本发明涉及矿山开采遗留矿洞和矿井坑道污染治理技术范畴，具体涉及一种适用于遗留矿洞和矿井坑道的封堵及其搭建方法，以解决遗留矿洞和矿井坑道的酸性废水排放、空间资源化利用等问题。
背景技术：
随着经济发展，对于矿产资源的需求不断提高，大量矿山开采遗留的矿洞和矿井坑道未得到有效的处置，大量废弃矿石和开采面暴露在环境中，长期与氧气、水等接触反应，释放有毒有害重金属及酸性废水。
矿石中往往是多种元素伴生，其中硫伴生矿种类最多，如铜矿、
铅锌矿、高硫煤等都属于高含硫矿石，此类矿的开采活动对矿山环境的影响主要表现在矿山剥离物和
低品位矿石的露天堆放，以及
尾矿的集中堆置，另外开采完成后所遗留的矿洞和坑道也暴露于水和空气中。因此，这些弃置的低品位矿石、尾矿，与暴露的坑壁，在地下水和大气降水入渗的影响下，其内含的硫化物经过复杂的物理、生物和化学过程，产生严重影响生态环境的酸性废水。特别是在南方，大量雨水和侧向地下水进入矿洞，不断浸泡和侵入，引起大量污染物随着水流流出矿洞，导致污染环境的风险。
目前，对矿洞和矿井坑道的治理一般主要集中在防坍陷等工作上，仅采取内部填充和出口封堵，但未充分考虑地下水和降雨入渗所带来的酸性废水的问题，无法有效避免酸性废水的产生。同时，填充的材料大多是周边废弃矿石，这些富含潜在污染物质的材料填充进去后进一步加剧了废水排放的风险。
基于以上存在的问题，本申请通过夹层式阻水隔气防渗墙的设计，实现阻水-隔气-分段式填充矿洞和坑道，以在源头控制污染的产生，且可保障低品位废弃矿石和尾矿集中处置的安全性，有助于解决遗留矿洞的酸性废水排放和废弃矿洞的空间资源化利用等问题。
技术实现要素：
针对上述矿山开采所形成的矿洞、坑道和山体裂隙所带来的大量水流，导致矿洞和坑道酸性废水排放、空间资源化利用等问题，本发明提供一种适用于遗留矿洞和矿井坑道的封堵及其搭建方法，以抑制含硫矿石氧化，并控制水流入渗进入矿洞和坑道及酸性废水的排放。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种适用于遗留矿洞和矿井坑道的封堵，所述封堵包括与遗留矿洞或矿井坑道侧壁平行而设的侧边夹层墙体，所述侧边夹层墙体内设有夹层空间，所述夹层空间内填充有疏水性颗粒物料，并于上端延伸至遗留矿洞或矿井坑道顶端，以此形成密闭空间，所述密闭空间由内而外横向设置有若干间隔夹层墙体，以此将所述密闭空间分隔为若干分段式填充单元，所述分段式填充单元内填充有疏水性颗粒物料及尾矿和废弃的低品位矿石，所述间隔夹层墙体上端与遗留矿洞或矿井坑道顶端之间设置有封堵层。
进一步地，所述间隔夹层墙体内设有夹层空间，所述夹层空间内填充有疏水性颗粒物料。
进一步地，所述间隔夹层墙体与遗留矿洞或矿井坑道顶端预留空余空间的高度为5～30cm，所述封堵层的高度为5～30cm。
进一步地，所述封堵层为泡沫混凝土层。
进一步地，所述分段式填充单元内填充完成后通过注入泵喷淋配置而成的硫酸盐还原菌剂溶液。
进一步地，所述硫酸盐还原菌剂溶液按照麦芽糊精：市政
污水处理厂污泥：硫酸盐还原菌剂：水的比例为1:2.5:2:100配置而成。
进一步地，所述硫酸盐还原菌剂溶液按照每吨填充材料的硫酸盐还原菌剂溶液用量范围为10kg～200kg进行喷淋。
进一步地，所述侧边夹层墙体夹层空间的夹层间距不低于8cm，夹层厚度不低于5cm。
