专利名称：用于自燃煤矸石山防火防污染的覆盖阻燃层的制作方法
技术领域：
本发明属于环境、生态和固体废弃物处置与利用技术领域，特别涉及煤矸石山防火防污的技术方法。
背景技术：
煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，主要包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。受资源性质和经济技术条件的限制以及市场变化的影响，中国煤矸石的资源化综合利用率不到30%，煤矸石最常用的处理方法是将废弃的矸石堆放于地面，形成煤矸石山。由于煤矸石中含有硫化物，极易发生氧化自燃，进而引发煤矸石山中残留的煤燃烧。煤矸石的自燃产生严重的环境问题，包括煤矸石山自燃产生大量的S02、H2S、C0等有毒气体，在矿区这些有毒气体往往超出正常的大气有害气体标准的10倍以上，对矿区以及周边环境造成严重的污染，损害人体健康；煤矸石的氧化反应会产生大量酸性物质，如H2SO4，这些酸性物质会改变周 围土壤的酸碱平衡；煤矸石中含有大量的重金属，由于煤矸石的氧化酸化，重金属更容易受到降水淋溶游离出来，污染周围的土壤和水体。煤矸石山自燃是一种比较特殊的燃烧系统，影响其自燃的因素较多，可以通过改变煤矸石堆体的孔隙率或减小堆体表层覆盖物的渗透能力，改变煤矸石山供氧条件，达到防止煤矸石发生自燃的目的。因此，对于已经堆存至一定规模、近期煤矸石难以有效利用直至彻底消除且含有大量可燃物的煤矸石山，防止自燃最好的方法是全面覆盖封闭、阻隔空气进入煤矸石山内部。目前，中国治理自燃煤矸石山最常采用的是构建具有隔氧阻燃效果的覆盖阻燃层，以有效阻隔空气防止煤矸石山自燃。现有是采用黄土作为覆盖阻燃层，但治理效果不理想，不能有效阻止煤矸石山内部硫铁矿氧化及自燃的发生，复燃严重，且成本闻。基于此，需要研究自燃煤矸石山治理中如何构建具有隔氧阻燃效果的覆盖层，以有效阻隔空气防止煤矸石山自燃。目前自燃煤矸石山构建覆盖层需要破解的难题在于①煤矸石山复燃率高，覆盖阻燃需要大量的土源，如何选择覆盖材料节约用土量；②如何针对不同覆盖材料优选覆盖厚度，增加覆盖层中空气渗流距离从而减小空气渗流速度，保证覆盖层阻燃效果。粉煤灰是中国当前排量较大的工业废渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气，若排入水系会造成河流淤塞。
发明内容
本发明的目的是为解决上述自燃煤矸石山治理难题，提出用于自燃煤矸石山防火防污染的覆盖阻燃层，本发明可以有效地阻隔氧气进入煤矸石山，有效地防止煤矸石山发生自燃，最大限度地减少煤矸石对环境产生的影响。
本发明提出的一种用于自燃煤矸石山防火防污染的覆盖阻燃层，其特征在于，采用粉质粘土、粉土或粉煤灰之任一种材料作为覆盖阻燃层，所述粉质粘土覆盖阻燃层的厚度为l(T20cm，所述粉土覆盖阻燃层的厚度为6(T70cm，所述粉煤灰的覆盖阻燃层的厚度为IlOcm以上。本发明提出的另一种用于自燃煤矸石山防火防污染的覆盖阻燃层，其特征在于，采用粉质粘土和粉煤灰混合材料构成覆盖阻燃层，该覆盖阻燃层两种材料的体积百分比为粉质粘土为80°/Γ70%，粉煤灰为20°/Γ30%，该覆盖阻燃层的厚度为15 20cm。本发明提出的第三种用于自燃煤矸石山防火防污染的覆盖阻燃层，其特征在于，采用粉土和粉煤灰混合构成覆盖阻燃层，该覆盖阻燃层两种材料的体积百分比为粉土为60% 50%，粉煤灰40% 50%，该覆盖阻燃层的厚度为7(T80cm。本发明的特点及有益效果本发明旨在对自燃煤矸石山进行有效灭火，减少覆盖所需土源量，并防止复燃，从`而改善矿区环境，恢复矿区优良的生态环境。本发明的特点主要是对覆盖阻燃隔离层材料的选择及其厚度进行了科学研究及实验，将覆盖阻燃技术与自燃煤矸石山防火技术、防污染技术有机集成与创新，实现了考虑治理成本的既防火又防污的双重目标，有效灭除和防止煤矸石山的自燃并创造有利于绿化的立地条件，与传统的黄土覆盖绿化煤矸石山的方法比较大大节约了用土量，降低了煤矸石山治理成本，为煤矸石山治理技术领域提供了便于推广的实用方法，具有较高的经济、环境综合效益。
