矿山水回灌技术的应用与研究

王学峰，曹宏玉

（赤峰学院，内蒙古 赤峰 024000）

矿山水回灌技术的应用与研究

王学峰，曹宏玉

（赤峰学院，内蒙古 赤峰 024000）

矿山排水，在天然降水比较丰富地区对地下水影响不大，但对于干旱半干旱的地区则影响明显.对内蒙地区来说，地下水的形成完全靠千百年来天然降水的积累，采矿中排出的任何水量很难在几十年内恢复.本文通过对矿山水回灌地下的应用研究，了解地下浅层水对回灌水的接收程度，接收速度以及混合之后产生哪些物理化学变化.以远距离、浅回灌的方式，充分利用矿山水的自然落差，在没有加压泵的情况下，实施回灌.以建设成本和运行成本最经济实用的方式，且以存储水为主要目的的回灌技术应用研究，以期达到在今后的矿山资源开采中，采矿与水资源的保护同步进行或绿色采矿.

矿山水；浅层回灌；地下存水；绿色采矿

1 立题依据

矿山水即为了开采矿石加大采掘工作面而抽取的地下水，简称为矿山水.据调查矿山水的利用形式是：一是用于选矿，用量较大.二是矿区的生产生活用水.三是农民直接用于灌溉农田.四是搞水产养殖.五是建公园、人工湖等为人们提供休闲娱乐场所.

上述中无论是何种利用形式都是把水放在地面上的利用.内蒙古地区的矿山水，它的利用形式主要是用于选矿，其次是矿区的生产生活用水.但是由于内蒙地区是干旱半干旱地区，由采矿直接排出的水量较少，特别是铅、锌、铜等非煤矿山，其挖掘量较少，它的排水量不能保证自身的选矿需要.矿山排出的水除用于生活之外，其余都白白地浪费掉.内蒙古矿藏的特点是，除煤含量较大之外，其余的有色金属矿藏是总量大，矿点多，但每个矿的储量不大.开采时对水的浪费极大，因为矿山排出的水大部分被浪费，在水量比较丰富的地区用于选矿的水也要耗掉大量的水.另外，内蒙储量最大的是煤矿，据估算在7000亿吨以上，每开采一吨煤或其他矿，需耗掉水3.5m3，7000亿吨煤将耗水24500亿m3,再加上星罗分布数量众多的非煤矿山，其耗水量将是非常巨大.可以预见在矿藏开采完毕的那一天，地下水也已干枯.在采矿中如果把剩余的水保存起来，则采矿与水资源保护可以和谐进行.保存的方法有两种，一是建塘坝、建水库露天保存.二是回灌到地下.第一种方法在内蒙地区来说很难实现，由于风大、空气干燥水的蒸发量很大，根本无法露天保存水.只有采取第二种回灌地下方法才能保存住水.本课题就是研究如何把矿山水回灌到地下，利用地下巨大的空间来保存水.

2 回灌的技术原里与应用

2.1 矿山水的组成

矿山水即开矿过程中为了拓宽采矿工作面而抽取的地下水，这种水根据采掘深度而不断加深，它的特点是，随着工作面的加宽、加深水量逐渐加大，另外，每天24h总有水渗出，且浅层水深层水混合在一起.矿山水抽出来之后有许多杂质和污染物，根据污染物和杂质成分组成及水量不同，我们把矿山分为煤矿山水和非煤矿山水.

2.1.1 煤矿矿山水及污染组成

（1）高浊，由于钻孔和放炮，煤矿水含有轻质细微煤粉和煤质腐殖质；粒度细微，比重轻，负电性强，十分稳定，不易凝聚沉降.

（2）高铁锰，高浓度的二价铁、锰金属离子，接触空气后部分二价铁、锰金属离子会转化成高价铁锰离子，并吸附包裹在细微悬浮颗粒表面，形成复杂的物相基质.

（3）高矿化度，除含有高浓度的铁锰金属离子外，煤矿水中还含有大量钙、镁离子以及氯、硫酸根等阴离子，因此具有高矿化特征.

（4）有机物的污染，由废弃的液压油及工作人员的排泄形成的有机污染.

2,.1.2 非煤矿山水及污染物组成

所谓非煤矿山，主要指除煤矿以外的其他金属矿藏和非金属矿藏.非煤矿山水的特点是水量较小，因为它的采掘工作面比较小，其排出的水量就少.它的水污染物组成是：

（1）细微颗粒，由于开拓工作面而使用炸药、钻孔机械等形成的粉末状或颗粒状的矿渣.

（2）高矿化度，由于水的侵蚀作用，一些品质较高的矿山其水中也含有较多的重金属及钙镁离子，例如铅锌矿其水中的铅含量较高.

2.2 过滤

过滤是矿山水回灌最重要的环节，过滤的好坏直接影响地下水的质量，也影响回灌的速度.下面对不同的矿山水，介绍采取不同的过滤方法，仅供参考.