进一步地，所述间隔夹层墙体由前墙和后墙组成，所述前墙和后墙间距为10cm，前墙和后墙厚度为20cm，为钢筋混凝土墙。
本发明同时提供了一种适用于遗留矿洞和矿井坑道的封堵的搭建方法，所述方法用于搭建上述任一项所述的适用于遗留矿洞和矿井坑道的封堵，其包括以下步骤：
步骤1：清理遗留矿洞和矿井坑道内部的碎石，平整矿洞和坑道的底部，确定封堵区域；
步骤2：考虑到遗留矿洞和矿井坑道侧向渗水，在矿洞和坑道封堵区域靠近侧壁砌筑侧边夹层墙体；
步骤3：向侧边夹层墙体的夹层空间内填充疏水性颗粒物料，填充完成后，将侧边夹层墙体砌筑至遗留矿洞或矿井坑道顶端，形成一密闭空间，防止疏水性颗粒物的流失；
步骤4：所述密闭空间由内而外直至洞口横向设置有若干间隔夹层墙体，形成若干分段式填充单元，每个分段式填充单元内填埋疏水性颗粒物料及尾矿与废弃的低品位矿石，相邻的分段式填充单元之间通过间隔夹层墙体分隔；
步骤5：按照麦芽糊精：市政污水处理厂污泥：硫酸盐还原菌剂：水的比例为1:2.5:2:100配置硫酸盐还原菌剂溶液；
步骤6：将配置好的硫酸盐还原菌剂溶液喷淋至分段式填充单元内的填充材料上，按照每吨填充材料的硫酸盐还原菌剂溶液用量范围为10kg～200kg进行喷淋；
步骤7：每个分段式填充单元填充完成后，在其外界砌筑间隔夹层墙体，并于其夹层空间内部填充疏水性颗粒物料，同时间隔夹层墙体顶端预留空余空间的高度范围为5～30cm；
步骤8：将间隔夹层墙体夹层空间的上端砌筑封闭，并将间隔夹层墙体上端与遗留矿洞或矿井坑道顶端的预留空余空间通过泡沫混凝土封堵形成封堵层，封堵层高度范围为5～30cm；
步骤10：各分段式填充单元从里往外逐一按照以上步骤填充物料、建立间隔夹层墙体、封堵，直至洞口。
本发明带来的有益效果有：
1)本发明通过夹层墙体设计，填充疏水性颗粒物料，可有效抗应力形变，保障长期稳定的有效防渗；
2)本发明通过分段式填充单元的设计，可增强填充材料的稳固性，保障封堵结构的安全；可增强分段式填充单元间水气阻隔效果，抑制内部的氧化作用，保障含硫矿物的稳定性，从源头控制污染物的产生；
3)间隔夹层墙体的顶端用强度较低的泡沫混凝土层进行封堵，可有效避免内部压力过大导致封堵材料整体崩塌的风险；
4)分段式填充单元的填充，充分利用了空间来堆放低品位矿石和尾矿，以防止其露天堆放带来的氧化、淋溶污染，从源头控制酸性废水的产生和排放，并解决矿洞和坑道空间资源化利用问题。
附图说明
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，
附图1是本发明适用于遗留矿洞和矿井坑道的封堵的结构示意图；
附图2是本发明的间隔夹层墙体的结构示意图；
图中各序号所对应的标注名称如下：
1-侧边夹层墙体，2-间隔夹层墙体，21-前墙，22-后墙，23-封堵层，3-分段式填充单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
一种适用于遗留矿洞和矿井坑道的封堵。
参照图1～2，该封堵包括与遗留矿洞或矿井坑道侧壁平行而设的侧边夹层墙体1，侧边夹层墙体1内设有夹层空间，夹层空间内填充有疏水性颗粒物料，并于上端延伸至遗留矿洞或矿井坑道顶端，以此形成密闭空间，防止疏水性颗粒物料的流失，从而保障夹层墙体的防渗功能。
