CN112870584A - 一种煤基固废用于煤矸石山灭火防复燃的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及煤矸石山灭火技术领域，具体涉及一种煤基固废用于煤矸石山灭火防复燃的方法，用注浆泵将固废基灭火浆液注入发生自燃的煤矸石山内部，浆液充填空隙，隔绝氧气，阻断深部区域矸石燃烧；在灭火处置后的煤矸石山表面浇注铺设5‑15cm厚的固废基胶凝封闭材料，自然养护、固化后，在各分块缝隙中喷涂弹性封闭材料，形成刚柔结合的封闭隔离层将煤矸石山全部覆盖，隔绝空气进路，使矸石内部空气耗尽防复燃；采用拌矸黄土，节约黄土用量，改善土壤结构；煤矸石有助于植物生长。本发明提供的煤基固废用于煤矸石山灭火防复燃的方法可以有效阻止氧气进入煤矸石山，达到充填堵漏防灭火的作用，降低自燃煤矸石山对环境的污染，实现区域性固废的综合治理。

Description

一种煤基固废用于煤矸石山灭火防复燃的方法
技术领域
本发明涉及煤矸石山灭火技术领域，更具体而言，涉及一种煤基固废用于煤矸石山灭火防复燃的方法。
背景技术
煤矸石自燃并释放SO2、H2S、CO、NOX等有害气体，雨水淋溶液进入地下水，严重危及周边居民的身体健康，是亟须破解的生态环境保护难题。煤矸石山治理的重要任务是对煤矸石山体的灭火处置，灭火后山体在堆存过程中仍有复燃风险，因此通常用黄土覆盖1m左右。
专利CN109328518A公开了一种煤矿矸石山的生态修复方法，煤矸石山表面覆盖黄土以隔绝空气的方法，采用类壤土基质的喷播方式构建植物营养基质层并进行种子喷播。专利CN108298888A公开了一种应用于煤矸石山治理的封闭隔离组合物及其实施办法，该封闭隔离物喷涂完成后其凝固时间受温度、湿度等气候条件影响，影响后续工作。
发明内容
为了克服现有技术中所存在的不足，本发明提供一种煤基固废用于煤矸石山灭火防复燃的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种煤基固废用于煤矸石山灭火防复燃的方法，包括以下步骤：
S1、煤矸石山灭火处置：采用钻孔深层注浆、表层喷浆的方式，用注浆泵将固废基灭火浆液注入发生自燃的煤矸石山内部，浆液通过渗透和扩散，充填空隙，隔绝氧气，阻断深部区域矸石燃烧；
S2、煤矸石山防复燃设置：在灭火处置后的煤矸石山表面浇注铺设固废基胶凝封闭材料，自然养护、固化后，在各分块缝隙中喷涂弹性封闭材料，形成刚柔结合的封闭隔离层将煤矸石山全部覆盖，隔绝空气进路，使矸石内部空气耗尽防复燃；
S3、煤矸石山生态重建：在封闭隔离层表面覆盖拌矸黄土层后进行生态重建。
步骤S1中所述固废基灭火浆液通过钻孔深层注浆、表层喷浆的方式注入煤矸石山；所述浆液通过渗透和扩散，充填空隙，隔绝氧气，阻断深部区域煤矸石燃烧；步骤S2形成刚柔结合的封闭隔离层将煤矸石山全部覆盖，隔绝空气进路，使煤矸石内部空气耗尽防复燃
进一步地，步骤S1中所述固废基灭火浆液由粉煤灰、水泥、石灰、水玻璃、水配制而成；所述粉煤灰、石灰、水泥的质量配比为(50-80)：(15-25)：(10-25)，水玻璃加量为水泥的3-8％，液固比为0.6-0.8。
进一步地，所述粉煤灰采用煤粉炉粉煤灰或循环流化床锅炉粉煤灰；所述水泥为普通硅酸盐或矿渣硅酸盐的任何一种规格。
进一步地，步骤S2中所述固废基胶凝封闭材料由粉煤灰、超细灰、水泥、水配制而成；所述粉煤灰、超细灰、水泥的质量配比为(6-8)：(1-2)：1，液固比为(2-3)：10。
