一种废弃煤矿竖井回填结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种废弃煤矿竖井回填技术。
【背景技术】
[0002]改革开放30年来，我国国民经济得到迅猛发展，大量矿产资源被开发出来用于经济发展支撑，由此许多资源型城市应运而生。但随着资源的枯竭，此类地区面临矿区地质环境破坏等负面问题。
[0003]对于煤矿开采区，上述问题尤为突出。煤矿开采活动引发的矿山地质环境负面效应，造成了一系列的矿山环境问题，主要表现在以下几方面:采煤和选煤过程中排放的煤矸石等矿山固体废弃物的堆放(矸石堆、矸石山)不仅占用大量土地资源，同时也可能引发崩塌、滑坡等地质灾害，严重地污染了周边环境；为采矿活动服务的井巷工程如废弃矿井已成为疏干第四系含水层的通道，并协同地下采煤活动和采动岩移改变了地下水及地表水的存储及循环状态；废弃矿井直裸地表，威胁矿区居民生命、财产安全，已成为不可忽视的危险源。
[0004]传统的灌砂充填法处理废弃矿井会出现因固结沉陷或者水流冲刷作用而形成的沉陷坑及“空蚀”矿井，成为次生危险源。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种有效的废弃煤矿竖井回填技术，用以解决传统方法的不足。本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]为保障矿井封填材料的填封质量，使填封材料与井壁周围土层有效结合，消除裸露废弃竖井的安全隐患，采用煤矸石、粘土和混凝土等填封材料沿竖井轴向分区段实施填封，充分利用各种填封材料的特性，搭配组合填封治理，可有效保障竖井的封填质量。具体结构为:
[0007]—种废弃煤矿竖井回填结构，其特征在于:包括植土层、粘土层、第二层煤矸石层、混凝土层、第一层煤矸石层；所述植土层、粘土层、第二层煤矸石层、混凝土层、第一层煤矸石层自上而下依次排列；
[0008]所述第二层煤矸石层距离井口 2.5-4m ；
[0009]所述粘土层厚度为2-3m ；
[0010]回填的煤矸石层按1.0m3虚方量注入水105kg时，固结沉积速度最快，同时具备一定的强度(0.1MPa)且强度达到最大值，此层煤矸石回填至基岩与第四纪交界处停止回填，注水饱和，沉淀固结8-16h。
[0011]为阻止有毒有害气体外泄、第四系潜水下渗及煤矸石淋滤浸染深层地下水、防止井口发生二次塌陷，在上述煤矸石固结完毕形成的煤矸石层基础上需浇筑一层厚度2-4m，强度为C15的混凝土层。
[0012]待上述混凝土层自然养护达到14d后，进行第二层煤矸石及水同步填封，填封时的技术要点同第一层煤矸石。此层煤矸石填封至距离井口 2.5-4.0m时，停止煤矸石填封，注水饱和待时8-16h使得煤矸石层固结并具有一定的强度。
[0013]在上述第二层煤矸石固结层基础上，回填厚度为2-3m的粘土层，以起到涵养水分恢复生态环境并有阻水作用。填封的粘土采用塑性指数大于10的粉质粘土即可。
[0014]本实用新型的优点是:适用于采煤矿区煤矸石和废弃矿井同时并存的情况，变废为宝，用煤矸石作为主要填封废弃矿井的材料，混凝土作为填堵密封材料，粘土作为恢复生态环境介质材料，在废弃矿井能得到妥善处理的同时，煤矸石引发的相关问题也得到有效解决。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型剖面示意图。
[0016]图中:1_植土层；2_粘土层；3_第二层煤矸石层；4_混凝土层；5_第一层煤矸石层；6_含烁粘性土层。
【具体实施方式】
[0017]为进一步描述本实用新型，下面结合附图和实例作进一步详细描述。
[0018]如图1所示的一种废弃煤矿竖井回填结构，包括植土层1、粘土层2、第二层煤矸石层3、混凝土层4、第一层煤矸石层5 ;所述植土层1、粘土层2、第二层煤矸石层3、混凝土层
