一种对煤矸石山的煤矸石矿堆进行资源化封存的方法

本发明属于煤矸石山生态治理及煤矸石资源化利用，具体涉及一种对煤矸石山的煤矸石矿堆进行资源化封存的方法。

背景技术：

1、煤矸石是煤炭开采和洗选加工过程中产生和排放的固体废弃物，它主要成分为含有sio2、al2o3、cao。煤矸石中碳含量低，大约为5-30％，同时还具有硬度大的特点。目前煤矸石的排放量约占原煤产量的10～20％。煤矸石中还含有大硫，其含硫量约为0.5～6％。

2、目前煤矸石的处理是以露天堆放或沿山沟排放为主，而煤矸石矿堆不仅占用大量的土地，同时还容易引发矿区生态环境问题，如煤矸石山自燃、煤矸石山体滑坡等等。

3、对煤矸石山中煤矸石矿堆进行封存并避免出现自燃、山体滑坡等问题是目前研究的热点。现有煤矸石封存履盖技术往往使用黄土等外加物对矿堆进行覆盖处理，而这些外加物会降低煤矸石的纯度或消耗了大量土地资源，对煤矸石资源化二次利用造成了处理难度。

4、例如中国专利cn108275957b公布了一种煤矸石山覆盖处置用密封材料及施工方法。该密封材料由固体废弃物、外加剂和水组成，固体废弃物由质量百分比为50％～60％的赤泥、22.5～35％的粉煤灰、2.5～7.5％的脱硫石膏及5％～10％的石灰组成，加入了大量的非煤矸石物质对煤矸石资源的二次利用不利。中国专利cn108546038b公布了一种在役矸石山覆盖组合物及其施工方法，所提出的覆盖组合物包括无机物、聚合物、合成纤维和水，也引入了大量的外来物质，且仅用于喷涂在矸石山表面，将矸石山覆盖，防止煤矸石氧化自燃，同时通过添加颜料来改善矸石山的视觉效果，同样也未能解决煤矸石山煤矸石资源化封存和对煤矸石资源二次利用问题。

5、因此直接利用煤矸石加工成封存履盖材料，不仅降低了封存成本，同时不易引入杂质，不会降低煤矸石作为资源的品质。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种对煤矸石山的煤矸石矿堆进行资源化封存的方法，该方法是使用复合粘结固化剂对煤矸石进行改性，然后再加入减水剂、保水剂制成胶凝材料，最后将煤矸石胶凝材料与煤矸石骨料进行混合，从而制成封存材料。利用该封存材料对煤矸石矿堆进行封存，从而降低了煤矸石封存的成本以及避免矿堆自燃、污染环境等问题。

2、本发明是采用以下技术手段实现的：

3、一种对煤矸石山的煤矸石矿堆进行资源化封存的方法，包括以下步骤：

4、将开采和洗选加工排放的煤矸石进行堆放，形成煤矸石山矿堆，并在矿堆表面和/或矿堆中间铺设一层封存材料；

5、所述封存材料的制备方法如下：

6、s1:煤矸石进行分级破碎和筛分，获得4.75mm以下的物料；然后再对其中0～0.6mm和0.6～1.18mm的物料进行磨矿，过300目筛，得到-300目占90％以上煤矸石细粉；

7、s2、将煤矸石细粉与复合粘结固化剂按按质量比为100:(4～8)混合混匀，制成煤矸石固化材料；

8、s3、将所述煤矸石固化材料与水按质量比为(0.68～0.78):1混合均匀，然后再分别加入占所述煤矸石固化材料质量0.1～0.4％的减水剂、0.1～0.4％的保水剂，混合均匀后得到煤矸石胶凝材料；

9、s4、将所述煤矸石胶凝材料与煤矸石骨料按质量比100:(30～45)混合均匀后得到封存材料；

10、所述复合粘结固化剂是由生石灰、硅酸钠和可溶性淀粉按质量比为(50～70):(5～10):(25～45)。

11、优选的，所述复合粘结固化剂中生石灰可替换为烧碱。

12、优选的，所述复合粘结固化剂中可溶性淀粉可替换为纤维素。

13、优选的，所述减水剂为聚羧酸类减水剂或萘磺酸盐类减水剂一种或几种。

14、优选的，所述保水剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、羟乙基纤维素醚、甲基纤维素中的至少一种。

15、优选的，所述煤矸石骨料是由以下质量百分数的煤矸石颗粒混合而成：

16、粒级0.6～1.18mm煤矸石颗粒       35～38％，

17、粒级1.18～2.36mm煤矸石颗粒      16～22％，

18、粒级2.36～4.75mm煤矸石颗粒      43～46％，

19、以上煤矸石颗粒的质量之和为100％，

20、优选的，步骤s1所述的分级破碎是将煤矸石先进行一级破碎至粒径为150mm以下，然后进行二级破碎至粒径为30mm以下，最后进行三级破碎至粒径为4.75mm以下。

