓力平衡滲透吸收法在礦井超標(biāo)污染水中的應(yīng)用

李金星，張旭華

（龍巖市金鑫礦業(yè)咨詢服務(wù)有限公司，福建 龍巖 364000）

蘇邦礦區(qū)自1970年開始建礦，有較長的開采歷史，井田內(nèi)有較大面積的采空區(qū)，前礦區(qū)已經(jīng)全面停產(chǎn)關(guān)閉，礦區(qū)最大涌水量1000m3/h從最低標(biāo)高的+224小窯自然排出，并且鐵、錳離子嚴(yán)重超標(biāo)，給龍津河、九龍江造成嚴(yán)重污染。

1 水源與方案

1.1 水源類型

蘇邦礦區(qū)有較長的開采歷史，井田內(nèi)有較大面積的采空區(qū)，本礦區(qū)水文地質(zhì)條件為中等，其水源類型有：斷層水、地表水、老空水。

1.1.1 水源補(bǔ)給分析

井田及蘇邦礦區(qū)范圍內(nèi)沒有大的地表水體，僅季節(jié)性河流。河水通過基巖含水層滲透補(bǔ)給的水量較弱，經(jīng)多年開采，巖層受空區(qū)影響被坍塌破壞，基巖裂隙加大、增多，在北部及北東部煤層淺埋及露頭地段形成地面塌陷，溝通斷層以及其它構(gòu)造形跡。

在開采過程或開采結(jié)束后，形成地表塌陷區(qū)而加大地表降雨補(bǔ)給水侵入礦井空區(qū)增加礦井水量，加大暴雨產(chǎn)生的洪水沖擊，加強(qiáng)礦井水補(bǔ)給，礦井主要充水因素是礦井掘通斷層導(dǎo)水帶為主及大氣降水、地表水通過頂板砂巖、灰?guī)r裂隙含水層經(jīng)冒落裂隙帶向礦井充水，除以上水源補(bǔ)給因素外，暫無其他充水要素，礦區(qū)于2009年7月掘通導(dǎo)水?dāng)鄬有纬蓪?dǎo)水通道，使斷層水等巖溶水涌入礦井，增加礦井涌水量約700m3/h左右。

1.1.2 涌水治理前檢測指標(biāo)

2017年7月～11月中旬，414+224硐口涌水1000m3/h，經(jīng)檢測PH3.2、鐵離子320mg/L、錳離子90mg/L。

1.2 治理方案選擇

生物固錳除錳技術(shù)：主要是在濾池中接種錳氧化細(xì)菌，但菌種培養(yǎng)費(fèi)用較高，且生物濾層時(shí)間(至少40d)長，單層錳砂濾料應(yīng)用廣泛，但濾料需要較長的成熟期（30d～90d），操作復(fù)雜，工程中推廣較難。

陶粒與錳砂雙層濾池去除地下水中的鐵錳：若在礦硐內(nèi)封堵成治理層，則陶粒及錳砂失效后無法更換，按照這工藝在露天建設(shè)這種污水治理設(shè)施，隨著陶粒和錳砂的不斷失效、更換，循環(huán)往復(fù)，將形成一個(gè)無止境的材料及運(yùn)營費(fèi)用，治理成本非常高。

表1中的處理方法均建立在污水處理廠基礎(chǔ)上進(jìn)行，考慮414大涌水量和日處理能力及高成本運(yùn)營因素，表中1至4方案均屬不可取方案，第5種壓力平衡滲透吸收法可行。

1.2.1 方案一

對礦區(qū)范圍進(jìn)行全面勘查，尋找污染源，然后實(shí)施打鉆、注漿封閉污染源，因沒有污染源具體位置信息資料，不可能操作，且費(fèi)用不可控，可行性較小。

表1 蘇邦礦區(qū)涌水治理方案

表2 實(shí)行硐封堵后井下水的各項(xiàng)指標(biāo)

