專利名稱：地下采空區(qū)的原位處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地下采空區(qū)的原位處理方法。
背景技術(shù)：
煤炭地下氣化技術(shù)在減少采煤設(shè)備、煤炭運(yùn)輸、地面氣化爐等大量設(shè)施的同時(shí)，增加了地下儲(chǔ)層塌陷、地下水受污染的風(fēng)險(xiǎn)，煤層大量的煤炭被氣化以后留下較大的空間，在沒有支撐的情況下，空間頂部有垮落的可能，會(huì)造成地層下移，地表下陷，危及地面構(gòu)筑物； 而在采空區(qū)中殘留的灰渣，包含的代表性有毒金屬如砷、鉛、汞、鎘、銫、鉻，以及殘余的碳?xì)浠衔锇航褂?、多環(huán)芳烴、和雜環(huán)成分，長期滯留在采空區(qū)中，經(jīng)過地下水的浸潤、沖洗，會(huì)隨之遷移擴(kuò)散至周圍水體，造成地下水的污染。現(xiàn)有技術(shù)如下現(xiàn)有技術(shù)一專利US11361325公開了一種地下污染原位處理方法，特別是鉻鐵礦開采造成的地下水污染。具體是通過鉆孔向地下受污染水體注入還原性化合物包括硫酸亞鐵、硫化鈉、氯化亞鐵、硫化亞鐵、亞硫酸鈉等的一種或多種，將高價(jià)態(tài)的污染物(主要是六價(jià)鉻)轉(zhuǎn)化為低價(jià)態(tài)，從而降低對地下水的污染程度，在此過程中含氯有機(jī)污染物也能得到無害化處理?，F(xiàn)有技術(shù)二 2009年第6期的《內(nèi)蒙古水利》上發(fā)表了一篇名為“受污染地下水源的防控技術(shù)研究”，文章系統(tǒng)的分析了地下水水源污染的主要途徑，探討了地下水源污染防治技術(shù)與方法，主要有物理法(包括將受污水體圈閉起來的屏蔽法、在地下水流下游挖溝布置收集系統(tǒng)的被動(dòng)收集法、通過鉆孔將污染物抽提至地面處理的抽提法)、化學(xué)法(加藥法、設(shè)置滲濾墻法、土壤改性法、空氣吹脫法、電動(dòng)力學(xué)修復(fù))以及生物修復(fù)法等?，F(xiàn)有技術(shù)三專利US7645097公開了一種通過向地下空間充填復(fù)原地層連續(xù)性的方法，具體是至少有一步是向地下空間半充滿一種物質(zhì)，然后再向所述空間充填一種合成物流體，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后膨脹充滿整個(gè)地下空間?，F(xiàn)有技術(shù)四專利200910217811公開了一種泥炭作為添加介質(zhì)用于石油烴污染地下水的原位修復(fù)方法，具體是功能菌和泥炭經(jīng)過處理后，前者固化在后者上，再將負(fù)載功能菌的泥炭和粗砂按照一定的體積比均勻混合制備成反應(yīng)墻體支撐介質(zhì)，然后將反應(yīng)墻體支撐介質(zhì)裝入可滲透性反應(yīng)墻中，有效吸附地下水中的石油烴、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、萘系物，尤其對多環(huán)芳烴類的吸附效果尤為明顯。以上現(xiàn)有技術(shù)在某些情況下特別適用，而在煤炭地下氣化采空區(qū)的污染物處理方面均有不足之處?，F(xiàn)有技術(shù)一能夠處理的污染物相對來說比較單一，主要是通過化學(xué)氧化還原的方法將有毒的高價(jià)態(tài)鉻離子還原至低價(jià)態(tài)，消除毒性，同時(shí)能夠消除含氯有機(jī)物的毒性，但是，對于燃煤灰中的多種有毒金屬離子以及焦油、多環(huán)/雜環(huán)芳烴等污染物的處理不起作用，還需要采用其它方法消除有毒金屬離子以及焦油、多環(huán)/雜環(huán)芳烴等的污染，而且，沒有關(guān)注到采空區(qū)塌陷的治理?