一种废弃煤井污染地下水的水文地质边界阻控与风险管控系统及方法与流程
本发明属于环境工程与水文地质交叉，具体涉及一种针对废弃煤矿井非法倾倒危险废物造成地下水污染的基于天然水文地质边界阻控与风险管控的系统及方法。
背景技术：
1、针对废弃矿井地下水污染问题，现有技术公开了多种处理方法，其中抽提处理是较为直接的方法，即通过布设抽水井将采空区内受污染的地下水抽至地面，处理达标后排放或回用。然而，采空区体积往往十分巨大，有的可达数百万立方米，长期运行抽提处理的成本高昂，而且难以从根本上清除采空区围岩中吸附的污染物，单纯依靠抽提很难实现污染源的彻底削减。注浆封堵是另一类常用技术，通过对已知的污染扩散通道进行注浆，阻断污染物向外迁移的路径。例如，在现有技术提出了基于采煤工作面涌水量反演通道发育程度、再结合流速流向测定和射孔技术进行通道封堵的方法。但由于废弃矿井的巷道四通八达，私挖盗采现象普遍，很多通道根本没有图纸记录，难以全面识别，因此仅靠注浆封堵往往无法做到万无一失。封井回填技术主要针对废弃矿井井口本身，对高风险矿井采用全井黏土回填、人工隔水层再造、环状高压注浆等措施，对中低风险矿井则采用沉入式井盖加动态监测的管控模式。这类技术对于控制井口污染物的垂直迁移有一定效果，但对于采空区内已经形成的巨大污染水体的横向扩散，控制能力明显不足。原位阻隔技术，包括垂直阻隔墙、水平覆盖系统等人工阻隔结构，也被用于污染场地风险管控。例如，在现有技术提出以土壤中的淤泥质黏土层为底部阻隔层，通过搭建深度至该层内的垂直阻隔墙，形成封闭的阻隔空间。这种方法虽然有效，但工程规模大、造价高昂，而且对场地的地质条件有特定要求，并非所有废弃矿区都适用。此外，监测预警技术近年来发展较快，如煤矿采空区岩溶水串层污染识别预警方法、基于水质水位监测的封闭采空区污染释放预警方法，以及岩溶地下水智能预警与协同阻控系统等，这些技术在污染识别和报警方面取得了明显进步，但大多止步于“报警”，报警之后如何与工程措施联动——比如自动启动抽提、自动触发注浆或自动开展补充勘察——仍然缺乏有效的技术方案。
2、综合来看，现有技术存在几个比较突出的共性问题：
3、一是各技术环节相对孤立，缺乏系统性整合。抽提、注浆、封井、阻隔、监测等往往被当作相互独立的手段来使用，很少有人尝试将它们有机地组合成一个完整的闭环系统。
4、二是对天然水文地质条件的工程化利用明显不足。在很多矿区，天然发育的断裂构造本身就能起到隔水边界的作用，它们错断含水层、阻断矿山开采活动，完全有可能被用作天然的污染阻隔边界。但现有技术中虽然有“将山脊近似等效为天然隔水墙”的提法，却多停留在场地选址阶段的定性利用，缺乏对断裂构造隔水性能的主动勘察验证和系统的工程化应用方法。
5、三是监测与工程的协同机制缺失，预警之后缺乏自动化的响应手段，风险处置往往存在时滞。
6、四是对于不同类型的扩散通道——跨边界巷道和断层破碎带——往往采用同一套封堵工艺，没有根据通道类型和破碎带发育特征动态匹配注浆参数，导致封堵效率不高或材料浪费。五是在高成本彻底治理与低限度风险管控之间，缺少一套科学的评估和决策体系，容易出现要么过度修复、要么管控失效的极端情况。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种废弃煤井污染地下水的水文地质边界阻控与风险管控系统及方法，以解决现有技术中针对复杂水文地质条件下废弃煤井污染地下水难以实现长期有效管控、各技术环节缺乏系统整合、天然水文地质条件利用不足的技术难题。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，
3、第一方面，本发明提供了一种废弃煤井污染地下水的水文地质边界阻控与风险管控系统，包括：
4、水文地质边界识别与验证子系统，获取目标区域构成天然隔水边界的断裂构造并验证其隔水性能，作为监测预警和工程决策的基础阈值；
5、多目标分级地下水自动监测子系统，包括采空区积水监测点、煤系裂隙水监测点、边界外采空区监测点、边界外裂隙水监测点和深层岩溶水监测点；
6、污染扩散通道识别与分级封堵子系统，其对跨边界巷道以及断层破碎带透水区的污染物向外扩散情况进行识别，且进行封堵；
7、污染源减量化处置子系统，包括事故井处置模块和抽提处理模块，所述的事故井处置模块用于对直接接触危险废物的事故井井壁污染岩土体进行旋挖清挖，清挖深度直至未见污染痕迹的原始围岩，清挖出的污染岩土体按照危险废物进行管理处置，且清挖后的事故井进行封闭；所述的抽提处理模块，其根据主控器的要求，对抽水井进行控制；
8、应急预警与控制子系统，其基于实时监测数据与预设的联动规则自动生成预警信号，并且调用污染扩散通道识别与分级封堵子系统以及污染源减量化处置子系统；
