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(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境、生態(tài)和固體廢棄物處置與利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及煤矸石山防火防污的技術(shù)方法。
背景技術(shù)：
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(jìn)過程中的掘進(jìn)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(zhì)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的限制以及市場(chǎng)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(fā)生氧化自燃，進(jìn)而引發(fā)煤矸石山中殘留的煤燃燒。煤矸石的自燃產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境問題，包括煤矸石山自燃產(chǎn)生大量的S02、H2S、C0等有毒氣體，在礦區(qū)這些有毒氣體往往超出正常的大氣有害氣體標(biāo)準(zhǔn)的10倍以上，對(duì)礦區(qū)以及周邊環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，損害人體健康；煤矸石的氧化反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量酸性物質(zhì)，如H2SO4，這些酸性物質(zhì)會(huì)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(tǒng)，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(dá)到防止煤矸石發(fā)生自燃的目的。因此，對(duì)于已經(jīng)堆存至一定規(guī)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(jìn)入煤矸石山內(nèi)部。目前，中國治理自燃煤矸石山最常采用的是構(gòu)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(xiàn)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(nèi)部硫鐵礦氧化及自燃的發(fā)生，復(fù)燃嚴(yán)重，且成本聞?；诖?，需要研究自燃煤矸石山治理中如何構(gòu)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(gòu)建覆蓋層需要破解的難題在于①煤矸石山復(fù)燃率高，覆蓋阻燃需要大量的土源，如何選擇覆蓋材料節(jié)約用土量；②如何針對(duì)不同覆蓋材料優(yōu)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(dāng)前排量較大的工業(yè)廢渣之一，隨著電力工業(yè)的發(fā)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(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵，污染大氣，若排入水系會(huì)造成河流淤塞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(fā)明可以有效地阻隔氧氣進(jìn)入煤矸石山，有效地防止煤矸石山發(fā)生自燃，最大限度地減少煤矸石對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響。
本發(fā)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(zhì)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(zhì)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(fā)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(zhì)粘土和粉煤灰混合材料構(gòu)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(zhì)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(fā)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(gòu)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(fā)明的特點(diǎn)及有益效果本發(fā)明旨在對(duì)自燃煤矸石山進(jìn)行有效滅火，減少覆蓋所需土源量，并防止復(fù)燃，從`而改善礦區(qū)環(huán)境，恢復(fù)礦區(qū)優(yōu)良的生態(tài)環(huán)境。本發(fā)明的特點(diǎn)主要是對(duì)覆蓋阻燃隔離層材料的選擇及其厚度進(jìn)行了科學(xué)研究及實(shí)驗(yàn)，將覆蓋阻燃技術(shù)與自燃煤矸石山防火技術(shù)、防污染技術(shù)有機(jī)集成與創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了考慮治理成本的既防火又防污的雙重目標(biāo)，有效滅除和防止煤矸石山的自燃并創(chuàng)造有利于綠化的立地條件，與傳統(tǒng)的黃土覆蓋綠化煤矸石山的方法比較大大節(jié)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(shù)領(lǐng)域提供了便于推廣的實(shí)用方法，具有較高的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境綜合效益。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的用于自燃煤矸石山防火防污染的覆蓋阻燃層，結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說明如下本發(fā)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(zhì)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(zhì)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(fā)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(zhì)粘土和粉煤灰混合材料構(gòu)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(zhì)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(fā)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(gòu)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(fā)明的原理是本發(fā)明根據(jù)自燃煤矸石山治理對(duì)覆蓋層隔氧阻燃功能的要求，結(jié)合粉煤灰自身的性質(zhì)及添加粉煤灰對(duì)空氣阻隔性的影響，通過測(cè)定不同材料試樣的空氣滲透率，比較不同材料對(duì)空氣的阻隔效果，篩選出最優(yōu)覆蓋材料配比。特別是堿性物質(zhì)粉煤灰與粉土或粉質(zhì)粘土按照一定體積比組成的復(fù)合堿性覆蓋材料，可以阻隔氧氣達(dá)到防火的目的，減少粉土或粉質(zhì)粘土的施用量，實(shí)現(xiàn)了粉煤灰的廢物利用，且堿性材料粉煤灰對(duì)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(guān)?；诟采w材料空氣滲透率的測(cè)試結(jié)果，選定臨界滲流速度為4. 4X 10-5m · s—1，依據(jù)達(dá)西公式，計(jì)算各種材料在高限壓差I(lǐng)OKPa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(jì)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(dòng)力粘性系數(shù)，Pa · s ;P R——假設(shè)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(chǔ)上，考慮材料滲透性能測(cè)試偏差及其它綜合因素，將理論計(jì)算的覆蓋厚度L'作為低限，取保證系數(shù)I. 25，即在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上提高百分之二十五的保證率，再結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)一步推演理想覆蓋厚度。本發(fā)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(jìn)入煤矸石山，有效地防止煤矸石山發(fā)生自燃，最大限度地減少煤矸石對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響。實(shí)施例實(shí)施例I :選擇粉質(zhì)粘土單一材料作為覆蓋阻燃層，覆蓋層厚度為l(T20cm ；實(shí)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(shí)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(shí)施例4 :選擇粉質(zhì)粘土和粉煤灰混合作為覆蓋阻燃層，在粉質(zhì)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(shí)施例5 :選擇粉質(zhì)粘土和粉煤灰混合作為覆蓋阻燃層，在粉質(zhì)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(shí)施例6 :選擇粉土和粉煤灰混合構(gòu)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(shí)施例7 :選擇粉土和粉煤灰混合構(gòu)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(quán)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(zhì)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(zhì)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(zhì)粘土和粉煤灰混合材料構(gòu)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(zhì)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(gòu)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(fā)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(huán)境、生態(tài)和固體廢棄物處置與利用技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明提出的覆蓋阻燃層，采用粉質(zhì)粘土、粉土或粉煤灰單一材料作為覆蓋阻燃層，或采用粉質(zhì)粘土和粉煤灰混合材料構(gòu)成覆蓋阻燃層，或采用粉土和粉煤灰混合構(gòu)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(fā)明通過對(duì)自燃煤矸石山表面覆蓋阻燃，達(dá)到防火防污染雙重目標(biāo)，并為煤矸石山綠化奠定基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)C04B30/00GK102875113SQ201210348370
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)明者胡振琪, 高楊, 陳勝華, 張雷 申請(qǐng)人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)