金属矿区地下水污染防治技术研究_夏冰.pdf

192管理及其他Management and other金属矿区地下水污染防治技术研究夏冰，高红远，徐良才，徐超，易素娟摘要：在金属矿产资源开发过程中，常因为矿区地质环境条件背景、矿山开采过程中防护措施不当和开采技术选择不合理等因素，导致矿区地下水出现严重的污染现象，从而严重的影响到周围的环境。因此在矿产开发利用时如何选择合适的开采技术及防护措施是非常重要的，本文针对现阶段我国所使用的金属矿开采及地下水防治技术进行了分析研究，基于当前我国金属矿区地下水污染防治技术的使用现状，为更有效的保护地下水资源，提出了相应的解决方案。关键词：金属矿区；地下水污染；防治技术现阶段我国对于金属矿物的开采方式和开采技术有了显著的提升，但是由于金属矿产的开采工作对周围的环境以及地下水会产生严重影响，一旦使用的开采技术或者开采方式不得当，都会严重的破坏周围的生态环境。所以矿产企业在选择开采技术期间，随着开采的范围逐步的扩大，防护措施也应该不断加强，采取合理的地下水污染防治技术来保护地下水环境。而如何应对矿区开采造成的地下水污染防治保护工作已经成为当前矿产资源开发的研究热点。1 金属矿区开采对区域地下水的影响1.1矿区开采对区域地下水流场的影响金属矿物质的赋存条件及衍生重金属矿物质的附着，在金属矿物开采过程中会呈现分离状态，不管是露天开采亦或是地下坑采，都将导致开采过程中矿区内部及周围地区的地下水资源的含水层及流场发生变化，这都会对地下水资源的周围环境产生不良影响。并且随着矿产开采工作的不断深入，施工规模的不断扩大，矿区抽排水的不断疏干，都将造成开采矿区的地下水资源水位下降，矿产资源开发地区开始逐渐出现区域性降落漏斗问题。这种问题的出现，会不断影响矿区范围内及周边的地下水资源，但是随着开采工作的不断进行，地下水的流动速度和流动方向也都会被改变，从而导致地下水出现新的地下水流场系统。在这样的环境下，原本影响地下水资源分布的各种因素都不会再产生任何作用，矿产资源开发地区的原始地形地貌特征也会因为地下水资源的改变而产生破坏情况。1.2矿区开采对区域地下水补迳排的影响金属矿产在开采过程中必将对地表结构产生破坏，从而影响到矿区及周边地表水的补迳排路径，严重时甚至会改变区域内地表水的流进方向和路径。并且在金属矿区开采时，必然会导致金属矿物质上覆盖的岩层的剥离现象，从而地下水资源中的含水层及隔水层都会产生变化，地下水系统中的松散孔隙水、基岩裂隙水，甚至一些岩溶矿区的岩溶水逐渐形成一个新的地下水资源补迳排体系。而随着矿区开采的范围及深度的不断延展，矿区抽排水疏干区域也将得到扩展，部分下游的水资源的补给路径将发生变化。此外，如果大气降雨、地表水或者地下水资源补给时，会使得水资源的供给方向发生改变，被补充到矿坑。而原本的地下水资源补给途径因为矿区开采被截断，使得地表水资源逐渐减少，而地下水资源的补给也达不到需求，这都将对周围环境的动物和植物生存产生严重的影响。1.3矿区开采将造成区域地下水水位下降造成地下水资源水位下降的最主要原因是地下水流场的变化以及地表水和地表水供水系统的变化，在金属矿物质开采过程中，需要长时间的将地下水资源以及地表水进行排出以确保采矿资源的效率和开采安全，但这必然会导致地下水会发生变化。地下水位下降最突出的表现就是地表水的供给不足，地下水资源的流动路径发生改变，严重时甚至会出现断流现象。1.4矿区开采导致地下水资源供给不足金属矿区的开采工作必须要彻底的去排干开采区域的地下水，降低矿坑中涌水量，这样才能够确保金属资源开采的效率及人员安全，但是这必然会影响到矿区及周边地下水资源系统。而若需确保矿山开采坑道中将涌水量控制在一定范围内，那么就必须通过大流量的抽排水，而大幅度减少地下水资源的储备量。通常情况下大气降水以及地表水的补给不能够在短时间就完成，所以一旦矿山开采地区出现疏干排水的行为，那么周围环境的地下水资源储备量都会大幅度的减少，严重时在后期会出现水资源供给不足的情况，影响着周围的生存条件。