本發(fā)明涉及礦山開采遺留礦洞和礦井坑道污染治理技術范疇，具體涉及一種適用于遺留礦洞和礦井坑道的封堵及其搭建方法，以解決遺留礦洞和礦井坑道的酸性廢水排放、空間資源化利用等問題。

背景技術：

隨著經(jīng)濟發(fā)展，對于礦產(chǎn)資源的需求不斷提高，大量礦山開采遺留的礦洞和礦井坑道未得到有效的處置，大量廢棄礦石和開采面暴露在環(huán)境中，長期與氧氣、水等接觸反應，釋放有毒有害重金屬及酸性廢水。

礦石中往往是多種元素伴生，其中硫伴生礦種類最多，如銅礦、鉛鋅礦、高硫煤等都屬于高含硫礦石，此類礦的開采活動對礦山環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在礦山剝離物和低品位礦石的露天堆放，以及尾礦的集中堆置，另外開采完成后所遺留的礦洞和坑道也暴露于水和空氣中。因此，這些棄置的低品位礦石、尾礦，與暴露的坑壁，在地下水和大氣降水入滲的影響下，其內含的硫化物經(jīng)過復雜的物理、生物和化學過程，產(chǎn)生嚴重影響生態(tài)環(huán)境的酸性廢水。特別是在南方，大量雨水和側向地下水進入礦洞，不斷浸泡和侵入，引起大量污染物隨著水流流出礦洞，導致污染環(huán)境的風險。

目前，對礦洞和礦井坑道的治理一般主要集中在防坍陷等工作上，僅采取內部填充和出口封堵，但未充分考慮地下水和降雨入滲所帶來的酸性廢水的問題，無法有效避免酸性廢水的產(chǎn)生。同時，填充的材料大多是周邊廢棄礦石，這些富含潛在污染物質的材料填充進去后進一步加劇了廢水排放的風險。

基于以上存在的問題，本申請通過夾層式阻水隔氣防滲墻的設計，實現(xiàn)阻水-隔氣-分段式填充礦洞和坑道，以在源頭控制污染的產(chǎn)生，且可保障低品位廢棄礦石和尾礦集中處置的安全性，有助于解決遺留礦洞的酸性廢水排放和廢棄礦洞的空間資源化利用等問題。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述礦山開采所形成的礦洞、坑道和山體裂隙所帶來的大量水流，導致礦洞和坑道酸性廢水排放、空間資源化利用等問題，本發(fā)明提供一種適用于遺留礦洞和礦井坑道的封堵及其搭建方法，以抑制含硫礦石氧化，并控制水流入滲進入礦洞和坑道及酸性廢水的排放。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案為：

一種適用于遺留礦洞和礦井坑道的封堵，所述封堵包括與遺留礦洞或礦井坑道側壁平行而設的側邊夾層墻體，所述側邊夾層墻體內設有夾層空間，所述夾層空間內填充有疏水性顆粒物料，并于上端延伸至遺留礦洞或礦井坑道頂端，以此形成密閉空間，所述密閉空間由內而外橫向設置有若干間隔夾層墻體，以此將所述密閉空間分隔為若干分段式填充單元，所述分段式填充單元內填充有疏水性顆粒物料及尾礦和廢棄的低品位礦石，所述間隔夾層墻體上端與遺留礦洞或礦井坑道頂端之間設置有封堵層。

