固體廢棄物采空區(qū)充填前景淺析

王剛

摘 要：文章對煤礦業(yè)采空區(qū)利用城市生活垃圾及建筑工程垃圾和煤礦業(yè)自身產(chǎn)生的垃圾煤矸石進行采空區(qū)添充的方法進行了先要的分析，希望能夠為我們國家的煤礦開采業(yè)和實現(xiàn)節(jié)能減排新型節(jié)約型社會做出一點微薄之力。

關鍵詞：固體垃圾；采空區(qū)的填充；煤矸石回填工藝；綠色環(huán)保開采

中圖分類號：TD82 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）29-0053-02

1 前 言

隨著我國經(jīng)濟不斷的發(fā)展和人民生活水平的普遍提高，及城市的建設和發(fā)展設施的不斷積累建設，都會產(chǎn)生大量的生活固態(tài)垃圾廢料和建筑工程垃圾，這些垃圾就是固體廢棄物是一種完全可以利用在煤礦開采業(yè)當中，來填充煤礦礦井開采之后的煤礦井下空虛，正好把這些生活垃圾和建筑垃圾充分地利用起來，把它們填充到煤礦采礦作業(yè)之后形成的空的礦井采空區(qū)域當中去，這樣既能對我們的礦井采空區(qū)域進行井下的填充作業(yè)，又可以減少城市中垃圾堆放所引起的自然揚塵和風化，減少城市垃圾和建設建筑垃圾對城市環(huán)境環(huán)保的影響，也可以大大減輕對城市有限的土地資源的占用，這樣也可以減少搬遷安置移民的巨大壓力，這種辦法完全的符合我國國家的國情及國家實施的可持續(xù)發(fā)展環(huán)保節(jié)能減排的大致方針政策，這樣對我們國家的經(jīng)濟方面生態(tài)環(huán)境環(huán)保方面，社會發(fā)展方面都具有良好的推進作用。

城市中的生活垃圾和建設建筑工程產(chǎn)生的建筑垃圾及各向行業(yè)所產(chǎn)生的所有廢棄材料垃圾的混合固體的統(tǒng)稱為城市垃圾。我們國家也通過有關部門統(tǒng)計的資料上可以了解到我們國家平均每年所產(chǎn)出的城市垃圾大約為16億t，全國地區(qū)累積數(shù)量大約已達到80億t。直至現(xiàn)今我們國家經(jīng)濟不斷的發(fā)展，人民生活水平也不斷提高，社會建筑工程和社會各項設施所產(chǎn)生的城市垃圾一定是會比統(tǒng)計資料多的多，還有我們國家的許多城市城市內(nèi)部是一寸地皮一寸金，所產(chǎn)生的城市垃圾全部被運送到城市邊緣的區(qū)域進行堆放，這樣占據(jù)著大量的土地資源，對自然環(huán)境產(chǎn)生影響，特別是春天風大的季節(jié)出來中間的城市空氣質(zhì)量絕對是極差的，極易引起春天的沙塵暴天氣和環(huán)境的污染，這些城市基本都是被城市垃圾所包圍著，還有就是城市垃圾的堆放所產(chǎn)生的氣味和大量細菌嚴重的影響著人類的身體健康，長期的堆放也會對當?shù)氐耐恋刭Y源和地下水資源產(chǎn)生巨大的污染，這些問題如果采用煤礦采空區(qū)進行固體廢棄物的填充就能解決這一系列有城市垃圾堆放所產(chǎn)生的各種問題。還有一種固體廢棄物就是煤礦行業(yè)自身所產(chǎn)生的固體廢物垃圾，叫做煤矸石。煤矸石是在采煤的過程當中和洗煤過程中所排放出來的固體廢物，這種物質(zhì)是在成煤過程中和煤層之間一起形成的一種含碳量的一種比煤本身還要剛硬的黑灰色的巖石。就是煤形成時所伴生的廢棄的石頭。在礦井巷道掘進的過程當中和采掘過程從頂板到底板及夾層采集的干事和洗煤的過程中都會產(chǎn)出大量的煤矸石。這種固體廢棄物占我國工業(yè)固體廢料總排放量的35%以上。我們國家大約每年的煤矸石產(chǎn)出量為1.3億t，直到現(xiàn)今我們國家現(xiàn)有的煤矸石山就大約已經(jīng)超過了