1.5矿区开采造成地下水资源污染进行金属矿物质开采的过程中，必然会产生一些有毒有害的化学物质，这些化学物质会与空气中的氧气产生氧化反应，从而导致地下水水质酸性不断增加，并且一些未经过处理的有害物质也会与水资源产生交融情况，这也就使得地下水资源的污染程度不断增加，导致水资源环境的质量不断下降。造成金属矿物质开采过程中地下水资源污染的最主要原因还是因为在开采过程中产生的一些废弃物以及金属矿物质没有经过严格的处理就地排放，使得地下水资源的水质遭到严重破坏。在通常情况，开采金属矿物质的过程中会直接将一些矿物质暴露在大气环境下，这些193管理及其他Management and other矿物质所散发出来的化学物质与氧气产生化学反应和物理反应，从而使的重金属物质或者一些可溶性较高的物质与水资源进行融合，地下水资源的质量遭到破坏，污染程度不断增加。2 金属矿区地下水污染防治面临的问题2.1有毒有害污染物下渗，影响地下水水质位于中层或者较前位置的地下水资源，主要是为了能够供给动植物的生活和成长，为其提供水源支撑，同时这也是工业发展必须的重要支撑。但是由于我国工业的不断发展，在金属矿物质开采过程中开采的规模也在不断的扩大一些金属矿物质开采过程中所产生的污染物以及化学物质会在短时间内就渗入到地下水层中，使得开采地区出现区域性地下水位降落漏斗现象。较浅位置的水层以及中层水资源的供给都会受到这种现象的影响，无法有效的去补给地表动植物的生存，严重时甚至会出现水源枯竭现象。与此同时，由于金属矿物质开采过程中也会利用到一定的水资源，所以随着规模的扩大，矿井的使用越来越频繁，矿产资源开发周围环境的水井水资源不断减少，矿区开采抽排水的淋溶现象也将影响周围居民的用水。2.2地下水补给速度减缓矿区开采开发利用过程中由于开采规模的不断扩大，开采深度的不断增加，疏干排水导致主要地下水含水层将出现截断现象，从而产生矿坑水。并且开采单位将开采区域的水分彻底排除干净的行为，使得地下水资源的储备量大大减少。此外由于疏干排水现象的存在，矿区的深层地下水不会因为大气降雨或者地表供给的因素，就能够在短时间内恢复。如果在后期开采工作中不断的去加大排水量这会使得原本较平衡的地下水资源供给系统因为人为干预，规律得到破坏，矿区的深层地下水的恢复将更加困难，所以不能够为地表水迁移至浅层地下水提供有效的补给，从而对矿区周围环境的动植物生存造成严重影响。2.3地下水水质变差金属矿物质在开采过程中经常会使用爆破的方式来不断的去拓展岩层，在爆破结束后产生的各种炸药残留物以及一些岩石碎屑等等物质会受到大气降雨的影响而产生分解现象，他们随着地表的流动，不断的渗入地下水资源中，或者直接与地表的水资源流动产生融合，在后期也会渗入到地下水资源中。这种情况的出现时的地表水当中的矿物质含量随着这些物质的增加而严重的超出，经过长时间的融合已经不能够再为人们提供达到标准的地表水。与此同时在金属矿物质开采的过程中，所使用到的排土来源于表面位置的植被土，在矿产资源开采区域会堆积大量的植被土，从而使得开采区域的水土资源结构系统被打乱。但是被利用后的植被土的性质其实并没有发生实质性的改变，出现大气降雨现象后这些植被吐会通过淋溶液渗入到地下水资源当中，从而使得地下水资源的水位不断下降，在后面无法实现有效的补给。3 造成金属矿区地下水污染的主要原因3.1矿区开发利用的人为破坏我国虽然矿产资源丰富，但是大部分的金属矿产资源都分布在山峦起伏或者地形坡度较大的地区，这些地区还有一个显著的特点，就是雨量比较丰富。所以在金属矿产资源开发过程中由于受到地形的影响，大部分的降雨资源都会因为河水位的抬高而使得只有一小部分的水资源能够对地下水产生补给作用。并且由于开采区域需要使用到大量的地下水资源，这也使得地下水位会不断的降低。所以到开采过程中产生的污染物，通过土层缝隙不断的深入地下水层时，一部分污染物会顺着孔隙倾斜的方向去渗入从而形成地下水，还有一部分会直接流入到河水中，在河水因为倾斜向地下水资源进行供给时也会发生地下水污染。