大水矿山矿坑水地表零排放关键技术研究与应用*#br#

为解决大水矿山安全开采与区域地下水资源保护之间的矛盾，开展了大水矿山矿坑水地表零排放技术体系研究。首先开展了高压注浆液固结试验，研发了新型注浆材料；针对受限巷道空间实施帷幕技术浆液无法搭接等难点展开了研究，确定了小曲率半径钻探参数；然后通过现场工业试验、数值模拟和解析计算，确定了帷幕注浆钻孔孔距确定方法，提出了PLA注浆效果判定和帷幕体渗透系数预测方法，创新了无线远程地下水位自动监测系统；最后开展矿坑水净化技术研究，采用了沉淀+过滤+纳滤技术实现系统产水达到Ⅱ类地下水质量标准；开展深井大流量回灌试验，利用抽水试验影响半径反演出群井回灌影响范围，确定群井联合回灌能力。研究结果表明：达到大水矿山矿坑水地表零排放目标，实现水资源的生态保护。     

某大水矿山地下水资源综合利用与回灌技术

某大水矿山在合理开采矿产资源条件下,采用"堵+回灌"相结合的手段,对矿区内地下水资源进行治理与保护。根据该矿山水文地质条件,采用全封闭帷幕注浆手段对矿区内的地下水资源进行治理,限制地下水降落漏斗的扩展范围,降低矿坑涌水量。为进一步加大地下水资源和水环境的保护力度,采用矿坑水回灌技术,从而实现了矿山地下水零排放的目标,有效保护了区域地下水资源。     

矿坑涌水封堵治理过程中岩溶导水通道连通性研究

受含水层岩溶发育不均匀性影响,大水矿山矿坑涌水导水通道空间分布位置的探查存在较大技术难度,难以针对性制定矿山防治水方案。以强岩溶地区某大水矿山矿坑涌水治理工程为背景,选择食盐作为示踪剂,通过连通试验研究了注浆孔揭露岩溶通道与矿坑主要涌水点之间的水力联系,并在标定水样电导率-食盐浓度对应关系的基础上,计算了岩溶通道补给水源汇入涌水点的比例。试验结果表明,该岩溶通道与矿坑-30m水平最大涌水点连通性好,示踪剂回收率达到88.45%以上,可判断其为主补给通道。此通道经“投料+注浆”封堵治理后,涌水点水量由2.4万m3/d降至500m3/d,保障了安全生产。研究结果表明:连通试验在岩溶管道流充水矿山导水通道探查方面具有良好的适用性,是查明导水通道与矿坑涌水点连通性和补给量的可靠技术手段,能够为大水矿山制定防治水策略提供有效技术依据,避免因条件不清而造成的盲目施工,具有显著的经济效益和社会效益。     

我国矿区注浆帷幕截流技术的研究与应用

针对我国大水矿床开采中因地下水所造成的危害及环境破坏问题,产生了注浆帷幕截流技术,它已成为我国大水矿山地下水防治的一项主要技术。本文在总结我国大水矿山使用注浆帷幕截流技术的基础上,对帷幕防渗标准、帷幕结构、注浆孔施工、造浆及注浆系统、注浆参数等提出了建设性意见;同时也指出了矿区帷幕注浆技术的选用条件。     

注浆新工艺在铜录山矿帷幕工程中的应用

铜录山矿在治理矿区地面塌陷及地下水截流中,采用了帷幕注浆技术。针对该矿典型动水注浆的特点,在工程中应用了一些新的注浆工艺。在防止浆液流失、控制浆液扩散范围及溶洞含砂层水泥注浆等方面的研究,均获得成功。所采用的水泥—水玻璃双液注浆、海带堵漏以及钻杆注浆等项技术,经室内试验及现场工业性试验,均获良好效果。这些新工艺的应用成功,使帷幕注浆技术水平进一步提高,为解决复杂地质条件的大水矿山防止地表塌陷及减少矿坑涌水量,提供了切实可行的方法。     

