矿场封场阻渗方法及应用和矿场封场阻渗结构及应用与流程

1.本发明涉及矿山地下水污染防治技术领域，尤其是涉及一种矿场封场阻渗方法及应用和矿场封场阻渗结构及应用。


背景技术：

2.我国离子型稀土矿（又称风化壳淋积型稀土矿）主要分布在华南地区，富含铽和镝等中重稀土元素，是世界关注的重要战略资源。离子型稀土矿床分布于低山丘陵地貌区，由含稀土的花岗岩等火山岩类在温湿气候和低山丘陵条件下经强烈风化作用而形成，矿体一般富存于全风化及半风化带。
3.目前原地浸矿工艺是离子型稀土矿唯一允许的采矿工艺，浸矿结束后若不及时进行封场处理，在降雨条件下，雨水渗入土壤中淋滤含有残留浸矿剂的浸矿层，导致残留的氨氮、硫酸盐等物质被带走进入地下水含水层中，对地下水造成二次污染。
4.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的第一目的在于提供一种矿场封场阻渗方法，旨在解决现有技术中雨水淋滤浸矿层造成的二次污染的技术问题。
6.本发明的第二目的在于提供一种矿场封场阻渗结构，该结构减少了降雨入渗对残留浸矿剂的淋滤，保证了山体的稳定。
7.本发明的第三目的在于提供第一目的所述的矿场封场阻渗方法和第二目的所述的矿场封场阻渗结构在原地浸矿场封场中的应用。
8.为解决上述技术问题，本发明特采用如下技术方案：本发明的第一方面提供了一种矿场封场阻渗方法，矿山生产结束后确定水平防渗帷幕的位置，布设注浆孔后注浆形成水平防渗帷幕；所述水平防渗帷幕的位置为植被生长层底部1m以下至矿层顶面之间。
9.可选地，所述封场是指先对矿场淋洗，淋洗得到的溶液中浸矿剂的浓度小于等于100ppm后进行所述封场。
10.可选地，所述水平防渗帷幕由阻渗材料凝固后形成。
11.优选地，所述注浆的压力为0.5
‑
1.0mpa。
12.可选地，按质量百分比计，所述阻渗材料包括水泥70
‑
80%、膨润土1
‑
10%、石灰2
‑
5%、速凝剂0.1
‑
1%，余量为水。
13.可选地，所述注浆孔为多个，多个所述注浆孔成排设置，所述注浆孔的排距大于等于0.8m小于等于1.2m；且相邻所述注浆孔的孔距大于等于0.8m小于等于1.2m。
14.可选地，所述矿场封场阻渗方法还包括雨水导排。
15.可选地，通过在山坡设置导流孔和截排洪沟进行雨水导排。
16.本发明的第二方面提供了一种矿场封场阻渗结构，包括水平防渗帷幕；所述水平防渗帷幕位于植被生长层之下，矿体的顶面之上。
17.所述水平防渗帷幕与坡面平行，在靠近坡底一端延伸出坡面。
18.可选地，还包括导排结构，所述导排结构包括导流孔和截排洪沟。
19.所述导流孔设置于坡面上，与截排洪沟相连通，用于收集导流孔导流出的雨水。
20.本发明的第三方面提供了第一方面所述的矿场封场阻渗方法或第二方面所述的矿场封场阻渗结构在原地浸矿场封场中的应用。
21.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1．本发明提供的封场阻渗方法，在含矿层及上部岩土体之间构筑水平防渗帷幕，阻止降雨入渗后对含有残留浸矿剂的浸矿层的淋滤作用，使得降雨入渗后不经过含有残留浸矿剂的浸矿层而直接以清洁水形式排出地表。水平防渗帷幕能大大降低降雨入渗至含有残留浸矿剂的浸矿层的水量，减少入渗水量对浸矿层残留浸矿剂的淋滤，降低尾水产生量及尾水中污染物的浓度。
22.2．本发明提供的矿场封场阻渗结构，在矿体的表面之上设置水平防渗帷幕，为矿体提供了截渗屏障。岩土体与截渗屏障连成一体，防止滑坡，保证了山体的稳定性。
23.3．本发明提供的矿场封场阻渗方法以及矿场封场阻渗结构在原地浸矿场封场中的应用，该应用为原地浸矿场封场提供了有效的封场方式，能有效的进行矿场地下水的污染防治，实用性强，易于推广。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为实施例2提供的矿场封场阻渗结构示意图；图2为实施例2提供的水平防渗帷幕的垂直剖面图；图3为实施例2提供的水平防渗帷幕俯视图。
26.图标：1
‑
水平防渗帷幕；11