2.2.1 煤矿山水的过滤

煤矿水是所有矿山水成分最为复杂的也是排水量最大的.考虑到回灌仅是为了保存水，首先对高浑浊度的煤矿水进行沉淀.利用重力原理把颗粒较大、较重的碎渣沉淀下来，同时对悬浮物也进行过滤，利用筛网，经过几次过滤，一方面把悬浮于表面或水中的杂质去掉，另一方面也能把部分高浓度的离子在空气氧作用下形成的悬浮颗粒过滤掉.煤矿开采过程中废弃的液压油也随水排出矿山，利用碳吸附的方法也应把这部分污染去掉.这样经过沉淀、过滤、吸附过程之后，原来比较浑浊的矿山水变得比较清澈透明.但这时的矿山水还含有一些金属离子例如铁、铅、镁等重金属，金属离子的过滤必须采取化学的方法，而化学方法往往加一些化学药品.笔者认为矿山水的金属离子是生来具有的，并非由于采矿才加进去的，且附近的地下水也含有同样的离子，在回灌水与原地下水混合之后，其成分是一样的，因此没有必要对回灌水的金属离子进行清理.因为过滤金属离子必然花费大量的人力、物力，且回灌之后与原来的地下水混合，保持了化学成分不变，回灌的原则就是保持原化学成分不变.尽量使用物理方法过滤，防治人为的污染，经过过滤之后，虽然回灌水还有一定的浑浊，但这样的浑浊已不影响回灌的速度和污染地下水.

2.2.2 非煤矿山水的过滤

对于非煤矿山水的过滤要比煤矿简单，它的主要污染就是矿渣和粉末，这些污染经过沉淀和筛网过滤之后，矿水就非常清澈，完全满足回灌的技术要求.但是这清澈的水同样有很高的重金属离子，例如铅锌矿中的铅含量较高.虽然重金属有污染作用，但也不必进行化学处理，因为矿山及周边地区的水系同样含铅量较高，在这里仅进行物理方法过滤，减少不必要的浪费.

矿山水就是为了开拓采矿作业面而直接抽取的地下水，并非洗矿用的废水.矿山水抽取之后所发生的一些物理化学变化是比较缓慢的自然过程，如果仅就是把这些水再回灌到地下保存，没有必要加化学药品过滤，尽量采用物理方法过滤，保持原化学成分不变，过滤的目的就是滤掉人为的污染，减少回灌堵塞的发生.

2.3 回灌井及其技术

回灌井是回灌水最后一个环节，回灌井的建设目前有两种方式，一个是深井回灌，把回灌井打到矿藏以下的深水层.另一个是浅井回灌，即把井打到浅水层就可以.深井回灌的优点是回灌水与排出的矿山水之间基本上不构成循环，深井一般都在1000m以上，深层水的压力比较大，运行时必须加加压泵才能回灌下去，由此分析，深井的缺点是建设成本高，运行成本也高，很难推广应用.

浅井回灌仅把回灌井打到地面下20m-50m深，它的优点是，建设成本低，运行成本也低，特别是有色金属矿山水的回灌，其运行成本更低，因为他们的矿井口一般都建在山的高处（有利于排渣），而回灌井必须建在地平面，这样在矿井的出水口与回灌井之间有一个高度差，利用这个高度差，回灌水可以自行回灌下去.浅井回灌必须选好位置，其原则就是根据地面的高低走向，选在矿山的下游，尽量远离矿山，目的还是使回灌水与矿山排出水之间没有构成循环，或者尽可能减少这种循环.根据实践，在干旱地区由于矿山的出水量不大，这种循环的可能性非常小.无论是深井回灌还是浅井回灌所遇到的最大问题就是堵塞，即回灌时地下散水部分或散水孔隙被堵塞.堵塞的原因是，矿山水排出之后，在过滤沉淀过程中水中氧气含量增加与Fe2+作用生成不溶于水的Fe(OH)3，产生化学堵塞.另外，PH值对水质有极大地影响，因为氢离子浓度的变化可引起水中某些成分的溶解和沉淀，并刺激生物的繁殖，产生絮凝作用，形成生物堵塞.上述过程是一个缓慢变化过程，但长期运行就形成堵塞.堵塞时回灌水流量逐渐变小.解决堵塞的办法有两种，一个是在回灌井完全不能回灌情况下废弃这口井，另打一口回灌井，这在浅井回灌时很容易实现.另一个方法是在回灌井内加回扬泵，让原来的水流产生逆向回流，这样可以清除沉淀和堵塞.实践证明定时回扬是解决孔隙堵塞比较好的办法.为了保障回灌水的正常运转，回灌井的个数应按3:1进行设计，即一条输水管道对应三口回灌井，回灌水毕竟是自然落差，其压力小流速慢.在水量较大的煤矿，必须加加压泵才能及时回灌地下.

2.4 输水管道

在浅井回灌工程中，输水管道也是比较重要的，为了避免和尽量减少矿山排出水与回灌水之间的循环，通过异地回灌的方式，这就需要延长输水管道，或者说通过远距离的输水来确定合适的回灌井.这样做的目的一是减少回灌水与矿山水之间的循环几率.二是可以大大降低建设成本（与建设深井回灌相比较）.三是维护和运行成本也很低，在浅井回灌如果发生不可逆转的堵塞时，可以废弃这个井，但深井回灌由于其建设成本较高，不会轻易放弃，会加大维护成本的.因此从实际应用来说，远距离输水的浅井回灌技术它的可操作性强，容易实现.

3 矿山水回灌地下的可行性

通过以上分析，可以看出回灌过程中所涉及的过滤技术、输水技术、回灌井的建设等都是大众化运行的、可掌握、可实行的技术.另外，由于地下水位的大幅度下降也给地下存水留下巨大的空间.因此，矿山水回灌地下无论从技术上还是环境上都是可行的.唯一需要研究的是回灌过程中地下径流的产生、径流的路径、径流的排泄等过程还需要实践来认识，但这不影响回灌过程的实施.

矿山水实际上是很清洁的水质，笔者通过对矿山水回灌技术的应用研究，希望矿产资源的开采与保护水资源从投资和运行上可以同步进行，做到绿色资源的开采，减少工农矛盾，造福子孙.

参考资料：

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