1 480座，煤矸石堆放的占地面積已達22萬公頃。

煤矸石山和大量的煤礦產(chǎn)出的煤矸石的堆放不但占用了大量的土地資源，而且煤矸石這種巖石本身所含有的硫化物和重金屬物質(zhì)會不斷的彌漫和散發(fā)到空氣當中，嚴重的影響空氣質(zhì)量和大氣質(zhì)量，對我們的農(nóng)田土地和水資源及周邊生態(tài)自然環(huán)境都有著巨大的影響的破壞。還有就是煤矸石這種物質(zhì)極易發(fā)生自然現(xiàn)象導致火災和山體塌方泥石流，淤積河流形成堰塞湖等重大的自然災害，還有在煤礦作業(yè)完成后形成大量井底采空區(qū)，在遇到大的暴雨和或者巨大的壓力的原因下很容易引起地表的塌陷，出現(xiàn)塌方事故，對原有的建筑，土地和設施造成破壞形成了人類的經(jīng)濟損失和危險。

目前我們國家由于采礦業(yè)的施工采集所造成的采空區(qū)的面積大約為80萬公頃。對地表所造成的塌陷部位的面積大約為35萬公頃。而且這些數(shù)字隨著經(jīng)濟的發(fā)展和煤礦業(yè)的采集還會與日俱增。所以本片文章就主要針對煤矸石的回填開采技術及應用做了主要的分析和研究。

2 煤矸石在煤礦采空區(qū)的填充

2.1 煤矸石填充技術的特點

煤矸石對煤礦采集區(qū)的填充其自身就具備著優(yōu)勢和特點，煤矸石對采空區(qū)的填充具備有以下幾項特點：

第一項就是煤矸石自身的優(yōu)勢，煤矸石本來就是煤礦采集時和洗煤時所伴生的一種廢物石料，這就省去了運輸煤矸石和處理煤矸石的時間和運輸費用，這就大大的減少了施工成本增加企業(yè)的效益。

第二種優(yōu)勢就是采集煤炭所伴生出的煤矸石在堆放場地當中會大大的增加當?shù)仫L沙揚塵天氣的發(fā)生，將煤矸石填充到采空區(qū)可以很好的避免環(huán)境的污染，減少當?shù)厣硥m天氣的發(fā)生。

第三項就是把煤矸石填充到煤礦采空區(qū)這樣可以有效的改善地面的塌陷和采掘施工作業(yè)時提高了工作的安全可靠性。

第四項是采用煤矸石進行采空區(qū)的填充可以有效的保護好地表智商的建筑物，而且煤矸石填充技術的施工工藝并不復雜，施工簡便易實施，安全方便的優(yōu)點。

2.2 小 結(jié)

對于煤礦采集業(yè)的發(fā)展和煤礦采集技術的要求被不斷的提高，我們就要不斷的努力在以往的工作經(jīng)驗當中，不斷的總結(jié)的研究新的煤礦采集及支護技術措施，本文所提到的固體廢棄物填充煤礦采空區(qū)的技術至今還沒有實際的應用到實際的煤礦采集業(yè)當中，這種技術手段不但可以體現(xiàn)出我們煤礦人對國家對環(huán)保事業(yè)的大力支持，也可以完全的滿足和符合我們國家對可持續(xù)發(fā)展策略和實現(xiàn)構(gòu)建新型節(jié)能環(huán)保型新型社會的要求。

3 綠色回填開采技術研究的內(nèi)容

3.1 矸石充填體的力學性能的研究分析

矸石充填體是由煤矸石里所篩選出來用作填充作用的煤矸石，是眾多的礦產(chǎn)企業(yè)所排出的一種污染廢物。煤矸石的形狀是不規(guī)則的多是菱形，橢圓和條形等。煤矸石所包含的成分比較的復雜，包括鐵，鋁，鈣，硅等氧化物及一些稀有金屬物質(zhì)，在研究中發(fā)現(xiàn)煤矸石中所含有的硅含量越大其抗壓強度也就越大，鈣和碳的含量越高，其就越容易被風化和水解。我們從它的物理性能性質(zhì)上來分析刷洗篩選之后的矸石更宜作為回填開采的填充材料。

