一种废弃矿井治理方法与流程

本技术涉及矿井治理，更具体地说，它涉及一种废弃矿井治理方法。

背景技术：

1、历年以来，关于废弃矿井导致的坠井、塌方等安全事故屡见不鲜，某些地区甚至成为影响人们生命安全的重要因素。此外，废弃矿井还会引发一系列环境水文地质问题，如地下水污染就是其中较为突出的问题之一。

2、为了消除废弃矿井存在的安全和环境隐患，建立废弃矿井治理机制，促进经济社会与资源开发及环境的协调发展，需要对废弃矿井进行回填治理，传统的做法是采用就地取材，向废弃矿井中回填煤矸石或碎石土，回填过程中，边回填边注水，使回填材料有效沉实，并且为了确保治理效果，回填结束前浇注混凝土，然后铺设种植土，恢复农作物或植被植貌。

3、对于上述的废弃矿井治理方法，废弃矿井的井壁容易发生侧向渗漏，再加上矿井底部采样大巷的存在，直接回填会使得回填材料易随水迁移进入大巷，造成地下水污染，大大影响封堵回填效果。

技术实现思路

1、为了改善废弃矿井回填效果差的问题，本技术提供一种废弃矿井治理方法。

2、第一方面，本技术提供一种废弃矿井治理方法，采用如下的技术方案：

3、一种废弃矿井治理方法，包括如下步骤：

4、s1：风险评估：对废弃矿井周围的地下水风险和环境安全风险进行评估，划分风险等级；

5、s2：预处理：将矿井周边的矿渣和废弃建筑物进行拆除，排除施工危险；

6、s3：碎石层回填：

7、s31：在矿井底部填埋碎砖、大块碎石；

8、s32：在矿井上层回填级配碎石，填埋深度1-3m；

9、s33：在然后在矿井顶层用袋装碎石进行隔离，深度0.5-1.5m；

10、s4：止水材料回填：在碎石层上进行止水材料回填，所述止水材料包括：水泥水玻璃、混凝土、粘土、膨胀剂；所述膨胀剂由聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、藻酸盐、淀粉按质量比(10-18):(7-15):(3-8)组成；

11、s5：井口封闭：采用回填土对井口进行封闭，恢复植被。

12、通过采用上述技术方案，对废弃矿井的具体情况进行风险等级评估，结合地下水、土壤、渣堆采样检测以及周边敏感点、污染源进行分析，对废弃矿井引入水源保护区和补给区作为划分指标。根据废弃矿井的风险等级，结合矿井深度、地下水埋深针对性的选择回填方式，首先将井筒周边的矿渣和建筑物进行拆除，保证施工安全。其次将井筒底部以及含水层下渗漏点进行碎砖、大块碎石进行填埋，能够堵塞矿井底部的水平大巷，降低回填材料随水迁移的情况发生几率。接着回填级配碎石，封堵井筒的侧向渗漏点，减少因井筒侧向涌水和底部涌水产生的塌落、流失现象。

13、并且，采用止水材料在碎石层上方进行回填，阻隔地表水和地下水层通道，避免地表水对地下水的影响。另外，水泥水玻璃、混凝土和粘土能够极大程度上减少水体渗透，在碎石层上层形成封堵骨架结构，然后膨胀剂中的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、藻酸盐和淀粉能够吸水膨胀，进而与水分子形成氢键，提高分子链间运动束缚，在封堵骨架结构内形成网状交联体系，大大提高了止水材料的致密、抗渗性能，不但提高了矿井的封堵回填效果，还可以减少地下水串层，降低地下水的污染，最大程度保证了治理效果。

14、优选的，所述淀粉接枝有丙烯酸盐。

15、通过采用上述技术方案，淀粉主链和侧链上接枝丙烯酸盐，经过交联后形成具有主链、支链和低交联度的三维空间网状结构，改善淀粉分子结构内聚集态极性基团的分布状态，提升了淀粉的物理吸附、化学吸附和网络吸附，进而增强网状交联体系的弹性收缩力，进一步提高止水材料的抗渗封堵性能。

