專利名稱：煤矸石山生態(tài)環(huán)境綜合治理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于礦產(chǎn)廢棄物的治理及生態(tài)環(huán)境恢復(fù)領(lǐng)域，涉及煤矸石山生態(tài)環(huán)境綜合治 理方法。
背景技術(shù)：
煤矸石是在成煤過(guò)程中與煤層伴生比煤堅(jiān)硬的一種黑灰色巖石，在采煤和洗煤過(guò)程 中被摘選出，含碳的煤矸石發(fā)熱量一般為800~1500卡/克，其無(wú)機(jī)成分主要是硅、鋁、 鈣、鎂及鐵的氧化物和某些稀有金屬。煤矸石是我國(guó)生成最多的工業(yè)固體廢棄物，年約 1.5億B屯，約為原煤產(chǎn)量的15%甚至更多，占全國(guó)總固體廢棄物的20%以上，在煤炭生 產(chǎn)中產(chǎn)生的煤矸石絕大多數(shù)采取皮帶輸送機(jī)沿堆積角遞增延伸輸送的方式排放，煤矸石 顆粒自然垂落堆積形成錐形煤矸石山，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)統(tǒng)配煤礦現(xiàn)有煤矸石山約1500余 座，若以全國(guó)所有煤礦計(jì)，則有各種堆積場(chǎng)數(shù)萬(wàn)個(gè)，且隨著煤產(chǎn)量的增加而增加。由于 煤矸石源于地下并含有一定數(shù)量的碳、硫等礦物質(zhì)，缺少生物種源和物種存活條件，堆 積成山后又長(zhǎng)期荒蕪裸露，突兀的黑山產(chǎn)生視覺(jué)污染，日益風(fēng)化的顆粒物產(chǎn)生揚(yáng)塵污染、 氧化礦物質(zhì)產(chǎn)生有害氣體污染、淋溶滲漏產(chǎn)生有害水污染，四大污染直接威脅人們的生 存環(huán)境，遇到誘發(fā)因素還易發(fā)生燃、爆、垮、塌等災(zāi)害。
上世紀(jì)60年代以來(lái)，世界各國(guó)開始采取各種措施努力治理相關(guān)污染，逐步認(rèn)識(shí)到 構(gòu)建生態(tài)植被是消除煤奸石山四大污染的有效途徑，我國(guó)經(jīng)20年的探索，約有十幾座 煤矸石山得到綠化，但效果遠(yuǎn)不盡人意，甚而有的已得到綠化的煤矸石山悄然起火，發(fā) 生自燃而前功盡棄，成為狼煙裊裊碳木遍嶺的火燒跡地；問(wèn)題在于，煤矸石山的防火、 滅火、消災(zāi)這一難解的命題， 一直未能有效解決，更沒(méi)有作為保障條件與構(gòu)建生態(tài)植被 相結(jié)合。
現(xiàn)有技術(shù)中，煤矸石山自燃的防治措施主要有第一、消除可燃物法，予清除的可 燃物是煤矸石的內(nèi)含物，在現(xiàn)有技術(shù)條件下不可能；第二、泡沫法，此法對(duì)爆發(fā)性的燃 燒很有效，但對(duì)于煤矸石山漫長(zhǎng)的自燃孕育期、發(fā)展期卻收效甚微；第三、覆土法，常 規(guī)的覆土是依靠松散顆粒物封堵煤矸石山的孔洞、縫隙，達(dá)到減少水分滲入防止氧化增 溫和減少空氣流通以隔絕空氣的防火目的，半干的顆粒物作為覆土層，即便有足夠的厚 度和碾壓強(qiáng)度，其密度也較小，因此，封閉效果差，易流失，并且人力、物力資源消耗 大；第四、挖除火源法，猶如火中取栗，危險(xiǎn)極大，并且需要劈山救火，幾乎是無(wú)法進(jìn) 行，第五、注水法，注水降溫必然產(chǎn)生大量流失水污染，還會(huì)誘發(fā)更多的煤矸石氧化， 第六、注漿法，在燃燒區(qū)打孔以注漿管對(duì)深部或淺部注入固體含量濃度為15%的含土壤的堿性漿液，依靠水的蒸發(fā)降溫和物質(zhì)的包裹隔氧作用滅火阻燃；前三種以防火為主， 后三種是頭疼醫(yī)頭腳疼醫(yī)腳的針對(duì)性滅火措施，并且普遍認(rèn)為注漿法是最為有效的方 案，但是， 一、滅火的工藝和實(shí)際操作難度大，注漿是以重力流動(dòng)性滲入封堵燃燒區(qū)近 處的孔洞、縫隙阻斷空氣和以水分蒸發(fā)降溫達(dá)到滅火，漿液固體含量濃度只有15%，顆 粒物易沉降聚集影響注漿到位。二、沒(méi)有成熟的技術(shù)可操作，施工工藝復(fù)雜、隨意性大、 大面積應(yīng)用難度大，三、在于僅針對(duì)己自燃的煤矸石山的燃燒區(qū)滅火實(shí)施，對(duì)煤矸石山 防火、生態(tài)環(huán)境綜合治理的整體方法不具有現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用性。
