壓力平衡滲透吸收法在礦井超標污染水中的應用

李金星，張旭華

（龍巖市金鑫礦業咨詢服務有限公司，福建 龍巖 364000）

蘇邦礦區自1970年開始建礦，有較長的開采歷史，井田內有較大面積的采空區，前礦區已經全面停產關閉，礦區最大涌水量1000m3/h從最低標高的+224小窯自然排出，并且鐵、錳離子嚴重超標，給龍津河、九龍江造成嚴重污染。

1 水源與方案

1.1 水源類型

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

1.1.1 水源補給分析

井田及蘇邦礦區范圍內沒有大的地表水體，僅季節性河流。河水通過基巖含水層滲透補給的水量較弱，經多年開采，巖層受空區影響被坍塌破壞，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造形跡。

在開采過程或開采結束后，形成地表塌陷區而加大地表降雨補給水侵入礦井空區增加礦井水量，加大暴雨產生的洪水沖擊，加強礦井水補給，礦井主要充水因素是礦井掘通斷層導水帶為主及大氣降水、地表水通過頂板砂巖、灰巖裂隙含水層經冒落裂隙帶向礦井充水，除以上水源補給因素外，暫無其他充水要素，礦區于2009年7月掘通導水斷層形成導水通道，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

2017年7月～11月中旬，414+224硐口涌水1000m3/h，經檢測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：主要是在濾池中接種錳氧化細菌，但菌種培養費用較高，且生物濾層時間(至少40d)長，單層錳砂濾料應用廣泛，但濾料需要較長的成熟期（30d～90d），操作復雜，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這種污水治理設施，隨著陶粒和錳砂的不斷失效、更換，循環往復，將形成一個無止境的材料及運營費用，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上進行，考慮414大涌水量和日處理能力及高成本運營因素，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

對礦區范圍進行全面勘查，尋找污染源，然后實施打鉆、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，且費用不可控，可行性較小。

表1 蘇邦礦區涌水治理方案

表2 實行硐封堵后井下水的各項指標

1.2.2 方案二

建設污水處理廠，對污染礦井水處理后達標排放，按照建設日處理1萬噸污染水處理廠建設費用為5000萬元計算，2.5萬噸污水處理廠建設需要1.25億元人民幣，且每天需要投放石灰60噸，經營費用約10萬元/日，一年運營費用為3650萬元，可行但不經濟。

1.2.3 方案三

根據“地下水均衡”原理，采用逐個封堵的辦法，使地下水水位上升，并達到地下水壓力平衡，使污染水源因壓力平衡不再從導通口進入礦井水系，使鐵、錳離子濃度下降。主要工程+224水溝改道、封堵硐口、施工設備、塌陷區固結灌漿，預計總費用600萬元/項。

綜合以上治理工藝，認為方案三可行、經濟，能實現鐵、錳離子達標排放”。

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計滿足水頭標高+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，達到凈化礦井水鐵錳離子實現達標排放目的。

2.2 工程設計

2.2.1 封堵體設計及強度

從每一礦洞口以里10m起100m范圍，選圍巖好，巖石較堅硬，沒有破碎帶位置，為設計封堵位置，長度10m～15m。

每個礦硐專門設計。根據設計對礦硐進行全密封式重力壩堵水，壩體滿足水頭標高+150m，+224m硐口為最低出水位置，預計封堵后水柱高度26m，壓力為2.6個大氣壓（0.26MPa），原巖應力取12.5MPa，按150m水柱高度設計堵體抗壓強度。

2.2.2 封堵施工工序

封堵前，對封堵體周邊隧洞進行清理，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預留0.5m的工作面。

對光滑巖面應進行鑿毛處理；節理裂縫發育帶、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 工程費用

礦區范圍內+250m水平以下，林坑煤礦與美山煤礦共有10個礦井硐口，總計2695440元；封堵設備設施費用133428元/項，費用合計1334280元；+232m地面坍塌灌漿治理費用2878350元/項。預計項目總投資690.81萬元。

4 效果分析

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

目前工程已竣工驗收，八一溪各項監測指標正常，水壓力平衡滲透植被吸收法工程實施取得預期效果。