專利名稱：用于自燃煤矸石山防火防污染的覆蓋阻燃層的制作方法
技術領域：
本發明屬于環境、生態和固體廢棄物處置與利用技術領域，特別涉及煤矸石山防火防污的技術方法。
背景技術：
煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，主要包括巷道掘進過程中的掘進矸石、采掘過程中從頂板、底板及夾層里采出的矸石以及洗煤過程中挑出的洗矸石。受資源性質和經濟技術條件的限制以及市場變化的影響，中國煤矸石的資源化綜合利用率不到30%，煤矸石最常用的處理方法是將廢棄的矸石堆放于地面，形成煤矸石山。由于煤矸石中含有硫化物，極易發生氧化自燃，進而引發煤矸石山中殘留的煤燃燒。煤矸石的自燃產生嚴重的環境問題，包括煤矸石山自燃產生大量的S02、H2S、C0等有毒氣體，在礦區這些有毒氣體往往超出正常的大氣有害氣體標準的10倍以上，對礦區以及周邊環境造成嚴重的污染，損害人體健康；煤矸石的氧化反應會產生大量酸性物質，如H2SO4，這些酸性物質會改變周 圍土壤的酸堿平衡；煤矸石中含有大量的重金屬，由于煤矸石的氧化酸化，重金屬更容易受到降水淋溶游離出來，污染周圍的土壤和水體。煤矸石山自燃是一種比較特殊的燃燒系統，影響其自燃的因素較多，可以通過改變煤矸石堆體的孔隙率或減小堆體表層覆蓋物的滲透能力，改變煤矸石山供氧條件，達到防止煤矸石發生自燃的目的。因此，對于已經堆存至一定規模、近期煤矸石難以有效利用直至徹底消除且含有大量可燃物的煤矸石山，防止自燃最好的方法是全面覆蓋封閉、阻隔空氣進入煤矸石山內部。目前，中國治理自燃煤矸石山最常采用的是構建具有隔氧阻燃效果的覆蓋阻燃層，以有效阻隔空氣防止煤矸石山自燃。現有是采用黃土作為覆蓋阻燃層，但治理效果不理想，不能有效阻止煤矸石山內部硫鐵礦氧化及自燃的發生，復燃嚴重，且成本聞。基于此，需要研究自燃煤矸石山治理中如何構建具有隔氧阻燃效果的覆蓋層，以有效阻隔空氣防止煤矸石山自燃。目前自燃煤矸石山構建覆蓋層需要破解的難題在于①煤矸石山復燃率高，覆蓋阻燃需要大量的土源，如何選擇覆蓋材料節約用土量；②如何針對不同覆蓋材料優選覆蓋厚度，增加覆蓋層中空氣滲流距離從而減小空氣滲流速度，保證覆蓋層阻燃效果。粉煤灰是中國當前排量較大的工業廢渣之一，隨著電力工業的發展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加處理，就會產生揚塵，污染大氣，若排入水系會造成河流淤塞。
發明內容
本發明的目的是為解決上述自燃煤矸石山治理難題，提出用于自燃煤矸石山防火防污染的覆蓋阻燃層，本發明可以有效地阻隔氧氣進入煤矸石山，有效地防止煤矸石山發生自燃，最大限度地減少煤矸石對環境產生的影響。