現(xiàn)有技術(shù)中，構(gòu)建生態(tài)植被的方法著眼點(diǎn)主要集中在第一、有利于蓄水保熵的整 形整地，如以山地農(nóng)墾模式建造梯田，并配套水土保持和排水工程，但這會(huì)嚴(yán)重?cái)_亂煤 矸石山體自然形成的結(jié)構(gòu)，擾動(dòng)表層細(xì)顆粒，暴露透氣孔隙，增大水滲入速度和滲入量， 加劇氧化反應(yīng)而放熱，從而不利于防火，第二、調(diào)整酸性基礎(chǔ)環(huán)境的封堵層及土壤改良， 主要是對(duì)煤矸石山體表面覆蓋并碾壓堿性材料和土壤，但碾壓形成覆蓋兼封堵層難度 高，工程量大，并且碾壓強(qiáng)度及兼顧的防火效果均難以保證，第三、在封堵層上覆一定 厚度的適種土壤——即表層土，工程量大，工期長(zhǎng)，投資大，第四，植物選擇、配置、 種植，從已綠化的煤矸石山情況看，大多以喬木、筑路造亭、建設(shè)園林景觀為終極目標(biāo)， 這不僅耗資巨大，也與生態(tài)恢復(fù)理論的封山育林的規(guī)則理念相違背，并存在很大的災(zāi)害 隱患，因?yàn)閱棠疽圃灾鞲軗p，難以維持日漸發(fā)達(dá)的樹冠，天長(zhǎng)日久難免倒樹翻兜，暴 露透氣孔隙，另外喬木根系深入內(nèi)層則引導(dǎo)水流滲透，不利防火，而且喬木會(huì)不斷增加 山體負(fù)荷， 一旦山體底部具有燃空穴洞力不可支，垮塌將不可免；更重要的是構(gòu)建生態(tài) 植被并沒(méi)有以可靠有效的防火、滅火措施為保障條件，因此煤矸石山生態(tài)環(huán)境綜合治理 結(jié)果至今效果遠(yuǎn)不盡人意，難免會(huì)前功盡棄，使人憂心，發(fā)人深省。

發(fā)明內(nèi)容
解決的技術(shù)問(wèn)題
將對(duì)煤矸石山的防火、滅火與構(gòu)建生態(tài)植被的客土噴插種植相結(jié)合，把注漿法的高 密度泥槳封閉包裹隔離效果與覆土法的簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)表層施工技術(shù)合而為一；以隔水?dāng)嘌鯙?目標(biāo)，以封堵煤矸石山體的孔洞、縫隙為手段，采用專業(yè)機(jī)械設(shè)備實(shí)施淺層噴射注漿全 面封堵，以防火為主，防火、滅火兼顧；以可靠有效的防火、滅火措施為保障條件，用 專業(yè)機(jī)械設(shè)備實(shí)施客土噴播種植，并以免維護(hù)、少干擾的草灌類自然植被生態(tài)景觀為終 極目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤矸石山的生態(tài)環(huán)境綜合治理；能克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不完備、 不系統(tǒng)、不配套的問(wèn)題，符合煤矸石山的特征、特性，依據(jù)科學(xué)原理，遵從自然規(guī)律， 投資少，效率高，易于實(shí)施，治理效果有保證。
采用的技術(shù)方案
煤矸石山生態(tài)環(huán)境綜合治理方法，包括如下步驟
第一，首先對(duì)煤矸石山進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查， 一要明確其所處狀態(tài)，是自燃孕育期，或者是自燃發(fā)展期，或者是自燃結(jié)束期，二要了解其整體的山形地貌狀況，特別是其表層顆 粒的物理化學(xué)性質(zhì)，三要了解山體溫度及燃燒區(qū)分布方面的情況；
第二，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘査制定施工作業(yè)計(jì)劃，進(jìn)行具體準(zhǔn)備，主要包括內(nèi)容，實(shí)施淺層 噴射注漿進(jìn)行全面封堵，繼而噴射過(guò)渡泥漿進(jìn)行全面覆蓋，最后噴射含草灌類植物泥槳 全面覆蓋三階段的工藝，以及相應(yīng)泥漿的準(zhǔn)備和專業(yè)機(jī)械設(shè)備的配備；
第三，以專業(yè)機(jī)械設(shè)備對(duì)煤矸石山體表面噴射封堵泥漿進(jìn)行全面封堵，形成封堵層， 以山體表面均足以被明顯覆蓋為原則；封堵泥漿主要由堿性物質(zhì)、纖維物質(zhì)、惰性材料、 黃土、粘合劑和水組成，其固體含量濃度為30 50%，以高濃度泥漿高速噴射注漿；
對(duì)于處在自燃孕育期的煤矸石山，自下而上實(shí)施等高線環(huán)帶式作業(yè)，并本著先孔洞、 縫隙，逐步進(jìn)行淺層噴射注漿，最后達(dá)到全面封堵；對(duì)潛在的雨水聚集區(qū)，應(yīng)采取導(dǎo)流 疏水措施；