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注浆孔；2
‑
等高线；3
‑
导排结构；31
‑
导流孔； 33
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截排洪沟；4
‑
矿体；5
‑
植被生长层；51
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地表植被；61
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全风化层；62
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中风化层；63
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微风化层；64
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未风化基岩；71
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潜水面；72
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收液巷道；73
‑
集液池。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
28.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范
围。
29.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
30.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“毗邻”、“相连”、“连接”应做广义理解，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.原地浸矿场的地下水具有埋藏浅、径流短、地下水和地表水联系紧密等特点，在浸矿结束后需要对浸矿场进行封场处理，若封场不当，原地浸矿场在降雨淋滤下将释放氨氮、硫酸盐、重金属等污染物，进入地下水、地表水及周边土壤，污染原地浸矿场周边水土环境。根据江西省赣州市离子型稀土矿区地表水调查结果，龙南足洞矿区地表水中的氨氮、总氮超标率均为100%，最大超标倍数分别为295倍、358倍；定南岭北矿区地表水中的氨氮、总氮、ph超标率分别为75%、87.5%、34.4%，最大超标倍数分别为112倍、176倍、1.47倍，污染严重。
32.由于原地浸矿采矿方法的特殊性，需要在浸矿场内施工大量注液孔，并向孔内注入浸矿剂。离子型稀土的成矿条件使得矿层上部岩土体存在大量孔隙或裂隙，浸矿剂注入后带走细颗粒的土体，使得注液孔周边的孔隙或裂隙增大。浸矿结束后若不及时进行封场处理，降雨后雨水会渗入土壤中淋滤含有残留浸矿剂的浸矿层，导致残留的氨氮、硫酸盐等物质被带走进入地下水含水层中，对地下水造成二次污染。
33.因此，针对原地浸矿场封场不当造成水土污染问题，本发明开发了一种能高效防止降雨淋滤浸矿层中残留浸矿剂的方法。
34.下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
35.下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
36.实施例1本实施例提供一种矿场封场阻渗方法，矿山生产结束后确定水平防渗帷幕的位置，布设注浆孔后注浆形成水平防渗帷幕。
37.所述水平防渗帷幕的位置为植被生长层底部1m以下至矿层顶面之间。
38.本发明提供的封场阻渗方法，在含矿层及上部岩土体之间构筑水平防渗帷幕，降低降雨入渗后对含有残留浸矿剂的浸矿层的淋滤作用，使得降雨入渗后不经过含有残留浸矿剂的浸矿层而直接以清洁水形式排出地表。水平防渗帷幕能大大降低降雨入渗至含有残留浸矿剂的浸矿层的水量，减少入渗水量对浸矿层残留浸矿剂的淋滤，直接以清洁水方式露出地表，通过清污分流措施直接排放，降低尾水产生量及尾水中污染物的浓度。
