一种煤电废弃物处理方法及系统与流程

1.本发明涉及煤电废弃物处理技术领域，尤其涉及一种煤电废弃物处理方法及系统。


背景技术：

2.煤电联营企业主要的废弃物包括煤矿开采期间产生的矸石和矿井水、以及燃煤电厂生产期间产生的粉煤灰和烟气，废弃物排放后易污染环境；同时煤炭资源开采后在井下形成较大面积的采空区，采空区易发生水火灾害和地表残余沉降，不利于矿井的安全生产。


技术实现要素：

3.本发明提供一种煤电废弃物处理方法及系统，对煤电联营企业产生的废弃物进行处理后，填充至采空区，实现了废弃物减排和资源循环利用，同时采空区被废弃物填充后，减轻了采空区水火灾害和地表残余沉降，有利于矿井的安全生产。
4.本发明提供一种煤电废弃物处理方法，包括以下步骤：
5.s1、将矸石、粉煤灰和矿井水混合配制成浆液；
6.s2、将烟气和所述浆液进行对流式耦合反应，以降低所述浆液的ph值和所述烟气中co2含量；
7.s3、将反应后的浆液输送至煤矿采空区内进行填充；
8.s4、回收所述采空区内的浆液泌水参与制浆。
9.根据本发明提供的一种煤电废弃物处理方法，步骤s1具体包括：将所述矸石破碎至粒径为10～25mm以下，破碎后的矸石与所述粉煤灰、所述矿井水按水固质量比1:1～1:3混合配制成浓度为50％～75％的浆液。
10.根据本发明提供的一种煤电废弃物处理方法，步骤s3具体包括：在所述采空区上方地面钻取多个钻孔，所述多个钻孔的第一端分别连接第一输浆管道，所述多个钻孔的第二端延伸至所述采空区内，反应后的浆液经所述第一输浆管道和所述多个钻孔输送至所述采空区内。
11.根据本发明提供的一种煤电废弃物处理方法，步骤s3具体包括：在所述采空区的隔离密闭体上钻取与所述采空区相连通的注浆孔，所述注浆孔连接有第二输浆管道，所述第二输浆管道经巷道和井筒延伸至地面，反应后的浆液经所述第二输浆管道和所述注浆孔输送至所述采空区内。
12.根据本发明提供的一种煤电废弃物处理方法，所述隔离密闭体为煤柱或墙体。
13.本发明还提供一种煤电废弃物处理系统，包括：
14.制浆装置，用于将矸石、粉煤灰和矿井水混合配制成浆液；
15.耦合反应装置，用于将烟气和所述浆液进行对流式耦合反应，以降低所述浆液的ph值和所述烟气中co2含量；
16.输送装置，用于将反应后的浆液输送至煤矿采空区内进行填充；
17.回收装置，用于回收所述采空区内的浆液泌水参与制浆。
18.根据本发明提供的一种煤电废弃物处理系统，所述制浆装置包括矸石仓、破碎机、粉煤灰仓和搅拌机，所述矸石仓经所述破碎机与所述搅拌机相连，所述粉煤灰仓与所述搅拌机相连，所述搅拌机设有矿井水入口。
19.根据本发明提供的一种煤电废弃物处理系统，所述搅拌机连接有输送泵，用于将所述浆液输送至所述耦合反应装置。
20.根据本发明提供的一种煤电废弃物处理系统，所述耦合反应装置包括反应室、曝气管和风机，所述反应室的顶部设有进浆口和排气口，所述反应室内的底部设有所述曝气管，所述曝气管上设有多个喷气口，所述风机与所述曝气管相连，用于鼓入烟气，所述反应室的底部设有出浆口。
21.根据本发明提供的一种煤电废弃物处理系统，所述耦合反应装置还包括搅拌组件，所述搅拌组件包括搅拌电机、连接杆和搅拌叶片，所述搅拌电机设置于所述反应室的顶部，所述连接杆和搅拌叶片设置于所述反应室内且位于所述曝气管的上方，所述搅拌叶片经所述连接杆与所述搅拌电机相连。