對(duì)于處在自燃發(fā)展期的煤奸石山，也是自下而上實(shí)施等高線環(huán)帶式作業(yè)，重在封閉 山腳部位的孔洞、縫隙，尤其是對(duì)于燃燒區(qū)下部孔洞、縫隙，先逐步關(guān)閉其隱性"風(fēng)門"， 阻斷供養(yǎng)渠道，弱化并控制火勢(shì)，漸漸逼近燃燒區(qū)，然后，實(shí)施對(duì)燃燒區(qū)核心點(diǎn)的環(huán)繞 式灌漿滅火，以噴射軟管近點(diǎn)噴射注漿降溫，逐步壓縮燃燒區(qū)，并留一定的散發(fā)熱氣的 孔隙，防止爆炸；在散發(fā)熱氣量降到一定程度，并且山體表面溫度進(jìn)入穩(wěn)定下降趨勢(shì)后， 再實(shí)施全面封堵；有多個(gè)燃燒區(qū)時(shí)，應(yīng)交叉作業(yè)，逐步灌注；對(duì)潛在的雨水聚集區(qū)，應(yīng) 采取導(dǎo)流疏水措施；應(yīng)全過(guò)程監(jiān)視山體表面溫度變化，注意調(diào)整作業(yè)點(diǎn)和作業(yè)方式
對(duì)于處在自燃結(jié)束期的煤肝石山，施工作業(yè)方法、措施與處在自燃發(fā)展期的煤矸石 山基本相同，區(qū)別在于自燃結(jié)束期時(shí)，燃燒走弱，但并未熄滅，因此通過(guò)相應(yīng)孔洞、縫 隙散發(fā)的熱氣量少，且下降趨勢(shì)快，山體表面溫度處于下降及加快下降的狀態(tài)，因此對(duì) 燃燒區(qū)的灌漿滅火、噴射降溫以及全面封堵的力度要小，工期相對(duì)要短；
第四、在第三步的基礎(chǔ)上，當(dāng)封堵泥漿固化后，以專用機(jī)械設(shè)備對(duì)其表面噴射過(guò)渡 泥漿進(jìn)行全面覆蓋，形成過(guò)渡層；過(guò)渡泥漿主要由纖維物質(zhì)、土壤顆粒物、粘合劑和水 組成的中性泥漿，其固化后與封堵層的附著力強(qiáng)，既能增強(qiáng)全面封堵效果，又具有覆土 作用，為客土噴播種植土壤層奠定基礎(chǔ)；施工作業(yè)方法為，自下而上等高線環(huán)帶式作業(yè)， 以封堵泥漿被全面覆蓋為原則；
第五、在第四步的基礎(chǔ)上，當(dāng)過(guò)渡泥漿固化后，以專用機(jī)械設(shè)備對(duì)其表面噴射含草 灌類植物的泥漿進(jìn)行全面覆蓋，覆蓋厚度為30 100mrn，形成種植層，含草灌類植物的 泥漿主要由草灌類生命體、活性物質(zhì)、土壤顆粒物、保水劑、纖維物質(zhì)、粘合劑和水組 成，它不僅能增強(qiáng)覆土效果，更重要的是建立植物生存的生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)，同時(shí)具備孕育 生命及其成長(zhǎng)的農(nóng)業(yè)技術(shù)特征和落地生根的工程技術(shù)特征，能穩(wěn)定的附著在過(guò)渡層上， 并能相互溶合在一起，施工作業(yè)方法與第四步相同。
第六，后期管理，在植物萌芽、育苗期噴水養(yǎng)護(hù)，對(duì)煤矸石山體封山，減少人為干擾，促進(jìn)動(dòng)、植物種定居。 有益效果
首先，從煤矸石山的自燃機(jī)理角度看，不擾亂山體自然堆積結(jié)構(gòu)，不破壞表面風(fēng)化 層，有利于防火；以淺層噴射注漿對(duì)煤矸石山體表面進(jìn)行全面封堵，采用的是根源治理 的方案，關(guān)"天窗"，減少滲透水，防止高濕度氧化增溫線的形成，閉"風(fēng)門"減少空 氣流動(dòng)，防風(fēng)助火勢(shì)，同時(shí)封堵泥漿噴射力大，沖擊滲透效果好，濃度高，固體含量濃 度為30~50%，硬化后，密度高、韌性好，抗開裂性能強(qiáng)，包裹、封堵效果好而持久， 能可靠有效的實(shí)現(xiàn)有火滅火、無(wú)火防火，滅火與防火兼顧，并且工藝簡(jiǎn)單，以專業(yè)機(jī)械 設(shè)備易實(shí)施，效率高，投資少，以簡(jiǎn)單工藝、高密度、薄土層構(gòu)建的全面封堵措施，具 有注漿滅火和覆土防火不可比的優(yōu)越性。
其次，從構(gòu)建煤矸山的生態(tài)植被角度看，以可靠有效的防火、滅火措施為保障條件， 用專業(yè)機(jī)械設(shè)備構(gòu)建種植層，技術(shù)成熟可行，該層以過(guò)渡層為基礎(chǔ)，并附著在其上，隨 著植被的生成，還能相互溶合在一起；植被選用草灌類，并遵循生態(tài)恢復(fù)理念；因此， 既無(wú)擾動(dòng)上部及表面細(xì)顆粒，暴露透氣孔隙的隱患，也無(wú)覆土碾壓傷財(cái)費(fèi)力，水土流失 的憂慮；既沒(méi)有種植喬木的危害，也免除人為的干擾。
另外，由于煤矸石山內(nèi)貯存著未來(lái)可能有益的低品位礦產(chǎn)資源，本發(fā)明完全能定位 于生態(tài)環(huán)境綜合治理兼礦產(chǎn)資源的臨時(shí)封存措施，是能兼顧兩方面的現(xiàn)實(shí)可行的技術(shù)方 案，投資少，易實(shí)施，機(jī)械化程度高，可操作性強(qiáng)。