，F(xiàn)有技術(shù)二涉及到很多地下污染水源的處理方法，總體上說是處理已經(jīng)滲透到地層/含水層的污染物，與本發(fā)明所述儲(chǔ)存于采空區(qū)的污染物在所處位置上略有不同，現(xiàn)有技術(shù)二所述的方法在處理煤炭地下氣化產(chǎn)生的地下污水是可行的，但是需要多種方法聯(lián)用，或者經(jīng)濟(jì)性不佳，與本發(fā)明相比一個(gè)顯著的不同是它沒有兼顧消除采空區(qū)塌陷帶來的風(fēng)險(xiǎn)。而現(xiàn)有技術(shù)三的目的在于恢復(fù)地層的連續(xù)性或者承重能力，通過充填將地下空間充實(shí)，實(shí)現(xiàn)能夠承重。用此方法處理煤炭地下氣化的采空區(qū)時(shí)，沒有考慮污染物的處理。如果之前先處理污染物再充填，會(huì)導(dǎo)致操作復(fù)雜，成本上升，如果不處理污染物即充填，隨著時(shí)間的推移，污染物會(huì)遷移擴(kuò)散污染周圍水體?，F(xiàn)有技術(shù)四從屬現(xiàn)有技術(shù)二，采用泥炭負(fù)載功能菌添加到滲濾反應(yīng)墻中，更有針對性地吸附脫除油氣田地下水中的有機(jī)物。缺點(diǎn)在于不能實(shí)現(xiàn)對污染物的立體全封閉或吸附，也就是說在較大的地下范圍內(nèi)，污水的遷移不是在同一水平位上，可能會(huì)從反應(yīng)墻的上方或下方遷移出控制區(qū)；另外，如果采用技術(shù)三不能有效兼顧避免地下采空區(qū)塌陷的風(fēng)險(xiǎn)。已知煤炭地下氣化后留下的采空區(qū)中有大量的煤熱解、氣化產(chǎn)生的污染性組分， 而且采空區(qū)中存有積水，如果不對采空區(qū)進(jìn)行處理，經(jīng)過較長的時(shí)間，可能會(huì)出現(xiàn)兩大危險(xiǎn)1)、在地層重力作用下，采空區(qū)上部地層下沉，引起地表下陷，危及地面構(gòu)筑物；2)、采空區(qū)中的污水隨地下水遷移至周圍水體，造成更大面積的地下水污染，進(jìn)而污染飲用水體系O為了避免地層塌陷，最好的方法是對采空區(qū)進(jìn)行充填，土、砂、混凝土等是常用的充填料，但是難以控制采空區(qū)中的污水；采用超強(qiáng)吸水劑將采空區(qū)中的污水吸收后形成的物質(zhì)，它的機(jī)械強(qiáng)度稍弱，在保存污水、支撐采空區(qū)上部地層方面略顯能力不足。

發(fā)明內(nèi)容
針對相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提出一種地下采空區(qū)的原位處理方法，以降低地下采空區(qū)中污水對儲(chǔ)層和地下水的危害，并且防止采空區(qū)塌陷。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種地下采空區(qū)的原位處理方法，其特征在于，包括如下步驟將吸水劑和固化劑注入采空區(qū)中固化包括污水在內(nèi)的污物，其中固化形成的固化體支撐采空區(qū)的頂部地層。優(yōu)選地，按照如下步驟將吸水劑和固化劑注入采空區(qū)中(1)利用載氣從料倉中運(yùn)載吸水劑和固化劑，其中吸水劑和固化劑為粉狀；(2)將運(yùn)載有吸水劑和固化劑的載氣注入采空區(qū)中，并且載氣在脫離吸水劑和固化劑后沿既定通道排出地面；(3)在載氣將預(yù)定量的吸水劑和固化劑注入采空區(qū)后，繼續(xù)地鼓入脫離了吸水劑和固化劑的載氣直到封閉采空區(qū)為止。優(yōu)選地，在封閉采空區(qū)后，將采空區(qū)靜置一段時(shí)間促進(jìn)吸水劑和固化劑對采空區(qū)中包括污水在內(nèi)的污物的固化進(jìn)程。
優(yōu)選地，當(dāng)所述的繼續(xù)地鼓入脫離了吸水劑和固化劑的載氣滿20分鐘時(shí)，才封閉