近矿体帷幕注浆在某大水矿山的应用

针对某大水矿山的矿区水文地质特征和矿床水文地质特征,研究制定了近矿体帷幕注浆技术路线,确定了注浆方案和工程布置、工艺参数,并对帷幕工程实施后的矿坑涌水量做了预测。该矿山通过实施井下近矿体帷幕注浆方案,有效的减少了矿坑涌水量,其堵水率达到86%,产生了巨大的经济效益、社会效益和环境效益。     

湖南某铀矿退役矿坑水的治理

介绍了湖南某铀矿开采过程中对地下水的影响状况 ;着重论述了矿山退役中矿坑水治理的原则 ,治理方法和科研工作 ;概述了矿坑水的封堵技术、施工管理 ,以及治理后所达到的效果。     

矿山地下水三维空间流场模型构建及应用

在以往的矿区水文地质勘探工作中,鉴于矿山开采深度一般较浅,同时为了简化计算,大多将地下水的运动纳入二维平面流范畴。随着矿产资源开发规模、开采强度及开采深度的不断增大,地下水垂向运动特征越发显著,尤其是在大降深条件下,地下水流场呈现出典型的三维空间流场特征,若忽略地下水的垂向运动,将地下水流系统三维模型简化为二维模型,将使模型偏差较大,导致矿坑涌水量预测结果严重失真,因此,地下水运动的垂向速度分量不可忽略。在开展矿山地下水三维空间观测系统建设研究的基础上,构建了矿山地下水三维空间流场模型,提出了“海绵体”型、“蘑菇”型地下水系统理论,明确了地下水系统的运动规律、特点及防治水的关键技术,相关技术体系原理、技术方法对同类型矿山尤其是深部开采矿山水文地质勘探及防治水工作起到了积极的指导作用。通过在北洺河铁矿、司家营铁矿进行实践应用,深化了对矿区水文地质条件的认识,大幅度提高了矿坑涌水量的预测精度,提出了适合矿山的防治水措施,保证了采矿安全。     

构造裂隙大水矿床帷幕注浆工程试验及参数研究

构造裂隙大水矿床含水介质复杂多变,基建难度大,突水风险高,防治水技术难度大。借鉴岩溶大水矿床治水经验,设计采用矿山地面帷幕注浆技术,解决黄屯硫铁矿火山岩构造裂隙大水矿床地下水害。通过帷幕注浆生产性试验,从注浆前后帷幕体透水性、检查孔压水试验、注浆前后钻孔岩芯揭露情况分析,证明火山岩裂隙地层高压灌注水泥黏土浆后,大的构造导水通道及微细裂隙都能被浆液有效充填,注浆堵水效果显著,该方法可为同类矿床防治水工作借鉴。     

霍邱李楼铁矿水文地质特征及防治水措施

李楼铁矿是目前国内地下铁矿山中规模最大,水文地质条件较复杂的铁矿山。通过水文地质条件研究,认为基岩裂隙水是矿床的主要充水水源,节理裂隙是矿坑充水的主要通道,矿坑水很难预先疏干。采用比拟法预测了矿坑涌水量,结果表明矿坑深部的正常涌水量为10 062m~3/d,并提出了矿坑防治水技术措施。     