圖l、煤矸石山理化性能分析展示圖2、煤矸石山自燃狀態(tài)分析"天窗"、"風(fēng)門"示意圖3、煤矸石山淺層噴射注漿全面封堵施工作業(yè)兼全覆蓋式三層結(jié)構(gòu)示意具體實(shí)施例方式
結(jié)合附圖進(jìn)一步詳加說(shuō)明；
如圖1、 2、 3所示
煤矸石山4的形成及特征，煤矸石以皮帶輸送機(jī)沿堆積角遞增延伸輸送排放，矸石 顆粒5自然垂落堆積形成錐形山體，而垂落點(diǎn)不斷變化導(dǎo)致錐形山體即連續(xù)不斷疊加復(fù) 合形新的更大的錐形山體，具有最大的側(cè)翼面積；松散顆粒沿斜坡滾落時(shí)，具有一定的 粒度分級(jí)選擇性，下部以巨礫為主，中部以粗粒為主，上部及表層以細(xì)粒為主，因此， 一般情況下其下部透氣性好，是自燃的良好供氧通道，其上部透氣性差，排氣和散熱速 率低，容易蓄積熱量，總體而言，煤矸石山顆粒粗、孔隙大，滲透系數(shù)高。但透氣性較 差的細(xì)粒易于流失，并隨滲入的水流進(jìn)入內(nèi)層粗粒間隙，使原有位置暴露孔洞、縫隙的 透氣性增加。研究結(jié)果表明，煤矸石中多數(shù)礦物質(zhì)遇水會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，并放出大量熱， 雨水滲入不僅能促使矸石顆粒5風(fēng)化破碎，而且加劇特別是細(xì)粒聚集部位區(qū)域的氧化反應(yīng)，從而使煤矸石山形成上高下低位于表面內(nèi)一定深度的具有蓄積熱量特性的溫度場(chǎng)， 如圖1中高濕度氧化增溫線1所示，這與自燃煤矸石山大部分發(fā)火點(diǎn)和自燃較嚴(yán)重的部 位，均在中上部的現(xiàn)象相吻合，如圖2所示，位于高濕度氧化增溫線1上部被滲入的水 流不斷擴(kuò)大、透氣性不斷增加的孔洞、縫隙群即所謂的"天窗"2，熱氣"天窗"2外排
會(huì)使高濕度氧化增溫區(qū)產(chǎn)生負(fù)壓，使冷空氣從其下部與外界聯(lián)通并具有透氣性好的相鄰 區(qū)域流動(dòng)過(guò)來(lái)補(bǔ)充——形成供氧通道，與外界聯(lián)通的供氧孔洞、縫隙即所謂的"風(fēng)門"
3，"天窗"2與"風(fēng)門"3組合促進(jìn)冷空氣自下而上的流動(dòng)，形成"煙囪效應(yīng)"，成為燃 燒的充分條件。
煤矸石山所處的狀態(tài)，各煤矸石山所處狀態(tài)有如下三類
一類是自燃孕育期，即煤矸石山形成后內(nèi)層氧化增溫至其發(fā)火自燃所處的狀態(tài)，從
煤矸石山4的形成及特征可知，具有蓄積熱量特性的高濕度氧化增溫線1的形成及持續(xù)， 以及"天窗"2、"風(fēng)門"3存在，尤其是"天窗"2的不斷增加及擴(kuò)大，都是必然的， 但"天窗"2的形成、發(fā)展，尤其是高濕度氧化增溫線1的局域或點(diǎn)的蓄積熱量不斷增 加，并使溫度升高達(dá)到著火點(diǎn)，是一個(gè)較為漫長(zhǎng)的過(guò)程，伴隨這一過(guò)程的外在表現(xiàn)是山 體表面溫度逐漸升高，因此自燃孕育期較長(zhǎng)。
二類是自燃發(fā)展期，即煤矸石山4的發(fā)火點(diǎn)自燃啟動(dòng)后，會(huì)加速其相鄰區(qū)域的增溫 至自燃，燃燒終結(jié)區(qū)會(huì)因空穴而坍塌錯(cuò)位產(chǎn)生"天窗"2，如此新的燃燒區(qū)層出不窮， 燃燒區(qū)還會(huì)逐步疊加增強(qiáng)，就整座煤矸石山體4而言，"風(fēng)門"3是較穩(wěn)定和有限的，燃 燒是不連續(xù)的，但溫度的升高是連續(xù)的，因此，自燃規(guī)模不易迅速擴(kuò)大，自燃發(fā)展期也 較長(zhǎng)。
三類是自燃結(jié)束期，經(jīng)自燃發(fā)展期之后，大多數(shù)燃燒區(qū)可燃物耗盡時(shí)，山體溫度逐 步下降，雖然因空穴而坍塌錯(cuò)位產(chǎn)生的"天窗"2，使山體內(nèi)產(chǎn)生新的潛在發(fā)火點(diǎn)，孕 育新的燃燒區(qū)，但殘留可燃物和山體溫度均逐步下降，不足以支撐燃燒區(qū)的規(guī)模擴(kuò)大， 于是進(jìn)入自燃結(jié)束期，直至自燃結(jié)束。
本發(fā)明的方法步驟按序如下
第一、首先對(duì)煤矸石山進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘査， 一要明確其所處狀態(tài)類別，二要了解掌握其 整體，特別是其表面的基本結(jié)構(gòu)情況，如高度、坡度、坡面情況，隱性"天窗"2、"風(fēng) 門"3的情況及分布，潛在的雨水聚集區(qū)，山體溫度、自燃狀態(tài)以及所處地理位置及相 關(guān)的外部情況；