9、中央集成管控平台，其输入端连接水文地质边界识别与验证子系统、多目标分级地下水自动监测子系统，输出端连接污染源减量化处置子系统、污染扩散通道识别与分级封堵子系统以及应急预警与控制子系统。
10、作为进一步的技术方案，所述的水文地质边界识别与验证子系统包括物探设备、地质钻机以及水文试验设备；所述的物探设备布设在疑似构成天然隔水边界的断裂构造两侧，获取断层破碎带的发育程度和富水性数据；所述的地质钻机用于在物探异常区施工地质勘探钻孔，全孔取芯以验证破碎带的空间范围；所述的水文试验设备用于在断层两侧分别施工水文地质监测井并进行抽水试验，观测两侧水位变化，从而定量评价该断裂的隔水性能。
11、作为进一步的技术方案，所述采空区积水监测点布设于各煤层采空区中，煤系裂隙水监测点布设于煤系地层裂隙含水层中，边界外采空区监测点和边界外裂隙水监测点分别布设于边界外部的相应位置，深层岩溶水监测点则布设于下游方向的岩溶含水层中。
12、作为进一步的技术方案，所述采空区积水监测点、煤系裂隙水监测点、边界外采空区监测点、边界外裂隙水监测点和深层岩溶水监测点采用差异化原则进行布设，在污染物迁移高风险区域加密布设，在低风险区域常规布设。
13、作为进一步的技术方案，各监测点均安装耐强腐蚀的水位传感器和多参数水质传感器，实时监测水位、温度、电导率、总溶解固体、盐度、溶解氧、ph和氧化还原电位。
14、第二方面，本发明还提供一种基于上述系统的废弃煤井污染地下水的水文地质边界阻控与风险管控方法，包括以下步骤：
15、步骤s1获取识别目标区域构成天然隔水边界的断裂构造并验证其隔水性能，作为监测预警和工程决策的基础阈值；
16、步骤s2获取重点工作区内的采空区积水监测信号、煤系裂隙水监测信号；获取边界外部区域内的边界外采空区积水信号、边界外裂隙水监测信号；获取下游方向的深层岩溶水监测信号；
17、步骤s3基于所述的监测信号进行潜在的污染扩散通道的识别，所述的污染扩散通道包括跨边界巷道以及断层破碎带透水区，并且进行封堵；
18、步骤s4对污染岩土体进行处置，且对采空区重污染地下水抽提处置；
19、步骤s5基于实时监测数据与预设的联动规则自动生成预警信号。
20、作为进一步的技术方案，当重点工作区的关键监测点的水位超过警戒线时触发一级预警，自动启动污水抽提处理程序，进行污水抽提，并且发送预警通知；
21、当重点工作区内采空区水质持续恶化时，触发二级预警，自动上传至主控平台并启动污染源排查程序，对排查到的污染源进行封堵；
22、当边界外部地下水水质持续恶化时，触发三级预警，自动启动补充勘察程序，查明新发现的扩散通道后调用污染扩散通道识别与分级封堵子系统进行封堵。
23、作为进一步的技术方案，针对跨边界巷道，采用巷道注浆封堵工艺；针对断层破碎带透水区采用断层破碎带帷幕注浆工艺。
24、作为进一步的技术方案，对污染岩土体处置方法是：采用大口径旋挖钻机对受污染岩土体进行旋挖清挖，清挖深度直至未见污染痕迹的原始围岩；清挖出的污染岩土体按照危险废物进行管理处置；清挖后的事故井采用水灰比0.6~0.7的水泥浆自井口注入进行封闭。
25、作为进一步的技术方案，采空区重污染地下水抽提处置：在重污染地下水富集区布设抽水井；抽提废水通过管道输送至配套污水处理厂进行达标处理；根据出水水质达标情况和采空区内污染物浓度变化，逐步调整抽提量。
26、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
27、1.本发明将水文地质边界识别与验证、多目标分级监测、扩散通道分级封堵、污染源减量化处置和应急预警响应有机整合为完整的闭环系统，实现了对废弃煤井污染地下水的“边界划定—主动验证—实时监测—工程封堵—源清除—预警响应”全过程风险管控。
28、2.充分利用天然断裂构造作为隔水边界划定管控范围，无需建造大规模人工阻隔墙，显著降低了工程成本；通过差异化布设监测网络（高风险区与低风险区监测密度差异化）和注浆参数动态匹配（高富水性破碎带与低富水性破碎带孔间距差异化），进一步优化了资金投入效率，避免了“过度修复”造成的资源浪费。
29、3.通过主动补充勘察（物探+钻探+抽水试验三层次验证）定量评价断裂构造的隔水性能，为边界管控提供了科学依据；通过水位-水质联动的实时监控和分级预警机制，实现了从“被动响应”到“主动预警”的转变；通过分级封堵技术对不同类型的扩散通道实施针对性封堵，确保了风险管控的长期有效性。
30、4.本发明的技术方案适用于各类存在类似水文地质条件（断裂构造发育、多层采空区、多种污染物并存）的废弃矿区污染地下水风险管控场景，具有良好的推广应用前景。