进一步地，所述粉煤灰为煤粉炉粉煤灰或循环流化床锅炉粉煤灰；所述超细灰为粉煤灰经超细粉碎后的粉煤灰，粒径为5-10μm；所述水泥为普通硅酸盐或矿渣硅酸盐的任何一种规格。
进一步地，步骤S2所述固废基胶凝封闭材料铺设厚度为5-15cm。
进一步地，步骤S2中所述弹性封闭材料由粉料和液料搅拌混匀制成，液料与粉料的质量比为(0.65-0.75)：1；其中，粉料按照粉煤灰、水泥质量比为(60-90)：(40-10)混合；液料包括有机乳液和水；有机乳液与粉料的质量比为(0.1-0.3)：1。
进一步地，所述粉煤灰为煤粉炉粉煤灰或循环流化床锅炉粉煤灰；所述水泥为普通硅酸盐或矿渣硅酸盐的任何一种规格；所述有机乳液为苯丙乳液、丙烯酸乳液的一种或多种混合物。
进一步地，所述的拌矸黄土，是指在黄土中加入10-40％的粒度小于10cm的煤矸石碎块。所述拌矸黄土层厚度为30-80cm。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
本发明提供了一种煤基固废用于煤矸石山灭火防复燃的方法，固废基灭火浆液采用钻孔深层注浆、表层喷浆的方式，用注浆泵将固废基灭火浆液注入发生自燃的煤矸石山内部，浆液经过一定时间的渗透和扩散，充填空隙，隔绝氧气，阻断深部区域矸石燃烧；在灭火处置后的煤矸石山表面浇注铺设5-15cm厚的固废基胶凝封闭材料，自然养护、固化后，在各分块缝隙中喷涂弹性封闭材料，形成刚柔结合的封闭隔离层将煤矸石山全部覆盖，隔绝空气进路，使煤矸石内部空气耗尽防复燃；采用拌矸黄土，节约了黄土用量，改善土壤结构；而且煤矸石中含有较多的有机质、腐殖酸，还有植物生长所需的矿物质，适量掺加有助于植物生长；粉煤灰可以是煤粉炉粉煤灰，也可以是循环流化床锅炉粉煤灰，具有水硬性，固化后期会膨胀使封闭层更紧密结实。本发明提供的煤基固废用于煤矸石山灭火防复燃的方法可以有效阻止氧气进入煤矸石山，达到充填堵漏防灭火的作用，降低自燃煤矸石山对环境的污染，实现区域性固废的综合治理。
附图说明
图1为实施例1中不同灭火浆液的灭火效果对比。
具体实施方式
下面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。
一种煤基固废用于煤矸石山灭火防复燃的方法，包括以下步骤：
S1、煤矸石山灭火处置：采用钻孔深层注浆、表层喷浆的方式，用注浆泵将固废基灭火浆液注入发生自燃的煤矸石山内部，浆液通过渗透和扩散，充填空隙，隔绝氧气，阻断深部区域煤矸石燃烧；所述固废基灭火浆液由粉煤灰、水泥、石灰、水玻璃、水配制而成；所述粉煤灰、石灰、水泥的质量配比为(50-80)：(15-25)：(10-25)，水玻璃加量为水泥的3-8％，液固比为0.6-0.8；
S2、煤矸石山防复燃设置：在灭火处置后的煤矸石山表面浇注铺设固废基胶凝封闭材料，自然养护、固化后，在各分块缝隙中喷涂弹性封闭材料，形成刚柔结合的封闭隔离层将煤矸石山全部覆盖，隔绝空气进路，使矸石内部空气耗尽防复燃；所述固废基胶凝封闭材料由粉煤灰：超细灰：水泥按(6-8)：(1-2)：1的质量配比组成，液固比为(2-3)：10；所述的弹性封闭材料由粉料和液料搅拌混匀制成，液料与粉料的质量比为(0.65-0.75)：1；其中，粉料包括粉煤灰、水泥，其质量比为(60-90)：(40-10)；液料包括有机乳液和水；有机乳液与粉料的质量比为(0.1-0.3)：1；
S3、煤矸石山生态重建：在封闭隔离层表面覆盖拌矸黄土层后进行生态重建。所述拌矸黄土层厚度为30-80cm。