上述密闭空间由内而外直至洞口、横向设置有若干间隔夹层墙体2，以此将密闭空间分隔为四个分段式填充单元3。间隔夹层墙体2内同样设有夹层空间，夹层空间内填充有疏水性颗粒物料。每个分段式填充单元3内填充有疏水性颗粒物料及尾矿和废弃的低品位矿石，间隔夹层墙体2上端与遗留矿洞或矿井坑道顶端之间设置有封堵层23。分段式填充单元3内填充完成后通过注入泵喷淋配置而成的硫酸盐还原菌剂溶液。
可选的，间隔夹层墙体2与遗留矿洞或矿井坑道顶端预留空余空间的高度为5～30cm，封堵层23的高度对应为5～30cm。
可选的，封堵层23采用泡沫混凝土层，通过强度较低的泡沫混凝土层进行封堵，可有效避免内部压力过大导致封堵材料整体崩塌的风险。
硫酸盐还原菌剂溶液按照麦芽糊精：市政污水处理厂污泥：硫酸盐还原菌剂：水的比例为1:2.5:2:100配置而成。硫酸盐还原菌剂溶液按照每吨填充材料的硫酸盐还原菌剂溶液用量范围为10kg～200kg进行喷淋。
可选的，侧边夹层墙体1夹层空间的夹层间距不低于8cm，夹层厚度不低于5cm。间隔夹层墙体2由前墙21和后墙22组成，前墙21和后墙22间距为10cm，前墙21和后墙22厚度为20cm，为钢筋混凝土墙。
实施例2
本实施例为一种适用于遗留矿洞和矿井坑道的封堵的搭建方法，本方法用于搭建实施例1所述的适用于遗留矿洞和矿井坑道的封堵，其包括以下步骤：
步骤1：清理遗留矿洞和矿井坑道内部的碎石，平整矿洞和坑道的底部，确定封堵区域；
步骤2：考虑到遗留矿洞和矿井坑道侧向渗水，在矿洞和坑道封堵区域靠近侧壁砌筑侧边夹层墙体1；
步骤3：向侧边夹层墙体1的夹层空间内填充疏水性颗粒物料，填充完成后，将侧边夹层墙体1砌筑至遗留矿洞或矿井坑道顶端，形成一密闭空间，防止疏水性颗粒物的流失；
步骤4：所述密闭空间由内而外直至洞口横向设置有若干间隔夹层墙体2，形成若干分段式填充单元3，每个分段式填充单元3内填埋疏水性颗粒物料及尾矿与废弃的低品位矿石，相邻的分段式填充单元3之间通过间隔夹层墙体2分隔；
步骤5：按照麦芽糊精：市政污水处理厂污泥：硫酸盐还原菌剂(srb)：水的比例为1:2.5:2:100配置硫酸盐还原菌剂溶液；
步骤6：将配置好的硫酸盐还原菌剂溶液喷淋至分段式填充单元3内的填充材料上，按照每吨填充材料的硫酸盐还原菌剂溶液用量范围为10kg～200kg进行喷淋；
步骤7：每个分段式填充单元3填充完成后，在其外界砌筑间隔夹层墙体2，并于其夹层空间内部填充疏水性颗粒物料，同时间隔夹层墙体2顶端预留空余空间的高度范围为5～30cm；
步骤8：将间隔夹层墙体2夹层空间的上端砌筑封闭，并将间隔夹层墙体2上端与遗留矿洞或矿井坑道顶端的预留空余空间通过泡沫混凝土封堵形成封堵层23，封堵层23高度范围为5～30cm；
步骤10：各分段式填充单元3从里往外逐一按照以上步骤填充物料、建立间隔夹层墙体2、封堵，直至洞口。
实施例3
针对含硫铜矿开采遗留的矿洞，为了防止水和氧气进入矿洞，实现硫化物氧化路径阻断的目的，采用以下方式。
步骤1：清理遗留矿洞内部碎石，平整底部，选择清理后长度为36m靠近矿洞的坑道区域作为封堵区域，其区域内部宽度为2.5～10.0m，洞口宽度为6.5m，洞高为1.5～2.4m；
