CN107725051B - 一种城市固体废弃物深井封闭和充填开采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种城市固体废弃物深井封闭和充填开采方法，属于采矿工程和环境工程技术领域。该方法通过垃圾成型机设备把城市固体废弃物垃圾加工成方形或者球形，由城市周边处理厂运送至矿山企业，在矿井地面利用钻孔管道或副井运输至井下，通过平板车或者皮带运输至废弃的巷道和工作面，针对不同情况，采用体积充填工艺在深井废弃巷道进行城市固体废弃物的封闭处理，采用强度充填工艺在采煤工作面进行置换矿产资源的充填处理，解决了我国城市垃圾处理资源有限和采矿废弃空间量大面广的问题，是一种城市政府和矿山企业双方共需的“以害治害”‑“消害减灾”的新方法，此方法经济、环保、高效、安全。
Description
技术领域
本发明涉及采矿工程和环境工程技术领域，特别是指一种城市固体废弃物深井封闭和充填开采方法。
背景技术
随着城市化规模和人口的急剧增长，城市垃圾的处理问题越来越突出和尖锐，我国垃圾处理起步较晚，城市生活垃圾总体处理能力小，技术水平依然较低，污染依然较严重。目前我国的垃圾处理方法仍然对垃圾场周围居民健康产生严重不良影响，产生了民众和政府的对立情绪，影响了社会的和谐稳定，急需创新一种符合我国垃圾“欠分类”现状的无害化处理方法。
另一方面，我国存在大量的矿山废弃巷道和采空区以及地表有公路和城市建筑等需要保护而没有开采的资源，因缺少廉价的充填物料，而无法及时充填处理造成了土地塌陷、地下水流失、环境污染、浪费大量宝贵矿产资源等问题，严重影响了矿区生态环境与经济发展。
我国目前面临着“城市垃圾处理资源有限”和“采矿废弃空间量大面广”的情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种城市固体废弃物深井封闭和充填开采方法。
该方法包括如下步骤：
S1、城市固体废弃物垃圾在城市周边的垃圾处理厂通过筛选、打包、成型机制备成颗粒状或砌块状充填体；
S2、将S1中制备好的充填体在矿井地面工业广场通过钻孔管道或副井运输到井下；
S3、到达井下的颗粒状充填体通过皮带或矿车运送到废弃的巷道，采用体积充填工艺通过抛粒机进行封闭充填；
S4、到达井下的砌块状充填体通过平板车或矿车运送到采矿工作面的液压支架后座的轨道上，采用强度充填工艺，通过紧跟在平板车后面的卸载机由下而上堆砌充填采空区，并隔段注浆处理；
S5、上述充填体在废弃的巷道充填以后，采取固体废弃物封存的方法进行封存；
S6、城市固体废弃物经S5封存充填后，采取监测和预警措施，保障充填体和封闭区域的安全性。
其中，S1中垃圾处理厂的处理过程包括陈腐垃圾的收集、分选、粉碎、压滤水、添加胶凝、污水固结、垃圾压缩成型、表面封装、仓储和外运。
S1中成型机包括颗粒状成型机和砌块状成型机，颗粒状成型机包括压缩-制粒机、封粒机、颗粒包装机；砌块状成型机包括压缩-制块机、封块机、块体包装机。
S2中充填体运输到井下，颗粒状的充填体采取钻孔管道输送的方式，钻孔管道的直径比充填体直径大3cm；砌块状的充填体利用原有矿井的副井或者新掘副井运输至井下，其中，副井包括竖井和斜井，竖井的强度充填用罐笼进行运输，斜井采用皮带或者矿车运输。
S3中体积充填工艺指球形充填体依赖体积进行充填，以城市垃圾封闭为主要目的，包括仅深埋垃圾、深埋垃圾兼顾采矿两种情况，由于充填体是球形，各个充填体不能够进行完全的接触，充填体相互之间存在缝隙，可以在裂隙之间进行注浆胶结。体积充填为采出矿物的体积远大于要进行充填的充填体的体积。
S3中的抛粒机为一种可以前后左右上下移动的抛掷颗粒充填体的设备，包括支架、电机、滚轮、皮带、挡板、轮胎和操作台。
S4中的强度充填工艺为砌块状的充填体以充填采矿且保护地表为主要目的的充填方式，是利用充填体的强度保护上覆岩层不受或者受到较少的破坏，地表的沉陷量在可控的范围内，不会对地表的建筑物产生影响。
