一种关闭煤矿酸性矿井水处理方法与流程

本发明涉及环境工程技术领域，尤其是一种适用于斜井开采的废弃矿山的关闭煤矿酸性矿井水处理方法。

背景技术：

开发矿藏时，大气降水、地表水、地下水和生产用水等涌入，就会形成矿山排水。对于斜井开采的煤矿，大气降水渗入采空区是形成酸性矿井水排放的重要因素，且降水中溶解氧浓度通常为8-9mg/l，在硫细菌的参与下，岩石中的硫化物氧化形成酸性矿山排水，其ph值一般在3.0-6.5之间，这类酸性矿山排水排放点多且分散，污染面广，严重威胁周边土壤和水体的环境安全。

目前，酸性矿山排水常用的处理工艺有中和法、微生物法、人工湿地法等。中和法就是将中和剂投入酸性废水中，提升废水ph，金属离子在碱性条件下生成氢氧化物沉淀，从而从废水中去除，比较常用的中和剂有石灰、石灰石、碳酸钠、氢氧化钠等。中和法能有效中和废水酸度，中和法处理后出水中可能含过多的碱度，对水环境有不利影响，且产生大量不易脱水的钙渣，处理不当也会造成二次污染；微生物法就是在so4^2-充足的环境中，微生物以有机物为电子供体，以so4^2-为电子受体，氧化有机物，通过对有机物的异化作用获得生命所需的能量，同时将so4^2-进行还原，提高出出水的ph值，该方法还不成熟，没有得到广泛应用；湿地处理法是利用湿地系统独特的土壤和基质、特有的水文条件和湿地生物通过吸附、过滤、离子交换、氧化和水解等作用来处理酸性矿山排水，但是，湿地法处理的效果不能准确预测，目前还没有具体的设计和运行标准，此外，湿地还占用大量的土地。

这些处理方法所采用的处理设施需要固定的工作人员维护运行，运行费用昂贵，因此，亟需开发新技术，从源头减少酸性矿山废水的排放量，低运行费用的处理方法，实现酸性矿井水的达标排放或水资源的综合利用。

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的是克服已有技术方法的不足，主要针对关闭平井或斜井开采的煤矿外排酸性矿井水提供了一种简单、高效、操作管理方便、低成本的处理方法。

技术方案：本发明的关闭煤矿酸性矿井水处理方法，其特征在于包括如下步骤：

a.在煤矿关闭平井或斜井开采前，在距离原有巷道20-30m处开挖一条与原有巷道平行的新巷道，新开挖巷道的宽度、高度与原有巷道一致；

b.在新开挖巷道的顶端开挖一条与原有巷道连通的通道；

c.在原有巷道和新开挖巷道内入口处分别设置一挡水墙，在挡水墙上安装一道自动开启闸门，并分别在闸门的外侧设置一道进水花墙；

d.在原有巷道和新开挖巷道距离巷道出口1.0-1.5m处分别设置一道出水花墙；

e.在原有巷道和新开挖巷道中的底部填充石英砂层，并在石英砂层中各铺设一根开孔管，开孔管铺设至出水花墙外，伸出出水花墙分别连接疏排水管，疏排水管上各安装有阀门；

f.分别在原有巷道和新开挖巷道进出水花墙之间分段填充碱性材料，自水流入方向向外至总长度2/3位置处作为第一段填充空间，剩余部分作为第二段填充空间；

g.煤矿关闭后，交替使用原有巷道和新开挖巷道，使矿井水交替从原有巷道和新开挖巷道中进入，通过原有巷道和新开挖巷道中填充的碱性材料进行处理后，分别从原有巷道和新开挖巷道排出，引入人工湿地处理系统中进行基质的吸附、沉淀、植物的吸收，通过微生物的降解去除水中的铁、锰、和悬浮物污染物质，完成关闭煤矿酸性矿井水的处理，处理后的出水外排或回用。

