金属矿山地下水零排放技术方法研究

在地下水超采区域内疏干排水采矿将会加剧地下水降落漏斗的扩展、严重破坏区域内地下水生态环境。金属矿山地下水零排放关键技术体系,针对矿山防治水与矿区地下水生态环境综合治理领域所面临的技术难题进行系统性研究,提出了包括采用帷幕注浆、井巷地表预注浆和矿坑水回灌等技术措施的系统方案,并针对其中重要技术参数进行了系统地研究。依托位于邯邢百泉泉域的典型大水矿山中关铁矿进行了实践,取得矿坑水零排放的理想效果,其技术体系原理、技术方法等对于解决国内外大水型矿山面临的紧迫难题提供借鉴。     

中关铁矿堵水帷幕内外水位变化规律

中关铁矿位于水文地质条件复杂、透水性强的奥陶系石灰岩中,该矿在井建期间一直受到严重的水害威胁。在详细分析矿区含水层特征、富水性变化规律及地下水运动特征的基础上,对中关铁矿堵水帷幕内外的水位随季节及年份的动态变化规律进行了分析。结果表明：帷幕内外地下水的动态变化规律不仅受区域地下水径流条件和季节更替的影响,还受帷幕本身及帷幕区域内井巷工程施工及疏干排水作用的影响。根据对矿区水文地质条件及帷幕内外水位变化规律的宏观认识,提出了矿井建设过程中的突水防治对策：工作面超前探水、修建蓄水水仓、矿坑内进行超阶段疏干及对地下水水位和矿井涌水量的持续观测等。     

陀螺仪定向纠斜法在中关铁矿区的应用实践

中关铁矿是20世纪60年代中期探明的储量为9300万t的矿区,因地下水位埋藏深,排水难度大,为防止开采成本大和影响生态环境,决定采用帷幕灌浆方法解决治水问题。帷幕灌浆工程的试验孔对钻孔垂直度要求很高,全孔段孔斜不能大于2 m,防斜、纠斜成一大难题,实践中摸索出陀螺仪定向纠斜法并获得成功。     

徐楼铁矿地面沉降成因及预测

为深入分析徐楼铁矿地表沉降成因,预测矿区地面沉降规律,首先分析了该矿一期采矿工程地面沉降的发育现状,然后从围岩应力场、矿体赋存条件、矿区地下水疏排、区域地质构造、采空区充填等方面对矿区地面沉降成因进行了讨论,最后基于矿区现有的工程地质资料及地面沉降监测资料,采用概率积分法和曲线拟合法预测了矿区地面沉降范围及沉降量,并对预测结果进行了分析。结果表明：①该矿区地面沉降是围岩应力场、矿体赋存条件、矿区地下水疏排、区域地质构造、采空区充填等因素共同作用的结果;②概率积分法预测的采空沉陷区面积约0.22 km2,矿区主井、副井、风井及采矿工业场地大部分位于预测采空塌陷区内,可能引发的采空区塌陷灾害危险性较大;③曲线拟合结果与实测数据较吻合,可较好地反映矿区沉降的实际情况,精度较高。上述结果进一步表明：近年来,矿区地面沉降量和沉降范围呈剧烈加速的趋势,实测沉降影响范围及沉降量远小于预测结果,可见地表仍有一部分建（构）筑物及设施位于预测沉降范围内,此外,随着二期采矿工程的全面展开,矿区地面沉降量及沉降范围在短期内仍会继续增大。     

金家渠煤矿多污染物有效处置技术集成及应用

针对推动矿井水利用,金家渠煤矿建立矿井水动态监测机制,应用“高效沉淀澄清+超滤+反渗透”矿井水分级提标处理技术及“A/O生化处理+瓷砂/生物活性炭过滤+二氧化氯消毒”生活污水处理工艺,构建了矿井水资源综合利用体系;针对锅炉烟气多污染物治理,采用“PNCR脱硝+陶瓷多管预除尘+DMCD低压脉冲长布袋除尘+高效喷淋雾化脱硫(氧化镁法脱硫)”工艺,实现了达标排放;针对煤矸石堆积场地,采用煤矸石充填、分层碾压、覆土绿化治理以及“草灌+乔灌+林草”模式进行生态系统植被修复。通过对矿井水、烟气、煤矸石的有效处置,有效修复了矿区生态系统,使当地水源得到涵养,为矿区可持续发展打下了坚实基础。     