采空區(qū)。優(yōu)選地，地下采空區(qū)為含水煤層氣化后形成的采空區(qū)。優(yōu)選地，當(dāng)?shù)叵虏煽諈^(qū)為不含水煤層氣化后形成的采空區(qū)時(shí)，該方法還包括在注入吸水劑和固化劑之前向采空區(qū)中注水降溫的步驟。優(yōu)選地，在所述的注水降溫步驟中，當(dāng)采空區(qū)中溫度下降至100°C時(shí)就停止注水， 其中在進(jìn)行注水降溫的同時(shí)將采空區(qū)中的水蒸汽從其頂部地層排出。優(yōu)選地，吸水劑和固化劑在混合后注入采空區(qū)中，或者先注入吸水劑后注入固化劑。優(yōu)選地，所述的固化包括吸水劑吸收采空區(qū)內(nèi)的污水變成含水顆粒；固化劑將含水顆粒以及采空區(qū)中殘留污物固化在一起形成固化體。優(yōu)選地，吸水劑，是吸水倍率為自身質(zhì)量的100倍以上且在吸水后變成固體的粉狀制劑；固化劑，是將所述的由吸水劑變成的固體固化成支撐所述的用以支撐采空區(qū)的固化體的粉狀制劑。優(yōu)選地，固化劑為含有粘土或普通水泥或膨潤土成分的粉狀制劑，吸水劑為含有親水基團(tuán)和膠聯(lián)結(jié)構(gòu)的淀粉系或纖維素系或合成聚合物系大分子樹脂，固化劑與吸水劑的質(zhì)量比是I : 5 I : 20。優(yōu)選地，合成聚合物系大分子樹脂為聚酰胺或聚丙烯酸鹽。優(yōu)選地，合成聚合物系大分子樹脂為吸水倍率為250g/g(即每I克吸水劑可吸收 250克水)的聚酰胺或吸水倍率為200g/g(即每I克吸水劑可吸收200克水)的聚丙烯酸鹽，聚酰胺與固化劑的質(zhì)量比為I : 8，聚丙烯酸鹽與固化劑的質(zhì)量比為I : 10。優(yōu)選地，通過軟管向所述采空區(qū)中注入所述固化劑和吸水劑，在注入過程中在地面上拖拽軟管改變注入位置使吸水劑和固化劑在污水中均勻分散。優(yōu)選地，采空區(qū)的周圍是煤層，采空區(qū)的底部是煤層底板，采空區(qū)的上部依次是煤層頂部地層、含水層、砂巖層、表土層，所述的煤層頂部地層、含水層、砂巖層、表土層一起構(gòu)成頂部地層。本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于本發(fā)明不僅能夠?qū)⒉煽諈^(qū)中的污水隔離、控制在固化體中，無法遷移出去，而且，形成的具有一定機(jī)械強(qiáng)度的固化體還可以起到支撐采空區(qū)頂部地層的作用，避免采空區(qū)塌陷危及地表構(gòu)筑物。


圖I示出了吸水劑和固化劑混合注入系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；圖2示出了充有污水的廢棄的采空區(qū)；圖3示出了吸水劑和固化劑的軟管注入模式；圖4示出了被固化體充填的采空區(qū)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。煤炭地下氣化是將處于地下的煤炭進(jìn)行有控制地燃燒，產(chǎn)生可燃性氣體，采出地面并加以利用的技術(shù)。當(dāng)氣化完成以后，原煤層就變成了一個(gè)地下空間——采空區(qū)，隨著采空區(qū)的變大，煤層頂板會(huì)冒落，引起地層下沉，裂隙導(dǎo)通上部地層。同時(shí)，在采空區(qū)中殘留著大量氣化過程中產(chǎn)生的污染性副產(chǎn)物——含有大量砷、硒、鉛、汞、銫、鉻等有毒金屬離子的煤灰，包括煤焦油、多環(huán)芳烴、雜環(huán)成分等碳?xì)浠衔?，以及硫化物和氨氣等。如果不進(jìn)行采空區(qū)頂板支護(hù)、以及污染物處理控制的話，隨著時(shí)間的推移，地下水會(huì)滲入并充滿整個(gè)采空區(qū)，污染物會(huì)隨地下水遷移擴(kuò)散，造成鄰近地層或飲用水地下水源的污染。本發(fā)明提出向廢棄的地下氣化采空區(qū)中注入吸水劑和固化劑，吸水劑吸收采空區(qū)中被污染的水并使之保持在吸水劑顆粒中，固化劑將吸水劑顆粒、連同采空區(qū)中殘留物 (包括煤灰、渣等)一起固化形成固化體；其中，可以先注入吸水劑再注入固化劑，或者同時(shí)注入吸水劑和固化劑，吸水的同時(shí)固結(jié)成固化體。