22.本发明提供的一种煤电废弃物处理方法及系统，通过将煤炭开采过程产生的矸石和矿井水、煤炭使用过程中产生的粉煤灰和烟气等废弃物，经过一系列处理和反应，送回至煤炭来源地采空区。本发明通过将地下煤炭开采利用之后产生的废弃物送回地下废弃空间，完成了从煤炭开采、利用直至废弃物处理的闭环处理，实现了固(矸石、粉煤灰)、液(矿井水、浆液泌水)、气(烟气中的co2)废弃物减排无污染和资源循环利用的效果，并且通过将废弃物填充至采空区，可以减轻采空区水火灾害和地表残余沉降，有利于矿井的安全生产。
23.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是本发明提供的煤电废弃物处理方法的流程示意图；
26.图2是本发明提供的地面钻孔输送浆液至采空区的注浆示意图；
27.图3是本发明提供的井下输送浆液至采空区的注浆示意图；
28.图4是本发明提供的采空区注浆前后对比示意图；
29.图5是本发明提供的制浆装置的结构示意图；
30.图6是本发明提供的耦合反应装置的结构示意图；
31.附图标记：
32.1：钻孔；2：第一输浆管道；3：隔离密封体；4：第二输浆管道；
33.5：巷道；6：井筒；7：矸石仓；8：破碎机；9：粉煤灰仓；
34.10：搅拌机；11：矿井水入口；12：给料机；13：输送泵；
35.14：反应室；15：曝气管；16：风机；17：进浆口；18：排气口；
36.19：喷气口；20：出浆口；21：搅拌电机；22：连接杆；
37.23：搅拌叶片。
具体实施方式
38.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
40.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
41.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
42.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
43.根据本发明的实施例，如图1所示，本发明提供的煤电废弃物处理方法，主要包括以下步骤。
44.s1、将煤炭开采过程产生的矸石和矿井水、以及煤炭经燃煤电厂使用过程中产生的粉煤灰混合配制成浆液。
45.在一个实施例中，将矸石破碎至粒径为10～25mm以下，破碎后的矸石与粉煤灰、矿井水按水固质量比1:1～1:3混合配制成浓度为50％～75％的浆液。
46.在一些实施例中，矸石破碎粒径、废弃物材料配比需根据矸石组成、采空区类型(综采采空区/房柱式采空区)及采空区裂缝孔隙大小等实际工况进行综合确定。
47.s2、将煤炭经燃煤电厂使用过程中产生的烟气和配制的浆液进行对流式耦合反
应，以降低浆液的ph值和烟气中co2含量。
48.在一个实施例中，浆液和烟气以对流的形式同时通入耦合反应装置内进行耦合反应，具体的，在此过程中，浆液中的水分别与粉煤灰中cao等碱性矿物以及烟气中的co2反应，两者反应的产物产生酸碱中和反应，经过充分反应，浆液ph值降低达到一类固废排放标准，并且烟气中大部分co2被浆液捕捉，降低了电厂碳排放。
49.s3、将反应后的浆液输送至煤矿采空区内进行填充。
50.本发明可以采用两种输送方式将反应后的浆液输送至煤矿采空区。在一个实施例中，如图2所示，在采空区上方地面钻取多个钻孔1，多个钻孔1的第一端(上端)分别连接第一输浆管道2，多个钻孔1的第二端(下端)延伸至采空区内，反应后的浆液经第一输浆管道2和多个钻孔1输送至采空区内。
51.在另一个实施例中，如图3所示，在采空区的隔离密闭体3上钻取与采空区相连通的注浆孔，注浆孔连接有第二输浆管道4，第二输浆管道4经煤矿巷道5和井筒6等结构延伸至地面，反应后的浆液经地面的第二输浆管道4和注浆孔输送至采空区内。在一些示例中，隔离密闭体3为煤柱或墙体。