1.2.2 方案二

建設(shè)污水處理廠，對污染礦井水處理后達(dá)標(biāo)排放，按照建設(shè)日處理1萬噸污染水處理廠建設(shè)費(fèi)用為5000萬元計(jì)算，2.5萬噸污水處理廠建設(shè)需要1.25億元人民幣，且每天需要投放石灰60噸，經(jīng)營費(fèi)用約10萬元/日，一年運(yùn)營費(fèi)用為3650萬元，可行但不經(jīng)濟(jì)。

1.2.3 方案三

根據(jù)“地下水均衡”原理，采用逐個(gè)封堵的辦法，使地下水水位上升，并達(dá)到地下水壓力平衡，使污染水源因壓力平衡不再從導(dǎo)通口進(jìn)入礦井水系，使鐵、錳離子濃度下降。主要工程+224水溝改道、封堵硐口、施工設(shè)備、塌陷區(qū)固結(jié)灌漿，預(yù)計(jì)總費(fèi)用600萬元/項(xiàng)。

綜合以上治理工藝，認(rèn)為方案三可行、經(jīng)濟(jì)，能實(shí)現(xiàn)鐵、錳離子達(dá)標(biāo)排放”。

2 治理措施與方法

2.1 壓力平衡滲透法原理

壓力平衡滲透法原理是設(shè)計(jì)滿足水頭標(biāo)高+250m以上壓力的重力壩對+224m硐及周邊+250m以下小窯以重力壩封堵，隨著水位逐步上升，壓力逐步增大，污染導(dǎo)通水被壓制在+250m以下，部分向+250m以下基巖滲透的淋溶滲水，通過基巖上覆蓋的表土植被根莖吸收、凈化形成澗流，達(dá)到凈化礦井水鐵錳離子實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放目的。

2.2 工程設(shè)計(jì)

2.2.1 封堵體設(shè)計(jì)及強(qiáng)度

從每一礦洞口以里10m起100m范圍，選圍巖好，巖石較堅(jiān)硬，沒有破碎帶位置，為設(shè)計(jì)封堵位置，長度10m～15m。

每個(gè)礦硐專門設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)對礦硐進(jìn)行全密封式重力壩堵水，壩體滿足水頭標(biāo)高+150m，+224m硐口為最低出水位置，預(yù)計(jì)封堵后水柱高度26m，壓力為2.6個(gè)大氣壓（0.26MPa），原巖應(yīng)力取12.5MPa，按150m水柱高度設(shè)計(jì)堵體抗壓強(qiáng)度。

2.2.2 封堵施工工序

封堵前，對封堵體周邊隧洞進(jìn)行清理，使砼建基面上無松動巖塊、巖壁清洗潔凈、無積水、無雜物、無泥垢、無油污，并在封堵體上下游側(cè)預(yù)留0.5m的工作面。

對光滑巖面應(yīng)進(jìn)行鑿毛處理；節(jié)理裂縫發(fā)育帶、斷層破碎帶按1.5倍～2.0倍破碎帶寬度深挖后用C30填塞與封堵體同步回填。

3 工程費(fèi)用

礦區(qū)范圍內(nèi)+250m水平以下，林坑煤礦與美山煤礦共有10個(gè)礦井硐口，總計(jì)2695440元；封堵設(shè)備設(shè)施費(fèi)用133428元/項(xiàng)，費(fèi)用合計(jì)1334280元；+232m地面坍塌灌漿治理費(fèi)用2878350元/項(xiàng)。預(yù)計(jì)項(xiàng)目總投資690.81萬元。

4 效果分析

自2017年10月21日實(shí)施+224m礦硐封堵，至11月6日正式關(guān)閉閘閥蓄水，隨著水位逐步上升，鐵錳離子濃度也隨之不斷下降，見表2。

目前工程已竣工驗(yàn)收，八一溪各項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)正常，水壓力平衡滲透植被吸收法工程實(shí)施取得預(yù)期效果。