固化體具有良好的密封性，即使經(jīng)過地下水的沖刷、浸潤，固化體中的污染物也不會(huì)被浸出，起到封存污染物的功能，同時(shí)，這種固化體具有一定機(jī)械強(qiáng)度，保存在采空區(qū)中起到支撐煤層頂板的作用。具體實(shí)施方案一在不抽采地下污水、不向地下注入化學(xué)藥劑的情況下，阻止地下環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)的擴(kuò)大化。通過軟管向含水煤層氣化后的采空區(qū)中注入吸水劑和固化劑，將污水吸收并儲(chǔ)存在固體顆粒中，固化劑將吸水劑顆粒、煤灰渣等粘結(jié)或固結(jié)在一起形成固化體，實(shí)現(xiàn)對污染物的隔離儲(chǔ)存，以及對采空區(qū)頂部地層的支撐。含水煤層地下氣化后采空區(qū)的特點(diǎn)是在氣化結(jié)束泄壓后，煤層水通過滲流或通道導(dǎo)通等方式很快涌入采空區(qū)，煤層干餾、氣化、燃燒產(chǎn)生的廢棄物和污染性碳?xì)浠衔铮?溶解或混合在采空區(qū)的地下水中。隨著時(shí)間的推移，污染成分會(huì)隨地下水遷移至鄰近水體或飲用水地下水源。為了防止污染成分隨地下水遷移，本發(fā)明的具體實(shí)施步驟如下第一步，根據(jù)煤層水的流動(dòng)速率、停爐時(shí)間以及采空區(qū)的表面積粗略估算采空區(qū)中的水量，根據(jù)聚酰胺吸水劑的吸水倍率為250g/g估算吸水劑(粉狀)的用量ml，根據(jù)固化劑與吸水劑的質(zhì)量比為I : 8估算固化劑(粉狀)的用量m2;第二步，開通氣體壓縮機(jī)I將載氣(在此選用二氧化碳)增壓并儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣罐2 中，打開各閥門使載氣通過混合器7下部的耐磨蝕繞性軟管最終進(jìn)入鉆孔8注入地下采空區(qū)(圖I中未畫出)。該軟管上端連接混合器7的出口，下端穿過采空區(qū)置于靠近采空區(qū)末端的污水中，在注入吸收劑和固化劑粉末的過程中，通過在地面上拖拽軟管改變注入位置， 來實(shí)現(xiàn)吸水劑和固化劑在污水中的均勻分散。在該第二步中，圖I中的注入系統(tǒng)通過載氣運(yùn)載吸水劑和固化劑，并將其運(yùn)載到采空區(qū)中，其中料倉3和4中可以分別加入I. 2ml的吸水劑和I. 2m2的固化劑，開啟喂料機(jī) 5和6，將吸水劑和固化劑送入混合器7中，然后注入廢棄采空區(qū)對應(yīng)的一組鉆孔中的一個(gè)或多個(gè)鉆孔8，其它鉆孔保持敞開狀態(tài)或回收載氣模式。載氣流速lOm/s，載氣輸送的固氣比在15kg/kg,在注入過程中向后拖拽軟管改變注入點(diǎn)位置。如圖2和3示出的，鉆孔8的底部是廢棄的采空區(qū)9，其中有含有各種污染組分的地下污水10，還有例如煤灰渣等其余殘留物(圖2中未畫出)，采空區(qū)9的周圍是煤層11， 其下是煤層底板12，其上依次是煤層頂板13、含水層14、砂巖層15、表土層16，該煤層頂板
13、含水層14、砂巖層15、表土層16構(gòu)成頂部地層。當(dāng)吸水劑注入采空區(qū)之后會(huì)吸收地下污水10，并形成含水顆粒，固化劑將含水顆粒、殘留物(例如煤灰渣等)膠結(jié)/固化在一起，形成固化體10’。第三步，料倉中的吸水劑和固化劑下料完畢后，再持續(xù)鼓入載氣(此時(shí)載氣沒有攜帶吸水劑和固化劑)約二十分鐘，然后關(guān)閉采空區(qū)對應(yīng)的所有鉆孔以封閉采空區(qū)，保持靜置以促進(jìn)采空區(qū)內(nèi)固體的凝結(jié)、固化。圖4示出的是在采空區(qū)中最終形成的支撐采空區(qū)頂部地層的固化體。通過鉆孔取樣監(jiān)測采空區(qū)外圍地下水水質(zhì)，其中的酚類、金屬離子等污染性組分的含量不再上升或趨于下降，則說明采空區(qū)污染物原位無害固化處置成功。