CN110529119B - 一种利用煤基固废进行露天煤矿采空区复垦的方法 - Google Patents

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    • E21C41/32—Reclamation of surface-mined areas

Abstract

本发明涉及一种利用煤基固废进行露天煤矿采空区复垦的方法，属于固体废渣处理处置与生态恢复领域。煤炭工业在运作过程中产生大量废物如煤矸石、发电厂灰渣等需要处置。同时露天煤矿开采过程中产生的采空区也需要进行生态恢复和复垦。本发明提出了采空区充填的三层结构：底部防渗层、灰渣注浆煤矸石层和表土层。利用粉煤灰与碱激发剂构筑底部防渗层，利用煤矸石和发电厂灰渣构筑灰渣注浆煤矸石层，利用矿区表土堆构筑复垦区表土。该技术的亮点如下：(1)同时解决了采空区复垦和煤基固废处置问题；(2)底部防渗层可有效保护地下水不受污染；(2)技术工艺能防止充填区域地表沉降问题。

Description

一种利用煤基固废进行露天煤矿采空区复垦的方法
技术领域
本发明涉及一种利用煤基固废进行露天煤矿采空区复垦的方法，属于固体废渣处理处置与矿山生态恢复领域。
背景技术
煤炭产业是我国国民经济的基础产业，一次能源生产和消费中煤炭所占比例达70％以上。在煤炭产业繁荣的背后，与此对应的是大量矿山的开发带来的环境问题。据不完全统计，我国平均每露天开采万吨煤破坏土地0.24公顷，其中采场挖损破坏为0.08公顷，外排土场压占土地0.16公顷。大规模的矿山开采导致矿山废弃物数量的激增，大量的土地因此遭到破坏和占用，由此引发的生态系统退化需要经过相当长的时间才可能恢复，因此必须通过人工干预，进行废弃矿区复垦来加快其生态恢复进程。因此，如何对塌陷严重的土地进行治理，搞好生态恢复，保护矿区环境，是我国煤炭开采过程中需要重点解决的问题。
煤炭的开采和洗选过程中产生大量的煤矸石。另外，火力发电厂在提供大量电能的同时，也源源不断地排放燃煤灰渣。大量的煤矸石和发电厂灰渣等煤基固体废物都需要处理处置，否则还有可能会造成环境污染。如果将开采过程中排放的煤矸石和发电厂灰渣用于煤矿采空区的生态恢复，则既解决了煤炭开采带来的生态环境问题，又解决了煤基固废的处理处置问题。本专利即提供了这样一项技术，利用煤基固废进行煤炭矿山修复，同时取得社会效益和环境效益。
发明内容
本发明提出了一种利用煤基固废进行露天煤矿采空区复垦的方法。
煤矿开采后会造成大量的采空区。采空区会造成地表塌陷，因此采空区的充填和复垦成为当前煤矿生产的必需任务。与此同时，发电厂燃煤产生大量的灰渣，随着国家环保措施的加强，灰渣的处理成为发电厂难题。本专利将以上两个问题联系到一起，提出利用煤矸石和发电厂灰渣进行煤矿采空区的充填复垦。
发电厂灰渣中的重金属含量较高，用于充填材料必须保证其环境安全性。为了防止充填材料重金属污染地下水问题，需要在充填结构底部构筑防渗层。
发电厂排放的飞灰颗粒细小且具有一定活性。如果与碱激发剂同时使用，则能表现出胶凝能力。据此，可以利用飞灰和碱激发剂形成硬化地聚物作为底部防渗层。
开采煤矿产生的煤矸石需要进行处理处置。在本发明中，煤矸石被用作采空区的主要充填物之一。为了解决充填后的采空区地表沉降塌陷问题，充填材料需要采用合理的颗粒级配，因此充填物包含以下不同粒径的物料：煤矸石、发电厂底渣、粉煤灰。
本发明通过下列技术措施实现：
充填结构主要由三部分组成：底部防渗层、灰渣注浆煤矸石层和表土层。(1)利用燃煤发电厂粉煤灰和碱激发剂制备充填区底部防渗层，可有效降低充填区内的重金属污染土壤和地下水的风险；(2)充填区中部是灰渣注浆煤矸石层，具有较好的力学稳定性，可防止充填后的地表沉降；(3)充填区表层是厚度为50-80cm的自然土壤，由露天煤矿的表土堆回填而成，可种植作物实现复垦。
底部防渗层制备方法是：(1)在取粉煤灰100重量份，取碱激发剂3-5重量份，充分混合后加入适量水后调制成浆料，铺设于充填区底部，养护12-24小时后硬化，即为底部防渗层。
碱激发剂是Ca(OH)2，NaOH，KOH，水玻璃中的某一种物质，或是它们的混合物。上述物质的特征是都能与粉煤灰发生化学反应，形成具有一定强度的胶凝物质。
灰渣注浆煤矸石层的工艺特征为：(1)将煤矸石颗粒破碎至颗粒尺寸7.62cm以下；(2)取发电厂炉渣20重量份，粉煤灰20重量份，水10重量份，利用搅拌机将上述物质制成均匀浆料，即为充填料浆。(3)在底部防渗层上先铺设20-30cm厚度的破碎煤矸石，然后将充填料浆灌注于破碎煤矸石层。破碎煤矸石与充填浆料之间的体积比为2∶1。灌注充填料浆后，在料浆上层再次铺设20-30cm厚度的破碎煤矸石，然后按之前的方法进行充填料浆灌注。以此类推，破碎煤矸石层的铺设与充填料浆灌注过程交替进行，直至达到预设高度。
充填结构表层由表土堆回填而成，表土堆是露天煤矿开采时挖掘出的弃土，其为天然土壤且具有一定肥力。利用表土堆弃土进行充填区表层覆盖，既解决了弃土占地问题又可实现采空区的生态复垦。
本发明有效地利用了煤矸石和发电厂灰渣进行露天煤矿采空区的复垦，即实现了煤矿采空区的复垦，又有效地处置了煤基固废。
具体实施方式
下面给出的实施例对本发明作进一步的说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述发明内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1：
将燃煤发电厂粉煤灰和碱激发剂按照5∶95的比例充分混合，加入适量水后调制成浆料，铺设于充填区底部形成20cm厚的防渗层，每3小时进行表面洒水，持续养护24小时后形成底部防渗层。将采空区附近的煤矸石利用颚式破碎机将煤矸石粒径破碎至7cm以下，在底部防渗层上铺设20cm厚度的破碎煤矸石。取炉渣、粉煤灰和水的质量比为2∶2∶1，利用搅拌机将混合物制成充填浆料，灌注于破碎煤矸石层之上。破碎煤矸石与充填浆料之间的体积比为2∶1。以此类推，破碎煤矸石层的铺设与充填料浆灌注过程交替进行，直至充填层达到预设高度。取该矿区表土堆土壤覆盖于充填层之上，形成厚度为60cm的充填区表层。以上过程实施完毕后，该充填后的采空区即可种植植物实现生态复垦。