高原高寒煤矿区生态环境修复治理模式与关键技术

矿山的生态治理与环境修复是保证资源开采可持续发展的必要条件。高原高寒煤矿区生态修复涉及煤炭资源勘查开发与保护、冻土、水资源、草甸湿地、土壤、植被、生态环境等多方面的科学问题,难度较大。根据问题导向、科学精准、集中整治、分类施策的要求,遵循“山水林田湖草是一个生命共同体”的理念,对青海木里矿区煤炭露天开采存在的生态环境问题研究发现,目前矿区存在的生态环境问题有地貌景观破坏、植被破坏、土地挖损和压占、冻土破坏、水系湿地破坏与采坑积水、地下水含水层破坏、土地沙化与水土流失、不稳定边坡8种类型。针对以往煤矿开发造成的八大生态环境问题,以煤炭生态地质勘查理论为指导,综合研究并形成了地形地貌重塑技术、土壤重构及植被恢复技术、水系自然连通技术、煤炭资源保护技术、边坡稳定性综合监测技术五大关键技术。综合运用以上技术,系统对采坑渣山治理、植被恢复、水环境和资源等进行统筹规划,对矿区生态环境进行综合整治,形成4种具有高原高寒特色的生态修复重点治理模式,分别为水系连通、引水代填、关键层再造以及依山就势。治理工程实践中按照“地质+生态”、“自然恢复+工程治理”的综合治理思路,通过与各井渣山边坡稳定程度、水系传输与采坑积水情况、资源赋存状态等相结合,最终形成“一坑一策”的7种治理方法:边坡阶梯整治+坑底部分复绿+引水代填形成高原湖泊(聚乎更三号井)、保留采坑积水形成的高原湖泊+边坡与渣山整治+覆土恢复植被+水文定期监测(聚乎更四号井)、采坑部分回填形成梯田+边坡与渣山整治+植被复绿+地表水系自然连通(聚乎更五号井)、资源保护+边坡与渣山整治+采坑形成高原湖泊+水系自然连通+植被复绿(聚乎更七号井)、边坡与渣山平整+植被复绿+保留高原湖泊+水系自然连通(聚乎更八号井)、资源保护+采坑回填+削坡整治美化+地貌恢复与周围环境相协调(聚乎更九号井)、采坑回填+边帮整形+坑底就势整平+景观协调(哆嗦贡玛区)。探索了露天煤矿区生态环境一体化修复治理路径,在木里矿区生态修复治理实践中得到有效的应用。     

An Optimized Combination of Mine Water Control,Treatment, Utilization,and Reinjection for Environmentally Sustainable Mining: A Case Study

This paper presents a case study of an optimized combination of mine water control, treatment, utilization and reinjection to achieve the zero discharge of mine water. Mine water has been considered a hazard and pollution source during underground mining, so most mining enterprises directly discharge mine water to the surface after simple treatment, resulting in a serious waste of water. Moreover, discharging a large amount of mine water can destroy the original groundwater balance and cause serious environmental problems, such as surface subsidence, water resource reduction and contamination, and adverse impacts on biodiversity. The Zhongguan iron mine is in the major groundwater source area of the Hundred Springs of Xingtai, which is an area with a high risk of potential subsidence. To optimize the balance between mining and groundwater resources, a series of engineering measures was adopted by the Zhongguan iron mine to realize mine water control, treatment, utilization, and reinjection. The installation of a closed grout curtain has greatly reduced the water yield of deep stopes in the mine; the effective sealing efficiency reaches 80%. Nanofiltration membrane separation was adopted to treat the highly mineralized mine water; the quality of the produced water meets China’s recommended class II groundwater standard. Low-grade heat energy from the mine water is collected and utilized through a water-source heat pump system. Finally, zero mine water discharge is realized through mine water reinjection. This research provides a beneficial reference for mines with similar geological and hydrogeological conditions to achieve environmentally sustainable mining.

     

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。     

煤矿区场地地下水污染防控技术研究进展及发展方向

目前，我国煤矿区场地地下水污染防控还处于初级阶段，缺乏矿井全生命周期地下水污染防控体系，造成了地下水污染防控不当、污染加剧等问题，在科学界定煤矿区污染场地和地下水污染流场单元的基础上，阐述了目前煤矿区场地地下水污染监测预警与防控技术的研究进展及发展方向。基于污染场地的定义，对煤矿区地下水污染场地和地下水污染流场单元进行了科学界定，明确了煤矿区地下水污染场地范围和地下水流场评估范围；分析了煤矿区场地矿井水污染类型和污染模式，阐明了煤矿开采和闭坑阶段地下水污染的主要特征因子；基于地下水污染风险理论，剖析了煤矿区场地地下水污染监测现状及预警技术思路；从矿井生产和闭坑角度出发，阐述了基于岩层控制、阻断材料以及地下储水等现有的保水开采技术途径，概述了矿井闭坑过程和闭坑后地下水污染防控的主动、被动技术手段。在上述分析的基础上，立足于矿井全生命周期不同阶段的特征，提出了煤矿区场地地下水污染防控技术的发展方向，主要包括：地下水污染精准探测技术，地下水特征污染物智能识别、监测预警技术与装备的研发，煤矿区地下水污染源头控制、过程阻断、末端修复等关键技术与工艺，力促形成煤矿区全生命周期地下水污染防控技术体系与规范，研究结果对于矿区地下水污染防控有一定的参考价值。     