16、优选的，所述丙烯酸盐的接枝率为12％-20％。

17、通过采用上述技术方案，优化和调整丙烯酸盐的接枝率，改善淀粉分子结构主链和侧链中所含羧基等极性亲水基团的分布状态，在提高淀粉分子量的同时也提升了分子体积所形成的网格效应，提高止水材料体系的膨胀度和封堵效果。

18、优选的，所述级配碎石粒径分别为50mm、25mm、10mm、2mm。

19、通过采用上述技术方案，优化和筛选级配碎石的粒径分布，增加碎石颗粒之间的接触点数量，提高碎石颗粒之间的嵌挤力，使得整体碎石层能够提供更高的刚度以及较好的载荷分布特性，获得更高的堆积密度和稳定性，进而提升碎石层的封堵效果。

20、优选的，所述碎砖和大块碎石的直径为100-250mm。

21、通过采用上述技术方案，采用直径为100-250mm的碎砖和大块碎石对废弃矿井底部进行回填，能够使底部的水平大巷得到很好的封堵，并且为后续的回填材料提供很好的支撑作用，降低矿井内部出现塌落、迁移的几率。

22、优选的，所述粘土的含水量小于20％。

23、通过采用上述技术方案，优化和调整粘土的含水量，能够提升粘土的膨胀利用空间，有效增强对封堵骨架结构膨胀度，并且粘土中的硅氧四面体和铝氢氧四面体单元之间可以供更多的水分子进入，增大层间距离，进一步降低水渗透率，提高止水材料体系对水体的阻隔作用和防渗漏作用。

24、优选的，所述水泥水玻璃的水灰比为1:(0.7-1.5)。

25、通过采用上述技术方案，水泥水玻璃的水灰比较低时，注浆渗透效果较差，不能很好的形成封堵。而当水泥水玻璃的水灰比较大时，容易产生流浆迁移，粘聚性和保水性较差，容易发生分层析水，因此优化和调整水泥水玻璃的水灰比，改善水泥水玻璃的流动性、粘聚性和抗渗性能，进而获得综合性能更好的封堵骨架结构。

26、优选的，所述水泥水玻璃中水玻璃的质量占比为3％-5％。

27、通过采用上述技术方案，试验和筛选水泥水玻璃浆体中水玻璃的质量占比，进而调整水泥水玻璃浆体的凝结时间，同时也增加浆体结石的早期强度，平衡封堵骨架结构的强度大小与膨胀剂的膨胀状态，进一步增强止水材料体系的抗渗效果。

28、优选的，所述止水材料中还包括有季戊四醇磷酸酯。

29、通过采用上述技术方案，加入季戊四醇磷酸酯后，能够与交联网状结构之间形成氢键，增强了分子间的作用力，提升封堵体系的整体力学性能。并且，季戊四醇磷酸酯的引入还可以增大封堵体系的粘度，与膨胀剂形成更加致密的交联网状结构，进一步阻碍了水分的渗透作用。

30、综上所述，本技术具有以下有益效果：

31、1、由于本技术采用详细的前期风险评估，通过“一井一策”的方法策略，先采用大粒径的砖块和大块碎石对废弃矿井底部的水平大巷进行封堵，降低回填材料的随水迁移量。接着采用级配碎石和止水材料依次进行回填封堵，水泥水玻璃、混凝土和粘土协同级配碎石形成稳定的封堵骨架结构，膨胀剂均匀分散在封堵骨架结构内，吸水膨胀、交联后形成致密的封堵体系，大大降低了水体的渗透、侧漏几率，减少地表水对地下水的影响以及各水层之间的互串现象，获得较好的综合封堵治理效果。

32、2、本技术中优化和调整级配碎石的粒径分布，筛选粘土和水泥水玻璃的性能参数，并且对淀粉进行接枝改性，进一步提升了封堵体系的抗渗性能，降低渗漏、迁移的几率。

33、3、采用本技术的废弃矿井治理方法可以对废弃煤矿井、废弃铁矿井、粘土废弃矿井等各类型的废弃矿井进行治理，有效阻隔地表水和地下水层之间的通道，最大可能的减少地下水串层，最大程度的保证综合治理效果。