高矿化度矿井水井下深度处理与浓盐水封存技术研究

高矿化度矿井水的深度处理及零排放是西部地区煤矿企业面临的严峻问题之一。文章围绕灵新煤矿高矿化度矿井水处理工程，详细论述了“直滤系统+反渗透系统”深度处理工艺和浓盐水井下封存技术。相较于地面处理系统，矿井水井下处理系统不仅实现了井下污水零升井的目标，而且大幅降低了投资和运行成本。同时，利用采空区进行浓盐废水井下封存，也为矿井水处理零排放提供了一条新的路径。     

A Study of Water-Inrush Mechanisms Based on Geo-Mechanical Analysis and an In-situ Groundwater Investigation in the Zhongguan Iron Mine,China

The Zhongguan iron mine is strongly threatened by water inrushes because of the thick Ordovician limestone aquifer and a variety of concealed faults. An inrush event occurred at ?260 m below sea level (bsl), inundating the mine during the mineral deposit developing stage. It was very important to understand why and how this occurred to prevent its recurrence. A numerical simulation of a process-based model of the excavation, together with an in-situ groundwater investigation, showed that the event was related to the normally impermeable X1 fault, which was gradually activated from the bottom of the aquifer to the mine roof as excavation developed. The activated fault transformed into an inrush channel, hydraulically connecting the aquifer and the roadway. Thus, faults and other geological structures have to be mapped before mining. Moreover, sealing possible water channels before excavation in potential inrush areas is much better than advance dewatering because of the aquifer’s transmissivity and the limited effectiveness of grout curtains.     

高矿化度矿井水井下循环利用水质指标研究

高矿化度矿井水的排放影响着矿区周边生态环境,为提高高矿化度矿井水的利用量,降低对环境的风险,介绍了九龙矿基于国内高矿化度矿井水处理利用技术现状,选择将高矿化度矿井水深度处理后,回用于井下生产和回灌井下含水层,实现高矿化度矿井水的零排放的案例。以该矿地下水水质为基础,结合《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)中Ⅲ类水质要求,确定该矿高矿化度矿井水井下循环利用水质指标,指导深度处理工艺选择,促进煤矿向绿色矿山、绿色生产方式的转变,为其他同类矿山提供借鉴。     

新庄孜矿覆土造地综合研究

以新庄孜矿为例,针对覆土造地过程中,对煤矸石充填可能带来的重金属元素的迁移污染做了相关分析,结果表明矿区重金属污染程度不强,工程区地下水质达到Ⅲ类以上.施工过程中采用煤矸石与土的多层结构充填模式,提高了矸石保熵性.采用煤矸石充填塌陷区,既减少矸石山占地面积,又能在塌陷区覆土造地,同时有利于保护环境,具有较大的经济效益、社会效益和环境效益,对淮南矿区覆土造地及工农业持续发展具有重要的示范意义.     

浅层地热能地下换热系统适宜性评价与优化设计——以郑州市浅层地热能示范工程为例

地热资源的开发利用对减少CO2排放和抑制全球气候变化能起到积极的作用。目前,国内浅层地热能地下换热主要有地下水换热系统和地埋管换热系统2种方式,其共同优点是能源利用系数高、安全稳定、零污染排放等,但在换热效率、开发利用条件、空间占用等方面各有利弊。本文叙述了浅层地热能地下换热系统适宜性评价指标,结合郑州市浅层地热能示范工程建设项目,分别进行了抽水与回灌试验、岩土热物性参数测试、地层热响应试验等现场试验,对浅层地热能2种换热方式的适宜性进行了分析比较,得出建设区岩土具有较高的导热系数和容积比热容,有利于热量的传导与保持;但区域水位埋深浅,现场试验回灌量仅107.37 m3/d,回灌能力较差。相比之后,优化设计并选择了更适用于建设区浅层地热能开发利用的地下埋管换热系统。     

Hydrochemical Analysis of Groundwater in Coastal Coal Mining Areas—A Case Study of the Liangjia Coal Mine,North China