進一步地，所述間隔夾層墻體內設有夾層空間，所述夾層空間內填充有疏水性顆粒物料。

進一步地，所述間隔夾層墻體與遺留礦洞或礦井坑道頂端預留空余空間的高度為5～30cm，所述封堵層的高度為5～30cm。

進一步地，所述封堵層為泡沫混凝土層。

進一步地，所述分段式填充單元內填充完成后通過注入泵噴淋配置而成的硫酸鹽還原菌劑溶液。

進一步地，所述硫酸鹽還原菌劑溶液按照麥芽糊精：市政污水處理廠污泥：硫酸鹽還原菌劑：水的比例為1:2.5:2:100配置而成。

進一步地，所述硫酸鹽還原菌劑溶液按照每噸填充材料的硫酸鹽還原菌劑溶液用量范圍為10kg～200kg進行噴淋。

進一步地，所述側邊夾層墻體夾層空間的夾層間距不低于8cm，夾層厚度不低于5cm。

進一步地，所述間隔夾層墻體由前墻和后墻組成，所述前墻和后墻間距為10cm，前墻和后墻厚度為20cm，為鋼筋混凝土墻。

本發(fā)明同時提供了一種適用于遺留礦洞和礦井坑道的封堵的搭建方法，所述方法用于搭建上述任一項所述的適用于遺留礦洞和礦井坑道的封堵，其包括以下步驟：

步驟1：清理遺留礦洞和礦井坑道內部的碎石，平整礦洞和坑道的底部，確定封堵區(qū)域；

步驟2：考慮到遺留礦洞和礦井坑道側向滲水，在礦洞和坑道封堵區(qū)域靠近側壁砌筑側邊夾層墻體；

步驟3：向側邊夾層墻體的夾層空間內填充疏水性顆粒物料，填充完成后，將側邊夾層墻體砌筑至遺留礦洞或礦井坑道頂端，形成一密閉空間，防止疏水性顆粒物的流失；

步驟4：所述密閉空間由內而外直至洞口橫向設置有若干間隔夾層墻體，形成若干分段式填充單元，每個分段式填充單元內填埋疏水性顆粒物料及尾礦與廢棄的低品位礦石，相鄰的分段式填充單元之間通過間隔夾層墻體分隔；

步驟5：按照麥芽糊精：市政污水處理廠污泥：硫酸鹽還原菌劑：水的比例為1:2.5:2:100配置硫酸鹽還原菌劑溶液；

步驟6：將配置好的硫酸鹽還原菌劑溶液噴淋至分段式填充單元內的填充材料上，按照每噸填充材料的硫酸鹽還原菌劑溶液用量范圍為10kg～200kg進行噴淋；

步驟7：每個分段式填充單元填充完成后，在其外界砌筑間隔夾層墻體，并于其夾層空間內部填充疏水性顆粒物料，同時間隔夾層墻體頂端預留空余空間的高度范圍為5～30cm；

步驟8：將間隔夾層墻體夾層空間的上端砌筑封閉，并將間隔夾層墻體上端與遺留礦洞或礦井坑道頂端的預留空余空間通過泡沫混凝土封堵形成封堵層，封堵層高度范圍為5～30cm；

步驟10：各分段式填充單元從里往外逐一按照以上步驟填充物料、建立間隔夾層墻體、封堵，直至洞口。

本發(fā)明帶來的有益效果有：

1)本發(fā)明通過夾層墻體設計，填充疏水性顆粒物料，可有效抗應力形變，保障長期穩(wěn)定的有效防滲；

2)本發(fā)明通過分段式填充單元的設計，可增強填充材料的穩(wěn)固性，保障封堵結構的安全；可增強分段式填充單元間水氣阻隔效果，抑制內部的氧化作用，保障含硫礦物的穩(wěn)定性，從源頭控制污染物的產(chǎn)生；

3)間隔夾層墻體的頂端用強度較低的泡沫混凝土層進行封堵，可有效避免內部壓力過大導致封堵材料整體崩塌的風險；

4)分段式填充單元的填充，充分利用了空間來堆放低品位礦石和尾礦，以防止其露天堆放帶來的氧化、淋溶污染，從源頭控制酸性廢水的產(chǎn)生和排放，并解決礦洞和坑道空間資源化利用問題。

附圖說明

下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，

附圖1是本發(fā)明適用于遺留礦洞和礦井坑道的封堵的結構示意圖；

附圖2是本發(fā)明的間隔夾層墻體的結構示意圖；

圖中各序號所對應的標注名稱如下：

1-側邊夾層墻體，2-間隔夾層墻體，21-前墻，22-后墻，23-封堵層，3-分段式填充單元。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“設置”、“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接；可以是機械連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

實施例1

一種適用于遺留礦洞和礦井坑道的封堵。

參照圖1～2，該封堵包括與遺留礦洞或礦井坑道側壁平行而設的側邊夾層墻體1，側邊夾層墻體1內設有夾層空間，夾層空間內填充有疏水性顆粒物料，并于上端延伸至遺留礦洞或礦井坑道頂端，以此形成密閉空間，防止疏水性顆粒物料的流失，從而保障夾層墻體的防滲功能。