第二、依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘査制定施工作業(yè)計(jì)劃，包括封堵泥漿，過(guò)渡泥漿及含草灌類植物 的泥漿的配方制定，原料準(zhǔn)備，噴射作業(yè)具體方案，專業(yè)機(jī)械設(shè)備的選配，交通運(yùn)輸、 運(yùn)轉(zhuǎn)支援以及投資、工期計(jì)劃等；
計(jì)劃制定應(yīng)依據(jù)如下基本原則，無(wú)火防火，有火滅火，以防火為主，防火滅火相結(jié) 合；以構(gòu)建可靠有效的防火、滅火封堵層、覆蓋過(guò)渡層措施為保障條件，構(gòu)建種植層；從實(shí)際出發(fā)，依據(jù)科學(xué)原理，遵從自然規(guī)律；機(jī)械化施工噴射封堵泥漿全面封堵形成封 堵層8，在封堵層上噴射過(guò)渡泥漿進(jìn)行全面覆蓋形成過(guò)渡層9，在過(guò)渡層上噴射含草灌 類植物的泥漿全面覆蓋形成種植層10;
第三、以專業(yè)機(jī)械設(shè)備對(duì)煤矸石山體表面噴射封堵泥漿進(jìn)行全面封堵，形成封堵層 8，以山體表面均足以被明顯覆蓋為原則；
對(duì)于處在自燃孕育期的煤矸石山自下而上逐步進(jìn)行淺層噴射注漿，等高線環(huán)帶式作 業(yè)，如圖3所示，依據(jù)等高線環(huán)帶6， 一環(huán)一環(huán)式逐步向山頂進(jìn)行，并本著先關(guān)"風(fēng)門" 3后關(guān)"天窗"2及先大孔洞、大縫隙，后小孔洞、小縫隙，最后達(dá)到全面封堵；對(duì)潛 在的雨水聚集區(qū)，應(yīng)采取導(dǎo)流疏水措施；噴射中可依據(jù)具體技術(shù)要求選用不同的作業(yè)方 式，如以扇形噴嘴作進(jìn)距離大面積條帶式封堵噴射，或以直流噴嘴作遠(yuǎn)距離大面積封堵 噴射，或以軟管重點(diǎn)作孔洞、縫隙、燃燒區(qū)、燃燒縫的局部灌注式噴射；
對(duì)于處在自燃發(fā)展期的煤矸石山，除按照處在自燃孕育期的煤矸石山的施工作業(yè)方 法進(jìn)行外，尤其注重對(duì)燃燒區(qū)的噴射作業(yè)，先逐步關(guān)閉其隱性"風(fēng)門"3，弱化并控制 火勢(shì)，漸漸逼近燃燒區(qū)的竄火和冒煙的"天窗"2，并對(duì)其實(shí)施如圖3所示的環(huán)繞式灌 漿滅火，即對(duì)以所述"天窗"2為圓心的環(huán)形區(qū)7進(jìn)行轉(zhuǎn)圈式，且轉(zhuǎn)圈從大到小逐步縮 小式進(jìn)行灌漿滅火，所謂灌漿滅火，即以軟管近點(diǎn)噴射注漿降溫，同時(shí)應(yīng)留一定的能散 發(fā)熱氣的孔洞、縫隙，防止爆炸；在散發(fā)熱氣明顯減少到一定程度，并且山體表面溫度 進(jìn)入穩(wěn)定下降趨勢(shì)后，再實(shí)施全面封堵；有多個(gè)燃燒區(qū)時(shí)，應(yīng)交叉作業(yè)，逐步封堵；應(yīng) 全過(guò)程監(jiān)視山體表面溫度的變化，隨時(shí)調(diào)整作業(yè)點(diǎn)和作業(yè)方式；
對(duì)于處在自燃結(jié)束期的矸石山，施工作業(yè)方法與處在自燃發(fā)展期的煤矸石山基本相 同，區(qū)別在于，由于山體表面溫度處于下降及加快下降的狀態(tài)，因此對(duì)燃燒區(qū)的灌漿滅 火、噴射降溫以及全面封堵的力度要小，工期相對(duì)要短；
第四、在第三步的基礎(chǔ)上，當(dāng)封堵泥漿固化后，以專業(yè)機(jī)械設(shè)備對(duì)其表面噴射過(guò)渡 泥漿進(jìn)行全面覆蓋形成過(guò)渡層9;施工作業(yè)方法為，自下而上等高線環(huán)帶式作業(yè)，全面 覆蓋厚度為20 40mm;
第五、在第四步的基礎(chǔ)上，當(dāng)過(guò)渡泥漿固化后，以專業(yè)機(jī)械設(shè)備，對(duì)其表面進(jìn)行客 土覆蓋性或種子噴播性的噴射含草灌類植物的泥漿進(jìn)行全面覆蓋，覆蓋厚度為 30~100mm，形成種植層10，施工作業(yè)方法與第四步相同；施工在春、秋兩季進(jìn)行，但 應(yīng)避開雨天；
最后，在植物萌芽、育苗期適情噴水養(yǎng)護(hù)，并以"封山育林"理念管理，避免或減 少人為干擾，并促進(jìn)動(dòng)、植物定居。