所述新开挖巷道的长度为50-100m。

所述在原有巷道和的新开挖巷道中的底部填充石英砂层的厚度为10-20cm。

所述第一段填充空间(6)和(6’)填充的碱性材料为石灰石、石英砂和草木秸秆的混合物，石灰石:石英砂:草木秸秆的质量比为(5-10):(1-2):(0.5-1)。

所述第二段填充空间(7)和(7’)填充的碱性材料为石灰石、锰砂和氢氧化锆的混合物，石灰石:锰砂:氢氧化锆的质量比为(5-10):(1-2):(0.1-0.01)。

所述填充碱性材料的填充高度至距离巷道顶部30cm。

所述煤矿关闭后，交替使用原有巷道和新开挖巷道的方法如下：

1)先开启原有巷道的挡水墙闸门，关闭开挖的新开挖巷道的挡水墙闸门，矿井水从进水花墙流入原有巷道内，通过原有巷道中填充的碱性材料对酸性矿井水进行处理后，从出水花墙流出，经管路引入人工湿地处理系统；

2)当原有巷道中填充的碱性材料进行中和反应处理1-1.5年后，关闭原有巷道的挡水墙上的闸门，开启新开挖巷道的挡水墙上的闸门，矿井水从进水花墙流入新巷道内，通过新开挖巷道中填充的碱性材料对进酸性矿井水行处理后，从出水花墙流出，经管路引入人工湿地处理系统；

3)利用新巷道中填充的碱性材料进行矿井水处理时，挖去原有巷道中反应后的填充材料，在原有巷道中按照原先的比例和分段重新填充碱性材料；

4)当新开挖巷道中填充的碱性材料进行中和反应1-1.5年后，关闭新开挖巷道的挡水墙上的闸门，开启原有巷道的挡水墙上的闸门，矿井水流入原有巷道，利用原有巷道进行酸性矿井水的处理，如此反复利用原有巷道和新开挖巷道中的填充物料处理酸性矿井水。

当巷道内出现堵塞影响处理效果时，开启开疏排水管上的阀门放水，或利用水泵抽水，堵塞排除后停止排水或抽水，排放的水或抽出的水引入人工湿地处理系统进行处理。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明利用关闭煤矿原有巷道和新开挖的巷道填充碱性材料，交替使用对酸性矿井水进行处理，解决了对于斜井开采的废弃矿山受大气降水渗入采空区形成酸性矿井水排放造成污染的问题，确保废弃矿山周边土壤和水体的环境安全。由于酸性矿井水在自流，不需要工人日常维护运行，运行费用低，操作可靠安全，在本技术领域内具有广泛的实用性。

附图说明

图1是本发明的酸性矿井水处理工艺流程图；

图2为巷道中反应空间的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的说明：

本发明的关闭煤矿酸性矿井水处理方法，具体步骤如下：

a.在煤矿关闭平井或斜井开采前，首先在距离原有巷道20-30m处开挖一条与原有巷道平行的新巷道，新开挖巷道的宽度、高度与原有巷道一致；所述新开挖巷道的长度为50-100m。

b.在新开挖巷道的顶端开挖一条与原有巷道连通的通道1；

c.然后在原有巷道和新开挖巷道内入口处分别设置一挡水墙2和2’，在挡水墙2和2’上安装一道自动开启闸门，并分别在闸门的外侧设置一道进水花墙3和3’；

d.在原有巷道和新开挖巷道距离巷道出口1.0-1.5m处分别设置一道出水花墙4和4’；

e.接着在原有巷道和新开挖巷道中的底部填充10-20cm的石英砂层，并在石英砂层中各铺设一根外壁上开有花孔的开孔管5和5’，开孔管5和5’铺设至出水花墙4和4’外，伸出出水花墙4和4’分别连接疏排水管9和9’，疏排水管9和9’上各安装有阀门；