在本实施例中，所述粉煤灰采用煤粉炉粉煤灰或循环流化床锅炉粉煤灰；所述超细灰为粉煤灰经超细粉碎后的粉煤灰，粒径为5-10μm；所述水泥为普通硅酸盐或矿渣硅酸盐的任何一种规格；所述有机乳液为苯丙乳液、丙烯酸乳液的一种或多种混合物。
在本实施例中，所述的拌矸黄土，是指在黄土中加入10-40％的粒度小于10cm的煤矸石碎块。
实施例1固废基灭火浆液与黄土浆液、石灰浆液对比
固废基灭火浆液：粉煤灰280g、石灰80g、水泥40g、水玻璃2.4g，水280g放入容器中，用搅拌器搅拌15分钟，混合均匀即得灭火浆液。测其2h析水率2.47％，
黄土灭火浆液：黄土70g、水泥30g，水80g，测其2h析水率为2.7％，
石灰灭火浆液：石灰70g、水泥30g，水110g，测其2h析水率为1.2％。
在直径为15cm、高30cm的圆柱形铁桶中，分别从下至上快速装入煤矸石块层、已点燃的炭块层、煤矸石块层，每层厚度均为8cm左右，煤矸石块和炭块粒度均为2.6-3.0cm，铺好压实后，快速从上部均匀倒入400ml灭火浆液，记录中部炭块层的温度，如图1所示。三种浆液在前半小时内差别不大，但随后黄土浆液灭火后的炭发生复燃，温度回升至400℃以上；石灰浆液与粉煤灰浆液的灭火效果良好。石灰浆液的成本约为1600元/吨，粉煤灰浆液的成本约为500元/吨。因此，粉煤灰浆液是一种经济高效的灭火材料，且变废为宝。
实施例2固废基胶凝封闭材料
将循环流化床锅炉粉煤灰70kg、粒径为5-10μm后的循环流化床锅炉粉煤灰20kg和标号为32.5的矿渣硅酸盐水泥10kg混合均匀，加水22kg继续搅拌均匀，即得粉煤灰基胶凝材料。固化后，通过机械强度测试仪测得1天抗压强度为3.8MPa，3天抗压强度为8.5MPa，7天抗压强度为21.6MPa。
实施例3固废基胶凝封闭材料
将循环流化床锅炉粉煤灰80kg、粒径为5-10μm后的循环流化床锅炉粉煤灰10kg和标号为32.5的普通硅酸盐水泥10kg混合均匀，加水25kg继续搅拌均匀，即得粉煤灰基胶凝材料。固化后，通过机械强度测试仪测得1天抗压强度为3.4MPa，3天抗压强度为8.3MPa，7天抗压强度为20.3MPa。
实施例4弹性封闭材料
将循环流化床锅炉超细粉煤灰60kg和标号为32.5的矿渣硅酸盐水泥40kg混匀即为粉料，将苯丙乳液30kg和水40kg低速搅拌2min后，加入预先混匀的粉料，继续以600r/min的转速匀速搅拌15min后即得弹性封闭材料。将其倾倒至
Figure BDA0002921923730000041
圆形模框中制样，自然养护7天后，样品厚为2.8mm，涂层表面平整无孔洞，内部结构致密结实。采用不透水测试仪测试30分钟后不透水。
实施例5弹性封闭材料
将循环流化床锅炉超细粉煤灰80kg和标号为32.5的普通硅酸盐水泥20kg混匀即为粉料，将丙烯酸乳液20kg和水50kg低速搅拌2min后，加入预先混匀的粉料，继续以600r/min的转速匀速搅拌15min后即得弹性封闭材料。将其倾倒至
Figure BDA0002921923730000042
圆形模框中制样，自然养护7天后，样品厚为2.8mm，涂层表面平整无孔洞，内部结构致密结实。采用不透水测试仪测试30分钟后不透水。
实施例6拌矸黄土
在黄土中加入30％的煤矸石碎块，洒水混匀使水分含量约为20％，静置沉化7天后，进行质量检测，与天然黄土的对比数据如表1所示。拌矸黄土的质量水平高于黄土，主要是由于煤矸石中含有丰富的有机质(山西煤矸石的碳含量约10％-40％)、植物生长所必须的元素P、K、Si、Ca、Mg、Fe及Mn等。