所述專業(yè)機(jī)械設(shè)備，主要是指現(xiàn)有技術(shù)中用于植被生態(tài)恢復(fù)的客土噴播機(jī)，集移動(dòng)、 攪拌及噴射于一體，已廣泛用于農(nóng)、林行業(yè)，如中國(guó)專利ZL200620158544 '1所公開的 方案，在其它普通機(jī)械(裝卸、運(yùn)輸)協(xié)同下，能順利實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中的噴射施工作業(yè)。在非凍土期均可進(jìn)行封堵層、過(guò)渡層的施工，應(yīng)避開雨天。 本發(fā)明中所述的相應(yīng)泥漿-
A、 封堵泥漿
性能要求，固體含量濃度為30~50%，堿性以中和煤矸石山體表層的酸性物質(zhì)，包 裹矸石及封堵孔洞、縫隙的能力好，效果持久，形成封堵層硬化后密度高、韌性好，抗 開裂性能強(qiáng)；其所含組分及質(zhì)量份數(shù)比為，纖維物質(zhì)100-200份，選用玻璃纖維，如防 火棉填充材料，纖維平均長(zhǎng)度6mm;堿性物質(zhì)300~400份，選用石灰，最好是脫硫石 灰；黃土 300~400份，選用二類粘黃土，含沙量小于10%，最大粒徑小于5mm;惰性 顆粒物300-400份，選用電廠的廢棄物粉煤灰；粘合劑1 2份，選用合成樹脂膠，如丙 烯酰胺類高分子聚合物；水30000 4000份，選用礦山再利用水。
B、 過(guò)渡泥漿
性能要求，中性以防止對(duì)種植土壤的不良影響，固化后與封堵層附著力強(qiáng)，既能增 強(qiáng)全面封堵效果，又具有覆土作用，為客土噴播種植土壤層奠定基礎(chǔ)；其所含組分及質(zhì) 量份數(shù)比為，纖維物質(zhì)200-250份，選用噴播專用纖維或草、粉碎樹枝渣，如熱磨分離 本色純木纖維，有機(jī)質(zhì)含量95% (干態(tài))，含水率15%，纖維平均長(zhǎng)度9mm，達(dá)到飼草 粉碎標(biāo)準(zhǔn)或園林樹枝粉碎標(biāo)準(zhǔn)；土壤顆粒1000-1500份，選用二類粘黃土，含沙量小于 10%，最大粒徑小于10mm;粘合劑1~2份，選用合成樹脂膠，如丙烯酰胺類高分子聚 合物；水3000 4000份，未污染的常溫地表水。
C、 含草灌類植物的泥漿
性能要求，以當(dāng)?shù)乇韺油寥篮彤?dāng)?shù)刂参锓N源為基礎(chǔ)做適當(dāng)?shù)母牧?、補(bǔ)充，從成分上 保證具有孕育植物種源生命的農(nóng)業(yè)、林業(yè)技術(shù)特征，能滿足植物萌芽、出苗、成長(zhǎng)各階
段的營(yíng)養(yǎng)需要，通過(guò)客土覆蓋或種子噴播性的噴射，本著人工導(dǎo)向，自然選擇的理念， 因地制宜，將自然力對(duì)土壤、植物種子的多年積累、傳播，多次疊加、多層轉(zhuǎn)變的模式 一次完成，類似自然，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于自然，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)煤矸石山的生態(tài)環(huán)境綜合治理，其 所含組分及質(zhì)量份數(shù)比為，生命體60 80份，選用草灌類植物種子，如廣普性植物紫穗 槐、胡枝子、荊條等；活性有機(jī)質(zhì)800~1000份，選用普通草炭土，如粗纖維腐葉土； 纖維物質(zhì)100~150份，選用噴播專用粗纖維，如熱磨分離本色純木纖維，有機(jī)質(zhì)含量95% (干態(tài))，含水率15%，纖維平均長(zhǎng)度9mm， 土壤顆粒物1000~1200份，選用一類壤土， 篩分黃土，含沙量小于10%，最大粒徑小于10mm;粘合劑1 2份，選用合成樹脂膠或 天然植物膠，如丙烯酰胺類高分子聚合物，或豆類植物膠——改良田箐膠、瓜爾膠；保 水劑3~4份，噴播保水劑，選用丙烯酰胺類高分子聚合物250目，200~400倍；水 3000~4000份，用未污染的常溫地表水。 本發(fā)明中所涉W。/。，均指重量百分?jǐn)?shù)。
所述各泥槳的組成中，均含有纖維物質(zhì)，以纖維物質(zhì)的交織性能部分替代粘合材料的作用，有利于增加附著力及整體強(qiáng)度，尤其是對(duì)于客土噴播種植土壤層而言，能起到 構(gòu)制雀巢骨架立體網(wǎng)絡(luò)于土壤層中的作用，有利于種植土壤的存留和植物的生長(zhǎng)。所述 雀巢骨架立體網(wǎng)絡(luò)，類似于山林地表的枯枝落葉層，其微觀的力學(xué)結(jié)構(gòu)類似于喜鵲窩， 可任由植物根系穿插、伸展充實(shí)在其中，于本發(fā)明中不僅有利于土壤的存留和植物的生 長(zhǎng)，同時(shí)由于植物根系的伸展、穿插及滲入還有利于增加種植土壤層、過(guò)渡層及封堵層 相互之間的附著力及整體強(qiáng)度，從而有利于防火。