上述密閉空間由內而外直至洞口、橫向設置有若干間隔夾層墻體2，以此將密閉空間分隔為四個分段式填充單元3。間隔夾層墻體2內同樣設有夾層空間，夾層空間內填充有疏水性顆粒物料。每個分段式填充單元3內填充有疏水性顆粒物料及尾礦和廢棄的低品位礦石，間隔夾層墻體2上端與遺留礦洞或礦井坑道頂端之間設置有封堵層23。分段式填充單元3內填充完成后通過注入泵噴淋配置而成的硫酸鹽還原菌劑溶液。

可選的，間隔夾層墻體2與遺留礦洞或礦井坑道頂端預留空余空間的高度為5～30cm，封堵層23的高度對應為5～30cm。

可選的，封堵層23采用泡沫混凝土層，通過強度較低的泡沫混凝土層進行封堵，可有效避免內部壓力過大導致封堵材料整體崩塌的風險。

硫酸鹽還原菌劑溶液按照麥芽糊精：市政污水處理廠污泥：硫酸鹽還原菌劑：水的比例為1:2.5:2:100配置而成。硫酸鹽還原菌劑溶液按照每噸填充材料的硫酸鹽還原菌劑溶液用量范圍為10kg～200kg進行噴淋。

可選的，側邊夾層墻體1夾層空間的夾層間距不低于8cm，夾層厚度不低于5cm。間隔夾層墻體2由前墻21和后墻22組成，前墻21和后墻22間距為10cm，前墻21和后墻22厚度為20cm，為鋼筋混凝土墻。

實施例2

本實施例為一種適用于遺留礦洞和礦井坑道的封堵的搭建方法，本方法用于搭建實施例1所述的適用于遺留礦洞和礦井坑道的封堵，其包括以下步驟：

步驟1：清理遺留礦洞和礦井坑道內部的碎石，平整礦洞和坑道的底部，確定封堵區(qū)域；

步驟2：考慮到遺留礦洞和礦井坑道側向滲水，在礦洞和坑道封堵區(qū)域靠近側壁砌筑側邊夾層墻體1；

步驟3：向側邊夾層墻體1的夾層空間內填充疏水性顆粒物料，填充完成后，將側邊夾層墻體1砌筑至遺留礦洞或礦井坑道頂端，形成一密閉空間，防止疏水性顆粒物的流失；

步驟4：所述密閉空間由內而外直至洞口橫向設置有若干間隔夾層墻體2，形成若干分段式填充單元3，每個分段式填充單元3內填埋疏水性顆粒物料及尾礦與廢棄的低品位礦石，相鄰的分段式填充單元3之間通過間隔夾層墻體2分隔；

步驟5：按照麥芽糊精：市政污水處理廠污泥：硫酸鹽還原菌劑(srb)：水的比例為1:2.5:2:100配置硫酸鹽還原菌劑溶液；

步驟6：將配置好的硫酸鹽還原菌劑溶液噴淋至分段式填充單元3內的填充材料上，按照每噸填充材料的硫酸鹽還原菌劑溶液用量范圍為10kg～200kg進行噴淋；

步驟7：每個分段式填充單元3填充完成后，在其外界砌筑間隔夾層墻體2，并于其夾層空間內部填充疏水性顆粒物料，同時間隔夾層墻體2頂端預留空余空間的高度范圍為5～30cm；

步驟8：將間隔夾層墻體2夾層空間的上端砌筑封閉，并將間隔夾層墻體2上端與遺留礦洞或礦井坑道頂端的預留空余空間通過泡沫混凝土封堵形成封堵層23，封堵層23高度范圍為5～30cm；

步驟10：各分段式填充單元3從里往外逐一按照以上步驟填充物料、建立間隔夾層墻體2、封堵，直至洞口。

實施例3

針對含硫銅礦開采遺留的礦洞，為了防止水和氧氣進入礦洞，實現(xiàn)硫化物氧化路徑阻斷的目的，采用以下方式。

步驟1：清理遺留礦洞內部碎石，平整底部，選擇清理后長度為36m靠近礦洞的坑道區(qū)域作為封堵區(qū)域，其區(qū)域內部寬度為2.5～10.0m，洞口寬度為6.5m，洞高為1.5～2.4m；