表1天然黄土与拌矸黄土质量对比
Figure BDA0002921923730000051
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种煤基固废用于煤矸石山灭火防复燃的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、煤矸石山灭火处置：用注浆泵将固废基灭火浆液注入发生自燃的煤矸石山内部；
S2、煤矸石山防复燃设置：在灭火处置后的煤矸石山表面浇注铺设固废基胶凝封闭材料，自然养护、固化后，在各分块缝隙中喷涂弹性封闭材料；
S3、煤矸石山生态重建：在封闭隔离层表面覆盖拌矸黄土层后进行生态重建。
2.根据权利要求1所述的一种煤基固废用于煤矸石山灭火防复燃的方法，其特征在于：步骤S1中所述固废基灭火浆液通过钻孔深层注浆、表层喷浆的方式注入煤矸石山；所述浆液通过渗透和扩散，充填空隙，隔绝氧气，阻断深部区域煤矸石燃烧；步骤S2形成刚柔结合的封闭隔离层将煤矸石山全部覆盖，隔绝空气进路，使煤矸石内部空气耗尽防复燃。
3.根据权利要求1所述的一种煤基固废用于煤矸石山灭火防复燃的方法，其特征在于：步骤S1中所述固废基灭火浆液由粉煤灰、水泥、石灰、水玻璃、水配制而成；所述粉煤灰、石灰、水泥的质量配比为(50-80)：(15-25)：(10-25)，水玻璃加量为水泥的3-8％，液固比为0.6-0.8。
4.根据权利要求3所述的一种煤基固废用于煤矸石山灭火防复燃的方法，其特征在于：所述粉煤灰采用煤粉炉粉煤灰或循环流化床锅炉粉煤灰；所述水泥为普通硅酸盐或矿渣硅酸盐的任何一种规格。
5.根据权利要求1所述的一种煤基固废用于煤矸石山灭火防复燃的方法，其特征在于：步骤S2中所述固废基胶凝封闭材料由粉煤灰、超细灰、水泥、水配制而成；所述粉煤灰、超细灰、水泥的质量配比为(6-8)：(1-2)：1，液固比为(2-3)：10。
6.根据权利要求5所述的一种煤基固废用于煤矸石山灭火防复燃的方法，其特征在于：所述粉煤灰为煤粉炉粉煤灰或循环流化床锅炉粉煤灰；所述超细灰为粉煤灰经超细粉碎后的粉煤灰，粒径为5-10μm；所述水泥为普通硅酸盐或矿渣硅酸盐的任何一种规格。
7.根据权利要求1所述的一种煤基固废用于煤矸石山灭火防复燃的方法，其特征在于：步骤S2所述固废基胶凝封闭材料铺设厚度为5-15cm。
8.根据权利要求1所述的一种煤基固废用于煤矸石山灭火防复燃的方法，其特征在于：步骤S2中所述弹性封闭材料由粉料和液料搅拌混匀制成，液料与粉料的质量比为(0.65-0.75)：1；其中，粉料按照粉煤灰、水泥质量比为(60-90)：(40-10)混合；液料包括有机乳液和水；有机乳液与粉料的质量比为(0.1-0.3)：1。
9.根据权利要求8所述的一种煤基固废用于煤矸石山灭火防复燃的方法，其特征在于：所述粉煤灰为煤粉炉粉煤灰或循环流化床锅炉粉煤灰；所述水泥为普通硅酸盐或矿渣硅酸盐的任何一种规格；所述有机乳液为苯丙乳液、丙烯酸乳液的一种或多种混合物。
10.根据权利要求1所述的一种煤基固废用于煤矸石山灭火防复燃的方法，其特征在于：所述的拌矸黄土，是指在黄土中加入10-40％的粒度小于10cm的煤矸石碎块；所述拌矸黄土层厚度为30-80cm。
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