本發明提出的一種用于自燃煤矸石山防火防污染的覆蓋阻燃層，其特征在于，采用粉質粘土、粉土或粉煤灰之任一種材料作為覆蓋阻燃層，所述粉質粘土覆蓋阻燃層的厚度為l(T20cm，所述粉土覆蓋阻燃層的厚度為6(T70cm，所述粉煤灰的覆蓋阻燃層的厚度為IlOcm以上。本發明提出的另一種用于自燃煤矸石山防火防污染的覆蓋阻燃層，其特征在于，采用粉質粘土和粉煤灰混合材料構成覆蓋阻燃層，該覆蓋阻燃層兩種材料的體積百分比為粉質粘土為80°/Γ70%，粉煤灰為20°/Γ30%，該覆蓋阻燃層的厚度為15 20cm。本發明提出的第三種用于自燃煤矸石山防火防污染的覆蓋阻燃層，其特征在于，采用粉土和粉煤灰混合構成覆蓋阻燃層，該覆蓋阻燃層兩種材料的體積百分比為粉土為60% 50%，粉煤灰40% 50%，該覆蓋阻燃層的厚度為7(T80cm。本發明的特點及有益效果本發明旨在對自燃煤矸石山進行有效滅火，減少覆蓋所需土源量，并防止復燃，從`而改善礦區環境，恢復礦區優良的生態環境。本發明的特點主要是對覆蓋阻燃隔離層材料的選擇及其厚度進行了科學研究及實驗，將覆蓋阻燃技術與自燃煤矸石山防火技術、防污染技術有機集成與創新，實現了考慮治理成本的既防火又防污的雙重目標，有效滅除和防止煤矸石山的自燃并創造有利于綠化的立地條件，與傳統的黃土覆蓋綠化煤矸石山的方法比較大大節約了用土量，降低了煤矸石山治理成本，為煤矸石山治理技術領域提供了便于推廣的實用方法，具有較高的經濟、環境綜合效益。
具體實施例方式本發明提出的用于自燃煤矸石山防火防污染的覆蓋阻燃層，結合實施例詳細說明如下本發明提出的一種用于自燃煤矸石山防火防污染的覆蓋阻燃層，其特征在于，采用粉質粘土、粉土或粉煤灰之任一種材料作為覆蓋阻燃層，所述粉質粘土覆蓋阻燃層的厚度為l(T20cm，所述粉土覆蓋阻燃層的厚度為6(T70cm，所述粉煤灰的覆蓋阻燃層的厚度為IlOcm以上。本發明提出的另一種用于自燃煤矸石山防火防污染的覆蓋阻燃層，其特征在于，采用粉質粘土和粉煤灰混合材料構成覆蓋阻燃層，該覆蓋阻燃層兩種材料的體積百分比為粉質粘土為80°/Γ70%，粉煤灰為20°/Γ30%，該覆蓋阻燃層的厚度為15 20cm。本發明提出的第三種用于自燃煤矸石山防火防污染的覆蓋阻燃層，其特征在于，采用粉土和粉煤灰混合構成覆蓋阻燃層，該覆蓋阻燃層兩種材料的體積百分比為粉土為60% 50%，粉煤灰40% 50%，該覆蓋阻燃層的厚度為7(T80cm。本發明的原理是本發明根據自燃煤矸石山治理對覆蓋層隔氧阻燃功能的要求，結合粉煤灰自身的性質及添加粉煤灰對空氣阻隔性的影響，通過測定不同材料試樣的空氣滲透率，比較不同材料對空氣的阻隔效果，篩選出最優覆蓋材料配比。特別是堿性物質粉煤灰與粉土或粉質粘土按照一定體積比組成的復合堿性覆蓋材料，可以阻隔氧氣達到防火的目的，減少粉土或粉質粘土的施用量，實現了粉煤灰的廢物利用，且堿性材料粉煤灰對自燃煤矸石山的氧化酸化有明顯的抑制作用。為保證覆蓋層的阻燃效果滿足煤矸石山防自燃的治理要求，還必須保證一定的覆蓋厚度，覆蓋厚度的選擇與覆蓋材料有關。基于覆蓋材料空氣滲透率的測試結果，選定臨界滲流速度為4. 4X 10-5m · s—1，依據達西公式，計算各種材料在高限壓差IOKPa下所需的必要
厚度，具體公式如下
1> = ^ P限
β ν%η式中，L'—理論計算的覆蓋層厚度，cm;