權(quán)利要求
1、煤矸石山生態(tài)環(huán)境綜合治理方法，包括如下步驟第一，首先對(duì)煤矸石山進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查，一要明確其所處狀態(tài)，是自燃孕育期，或者是自燃發(fā)展期，或者是自燃結(jié)束期，二要了解其整體的山形地貌狀況，特別是其表層顆粒的物理化學(xué)性質(zhì)，三要了解山體溫度及燃燒區(qū)分布方面的情況；第二，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查制定施工作業(yè)計(jì)劃，進(jìn)行具體準(zhǔn)備，主要包括內(nèi)容，實(shí)施淺層噴射注漿進(jìn)行全面封堵，繼而噴射過(guò)渡泥漿進(jìn)行全面覆蓋，最后噴射含草灌類植物泥漿全面覆蓋三階段的工藝，以及相應(yīng)泥漿的準(zhǔn)備和專業(yè)機(jī)械設(shè)備的配備；第三，以專業(yè)機(jī)械設(shè)備對(duì)煤矸石山體表面噴射封堵泥漿進(jìn)行全面封堵，形成封堵層，以山體表面均足以被明顯覆蓋為原則；封堵泥漿主要由堿性物質(zhì)、纖維物質(zhì)、惰性材料、黃土、粘合劑和水組成，其固體含量濃度為30～50％，以高濃度泥漿高速噴射注漿；對(duì)于處在自燃孕育期的煤矸石山，自下而上實(shí)施等高線環(huán)帶式作業(yè)，并本著先孔洞、縫隙，逐步進(jìn)行淺層噴射注漿，最后達(dá)到全面封堵；對(duì)潛在的雨水聚集區(qū)，應(yīng)采取導(dǎo)流疏水措施；對(duì)于處在自燃發(fā)展期的煤矸石山，也是自下而上實(shí)施等高線環(huán)帶式作業(yè)，重在封閉山腳部位的孔洞、縫隙，尤其是對(duì)于燃燒區(qū)下部孔洞、縫隙，先逐步關(guān)閉其隱性“風(fēng)門”，阻斷供養(yǎng)渠道，弱化并控制火勢(shì)，漸漸逼近燃燒區(qū)，然后，實(shí)施對(duì)燃燒區(qū)核心點(diǎn)的環(huán)繞式灌漿滅火，以噴射軟管近點(diǎn)噴射注漿降溫，逐步壓縮燃燒區(qū)，并留一定的散發(fā)熱氣的孔隙，防止爆炸；在散發(fā)熱氣量降到一定程度，并且山體表面溫度進(jìn)入穩(wěn)定下降趨勢(shì)后，再實(shí)施全面封堵；有多個(gè)燃燒區(qū)時(shí)，應(yīng)交叉作業(yè)，逐步灌注；對(duì)潛在的雨水聚集區(qū)，應(yīng)采取導(dǎo)流疏水措施；應(yīng)全過(guò)程監(jiān)視山體表面溫度變化，注意調(diào)整作業(yè)點(diǎn)和作業(yè)方式對(duì)于處在自燃結(jié)束期的煤矸石山，施工作業(yè)方法、措施與處在自燃發(fā)展期的煤矸石山基本相同，區(qū)別在于自燃結(jié)束期時(shí)，燃燒走弱，但并未熄滅，因此通過(guò)相應(yīng)孔洞、縫隙散發(fā)的熱氣量少，且下降趨勢(shì)快，山體表面溫度處于下降及加快下降的狀態(tài)，因此對(duì)燃燒區(qū)的灌漿滅火、噴射降溫以及全面封堵的力度要小，工期相對(duì)要短；第四、在第三步的基礎(chǔ)上，當(dāng)封堵泥漿固化后，以專用機(jī)械設(shè)備對(duì)其表面噴射過(guò)渡泥漿進(jìn)行全面覆蓋，形成過(guò)渡層；過(guò)渡泥漿主要由纖維物質(zhì)、土壤顆粒物、粘合劑和水組成的中性泥漿，其固化后與封堵層的附著力強(qiáng)，既能增強(qiáng)全面封堵效果，又具有覆土作用，為客土噴播種植土壤層奠定基礎(chǔ)；施工作業(yè)方法為，自下而上等高線環(huán)帶式作業(yè)，以封堵泥漿被全面覆蓋為原則；第五、在第四步的基礎(chǔ)上，當(dāng)過(guò)渡泥漿固化后，以專用機(jī)械設(shè)備對(duì)其表面噴射含草灌類植物的泥漿進(jìn)行全面覆蓋，覆蓋厚度為30～100mm，形成種植層，含草灌類植物的泥漿主要由草灌類生命體、活性物質(zhì)、土壤顆粒物、保水劑、纖維物質(zhì)、粘合劑和水組成，它不僅能增強(qiáng)覆土效果，更重要的是建立植物生存的生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)，同時(shí)具備孕育生命及其成長(zhǎng)的農(nóng)業(yè)技術(shù)特征和落地生根的工程技術(shù)特征，能穩(wěn)定的附著在過(guò)渡層上，并能相互溶合在一起，施工作業(yè)方法與第四步相同。