具體實(shí)施方案二在不抽采地下污水、不向地下注入化學(xué)藥劑的情況下，阻止地下環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)的擴(kuò)大化。向不(非)含水煤層氣化后的采空區(qū)中注入吸水劑和固化劑，將污物吸收并儲(chǔ)存在固體顆粒中，固化劑將吸水劑顆粒、包括煤灰渣在內(nèi)的殘留物等粘結(jié)或固結(jié)在一起形成固化體，實(shí)現(xiàn)對污染物的隔離儲(chǔ)存，以及對采空區(qū)頂板的支撐。不(非)含水煤層地下氣化后采空區(qū)的特點(diǎn)是在氣化結(jié)束泄壓后，采空區(qū)儲(chǔ)存的大量熱能在地層的圈閉下難以消除，而且，煤層干餾、氣化、燃燒產(chǎn)生的廢棄物和污染性碳?xì)浠衔?，多附著在采空區(qū)四周的煤壁上，存在大量熱能和污染物泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。為了消除這種風(fēng)險(xiǎn)，本發(fā)明的具體實(shí)施步驟如下第一步，通過一組鉆孔中的至少一個(gè)向采空區(qū)注入水，水吸收采空區(qū)儲(chǔ)存的熱能后變成水蒸氣，通過另外幾個(gè)鉆孔回收水蒸汽，將采空區(qū)內(nèi)的溫度降至100°C以下；第二步，根據(jù)第一步中注入水量以及產(chǎn)出的水蒸汽量，粗略估算滯留在采空區(qū)中的水量，根據(jù)聚丙烯酸鹽的吸水倍率為200g/g估算吸水劑的用量ml，根據(jù)固化劑與吸水劑的質(zhì)量比為I : 10估算固化劑(粉狀)的用量m2;第三步，開通氣體壓縮機(jī)I將載氣增壓并儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣罐2中，開通各閥門使載氣通過，最終進(jìn)入鉆孔8向地下采空區(qū)(圖I中未畫出)注入；在該第三步驟中，料倉3和4中有I. 2ml的吸水劑和I. 2m2的固化劑，開啟喂料機(jī) 5和6，利用載氣(在此選用氮?dú)?將吸水劑和固化劑送入混合器7中，然后注入采空區(qū)對應(yīng)的一組鉆孔中的一個(gè)或多個(gè)鉆孔8，其它鉆孔保持敞開狀態(tài)或回收載氣模式。在本步驟中，選用載氣流速15m/s,載氣輸送的固氣比在20kg/kg ；繼續(xù)參見圖2和圖3所示，鉆孔8的底部是采空區(qū)9，其中有含有各種污染組分的地下污水10，還有煤灰渣等(圖2中未畫出)，采空區(qū)9的在周圍是煤層11，其下是煤層底板12，其上依次是煤層頂板13、含水層14、砂巖層15、表土層16。當(dāng)吸水劑注入采空區(qū)之后會(huì)吸收地下污水10，并形成含水顆粒，固化劑將含水顆粒、煤灰渣等膠結(jié)/固化在一起，形成固化體10，。第四步，待料倉5和6中的吸水劑和固化劑下料完畢后，再持續(xù)鼓入載氣(此時(shí)載氣沒有攜帶吸水劑和固化劑)約二十分鐘，然后關(guān)閉采空區(qū)對應(yīng)的所有鉆孔，保持靜置，促進(jìn)采空區(qū)內(nèi)固體的凝結(jié)、固化。通過鉆孔取水樣監(jiān)測采空區(qū)外圍地下水的水質(zhì)，其中的酚類、金屬離子等污染性組分的含量不再上升或趨于下降，表明采空區(qū)污染物原位無害固化處置成功。根據(jù)以上實(shí)施例I和2，可以理解，本發(fā)明的實(shí)質(zhì)在于用吸水劑吸收采空區(qū)中的污水，因?yàn)樵撐畡┑奈堵屎芨?，可吸收達(dá)到自身質(zhì)量的一百倍至幾千倍的水分，吸水后變成類似雪或冰一樣的含水顆粒的固體物質(zhì)，為了提高吸水后固體物質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度(必要時(shí)可以支撐頂板，避免塌陷)以及降低其滲透性(進(jìn)一步確保污物被固化，不隨地下水遷移)，在吸水劑中混入一定比例的固化劑。