步驟2：考慮到地下水側向滲水，礦洞內部側壁設置側邊夾層墻體1，在封堵區(qū)域靠近坑道內部一端砌筑間隔夾層墻體2，兩個墻體總長度81m，側邊夾層墻體1的夾層之間距離8cm，夾層厚度為15cm，由水泥和砂石組成；

步驟3：側邊夾層墻體1的夾層空間填充100目的疏水性顆粒物質，形成一段具有防水功能的防滲墻，其墻體頂部與側邊洞頂接合封堵，防止疏水性顆粒物料的流失；

步驟4：礦洞內部由里向外劃分為四個分段式填充單元3用于填埋物料及尾礦和廢棄的低品位礦石，除最里為6m，其余皆為10m；

步驟5：將物料及尾礦和廢棄的低品位礦石填充進最里的分段式填充單元3后，按照麥芽糊精：市政污水處理廠污泥：硫酸鹽還原菌劑：水的比例1:2.5:2:100配置硫酸鹽還原菌劑溶液，其污泥和麥芽糊精組成的長效碳源可維持硫酸鹽還原菌的長時間生長；

步驟6：采用注入泵將配置好的硫酸鹽還原菌劑溶液由頂部淋入分段式填充單元3，按照每噸填充物料的硫酸鹽還原菌劑溶液用量范圍為50kg，實現(xiàn)還原硫酸鹽、沉淀重金屬的目的；

步驟7：填充和菌劑溶液噴淋完畢后，單元邊界砌筑由前墻21和后墻22組成的間隔夾層墻體2，兩墻體間距為10cm，單墻厚度為20cm，為鋼筋混凝土墻，墻頂部距離洞頂壁20cm；

步驟8：向間隔夾層墻體2內填充100目的疏水性顆粒物質，形成一段具有1.3～2.2m不等的防水高度的防滲墻；

步驟9：前墻21和后墻22體頂端用水泥砂漿封閉夾層空間，再在間隔夾層墻體2和礦洞頂壁間用泡沫混凝土層封堵，高度20cm；

步驟10：各分段式填充單元3從里往外按照以上操作逐一完成，直至洞口。

最后應說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。

技術特征：

1.一種適用于遺留礦洞和礦井坑道的封堵，其特征在于：所述封堵包括與遺留礦洞或礦井坑道側壁平行而設的側邊夾層墻體，所述側邊夾層墻體內設有夾層空間，所述夾層空間內填充有疏水性顆粒物料，并于上端延伸至遺留礦洞或礦井坑道頂端，以此形成密閉空間，所述密閉空間由內而外橫向設置有若干間隔夾層墻體，以此將所述密閉空間分隔為若干分段式填充單元，所述分段式填充單元內填充有疏水性顆粒物料及尾礦和廢棄的低品位礦石，所述間隔夾層墻體上端與遺留礦洞或礦井坑道頂端之間設置有封堵層。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種適用于遺留礦洞和礦井坑道的封堵，其特征在于：所述間隔夾層墻體內設有夾層空間，所述夾層空間內填充有疏水性顆粒物料。

3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種適用于遺留礦洞和礦井坑道的封堵，其特征在于：所述間隔夾層墻體與遺留礦洞或礦井坑道頂端預留空余空間的高度為5～30cm，所述封堵層的高度為5～30cm。

4.根據(jù)權利要求3所述的一種適用于遺留礦洞和礦井坑道的封堵，其特征在于：所述封堵層為泡沫混凝土層。

5.根據(jù)權利要求1所述的一種適用于遺留礦洞和礦井坑道的封堵，其特征在于：所述分段式填充單元內填充完成后通過注入泵噴淋配置而成的硫酸鹽還原菌劑溶液。

6.根據(jù)權利要求5所述的一種適用于遺留礦洞和礦井坑道的封堵，其特征在于：所述硫酸鹽還原菌劑溶液按照麥芽糊精：市政污水處理廠污泥：硫酸鹽還原菌劑：水的比例為1:2.5:2:100配置而成。