第六，后期管理，在植物萌芽、育苗期噴水養(yǎng)護(hù)，對(duì)煤矸石山體封山，減少人為干擾，促進(jìn)動(dòng)、植物種定居。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤矸石山生態(tài)環(huán)境綜合治理方法，其特征在于對(duì)于處 在自然發(fā)展期的煤矸石山，尤其注重對(duì)燃燒區(qū)的噴射作業(yè)，先逐步關(guān)閉其隱性"風(fēng)門"(3)，弱化并控制火勢(shì)，漸漸逼近燃燒區(qū)的竄火和冒煙的"天窗"(2)，即燃燒區(qū)核心 點(diǎn)，并對(duì)其實(shí)施環(huán)繞式灌漿滅火，即對(duì)以所述"天窗"(2)為圓心的環(huán)形區(qū)(7)進(jìn)行轉(zhuǎn)圈式，并且轉(zhuǎn)圈從大到小逐步縮小式進(jìn)行灌漿滅火，同時(shí)應(yīng)留一定的能散發(fā)熱氣的孔 洞、縫隙，防止爆炸。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的煤矸石山生態(tài)環(huán)境綜合治理方法，其特征在于封堵泥漿所含組分及質(zhì)量份數(shù)比為，纖維物質(zhì)100-200份，選用玻璃纖維，如防火 棉填充材料，纖維平均長(zhǎng)度6mm;堿性物質(zhì)300-400份，選用石灰，最好是脫硫石灰； 黃土 300~400份，選用二類粘黃土，含沙量小于10%，最大粒徑小于5mm;惰性顆粒 物300-400份，選用電廠的廢棄物粉煤灰；粘合劑1 2份，選用合成樹脂膠，如丙烯酰 胺類高分子聚合物；水30000 4000份，選用礦山再利用水。過(guò)渡泥漿所含組分及質(zhì)量份數(shù)比為，纖維物質(zhì)200~250份，選用噴播專用纖維或草、 粉碎樹枝渣，如熱磨分離本色純木纖維，有機(jī)質(zhì)含量95% (干態(tài))，含水率15%，纖維 平均長(zhǎng)度9mm，達(dá)到飼草粉碎標(biāo)準(zhǔn)或園林樹枝粉碎標(biāo)準(zhǔn)；土壤顆粒1000~1500份，選 用二類粘黃土，含沙量小于10%，最大粒徑小于10mm;粘合劑1 2份，選用合成樹脂 膠，如丙烯酰胺類高分子聚合物；水3000 4000份，未污染的常溫地表水。含草灌類植物的泥漿所含組分及質(zhì)量份數(shù)比為，生命體60-80份，選用草灌類植物 種子，如廣普性植物紫穗槐、胡枝子、荊條等；活性有機(jī)質(zhì)800-1000份，選用普通草 炭土，如粗纖維腐葉土；纖維物質(zhì)100 150份，選用噴播專用粗纖維，如熱磨分離本色 純木纖維，有機(jī)質(zhì)含量95% (干態(tài))，含水率15%，纖維平均長(zhǎng)度9mm， 土壤顆粒物 1000-1200份，選用一類壤土，篩分黃土，含沙量小于10%，最大粒徑小于10mm;粘 合劑1 2份，選用合成樹脂膠或天然植物膠，如丙烯酰胺類高分子聚合物，或豆類植物 膠——改良田箐膠、瓜爾膠；保水劑3 4份，噴播保水劑，選用丙烯酰胺類高分子聚合 物250目，200~400倍；水3000 4000份，用未污染的常溫地表水。
全文摘要
煤矸石山生態(tài)環(huán)境綜合治理方法屬于礦產(chǎn)廢棄物的治理及生態(tài)環(huán)境恢復(fù)領(lǐng)域，主要解決對(duì)煤矸石山滅火、防火并構(gòu)建植被問(wèn)題；首先對(duì)煤矸石山現(xiàn)場(chǎng)勘查，并制定施工作業(yè)計(jì)劃；以防火為主，防火滅火相結(jié)合，以機(jī)械方法在煤矸石山體上先淺層噴射注漿全面封堵形成封堵層(8)，在封堵層(8)上噴射過(guò)渡泥漿進(jìn)行全面覆蓋形成過(guò)渡層(9)，在過(guò)渡層(9)上噴射含草灌類植物的泥漿進(jìn)行全面覆蓋形成種植層(10)；噴射中本著自下而上等高線環(huán)帶式作業(yè)，逐漸全面覆蓋，并以實(shí)際選用不同的作業(yè)方式；有益之處，對(duì)煤矸石山體結(jié)構(gòu)無(wú)擾亂，以防火為主，防火滅火結(jié)合，防火效果好而持久；以可靠有效的防火、滅火措施為保障條件構(gòu)建種植層，選用草灌類植物，并進(jìn)行封山管理，植被恢復(fù)有保證；以現(xiàn)有專業(yè)機(jī)械設(shè)備施工作業(yè)；易實(shí)施；難度小、效率高、投資少，治理效果有保證。
文檔編號(hào)E21C41/32GK101519966SQ20091008137
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者王曉軍, 平 趙 申請(qǐng)人:趙 平;王曉軍