步骤2：考虑到地下水侧向渗水，矿洞内部侧壁设置侧边夹层墙体1，在封堵区域靠近坑道内部一端砌筑间隔夹层墙体2，两个墙体总长度81m，侧边夹层墙体1的夹层之间距离8cm，夹层厚度为15cm，由水泥和砂石组成；
步骤3：侧边夹层墙体1的夹层空间填充100目的疏水性颗粒物质，形成一段具有防水功能的防渗墙，其墙体顶部与侧边洞顶接合封堵，防止疏水性颗粒物料的流失；
步骤4：矿洞内部由里向外划分为四个分段式填充单元3用于填埋物料及尾矿和废弃的低品位矿石，除最里为6m，其余皆为10m；
步骤5：将物料及尾矿和废弃的低品位矿石填充进最里的分段式填充单元3后，按照麦芽糊精：市政污水处理厂污泥：硫酸盐还原菌剂：水的比例1:2.5:2:100配置硫酸盐还原菌剂溶液，其污泥和麦芽糊精组成的长效碳源可维持硫酸盐还原菌的长时间生长；
步骤6：采用注入泵将配置好的硫酸盐还原菌剂溶液由顶部淋入分段式填充单元3，按照每吨填充物料的硫酸盐还原菌剂溶液用量范围为50kg，实现还原硫酸盐、沉淀重金属的目的；
步骤7：填充和菌剂溶液喷淋完毕后，单元边界砌筑由前墙21和后墙22组成的间隔夹层墙体2，两墙体间距为10cm，单墙厚度为20cm，为钢筋混凝土墙，墙顶部距离洞顶壁20cm；
步骤8：向间隔夹层墙体2内填充100目的疏水性颗粒物质，形成一段具有1.3～2.2m不等的防水高度的防渗墙；
步骤9：前墙21和后墙22体顶端用水泥砂浆封闭夹层空间，再在间隔夹层墙体2和矿洞顶壁间用泡沫混凝土层封堵，高度20cm；
步骤10：各分段式填充单元3从里往外按照以上操作逐一完成，直至洞口。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种适用于遗留矿洞和矿井坑道的封堵，其特征在于：所述封堵包括与遗留矿洞或矿井坑道侧壁平行而设的侧边夹层墙体，所述侧边夹层墙体内设有夹层空间，所述夹层空间内填充有疏水性颗粒物料，并于上端延伸至遗留矿洞或矿井坑道顶端，以此形成密闭空间，所述密闭空间由内而外横向设置有若干间隔夹层墙体，以此将所述密闭空间分隔为若干分段式填充单元，所述分段式填充单元内填充有疏水性颗粒物料及尾矿和废弃的低品位矿石，所述间隔夹层墙体上端与遗留矿洞或矿井坑道顶端之间设置有封堵层。
2.根据权利要求1所述的一种适用于遗留矿洞和矿井坑道的封堵，其特征在于：所述间隔夹层墙体内设有夹层空间，所述夹层空间内填充有疏水性颗粒物料。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于遗留矿洞和矿井坑道的封堵，其特征在于：所述间隔夹层墙体与遗留矿洞或矿井坑道顶端预留空余空间的高度为5～30cm，所述封堵层的高度为5～30cm。
4.根据权利要求3所述的一种适用于遗留矿洞和矿井坑道的封堵，其特征在于：所述封堵层为泡沫混凝土层。
5.根据权利要求1所述的一种适用于遗留矿洞和矿井坑道的封堵，其特征在于：所述分段式填充单元内填充完成后通过注入泵喷淋配置而成的硫酸盐还原菌剂溶液。
6.根据权利要求5所述的一种适用于遗留矿洞和矿井坑道的封堵，其特征在于：所述硫酸盐还原菌剂溶液按照麦芽糊精：市政污水处理厂污泥：硫酸盐还原菌剂：水的比例为1:2.5:2:100配置而成。
7.根据权利要求5所述的一种适用于遗留矿洞和矿井坑道的封堵，其特征在于：所述硫酸盐还原菌剂溶液按照每吨填充材料的硫酸盐还原菌剂溶液用量范围为10kg～200kg进行喷淋。