7.根據(jù)權利要求5所述的一種適用于遺留礦洞和礦井坑道的封堵，其特征在于：所述硫酸鹽還原菌劑溶液按照每噸填充材料的硫酸鹽還原菌劑溶液用量范圍為10kg～200kg進行噴淋。

8.根據(jù)權利要求1所述的一種適用于遺留礦洞和礦井坑道的封堵，其特征在于：所述側邊夾層墻體夾層空間的夾層間距不低于8cm，夾層厚度不低于5cm。

9.根據(jù)權利要求1所述的一種適用于遺留礦洞和礦井坑道的封堵，其特征在于：所述間隔夾層墻體由前墻和后墻組成，所述前墻和后墻間距為10cm，前墻和后墻厚度為20cm，為鋼筋混凝土墻。

10.一種適用于遺留礦洞和礦井坑道的封堵的搭建方法，其特征在于，所述方法用于搭建權利要求1～9任一項所述的適用于遺留礦洞和礦井坑道的封堵，其包括以下步驟：

步驟1：清理遺留礦洞和礦井坑道內部的碎石，平整礦洞和坑道的底部，確定封堵區(qū)域；

步驟2：考慮到遺留礦洞和礦井坑道側向滲水，在礦洞和坑道封堵區(qū)域靠近側壁砌筑側邊夾層墻體；

步驟3：向側邊夾層墻體的夾層空間內填充疏水性顆粒物料，填充完成后，將側邊夾層墻體砌筑至遺留礦洞或礦井坑道頂端，形成一密閉空間，防止疏水性顆粒物的流失；

步驟4：所述密閉空間由內而外直至洞口橫向設置有若干間隔夾層墻體，形成若干分段式填充單元，每個分段式填充單元內填埋疏水性顆粒物料及尾礦與廢棄的低品位礦石，相鄰的分段式填充單元之間通過間隔夾層墻體分隔；

步驟5：按照麥芽糊精：市政污水處理廠污泥：硫酸鹽還原菌劑：水的比例為1:2.5:2:100配置硫酸鹽還原菌劑溶液；

步驟6：將配置好的硫酸鹽還原菌劑溶液噴淋至分段式填充單元內的填充材料上，按照每噸填充材料的硫酸鹽還原菌劑溶液用量范圍為10kg～200kg進行噴淋；

步驟7：每個分段式填充單元填充完成后，在其外界砌筑間隔夾層墻體，并于其夾層空間內部填充疏水性顆粒物料，同時間隔夾層墻體頂端預留空余空間的高度范圍為5～30cm；

步驟8：將間隔夾層墻體夾層空間的上端砌筑封閉，并將間隔夾層墻體上端與遺留礦洞或礦井坑道頂端的預留空余空間通過泡沫混凝土封堵形成封堵層，封堵層高度范圍為5～30cm；

步驟10：各分段式填充單元從里往外逐一按照以上步驟填充物料、建立間隔夾層墻體、封堵，直至洞口。

技術總結

本發(fā)明公開了一種適用于遺留礦洞和礦井坑道的封堵及其搭建方法。本發(fā)明通過夾層墻體阻隔礦洞和坑道的側壁，并分隔礦洞和坑道內部空間為多個分段式填充單元，向每個分段式填充單元填充物料與尾礦、廢棄的低品位礦石，這些填充材料表面噴淋含SRB的復合菌群及長效碳源，以抑制硫化物的氧化、還原硫酸鹽并沉淀重金屬；其中夾層墻體由并列的墻體和夾層之間填充的疏水性顆粒物料組成，間隔夾層墻體的上端與洞頂?shù)囊欢ǜ叨确秶鷥扔门菽炷练舛?，若遭遇雨季等原因導致洞內壓力過大時，泡沫混凝土層較低的強度，使得頂端局部開裂以形成類似的“泄壓閥”，可有效避免洞內水壓過高導致的墻體開裂、崩塌，從而保障分段式填充單元封堵的安全。

技術研發(fā)人員：吳代赦;馬志飛;羅軼維;徐宇;儲小東;李涵

受保護的技術使用者：南昌大學

技術研發(fā)日：2020.05.19

技術公布日：2020.09.25