特厚综放工作面过断层防治水技术体系实践

为解决巨厚砂岩含水层影响下特厚煤层综放开采过断层水害防治的技术难题,以彬长矿区孟村煤矿首采面揭露的断层为例,采用槽波勘探CT成像、井下钻孔高位探查的手段对断层展布、含导水性和水害威胁进行了研究。针对该断层展布长、落差大、水害威胁严重的特点,研发了留设限高保护带、超前注浆加固、采空区涌水滞后分流等水害"A+B"综合防治技术。在首采面现场试验后,确保了孟村煤矿401101工作面回采通过DF29断层期间涌水平稳,未发生架前大面积淋水和采空区水量突增的情况,研究成果为彬长矿区类似条件矿井的安全生产提供借鉴。     

基于灰色-回归对帷幕注浆影响因素相关性分析

云南昆明某露天矿随着采矿延深，地下水涌水量逐步增大使得开采难度提高，为了治理矿山水害，现场选取了局部试验段进行帷幕注浆堵水试验，基于现场物探、钻孔成像、声波测试、压水试验等方式取得的相关数据，选取以每米吃浆量为因变量，注前透水率、水灰比、段长、注浆压力、钻孔深度为自变量参数进行灰色关联性分析和多元回归分析，得出试验段钻孔每米吃浆量及其相关参数的回归方程及关联度，为矿山后续大规模帷幕注浆的注浆工艺和注浆过程参数控制提供借鉴，也为后续岩溶地区节理化裂隙帷幕注浆参数选取方面提供参考价值，为矿山的安全生产提供保障。     

再论霍州老矿区保水开采可行性及水资源利用——以团柏矿为例

霍州矿区煤炭开采引起的岩溶水害与生态环境问题是山西煤炭资源与环境矛盾的缩影。从团柏井田水文地质条件分析入手,针对性地提出了保水开采技术方案,即先期对采空区涌水通过查通道、堵通道方式进行局部治理,大幅减小矿井涌水量,后期通过帷幕注浆截流的方式,截断开采涌水对郭庄泉奥灰水的袭夺通道,达到保水采煤的目标。最后对矿井现有排水的综合利用提出了见解,是对未来霍州老矿区实现煤炭资源绿色开采之路的一次思考和探索。     

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。     

多水矿山地下采矿注浆堵水技术及案例分析

涌水量特别大、水文地质条件复杂的矿山不适合采用先疏干、后采矿的传统技术。通过地下矿山防治水技术研究与开发,采用坑内近矿体顶板灰岩注浆堵水技术进行治理涌水问题,取得了较好的成效。该技术的总体思路是对近矿体顶板灰岩岩溶裂隙充塞、密实,将灰岩连接加固形成隔水层,使之形成平行与矿体的倾斜隔水帷幕,防止地下水进入采场。本研究结合实例分析多水矿山地下采矿注浆堵水技术的设计思路、实施方法和应用成效。根据矿床、矿体和矿物特征和矿区水文地质条件,论述了工程布置和钻探注浆工程量统计方法,解析了注浆层安全厚度的确定、顶板注浆堵水工艺设计、注浆方式和注浆段高、压水试验、注浆顺序、注浆参数等注浆技术参数等确定原则和方法。     

南泥湖露天矿区采场水力联系及矿坑涌水量预测

为了查明南泥湖露天矿区采场范围内水力联系及矿坑涌水量,分析了含水层类型及其富水性特征,地下水补给、径流、排泄条件,地下水的基本特征等,基于此,采用长期水文监测、示踪试验及水化学分析等方法,研究了大气降水、地表水、地下水及矿坑涌水之间的水力联系及相互转换关系;并分析了露采矿坑的涌水因素以及预测了露采矿坑涌水量,主要包括矿坑大气降水补给量、地表径流量和地下水补给量。研究为后期水文地质监测以及地质灾害防治提供了技术支持。