具体实施例方式本发明提出的用于自燃煤矸石山防火防污染的覆盖阻燃层，结合实施例详细说明如下本发明提出的一种用于自燃煤矸石山防火防污染的覆盖阻燃层，其特征在于，采用粉质粘土、粉土或粉煤灰之任一种材料作为覆盖阻燃层，所述粉质粘土覆盖阻燃层的厚度为l(T20cm，所述粉土覆盖阻燃层的厚度为6(T70cm，所述粉煤灰的覆盖阻燃层的厚度为IlOcm以上。本发明提出的另一种用于自燃煤矸石山防火防污染的覆盖阻燃层，其特征在于，采用粉质粘土和粉煤灰混合材料构成覆盖阻燃层，该覆盖阻燃层两种材料的体积百分比为粉质粘土为80°/Γ70%，粉煤灰为20°/Γ30%，该覆盖阻燃层的厚度为15 20cm。本发明提出的第三种用于自燃煤矸石山防火防污染的覆盖阻燃层，其特征在于，采用粉土和粉煤灰混合构成覆盖阻燃层，该覆盖阻燃层两种材料的体积百分比为粉土为60% 50%，粉煤灰40% 50%，该覆盖阻燃层的厚度为7(T80cm。本发明的原理是本发明根据自燃煤矸石山治理对覆盖层隔氧阻燃功能的要求，结合粉煤灰自身的性质及添加粉煤灰对空气阻隔性的影响，通过测定不同材料试样的空气渗透率，比较不同材料对空气的阻隔效果，筛选出最优覆盖材料配比。特别是碱性物质粉煤灰与粉土或粉质粘土按照一定体积比组成的复合碱性覆盖材料，可以阻隔氧气达到防火的目的，减少粉土或粉质粘土的施用量，实现了粉煤灰的废物利用，且碱性材料粉煤灰对自燃煤矸石山的氧化酸化有明显的抑制作用。为保证覆盖层的阻燃效果满足煤矸石山防自燃的治理要求，还必须保证一定的覆盖厚度，覆盖厚度的选择与覆盖材料有关。基于覆盖材料空气渗透率的测试结果，选定临界渗流速度为4. 4X 10-5m · s—1，依据达西公式，计算各种材料在高限压差IOKPa下所需的必要
厚度，具体公式如下
1> = ^ P限
β ν%η式中，L'—理论计算的覆盖层厚度，cm;
K——不同覆盖材料在一定条件下的渗透率，m2 ；μ-空气的动力粘性系数，Pa · s ;P R——假设的高限压差，取值IOKPa ；V临界-煤石干石山自燃的临界速度,取值4· 4X 10_5m · S-1。在理论推算的基础上，考虑材料渗透性能测试偏差及其它综合因素，将理论计算的覆盖厚度L'作为低限，取保证系数I. 25，即在计算结果的基础上提高百分之二十五的保证率，再结合工程实际进一步推演理想覆盖厚度。本发明的用于自燃煤矸石山防火防污染的覆盖阻燃层，可以有效地阻隔氧气进入煤矸石山，有效地防止煤矸石山发生自燃，最大限度地减少煤矸石对环境产生的影响。实施例实施例I :选择粉质粘土单一材料作为覆盖阻燃层，覆盖层厚度为l(T20cm ；实施例2 :选择粉土单一材料作为覆盖阻燃层，覆盖层厚度为6(T70cm ；实施例3 :选择粉煤灰单一材料作为覆盖阻燃层，覆盖层厚度为ll(Tl20cm ；实施例4 :选择粉质粘土和粉煤灰混合作为覆盖阻燃层，在粉质粘土 80% (体积比)中添加20%粉煤灰混合而成，覆盖层厚度为15cm ；实施例5 :选择粉质粘土和粉煤灰混合作为覆盖阻燃层，在粉质粘土 70% (体积比)中添加30%粉煤灰混合而成，覆盖层厚度为20cm ；实施例6 :选择粉土和粉煤灰混合构成覆盖阻燃层，在粉土 60% (体积比)添加40%粉煤灰混合而成，覆盖层厚度为70cm ；实施例7 :选择粉土和粉煤灰混合构成覆盖阻燃层，在粉土 50% (体积比)添加50%粉煤灰混合而成，覆盖层厚度为80cm。
权利要求
1.一种用于自燃煤矸石山防火防污染的覆盖阻燃层，其特征在于，采用粉质粘土、粉土或粉煤灰之任一种材料作为覆盖阻燃层，所述粉质粘土覆盖阻燃层的厚度为l(T20cm，所述粉土覆盖阻燃层的厚度为6(T70cm，所述粉煤灰的覆盖阻燃层的厚度为IlOcm以上。
2.一种用于自燃煤矸石山防火防污染的覆盖阻燃层，其特征在于，采用粉质粘土和粉煤灰混合材料构成覆盖阻燃层，该覆盖阻燃层两种材料的体积百分比为粉质粘土为80% 70%，粉煤灰为20% 30%，该覆盖阻燃层的厚度为15 20cm。
3.一种用于自燃煤矸石山防火防污染的覆盖阻燃层，其特征在于，采用粉土和粉煤灰混合构成覆盖阻燃层，该覆盖阻燃层两种材料的体积百分比为粉土为609Γ50%，粉煤灰40% 50%，该覆盖阻燃层的厚度为7(T80cm。
全文摘要
本发明涉及用于自燃煤矸石山防火防污染的覆盖阻燃层，属于环境、生态和固体废弃物处置与利用技术领域，本发明提出的覆盖阻燃层，采用粉质粘土、粉土或粉煤灰单一材料作为覆盖阻燃层，或采用粉质粘土和粉煤灰混合材料构成覆盖阻燃层，或采用粉土和粉煤灰混合构成覆盖阻燃层，覆盖阻燃层的厚度分别为10~20cm、60~70cm、110cm以上、15~20cm或70~80cm。本发明通过对自燃煤矸石山表面覆盖阻燃，达到防火防污染双重目标，并为煤矸石山绿化奠定基础。
文档编号C04B30/00GK102875113SQ201210348370
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年9月18日
发明者胡振琪, 高杨, 陈胜华, 张雷 申请人:中国矿业大学(北京)