f.分别在原有巷道和新开挖巷道进出水花墙之间分段填充碱性材料，自水流入方向向出口方向至总长度2/3位置处作为第一段填充空间6和6’，第一段填充空间(6)和(6’)填充的碱性材料为石灰石、石英砂和草木秸秆的混合物，石灰石:石英砂:草木秸秆的质量比为(5-10):(1-2):(0.5-1)，作为第一反应空间；剩余部分作为第二段填充空间7和7’，第二段填充空间(7)和(7’)填充的碱性材料为石灰石、锰砂和氢氧化锆的混合物，石灰石:锰砂:氢氧化锆的质量比为(5-10):(1-2):(0.1-0.01)，作为第二方应空间；所述填充碱性材料的填充高度至距离巷道顶部30cm。

g.煤矿关闭后，交替使用原有巷道和新开挖巷道处理酸性矿井水，使矿井水交替从原有巷道和新开挖巷道中进入，通过原有巷道和新开挖巷道中填充的碱性材料进行处理后，分别从原有巷道和新开挖巷道排出，引入人工湿地处理系统8中进行基质的吸附、沉淀、植物的吸收，通过微生物的降解去除水中的铁、锰、和悬浮物污染物质，完成关闭煤矿酸性矿井水的处理，处理后的出水外排或回用。

所述煤矿关闭后，交替使用原有巷道和新开挖巷道处理酸性矿井水的方法如下：

1)首先开启原有巷道的挡水墙2闸门，关闭开挖的新开挖巷道的挡水墙2’闸门，酸性矿井水从进水花墙3流入原有巷道内，在原有巷道中与碱性填料发生反应，通过原有巷道中填充的碱性材料对酸性矿井水进行处理，去除酸性矿井水中h⁺，fe²⁺、mn²⁺以及so4^2-后，从矿井口的出水花墙4排出，利用管道引流进入人工湿地处理系统8处理系统，经人工湿地处理系统中基质的吸附、沉淀、植物的吸收、微生物的降解去除水中的铁、锰、悬浮物等污染物质，处理后的出水外排或回用；

2)当原有巷道中填充的碱性材料进行中和反应处理1-1.5年后，关闭原有巷道的挡水墙2上的闸门，开启新开挖巷道的挡水墙2’上的闸门，利用新开挖巷道中的碱性填充物处理酸性矿井水，酸性矿井水从进水花墙3’流入新巷道内，通过新开挖巷道中填充的碱性材料对进酸性矿井水行处理后，从新开挖巷道的出水花墙4’流出，利用管道引流进入人工湿地处理系统8，经人工湿地处理系统中基质的吸附、沉淀、植物的吸收、微生物的降解去除水中的铁、锰、悬浮物等污染物质，处理后的出水外排或回用；

3)在利用新巷道中填充的碱性材料进行矿井水处理时，挖去原有巷道中反应后的填充材料，在原有巷道中按照原先的比例和分段重新填充碱性材料；即第一段填充空间(6)填充的碱性材料为石灰石、石英砂和草木秸秆的混合物，石灰石:石英砂:草木秸秆的质量比为(5-10):(1-2):(0.5-1)，作为第一反应空间；剩余部分作为第二段填充空间7和7’，第二段填充空间(7)填充的碱性材料为石灰石、锰砂和氢氧化锆的混合物，石灰石:锰砂:氢氧化锆的质量比为(5-10):(1-2):(0.1-0.01)，作为第二方应空间；

4)当新开挖巷道中填充的碱性材料进行中和反应1-1.5年后，关闭新开挖巷道的挡水墙2’上的闸门，开启原有巷道的挡水墙2上的闸门，矿井水流入原有巷道，利用原有巷道进行酸性矿井水的处理，如此交替反复利用原有巷道和新开挖巷道中的填充物料处理酸性矿井水。

在运行整个过程中，当巷道内出现堵塞影响处理效果时，开启开疏排水管9或9’上的阀门放水，或利用水泵抽水，堵塞排除后停止排水或抽水，排放的水或抽出的水引入人工湿地处理系统8进行处理。