8.根据权利要求1所述的一种适用于遗留矿洞和矿井坑道的封堵，其特征在于：所述侧边夹层墙体夹层空间的夹层间距不低于8cm，夹层厚度不低于5cm。
9.根据权利要求1所述的一种适用于遗留矿洞和矿井坑道的封堵，其特征在于：所述间隔夹层墙体由前墙和后墙组成，所述前墙和后墙间距为10cm，前墙和后墙厚度为20cm，为钢筋混凝土墙。
10.一种适用于遗留矿洞和矿井坑道的封堵的搭建方法，其特征在于，所述方法用于搭建权利要求1～9任一项所述的适用于遗留矿洞和矿井坑道的封堵，其包括以下步骤：
步骤1：清理遗留矿洞和矿井坑道内部的碎石，平整矿洞和坑道的底部，确定封堵区域；
步骤2：考虑到遗留矿洞和矿井坑道侧向渗水，在矿洞和坑道封堵区域靠近侧壁砌筑侧边夹层墙体；
步骤3：向侧边夹层墙体的夹层空间内填充疏水性颗粒物料，填充完成后，将侧边夹层墙体砌筑至遗留矿洞或矿井坑道顶端，形成一密闭空间，防止疏水性颗粒物的流失；
步骤4：所述密闭空间由内而外直至洞口横向设置有若干间隔夹层墙体，形成若干分段式填充单元，每个分段式填充单元内填埋疏水性颗粒物料及尾矿与废弃的低品位矿石，相邻的分段式填充单元之间通过间隔夹层墙体分隔；
步骤5：按照麦芽糊精：市政污水处理厂污泥：硫酸盐还原菌剂：水的比例为1:2.5:2:100配置硫酸盐还原菌剂溶液；
步骤6：将配置好的硫酸盐还原菌剂溶液喷淋至分段式填充单元内的填充材料上，按照每吨填充材料的硫酸盐还原菌剂溶液用量范围为10kg～200kg进行喷淋；
步骤7：每个分段式填充单元填充完成后，在其外界砌筑间隔夹层墙体，并于其夹层空间内部填充疏水性颗粒物料，同时间隔夹层墙体顶端预留空余空间的高度范围为5～30cm；
步骤8：将间隔夹层墙体夹层空间的上端砌筑封闭，并将间隔夹层墙体上端与遗留矿洞或矿井坑道顶端的预留空余空间通过泡沫混凝土封堵形成封堵层，封堵层高度范围为5～30cm；
步骤10：各分段式填充单元从里往外逐一按照以上步骤填充物料、建立间隔夹层墙体、封堵，直至洞口。
技术总结
本发明公开了一种适用于遗留矿洞和矿井坑道的封堵及其搭建方法。本发明通过夹层墙体阻隔矿洞和坑道的侧壁，并分隔矿洞和坑道内部空间为多个分段式填充单元，向每个分段式填充单元填充物料与尾矿、废弃的低品位矿石，这些填充材料表面喷淋含SRB的复合菌群及长效碳源，以抑制硫化物的氧化、还原硫酸盐并沉淀重金属；其中夹层墙体由并列的墙体和夹层之间填充的疏水性颗粒物料组成，间隔夹层墙体的上端与洞顶的一定高度范围内用泡沫混凝土封堵，若遭遇雨季等原因导致洞内压力过大时，泡沫混凝土层较低的强度，使得顶端局部开裂以形成类似的“泄压阀”，可有效避免洞内水压过高导致的墙体开裂、崩塌，从而保障分段式填充单元封堵的安全。
技术研发人员：吴代赦;马志飞;罗轶维;徐宇;储小东;李涵
受保护的技术使用者：南昌大学
技术研发日：2020.05.19
技术公布日：2020.09.25
声明：
“适用于遗留矿洞和矿井坑道的封堵及其搭建方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：南昌大学
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2024年08月01日 ~ 03日 