52.因此，本发明可以根据不同的地形环境选择不同的浆液输送方式对采空区进行注浆填充，注浆填充前后对比效果如图4所示。
53.s4、回收采空区内的浆液泌水参与制浆。
54.由于煤层开采后形成采空区，随着顶板岩层垮落，采空区内堆积了形状和尺寸不同的破碎岩石，岩石内存在大量的裂缝和空隙，浆液在裂缝和空隙之间流动并逐步沉淀固结，浆液中大部分水分逐步汇集到采空区顶部并通过裂缝、空隙、采空区排水通道以及矿井排水管路输送至地面重新作为制浆水源，实现水资源的循环利用。
55.因此，本发明通过将煤炭开采过程产生的矸石和矿井水、煤炭使用过程中产生的粉煤灰和烟气等废弃物，经过一系列处理和反应，送回至煤炭来源地采空区，采空区内残存的裂缝和空隙作为储存废弃物的空间。本发明通过将地下煤炭开采利用之后产生的废弃物送回地下废弃空间，完成了从煤炭开采、利用直至废弃物处理的闭环处理，实现了固(矸石、粉煤灰)、液(矿井水、浆液泌水)、气(烟气中的co2)废弃物减排无污染和资源循环利用的效果，并且通过将废弃物填充至采空区，可以减轻采空区水火灾害和地表残余沉降，有利于矿井的安全生产。
56.根据本发明的实施例，本发明还提供一种煤电废弃物处理系统，包括：制浆装置、耦合反应装置、输送装置和回收装置。其中，制浆装置用于将矸石、粉煤灰和矿井水混合配制成浆液；耦合反应装置用于将烟气和浆液进行对流式耦合反应，以降低浆液的ph值和烟气中co2含量；输送装置用于将反应后的浆液输送至煤矿采空区内进行填充；回收装置用于回收采空区内的浆液泌水参与制浆。
57.在一个实施例中，如图5所示，制浆装置包括矸石仓7、破碎机8、粉煤灰仓9和搅拌机10，矸石仓7经破碎机8与搅拌机10相连，用于将矸石送入搅拌机10内，粉煤灰仓9与搅拌机10相连，用于将粉煤灰送入搅拌机10内，搅拌机10设有矿井水入口11，用于将矿井水送入搅拌机10内。在本示例中，搅拌机10为两级搅拌式搅拌机，使浆液搅拌充分均匀。
58.并且，在矸石仓7与破碎机8之间、破碎机8与搅拌机10之间以及粉煤灰仓9与搅拌机10之间分别设有给料机12，便于给料。
59.此外，搅拌机10连接有输送泵13，用于将配制的浆液泵送至耦合反应装置。
60.在一个实施例中，如图6所示，耦合反应装置包括反应室14、曝气管15和风机16，反应室14的顶部左右两侧设有进浆口17和排气口18，进浆口17用于送入浆液，排气口18用于将反应处理后的净化烟气排出，反应室14的底部设有出浆口20；反应室14内的底部设有曝气管15，曝气管15上设有多个喷气口19，喷气口19朝上设置，风机16与曝气管15相连，烟气通过风机16按设定供量和压力由底部进入反应室14，烟气在反应室14内由下向上浮动过程中与由上至下的浆液进行对流，发生耦合反应，反应后的烟气由排气口18排出，反应后的浆液经出浆口20排出输送至采空区。
61.在一个实施例中，耦合反应装置还包括搅拌组件，搅拌组件包括搅拌电机21、连接杆22和搅拌叶片23，搅拌电机21设置于反应室14的顶部，连接杆22和搅拌叶片23设置于反应室14内且位于曝气管15的上方，搅拌叶片23经连接杆22与搅拌电机21相连。本发明通过搅拌组件，使浆液与烟气充分反应，提高处理效果。
62.本发明输送装置的具体形式不做特别限制，只要可以将浆液输送至采空区即可，例如可以采用上述实施例中的两种输送方式，然后通过泵机输送。
63.本发明回收装置的具体形式不作特别限制，只要可以回收采空区内的浆液泌水即可，例如可以采用上述实施例的采空区排水通道以及矿井排水管路等，然后通过泵机进行抽取回收。
64.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。