3.2金属矿区地质环境条件背景改变金属矿物质开采的矿区污水会不断的随着排污管而直接流入到河水中，脱水又因为地表的侵袭而渗入到地下水资源当中，还有一部分污水会因为雨水冲刷或者直接渗入到地下。金属矿物质开采过程中产生的矿区污水，污染物质浓度比较高，且有很多有毒性的化学物质和物理物质。并且由于深层的地下水体需要花费更多的时间去得到供给和更新，所以在进行地下水资源的防治时会遇到很多的问题。4 地下水金属污染防治技术4.1控制矿床疏干技术防控金属矿区地下水污染的首要原则就是采取有效措施去控制矿井水位下降的情况，与此同时，还要去保障金属矿物质开采作业环境的安全性，尽量少的将一些污染物直接排入地下水或延迟排放地下水。控制矿床疏干技术常常被使用于地质条件比较复杂且水层结构不同的水污染防治中，这项技术的使用能够基于当前金属资源开采所产生的压力进行适当的矿井保留，这样可以大大的去减少水资源的流失。与此同时，分段排水的方法也同样遵循排放组合的原则，为了防止矿井在使用过程中忽然发生喷发现象，在使用过程中应该大幅度的去减少水资源的排放，从而去有效的控制土地崩塌现象。4.2帷幕注浆技术考虑到我国岩层面积的广大以及岩层种类的多样性，如果在矿产资源开发过程中一味的使用排水方法，很有可能导致复杂因素影响造成地面下沉现象。在金属资源开采过程中，开采人员时用使用低下压力开采技术，很有可能导致地下水资源不受控制，从而产生安全事故。所以为了能够有效的去减少矿山开采过程中产生的水损害问题，开采人员必须要充分的去了解帷幕注浆技术。这项技术在国外有着广泛的应用，开采人员需要充分的去利用大型注浆装置，广泛的使用一些材料和液体进行填充。这项技术的使用能够使得死水段的体积大大减少，从而帮助深194管理及其他Management and other层次的地下水实现有效补给，弥补了矿井地下水补给问题，保护矿山资源开采地区的自然环境。4.3地面防水技术在金属矿产资源开发过程中，开采人员需要去确保金属资源开采的效率，所以会将矿产资源与地表水分开，从而去实现土壤的防水性，这样的行为使得地表水对含水层进行补给受到阻碍。采用地面防水技术的最主要原因是为了能够减少流入矿井的水资源和防止深层水资源无法实现有效补给。通常情况下对于矿产资源而讲，只有在开采过程中实现有效的防水措施，才能够确保施工环境的安全性以及开采效率。4.4可渗透反应墙修复技术可渗透反应强修复技术指的是在开采过程中开采人员需要利用活性炭以及氧化铁等生物作为反应介质，对已经产生的污染水进行重金属等污染物的吸附。这项技术的应用会使用到大量的反应介质，能够产生较良好的吸附效果。并且使用过后能够大大的去减少水资源的污染程度，与此同时这些反应介质还能够持续较长的时间，且不会对地下水资源进行二次污染。4.5原位电动修复技术原位电动修复技术指的是防治人员需要去利用到电化学动力去修复水污染问题，这项技术的使用原理是动力学原理，在进行地下水资源污染物修复过程中，修复人员需要具体的利用真流电压，让地下水资源形成一种梯度的电场，使得地下水中渗透的金属物质的有游离方向发生改变，从而实现高度集中的污染物处理。4.6化学修复技术这项技术的应用会使用到大量的反应试剂，在防治过程中最常见的就是快速进化地下水体技术。相关工作人员需要将化学药剂直接投入到地下水中，这些化学药剂能够直接产生进化作用，有效的去除地下水资源中的污染物。工作人员通常会将二氧化铝以气体的形式融入到水资源中，在与水之源的污染物进行有效氧化后，会生成不具备有害物质的有机氯，这种物质具备较高的挥发性。而高锰酸钾氧化属于一种固体的反应试剂，在使用过程中会表现出来较好的水溶性。所以在防治地下水污染的过程中，能够以溶液的形式快速的进入到土壤和地下水资源中。这些化学修复技术的使用表现出来较好的吸附作用，能够快速且高效的治理金属矿产地区地下水污染问题。4.7生物防治技术虽然较传统的物理防治技术使用效果较明显，但是能够有效去除