39.本发明中所述的清洁水是指不含浸矿剂的水。
40.本发明提供的矿场封场阻渗方法适用于原地浸矿的矿场，矿体位于全风化层与中风化层中。矿场在原地浸矿过程中，为了保护原矿体地形地貌和矿山植被不被破坏，通过注液孔向矿层注人浸矿剂，浸矿剂选择性地浸出矿石中的有用组分，生成的可溶性化合物进入浸矿剂溶液中，通过收液系统被提升至地表进行加工处理提取金属。
41.矿体所在的地质体包括从底部到顶部层叠的未风化基岩、微风化层、中风化层、全风化层和植被生长层，植被生长层上生长有地表植被，潜水面位于中风化层中。
42.当矿场在原地浸矿结束后，山体上存在大量的注液孔，注液孔以及注液孔周边的孔隙或裂缝会成为雨水的渗透通道，使雨水到达残留浸矿剂的浸矿层，导致浸矿过程残留的氨氮、硫酸盐等物质被带走进入地下水含水层中，对地下水造成二次污染。
43.对原地浸矿的矿场封场时，先对原地浸矿系统进行清水淋洗，将浸矿系统中的浸矿剂回收，当回收溶液中浸矿剂的浓度小于等于100ppm后开始封场，回收溶液中浸矿剂的浓度典型但非限制性的为0ppm、10 ppm、50 ppm或100 ppm。封场时对注液孔进行封堵，隔断矿层中残留的浸矿剂和外界接触的主要通道。
44.在原地浸矿场内，在植被生长层底部1m以下至矿层顶面之间确定水平防渗帷幕位置，水平防渗帷幕主要由阻渗材料凝固后形成，隔绝上部的雨水的淋滤。
45.阻渗材料包括按质量百分比计的水泥70
‑
80%、膨润土1
‑
10%、石灰2
‑
5%、速凝剂0.1
‑
1%，余量为水。
46.所述水泥包括普通硅酸盐水泥。水泥在阻渗材料中的质量百分比典型但非限制性的为70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%或80%。
47.所述膨润土是以蒙脱石为主的含水黏土矿物，其中蒙脱石干重≥70%。
48.所述膨润土的含水量≤13%，所述膨润土的膨润度＞25ml/2g。
49.膨润土在阻渗材料中能吸附并制止水泥颗粒的沉积，降低浆液吸水率，膨润土的掺加，还可以改善水泥浆液的稳定性、可灌性及防渗性能，降低浆液回浓现象。膨润土的添加量典型但非限制性的为1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%或10%。
50.石灰在阻渗材料中的添加量典型但非限制性的为2%、3%、4%或5%。
51.速凝剂是掺入阻渗材料中能使阻渗材料迅速凝结硬化的外加剂。速凝剂作用是加速水泥的水化硬化，在很短的时间内形成足够的强度，以保证水平防渗帷幕的构建。在本发明的一些实施方式中，速凝剂典型但非限制性的为红星一型、711型、阳泉一型、尧山型、73牌或782型。
52.在本发明的一些实施方式中，防渗材料通过注浆孔在水平防渗帷幕的位置凝固形成水平防渗帷幕。
53.在本发明的一些实施方式中，所述注浆孔为多个，多个所述注浆孔成排设置，所述注浆孔的排距大于等于0.8m小于等于1.2m；且所述相邻注浆孔的孔距大于等于0.8m小于等于1.2m。
54.在本发明的一些实施方式中，注浆孔的排距典型但非限制性的为0.8m、0.9m、1.0m、1.1m或1.2m，再同一排的相邻注浆的孔距典型但非限制性的为0.8m、0.9m、1.0m、1.1m或1.2m。
55.在本发明的一种优选实施方式中，所述注浆孔按照排距1m，孔距1m进行布设，注浆孔的深度基本一致，使注浆形成的水平防渗帷幕基本与坡面平行。
56.注浆孔布设完成后，使用三管法进行高压喷射注浆，过程中高压水泵直接押送清水，在注浆压力为0.5
‑
1.0mpa的压力下，使其喷射范围更大，形成的水平防渗帷幕的凝结面面积更大。
57.在本发明的一些实施方式中，注浆的压力典型但非限制性的为0.5mpa、0.6mpa、0.7mpa、0.8mpa、0.9mpa或1.0mpa。
58.在注浆过程中，基于高压水与压缩空气的作用力下喷射范围内扩散，注入阻渗材
料，阻渗材料充填周边岩土体孔隙/裂隙，同时将阻渗材料与岩土体粘连形成凝结体，通过多个凝结体进行有效联结，使其成为所述的水平防渗帷幕，从而起到阻渗的目的。