S4中强度充填工艺所用设备包括掩护梁下面带有轨道的液压支架、平板车和卸载机；平板车把砌块状的充填体运到掩护梁下面带有轨道的液压支架下面，骑行在轨道巷，平板车的后面紧跟一个卸载机，卸载机抬起平板车上砌块状的充填体，转90°自下而上堆砌充填，每隔500m进行灌浆胶结，形成一个整体。
S5中固体废弃物封存的方法包括：巷道顶底板裂隙的注浆封闭、巷道表面的喷浆处理，每隔500m进行分段筑封闭墙，其中，封闭墙采用Ⅰ、Ⅱ双道双墙结构，且采用掏槽结构，掏槽深度见硬底、硬帮、硬顶，双墙中间用黄泥浆带压注实，同时留设观测孔、压力孔和泄水孔，方便后续的监测及处理。
S6中监测和预警的设备为高精度微震监测仪器和应力动态实时监测系统，可以时时、远程监测充填体和封闭巷道围岩的应力状态。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
基于我国城市垃圾处理资源有限和采矿废弃空间量大面广的特点，在城市垃圾填埋和焚烧两种主流处理方式基础上，提出的符合我国普遍存在的“欠分类垃圾”特点的第三种更加安全的全新垃圾处理技术体系；是一种城市垃圾用于深埋充填封闭和采矿充填封闭城市政府和矿山企业双方共需的“以害治害”-“消害减灾”新技术，既缓解了城市垃圾带来的污染、处理困难、占地、民众政府之间情绪对立问题，又解决了采矿带来的地表建筑物损坏等问题，是一种环保、经济、安全、迫切需要的技术。
附图说明
图1为本发明的城市固体废弃物深井封闭和充填开采方法流程示意图；
图2为本发明涉及的抛粒机结构示意图；
图3为废弃巷道城市固体废弃物体积充填深井封存示意图；
图4为城市固体废弃物强度充填工艺工作面充填示意图。
其中：a1-抛粒机，a2-废弃巷道，a3-颗粒状充填体，a4-滚轮，a5-伸缩皮带，a6-操作台，a7-运输皮带；b1-充填巷道，b2-封闭墙观测孔，b3-封闭墙压力孔，b4-巷道围岩裂隙，b6-感应器，b8-封闭墙Ⅰ，b9-封闭墙Ⅱ，b10-泄水孔；c1-平板车，c2-液压支架，c3-卸载机，c4-砌块状充填体，c5-采空区。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种城市固体废弃物深井封闭和充填开采方法，如图1所示，该方法具体过程为：
S1、城市垃圾在垃圾处理厂通过筛选、打包、成型机制备成颗粒状或砌块状充填体；城市垃圾处理的步骤为陈腐垃圾的收集、分选、粉碎、压滤水、添加胶凝、污水固结、垃圾压缩成型、表面封装、仓储和外运；颗粒状成型设备包括压缩-制粒机、封粒机、颗粒包装机；砌块状成型机包括压缩-制块机、封块机、块体包装机。
S2、制备好的城市固体废弃物由垃圾处理厂运输到矿井地面工业广场通过钻孔管道或副井运输到井下；颗粒状的充填体通过钻孔管道输送；砌块状的充填体要通过原有矿井的副井或者新掘一个副井运输至井下，斜井采用皮带或者矿车运输。
S3、颗粒状充填体a3通过运输皮带a7或者矿车运送到废弃巷道a2中，采用体积充填的工艺通过抛粒机a1进行封闭充填；操作台a6的工作人员通过操作抛粒机伸缩皮带a5、滚轮a4滚动、轮胎移动和支架的左右上下转向把颗粒状充填体a3抛到废弃的巷道中，抛粒机采用后退式，由上到下、由左到右的充填顺序。如图2所示。
S4、砌块状充填体c4通过平板车c1或矿车运送到采煤工作面特制的液压支架c2后座的轨道上，采用强度充填工艺；强度充填的设备包括特制掩护梁液压支架c2，平板车c1、卸载机c3。平板车c1和卸载机c3由下平巷进上平巷出，二者骑行在液压支架掩护梁下面的轨道上，平板车c1在前卸载机c3在后，卸载机抬起平板车上砌块状的充填体，转90°自下而上堆砌充填，边走边充，每隔500m进行灌浆胶结，在采空区c5充填形成一个整体。如图4所示。
S5、城市固体废弃物在废弃的充填巷道b1充填之前和之后需采取处理措施进行封存；城市固体废弃物封存的方法包括充填前巷道围岩裂隙b4的注浆封闭、巷道表面的喷浆处理，以及充填后每隔500m分段筑封闭墙。封闭墙均采用封闭墙Ⅰb8、封闭墙Ⅱb9双道双墙结构，均采用掏槽结构，掏槽深度见硬底、硬帮、硬顶，与煤岩接实，双墙中间用黄泥浆带压注实，同时要留设封闭墙观测孔b2、封闭墙压力孔b3和泄水孔b10，方便后续的监测及处理。如图3所示。