K——不同覆蓋材料在一定條件下的滲透率，m2 ；μ-空氣的動力粘性系數，Pa · s ;P R——假設的高限壓差，取值IOKPa ；V臨界-煤石干石山自燃的臨界速度,取值4· 4X 10_5m · S-1。在理論推算的基礎上，考慮材料滲透性能測試偏差及其它綜合因素，將理論計算的覆蓋厚度L'作為低限，取保證系數I. 25，即在計算結果的基礎上提高百分之二十五的保證率，再結合工程實際進一步推演理想覆蓋厚度。本發明的用于自燃煤矸石山防火防污染的覆蓋阻燃層，可以有效地阻隔氧氣進入煤矸石山，有效地防止煤矸石山發生自燃，最大限度地減少煤矸石對環境產生的影響。實施例實施例I :選擇粉質粘土單一材料作為覆蓋阻燃層，覆蓋層厚度為l(T20cm ；實施例2 :選擇粉土單一材料作為覆蓋阻燃層，覆蓋層厚度為6(T70cm ；實施例3 :選擇粉煤灰單一材料作為覆蓋阻燃層，覆蓋層厚度為ll(Tl20cm ；實施例4 :選擇粉質粘土和粉煤灰混合作為覆蓋阻燃層，在粉質粘土 80% (體積比)中添加20%粉煤灰混合而成，覆蓋層厚度為15cm ；實施例5 :選擇粉質粘土和粉煤灰混合作為覆蓋阻燃層，在粉質粘土 70% (體積比)中添加30%粉煤灰混合而成，覆蓋層厚度為20cm ；實施例6 :選擇粉土和粉煤灰混合構成覆蓋阻燃層，在粉土 60% (體積比)添加40%粉煤灰混合而成，覆蓋層厚度為70cm ；實施例7 :選擇粉土和粉煤灰混合構成覆蓋阻燃層，在粉土 50% (體積比)添加50%粉煤灰混合而成，覆蓋層厚度為80cm。
權利要求
1.一種用于自燃煤矸石山防火防污染的覆蓋阻燃層，其特征在于，采用粉質粘土、粉土或粉煤灰之任一種材料作為覆蓋阻燃層，所述粉質粘土覆蓋阻燃層的厚度為l(T20cm，所述粉土覆蓋阻燃層的厚度為6(T70cm，所述粉煤灰的覆蓋阻燃層的厚度為IlOcm以上。
2.一種用于自燃煤矸石山防火防污染的覆蓋阻燃層，其特征在于，采用粉質粘土和粉煤灰混合材料構成覆蓋阻燃層，該覆蓋阻燃層兩種材料的體積百分比為粉質粘土為80% 70%，粉煤灰為20% 30%，該覆蓋阻燃層的厚度為15 20cm。
3.一種用于自燃煤矸石山防火防污染的覆蓋阻燃層，其特征在于，采用粉土和粉煤灰混合構成覆蓋阻燃層，該覆蓋阻燃層兩種材料的體積百分比為粉土為609Γ50%，粉煤灰40% 50%，該覆蓋阻燃層的厚度為7(T80cm。
全文摘要
本發明涉及用于自燃煤矸石山防火防污染的覆蓋阻燃層，屬于環境、生態和固體廢棄物處置與利用技術領域，本發明提出的覆蓋阻燃層，采用粉質粘土、粉土或粉煤灰單一材料作為覆蓋阻燃層，或采用粉質粘土和粉煤灰混合材料構成覆蓋阻燃層，或采用粉土和粉煤灰混合構成覆蓋阻燃層，覆蓋阻燃層的厚度分別為10~20cm、60~70cm、110cm以上、15~20cm或70~80cm。本發明通過對自燃煤矸石山表面覆蓋阻燃，達到防火防污染雙重目標，并為煤矸石山綠化奠定基礎。
文檔編號C04B30/00GK102875113SQ201210348370
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月18日 優先權日2012年9月18日
發明者胡振琪, 高楊, 陳勝華, 張雷 申請人:中國礦業大學(北京)