To understand the hydrochemical characteristics and circulation pattern of groundwater in coastal coal mining areas, we analyzed 81 water samples from different water bodies in the Liangjia coal mine (LCM) area using multivariate statistical analysis and hydrochemical methods. The Quaternary groundwater (QW), accumulated water (AW) in the subsidence area, and mine water (MW) in the LCM all exhibit weakly alkaline to slightly saline water chemistry. The dominant cations and anions in the water are sodium (Na⁺) and chloride (Cl^?), reflecting the influence of seawater intrusion. Some ions in QW, AW, and MW exhibited significant annual variations, but Na⁺ and Cl^? concentrations increased with time. The water samples were divided into four categories through cluster analysis: C1 and C2 (bedrock water samples), C3 (water samples prominently affected by seawater intrusion), and C4 (QW and AW in the surface subsidence area). According to the Piper diagram, QW and AW in the surface subsidence area mainly correspond to the Na?Cl type, whereas the MW mainly consists of Na?Cl and Na?HCO₃ types. Factor analysis revealed four main factors: seawater recharge, HCO₃-rich bedrock water, alkaline water, and Quaternary groundwater (QW) with eigenvalues of 4.18, 2.44, 1.22, and 1.19 respectively, which explained 81.98% of the original data information. The comprehensive results of hydrochemical analysis and mathematical statistics indicated that the recharge sources of MW in LCM include seawater, QW, AW, HCO₃-rich bedrock water, and mixed water. Based on regional hydrogeological conditions, a preliminary groundwater circulation model of the coastal coal mining area was constructed. Groundwater generally flows into the Bohai Sea from southeast to northwest, and coal mining has changed the original local groundwater runoff patterns and intensified seawater intrusion.

     

铜陵矿区矿山地质环境问题及治理对策建议李 闽 王联军 罗小利

随着铜陵矿区由于长期大规模的资源开发,矿山地质环境问题日趋严重,截止2012年底,全市因采矿占用、破坏土地面积2085.9hm2;地下水均衡遭到破坏,最大降深达已达100余米;矿产资源开采诱发岩溶塌陷、采空塌陷、不稳定边坡等地质灾害。铜陵市通过积极创新保证金制度、扎实推进矿山复绿行动、矿山地质环境治理对接城市建设、企业大力发展循环经济等措施,开创了矿山地质环境治理新局面;总结了铜陵市矿山地质环境治理工作中还存在治理资金严重不足、治理责任主体不清等问题;提出国家应加大对铜陵矿区矿山地质环境治理的投资力度、完善矿山地质环境保护法律法规;铜陵市应加快绿色矿山建设,积极构建矿山地质环境治理责任确认制度,创新矿山地质环境治理投入机制等对策建议。     

矿山帷幕注浆方案研究及堵水效果综合分析

在分析中关铁矿水文地质条件的基础上,确定了该矿山治水采用全封闭帷幕注浆的堵水方案。在施工过程中,对西线帷幕注浆工程采用叠加效应分析、离散性分析、高密度物探测试及检查孔检验等手段进行注浆幕体施工质量及防渗效果检查和评价,结果表明,帷幕注浆参数设计合理,帷幕体具有较好的抗渗性能,可满足矿山治水和安全开采的要求。     

某大水矿床治水方案与采矿方法的选择

对中关铁矿大水矿床治水方案的确立与采矿方法的选择进行了探讨。通过技术经济比较 ,指出了采用尾砂胶结充填法的合理性 ,并对该工艺及高水材料充填新技术进行了详细阐述。     

“水量平衡分析”的露天煤矿水资源综合利用途径

为有效解决我国北方矿区煤-水资源逆向分布和矿井水回用率低等问题，以神华某露天煤矿为例，基于“水量平衡分析”的方法，提出了水资源综合利用途径。通过分析矿区水资源利用现状与存在的问题，重点探讨矿坑污水处理厂水量变化规律，重构矿区水量平衡图，最终确定矿区水资源综合利用途径。结果表明：1）近三年矿坑涌水量、污水厂处理水量和回用水量均逐年降低，水资源利用率低；2）基于矿区污水处理厂处理水量变化分析，发现该矿区2016年到2018年的矿坑污水量主要受季节的影响较大；3）该矿区水资源在不同季节的回用方向和回用量也不同；4）综合考虑了时间和空间因素，确定了水资源综合利用技术，结合矿区实际用水需求，重构了水量平衡图，将采暖季与非采暖季的矿坑水资源利用率提高到89.9%与70.1%，促进了矿区的可持续发展，最终可实现煤-水资源的和谐共生。     