S6、城市固体废弃物封存充填后，采取监测和预警措施；监测预警的设备采用高精度微震监测仪器和应力动态实时监测系统，二者联合应用，通过布置,感应器b6，结合封闭墙Ib8和封闭墙IIb9的封闭墙观测孔b2和封闭墙压力孔b3，设置预警参数，时时、远程监测充填体和封闭巷道围岩的状态，保证充填体和封闭区域的安全。如图3所示。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种城市固体废弃物深井封闭和充填开采方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、城市固体废弃物垃圾在城市周边的垃圾处理厂通过筛选、打包、成型机制备成颗粒状或砌块状充填体；
S2、将S1中制备好的充填体在矿井地面工业广场通过钻孔管道或副井运输到井下；
S3、到达井下的颗粒状充填体通过皮带或矿车运送到废弃的巷道，采用体积充填工艺通过抛粒机进行封闭充填；
S4、到达井下的砌块状充填体通过平板车或矿车运送到采矿工作面的液压支架后座的轨道上，采用强度充填工艺，通过紧跟在平板车后面的卸载机由下而上堆砌充填采空区，并隔段注浆处理；
S5、上述充填体在废弃的巷道充填以后，采取固体废弃物封存的方法进行封存；
S6、城市固体废弃物经S5封存充填后，采取监测和预警措施，保障充填体和封闭区域的安全性；
所述S1中垃圾处理厂的处理过程包括陈腐垃圾的收集、分选、粉碎、压滤水、添加胶凝、污水固结、垃圾压缩成型、表面封装、仓储和外运；
所述S1中成型机包括颗粒状成型机和砌块状成型机，颗粒状成型机包括压缩-制粒机、封粒机、颗粒包装机；砌块状成型机包括压缩-制块机、封块机、块体包装机；
所述S3中的抛粒机包括支架、电机、滚轮、皮带、挡板、轮胎和操作台；操作台的工作人员通过操作抛粒机伸缩皮带、滚轮滚动、轮胎移动和支架的左右上下转向把颗粒状充填体抛到废弃的巷道中，抛粒机采用后退式，由上到下、由左到右的充填顺序；
所述S4中强度充填工艺所用设备包括掩护梁下面带有轨道的液压支架、平板车和卸载机；平板车把砌块状的充填体运到掩护梁下面带有轨道的液压支架下面，骑行在轨道巷，平板车的后面紧跟一个卸载机，卸载机抬起平板车上砌块状的充填体，转90°自下而上堆砌充填，每隔500m进行灌浆胶结，形成一个整体；
所述S5中固体废弃物封存的方法包括：巷道顶底板裂隙的注浆封闭、巷道表面的喷浆处理，每隔500m进行分段筑封闭墙，其中，封闭墙采用Ⅰ、Ⅱ双道双墙结构，且采用掏槽结构，掏槽深度见硬底、硬帮、硬顶，双墙中间用黄泥浆带压注实，同时留设观测孔、压力孔和泄水孔，方便后续的监测及处理。
2.根据权利要求1所述的城市固体废弃物深井封闭和充填开采方法，其特征在于：所述S2中充填体运输到井下，颗粒状的充填体采取钻孔管道输送的方式，钻孔管道的直径比充填体直径大3cm；砌块状的充填体利用原有矿井的副井或者新掘副井运输至井下，其中，副井包括竖井和斜井，竖井的强度充填用罐笼进行运输，斜井采用皮带或者矿车运输。
3.根据权利要求1所述的城市固体废弃物深井封闭和充填开采方法，其特征在于：所述S3中体积充填工艺包括仅深埋垃圾、深埋垃圾兼顾采矿两种情况，在充填体的裂隙之间进行注浆胶结。
4.根据权利要求1所述的城市固体废弃物深井封闭和充填开采方法，其特征在于：所述S4中的强度充填工艺为砌块状的充填体以充填采矿且保护地表为主要目的的充填方式。
5.根据权利要求1所述的城市固体废弃物深井封闭和充填开采方法，其特征在于：所述S6中监测和预警的设备为高精度微震监测仪器和应力动态实时监测系统。
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| GR01 | Patent grant | ||
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