4、第一层煤矸石层5自上而下依次排列；
[0019]所述第二层煤矸石层3距离井口 2.5-4m ；
[0020]所述粘土层2厚度为2_3m ;
[0021]混凝土层4厚度为2_4m ;
[0022]室内试验结果表明，回填的煤矸石按1.0m3虚方量注入水105kg时，固结沉积速度最快，同时具备一定的强度(0.1MPa)且强度达到最大值，因此废弃矿井填封时按此比例进行治理施工。
[0023]煤矸石封填的难点在于如何控制煤矸石和水的投入比例。对于没有积水的矿井，施工前先计算煤矸石的需求量并确定其来源地及含水率，由此计算出总注水量。对于有积水的矿井，测算出矿井的积水总量及煤矸石填封量，并遵从煤矸石和水的比例，计算得出最终的注水量。
[0024]采用运输卡车和铲运机械进行煤矸石的填封，转载机每机械铲的煤矸石装载量为
1.2m3,采用水罐车(容量15m3，每分钟的放水量为0.3m3)进行注水，填封时边投注煤矸石边向井内注水，每铲煤矸石配水量为125kg(水罐车放水时间为25s)。
[0025]第一层煤矸石层5回填至基岩与第四纪交界处停止回填，注水饱和，沉淀固结
8-16h0
[0026]为阻止有毒有害气体外泄、第四系潜水下渗及煤矸石淋滤浸染深层地下水、防止井口发生二次塌陷，在第一层煤矸石层5固结完毕基础上需浇筑一层厚度2-4m，强度为C15的混凝土层4。废弃矿井属于竖向结构，为保证混凝土不因自由倾落高度过高而发生离析现象，在浇筑混凝土时需借助串管和大漏斗进行浇筑，同时在浇筑混凝土前，应先在底部填以50-100mm厚与混凝土内砂浆成分相同的水泥砂浆，为保障混凝土能够顺利下放，混凝土的塌落度控制在8-12cm范围内。混凝土层4连续浇筑一次成型，浇筑完毕后采用自然养护的方法，并做好井口防护以保障安全和防止杂物和地表水流入井内，影响混凝土强度。
[0027]第二层煤矸石3及水同步填封。待上述混凝土层自然养护达到14d后，进行第二层煤矸石3及水同步填封，填封时的技术要点同第一层煤矸石层。此层煤矸石填封至距离井口 2.5-4.0m时，停止煤矸石填封，注水饱和待时8-16h使得煤矸石层3固结并具有一定的强度。
[0028]第二层煤矸石固结层3基础上，回填厚度为2-3m的粘土层2，以起到涵养水分恢复生态环境并有阻水作用。填封的粘土采用塑性指数大于10的粉质粘土即可。
【主权项】
1.一种废弃煤矿竖井回填结构，其特征在于:包括植土层、粘土层、第二层煤矸石层、混凝土层、第一层煤矸石层；所述植土层、粘土层、第二层煤矸石层、混凝土层、第一层煤矸石层自上而下依次排列。2.根据权利要求1所述的废弃煤矿竖井回填结构，其特征在于:所述第二层煤矸石层距离井口 2.5-4m。3.根据权利要求1所述的废弃煤矿竖井回填结构，其特征在于:所述粘土层厚度为2_3π?ο4.根据权利要求1所述的废弃煤矿竖井回填结构，其特征在于:混凝土层4厚度为2—4π?ο
【专利摘要】本实用新型公开一种废弃煤矿竖井回填结构，包括植土层、粘土层、第二层煤矸石层、混凝土层、第一层煤矸石层；所述植土层、粘土层、第二层煤矸石层、混凝土层、第一层煤矸石层自上而下依次排列。本实用新型的优点是：适用于采煤矿区煤矸石和废弃矿井同时并存的情况，变废为宝，用煤矸石作为主要填封废弃矿井的材料，混凝土作为填堵密封材料，粘土作为恢复生态环境介质材料，在废弃矿井能得到妥善处理的同时，煤矸石引发的相关问题也得到有效解决。
【IPC分类】E21D8/00, E21F17/00
【公开号】CN204783111
【申请号】CN201520443577
【发明人】吴野, 姚文生, 尹亮亮
【申请人】辽宁有色基础工程公司
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年6月24日