59.灌浆施工完成后一天，对水平防渗帷幕进行压水试验，测试形成的水平防渗帷幕的透水性，检查水平防渗帷幕是否有裂缝，凝结体是否全部形成有效联结。
60.压水试验具体操作是在0.2~0.5mpa的压力下，每3～5min测读一次压入一定流量的水，计算连续四次读数中最大值与最小值之差，本阶段试验即可结束。要求最大值与最小值之差小于1l/min或最大值与最小值之差小于最终值的10%，或者注浆后透水率小于注浆前透水率的10%，则压水试验合格。
61.最后在坡面沿等高线每隔9.5
‑
10.5m高程设置导流孔，在本发明的一些实施方式中，高程典型但非限制性的为9.5m、9.6m、9.7m、9.8m、9.9m、10.0m、10.1m、10.2m、10.3m、10.4m或10.5m。
62.在本发明的一种优选实施方式中，在坡面沿等高线每隔10m高程设置导流孔，导流孔沿等高线梯度分布。
63.在本发明的一些优选实施方式中，导流孔的孔底坡度大于等于1
‰
，使其具有一定的坡度，方便坡体渗水的导出，通过导流孔流出，导流孔孔口沿等高线设置有截排洪沟，用于收集导流孔的渗水或雨水。
64.实施例2本实施例提供一种矿场封场阻渗结构，如图1所示的矿场封场阻渗结构的示意图。本发明提供的矿场封场阻渗结构，在矿体的表面之上设置水平防渗帷幕1，为矿体4提供了截渗屏障，防止入渗雨水到达矿层淋滤矿层引起污染，降低尾水产生量及尾水中污染物的浓度。岩土体与截渗屏障连成一体，防止滑坡，保证了山体的稳定性。
65.矿体4所在的地质体包括从底部到顶部层叠的未风化基岩64、微风化层63、中风化层62、全风化层61和植被生长层5，植被生长层5上生长有地表植被51，潜水面71位于中风化层62中。
66.原地浸矿的矿体4位于全风化层61和中风化层62之间，在原地浸矿过程中，矿体4底部设置有收液巷道72，收液巷道72用于收集浸矿过程中渗流的浸矿母液，收液巷道72延伸出坡面与集液池73连通，集液池73用于排出收液巷道72收集的浸矿母液，收液巷道72和集液池73在矿场封场后关闭。
67.本发明提供的矿场封场阻渗结构包括水平防渗帷幕1，所述水平防渗帷幕1位于植被生长层5之下，位于全风化层61中，在矿体4的顶面之上。
68.如图2所示的水平防渗帷幕1的垂直剖面图，水平防渗帷幕1位于全风化层61中，在矿体4的顶面之上，隔绝水平防渗帷幕1上部的雨水或渗水。
69.在本发明的一种优选实施方式中，所述水平防渗帷幕1与坡面平行，在靠近坡底一端延伸出坡面。
70.图3为水平防渗帷幕1俯视图，山体上设有与水平防渗帷幕1相通的注浆孔11，注浆孔11在矿体4上部的山体上均匀分布，注浆孔11深度一致。
71.所述注浆孔11为多个，多个所述注浆孔11成排设置，所述注浆孔的排距大于等于0.8m小于等于1.2m；且所述相邻注浆孔的孔距大于等于0.8m小于等于1.2m。
72.在本发明的一些实施方式中，注浆孔的排距典型但非限制性的为0.8m、0.9m、
1.0m、1.1m或1.2m，在同一排的相邻注浆的孔距典型但非限制性的为0.8m、0.9m、1.0m、1.1m或1.2m。
73.在注浆孔11内部注入阻渗材料，阻渗材料在矿体4上部和注浆孔11底部形成水平防渗帷幕1。截排洪沟33将同一等高线2上的导流孔31连接，并沿着等高线2从高到低延伸至山底。
74.在本发明的一种优选实施方式中，所述矿场封场阻渗结构还包括导排结构3，所述的导排结构3如图1所示，由导流孔31和截排洪沟33构成。截排洪沟33位于导流孔31孔口位置，与导流孔31相连通，用于收集导流孔31排出的雨水或渗水。
75.在本发明的一种优选实施方式中，所述水平防渗帷幕1延伸出坡面的一端与所述导排结构3相连通，用于排出水平防渗帷幕1上层收集的雨水。
76.在本发明的一种优选实施方式中，为保证截渗屏障的连续性，应将注浆孔11及周边岩土体注浆形成的截渗屏障连成一体。同时，为了保证山体的稳定性不产生滑坡，需在山体上分层构筑雨水导排层及截排洪沟33，及时将入渗雨水导排出山体。
77.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。