如此，最終形成的固化體能夠起到隔離、封存污物和支撐采空區(qū)頂板的作用。上述的實(shí)施例I和2實(shí)現(xiàn)了對煤炭地下氣化廢棄采空區(qū)的原位無害化處置，在吸水劑吸收采空區(qū)中的積水后形成固體物質(zhì)，被固化劑與灰渣之類的采空區(qū)殘余物固結(jié)在一起形成固化體，這種固化體具有較好的機(jī)械強(qiáng)度，在保存污水的同時(shí)，支撐采空區(qū)頂部地層，避免塌陷。與現(xiàn)有的地下污水處理技術(shù)相比，可以不再抽提地下污水至地面處理或者向地下污水中注入化學(xué)藥劑就能控制污染擴(kuò)散，同時(shí)，消除采空區(qū)上部地層的塌陷風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)該理解，盡管以含水煤層和不含含水煤層分別氣化形成的采空區(qū)為例，但實(shí)際上，采空區(qū)不局限于此，本發(fā)明提及的采空區(qū)狹義的采空區(qū)是指煤炭經(jīng)過地下氣化或井工開采而在原煤層留下的空間；廣義上采空區(qū)等同于任意的地下空間，即，只要是存在本發(fā)明上述的容易造成臨近區(qū)域水污染并且容易塌陷的采空區(qū)域，本發(fā)明就適用。另外，本發(fā)明中所述的吸水劑(強(qiáng)吸水劑)是一類含有親水基團(tuán)和交聯(lián)結(jié)構(gòu)的大分子樹脂，其特點(diǎn)在于具有高吸水性能，能夠吸收自身一百倍甚至幾千倍質(zhì)量的水量。按原料劃分，吸水劑主要有淀粉系(接枝物、羧甲基化等)、纖維素系(羧甲基化、接枝物等)、合成聚合物系(聚丙烯酸系、聚丙烯醇系、聚氧乙烯系等)幾大類，優(yōu)選為合成聚合物系大分子樹脂，如聚酰胺、聚丙烯酸鹽；所述的固化劑遇水能夠凝固成具有一定機(jī)械強(qiáng)度的固體， 主要成分為粘土、普通水泥、膨潤土等；所述的強(qiáng)吸水劑和固化劑為粉狀，通過載氣攜帶至采空區(qū)；所述的載氣為空氣、二氧化碳、氮?dú)獾?。在荷載強(qiáng)吸水劑和固化劑之前需要提升載氣的壓力或流速，而且載氣在經(jīng)過采空區(qū)排出地面后可以回收循環(huán)利用；強(qiáng)吸水劑和固化劑的用量計(jì)算，首先，估算采空區(qū)中的污水量，污水量除以100 1000得到強(qiáng)吸水劑的用量范圍；然后，根據(jù)固化劑與強(qiáng)吸水劑的比例(質(zhì)量比)約為I : 5 I : 20(優(yōu)選為I : 5 I 10)計(jì)算固化劑的用量。本發(fā)明提及的原位指在原來的、正常的、自然的部位或位置。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種地下采空區(qū)的原位處理方法，其特征在于，包括如下步驟將吸水劑和固化劑注入采空區(qū)固化包括污水在內(nèi)的污物，其中固化形成的固化體支撐采空區(qū)的頂部地層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，按照如下步驟將吸水劑和固化劑注入采空區(qū)中(1)利用載氣從料倉中運(yùn)載吸水劑和固化劑，其中所述吸水劑和固化劑為粉狀；(2)將運(yùn)載有吸水劑和固化劑的載氣注入采空區(qū)中，并且載氣在脫離吸水劑和固化劑后沿既定通道排出地面；(3)在載氣將預(yù)定量的吸水劑和固化劑注入采空區(qū)后，繼續(xù)地鼓入脫離了吸水劑和固化劑的載氣直到封閉采空區(qū)為止。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在封閉采空區(qū)后，將采空區(qū)靜置一段時(shí)間促進(jìn)吸水劑和固化劑對采空區(qū)中包括污水在內(nèi)的污物的固化進(jìn)程。