矿井水降温系统冷水源制取及冷凝热综合利用

随着矿井开采深度的加深,矿井热害问题越显突出。基于深部矿井多水平开采的前提,利用第一水平废弃水仓以及运输大巷,运用水源与岩壁的热交换原理制取并储存冷水源;对开采水平各高温工作面运用热交换原理进行降温;并把通常情况下难以解决的冷凝热进行综合利用;探讨了新型的绿色节能矿井降温系统。     

梅山铁矿井下渗漏水防治技术

针对梅山铁矿井下防渗漏水对生产安全造成的隐患治理问题,在分析梅山铁矿水文地质条件及矿山开采现状的基础上,开展了井下防渗漏水综合治理技术方案研究与应用。通过现场调查分析了矿山井下渗漏水现状,研究表明地质构造、矿物成分及人为开挖活动是导致部分揭露矿岩在遇水后稳定性下降的主要原因。基于崩落法开采造成地表塌陷,分析了暴雨入渗的特征,并采用水均衡法获得暴雨日入渗率为8%,实现了井下涌水量预测。将井下渗漏水情况分为采区渗水与井筒渗水2种类型。通过综合比较分析,副井、西南井、北风井采用帷幕注浆方案。1#主井采用局部注浆方案;将巷道渗漏水现象细分为顶板淋水、底板及其墙角渗水、巷道墙体预留孔渗水、大面积巷道淋水、渗漏水和围岩中存在异常水包5类,并提出了相应的治理措施。以上方案在梅山铁矿的实施取得了显著效果。     

中关铁矿堵水帷幕模型的建立及其稳定性分析

为保护地下水资源,合理开发矿产资源,采用全封闭的注浆堵水帷幕堵截地下水是保证大水矿山正常开采的一种有效的技术措施。在井巷施工及矿体开采过程中,需对帷幕内围岩进行疏干排水,随着疏干排水的进行,势必会在帷幕内外形成一定的水力梯度,这将对帷幕的稳定性产生很大的不利影响。结合中关铁矿注浆堵水帷幕工程,根据矿区的水文地质资料、工程地质资料和钻孔资料,建立堵水帷幕区域的三维地质模型、三维可视化模型和三维力学计算模型,并对帷幕内围岩疏干排水引起的应力响应进行分析。结果表明：疏干排水使堵水帷幕区域的应力场发生了明显的改变,疏干排水对西侧和西南侧帷幕的扰动较为明显。     

基于煤炭采空影响的多含水层水文地质响应——以新桥煤矿为例

为研究受煤炭采空影响的多含水层的水文地质响应，以新桥煤矿为例，通过对其采空区分布和地表塌陷的调查，结合煤矿地质构造、含水层水文地质特征等的分析，探讨采空影响下煤层顶底板工程地质条件的改变而产生的导水通道，造成采空区地下水的补给和径流，并通过计算和PHREEQC模拟软件分别对采空区水量、水质进行预测，从而为煤矿安全生产和采空区地下水开发利用提供依据。     

Avoiding Coal–Water Conflicts During the Development of China’s Large Coal-Producing Regions

Coal and water resources are important and fundamental to the sustainable development of China??s national economy and society. However, coal?Cwater conflicts are beginning to restrict coal production. In order to study this serious problem, the threat of mine water disasters, the supply?Cdemand imbalance of water resources in coal mining areas, and the nature of polluted mine water were considered. Our results show that these problems are best resolved by viewing coal and water as coupled resources, using an optimized five?fold combination of mine water control, treatment, utilization, groundwater recharge, and environment-friendly treatment. Water that is pumped to the surface to make a mine safer to operate can be used without being treated if it is kept separate from contaminated mine water and can be a resource, as can mine water that has been properly treated.