Claims (1)

1.一种利用煤基固废进行露天煤矿采空区复垦的方法，其特征是：(1)采空区整体充填结构由底部防渗层、灰渣注浆煤矸石层和表土层组成；(2)利用燃煤发电厂粉煤灰和碱激发剂构筑充填区底部防渗层，可防止充填区内的重金属污染土壤和地下水的风险；(3)充填区中部为灰渣注浆煤矸石层，具有较好的力学稳定性，可防止充填后的地表沉降；(4)充填区表层是厚度为50-80cm的自然土壤，由露天煤矿的表土堆回填而成，可种植作物实现复垦；
所述的底部防渗层工艺特征为：(1)在取粉煤灰100重量份，取碱激发剂3-5重量份，充分混合后加入适量水后调制成浆料，铺设于充填区底部，养护12-24小时后硬化，即为底部防渗层；(2)上述碱激发剂是Ca(OH)2、NaOH、KOH、水玻璃中的某一种物质，或是它们的混合物；
灰渣注浆煤矸石层的工艺特征为：(1)将煤矸石颗粒破碎至颗粒尺寸7.62cm以下；(2)取发电厂炉渣20重量份，粉煤灰20重量份，水10重量份，利用搅拌机将上述物质制成均匀浆料，即为充填料浆；(3)在底部防渗层上先铺设20-30cm厚度的破碎煤矸石，然后将充填料浆灌注于破碎煤矸石层；破碎煤矸石与充填浆料之间的体积比为2∶1；灌注充填料浆后，在料浆上层再次铺设20-30cm厚度的破碎煤矸石，然后按之前的方法进行充填料浆灌注；以此类推，破碎煤矸石层的铺设与充填料浆灌注过程交替进行，直至达到预设高度。
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