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述的繼續(xù)地鼓入脫離了吸水劑和固化劑的載氣滿20分鐘時(shí)，才封閉所述采空區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述地下采空區(qū)為含水煤層氣化后形成的采空區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述地下采空區(qū)為不含水煤層氣化后形成的采空區(qū)時(shí)，該方法還包括在注入吸水劑和固化劑之前向采空區(qū)中注水降溫的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在所述的注水降溫步驟中，當(dāng)采空區(qū)中溫度下降至100°c時(shí)就停止注水，其中在進(jìn)行注水降溫的同時(shí)將采空區(qū)中的水蒸汽從其頂部地層排出。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述吸水劑和固化劑在混合后注入所述采空區(qū)中，或者先注入吸水劑后注入固化劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述的固化包括吸水劑吸收采空區(qū)內(nèi)的污水變成含水顆粒；固化劑將含水顆粒以及采空區(qū)中殘留污物固化在一起形成固化體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述吸水劑，是吸水倍率為自身質(zhì)量的100倍以上且在吸水后變成固體的粉狀制劑；所述固化劑，是將所述的由吸水劑變成的固體固化成支撐所述的用以支撐所述采空區(qū)的固化體的粉狀制劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述固化劑為含有粘土或普通水泥或膨潤土成分的粉狀制劑，所述吸水劑為含有親水基團(tuán)和膠聯(lián)結(jié)構(gòu)的淀粉系或纖維素系或合成聚合物系大分子樹脂，其中，所述固化劑與吸水劑的質(zhì)量比是I : 5 I : 20。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述合成聚合物系大分子樹脂為聚酰胺或聚丙烯酸鹽。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述合成聚合物系大分子樹脂為吸水倍率為250g/g的聚酰胺或吸水倍率為200g/g的聚丙烯酸鹽，其中，所述聚酰胺與所述固化劑的質(zhì)量比為I : 8，所述聚丙烯酸鹽與所述固化劑的質(zhì)量比為I : 10。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過軟管向所述采空區(qū)中注入所述固化劑和吸水劑，在注入過程中在地面上拖拽軟管改變注入位置使吸水劑和固化劑在污水中均勻分散。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述采空區(qū)的周圍是煤層，所述采空區(qū)的底部是煤層底板，所述采空區(qū)的上部依次是煤層頂部地層、含水層、砂巖層、表土層，所述的煤層頂部地層、含水層、砂巖層、表土層一起構(gòu)成所述頂部地層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種地下采空區(qū)的原位處理方法，包括如下步驟將吸水劑和固化劑注入采空區(qū)固化包括污水在內(nèi)的污物，其中固化形成的固化體支撐采空區(qū)的頂部地層。以降低地下采空區(qū)中污水對儲(chǔ)層和地下水的危害，并且防止采空區(qū)塌陷。
文檔編號(hào)E21F15/00GK102606205SQ201110387998
公開日2012年7月25日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者劉洪濤, 劉淑琴, 姚凱, 潘霞 申請人:新奧氣化采煤有限公司