通過對矸石充填體的力學性能進行試驗表明：

①進行矸石的回填過程當中必須要考慮其壓實度，膨脹系數(shù)，應力應變等參數(shù)對回填帶來的效果影響。

②矸石的壓實應力及應變是非線性的關系，應變隨著軸向壓力的增大而增加。

③軸向應力和矸石壓實度也是非線性的關系，壓實度隨著應力的增大而減少。

④矸石膨脹系數(shù)與軸向壓力二者也是非線性關系，膨脹系數(shù)隨軸向壓力的增大而遞減。

3.2 從充填體的破壞機理分析建立力學模型

利用矸石材料的力學、彈塑性力學理論等對充填開采的上覆巖層垮落特征及充填體與覆巖的相互作用機理進行研究，從而建立了以充填體直接頂集合體，老頂巖梁，上覆巖層”的力學模型。這種方式不僅能夠保證煤炭資源一定的采出率還可以有效地控制地表沉陷和保護地上建筑物的安全穩(wěn)定，不用再把矸石運出井外，而是把矸石直接填充到采空區(qū)，進而達到推進資源開采及環(huán)境保護相協(xié)調(diào)的目標。

現(xiàn)今的煤炭開采業(yè)基本已經(jīng)形成了比較完善的矸石回填開采的技術框架。主要的矸石回填技術有普采矸石填充技術，綜采矸石充填技術及巷采矸石填充技術等。

3.3 矸石回填技術的工藝流程

矸石回填技術中的綜采矸石填充技術，它的工藝流程是在井下的運矸設備系統(tǒng)把矸石運送到充填輸送機當中，在通過充填輸送機的漏矸口把矸石填充到采空區(qū)當中去，與此同時采煤工作面的采集作業(yè)和矸石填充需同時進行，同時并行作業(yè)。

把煤礦作業(yè)的挖掘，采集的二元開采技術系統(tǒng)升級優(yōu)化成挖掘，采集，填充同時進行的三元開采體系。普采矸石充填技術的工藝流程為在工作面的下巷中運煤，上巷運矸石，在工作面上設置運煤傳送帶和一條運送矸石的傳送帶，傳送帶隨著工作面的推進而移動，矸石傳送帶隨著填充而縮短。

巷采矸石填充技術是針對我們國家那些矸石產(chǎn)量比較大的礦井而發(fā)明的一種方法。也叫作井下矸石置換煤柱技術，其工藝流程為，工作面要分段的挖掘，達到一定范圍的填充巷兩條巷道之間設置煤柱，此時進行采集作業(yè)，待采集完畢后通過拋矸機把井下的矸石迅速的投射到填充采空區(qū)當中去，這時預留的煤柱與填充矸石就共同形成了復合柱體來一起承受上覆層的壓力。

4 城市固體廢棄物垃圾的填充

在城市當中所處理的方式大體分為三種方法方式：

第一種為擇地掩埋的處理方法，這種方法的的特點是時投資成本小，還可以進本把大部分的不同種類的所有的垃圾都可以通過這種方式來處理處置，所以我們國家現(xiàn)今普遍利用的方式就是這種方法。

第二種垃圾處理的方法是大垃圾進行集中堆放在固定的溫度自然條件之下使其發(fā)酵和微生物和發(fā)生的化學反應的微生物把垃圾中的有機物進行分解成為無機的養(yǎng)分這種方式被叫做垃圾堆肥處理。

第三種對城市垃圾的處理就是焚燒處理方式。焚燒方法故名思議就是將城市垃圾中的有機可以燃燒的那部分垃圾進行點燃燃燒處理，使其產(chǎn)生的能量熱量把其產(chǎn)生的能量利用到居民采暖和利用其發(fā)電。

5 結(jié) 語

通過對矸石自身性能及其矸石回填技術的分析和探討，我們要充分的利用這些技術來解決矸石占用土地面積污染環(huán)境，占用勞動資源及生產(chǎn)成本的問題，具有非常重要的經(jīng)濟效益和社會效益。

而我們將城市垃圾應用到煤礦采空區(qū)的的方式和應用是完全可以實現(xiàn)和實際應用的，而且這項技術完全是符合我國科學發(fā)展觀實行可持續(xù)發(fā)展的大略方針，并且對我國的經(jīng)濟發(fā)展有著重大的的意義。

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