21、优选的，步骤s1一级破碎选用鄂式破碎机或旋回破碎机，二级破碎选用圆锥破碎机、锤式破碎机或反击式破碎机，三级破碎选用细碎圆锥破碎机、双齿辊破碎机或冲击式破碎机。

22、优选的，步骤s1磨矿选用球磨机、棒磨机或粉磨机中进行干式磨矿，所述磨机转速为110～150rad/min，磨矿时间20～30min。

23、优选的，所述封存材料的铺设厚度为15～20cm。

24、优选的，利用本发明所述封存材料作为阻隔材料对煤矸石矿堆进行封存时，具体使用方法是每当煤矸石堆放高度为3～5米时，进行碾压密实处理，然后平铺一层封存材料，再堆放煤矸石，直到形成一定高度的煤矸石矿堆。

25、优选的，所述封存材料按《混凝土物理力学性能试验方法标准》(gb/t50081-2019)检测其该材料的28天的强度达12.6～15.4mpa，按《水工混凝土试验规程》(sl/t352—2020)方法检测，渗透系数为2.1×10-6～7.8×10-7m/s。

26、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

27、本发明是利用煤矸石为原料制成封存材料对煤矸石矿堆进行封存，该方法具有成本低的特点，同时不会引入杂质，节约土地，增加了煤矸石山的有效库容，具有较高的封存效果。

28、本发明的封存材料能够阻隔雨水对煤矸石的渗透，隔绝空气，避免了煤矸石矿堆出现自燃现象。

技术特征：

1.一种对煤矸石山的煤矸石矿堆进行资源化封存的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述对煤矸石山的煤矸石矿堆进行资源化封存的方法，其特征在于，所述复合粘结固化剂中生石灰可替换为烧碱。

3.根据权利要求1所述对煤矸石山的煤矸石矿堆进行资源化封存的方法，其特征在于，所述复合粘结固化剂中可溶性淀粉可替换为纤维素。

4.根据权利要求1所述对煤矸石山的煤矸石矿堆进行资源化封存的方法，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸类减水剂或萘磺酸盐类减水剂一种或几种。

5.根据权利要求1所述对煤矸石山的煤矸石矿堆进行资源化封存的方法，其特征在于，所述保水剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、羟乙基纤维素醚、甲基纤维素中的至少一种。

6.根据权利要求1所述对煤矸石山的煤矸石矿堆进行资源化封存的方法，其特征在于，所述煤矸石骨料是由以下质量百分数的煤矸石颗粒混合而成：

7.根据权利要求1所述对煤矸石山的煤矸石矿堆进行资源化封存的方法，其特征在于，步骤s1所述的分级破碎是将煤矸石先进行一级破碎至粒径为150mm以下，选用鄂式破碎机或旋回破碎机，然后进行二级破碎至粒径为30mm以下，选用圆锥破碎机、锤式破碎机或反击式破碎机，最后进行三级破碎至粒径为4.75mm以下，选用细碎圆锥破碎机、双齿辊破碎机或冲击式破碎机。

8.根据权利要求1所述对煤矸石山的煤矸石矿堆进行资源化封存的方法，其特征在于，步骤s1磨矿选用球磨机、棒磨机或粉磨机中进行干式磨矿，所述磨机转速为110～150rad/min，磨矿时间20～30min。

9.根据权利要求1所述对煤矸石山的煤矸石矿堆进行资源化封存的方法，其特征在于，所述封存材料的铺设厚度为15～20cm，优选的，每当煤矸石堆放高度为3～5米时，进行碾压处理，然后平铺一层封存材料，再堆放煤矸石，直到形成一定高度的煤矸石矿堆。

10.根据权利要求1所述对煤矸石山的煤矸石矿堆进行资源化封存的方法，其特征在于，所述封存材料按《混凝土物理力学性能试验方法标准》(gb/t50081-2019)检测其该材料的28天的强度达12.6～15.4mpa，按《水工混凝土试验规程》(sl/t 352—2020)方法检测，渗透系数为2.1×10-7～7.8×10-7m/s。

技术总结
本发明公开了一种对煤矸石山的煤矸石矿堆进行资源化封存的方法，涉及煤矸石山生态治理及煤矸石资源化利用领域。本发明是利用就地取材的煤矸石作为主要原料制成一种对煤矸石山的煤矸石矿堆进行封存的材料。该封存材料是将煤矸石制成细粉后，使用复合粘结固化剂对煤矸石细粉进行改性，然后再加入减水剂、保水剂制成胶凝材料，最后将煤矸石胶凝材料与煤矸石骨料进行配比混合后制备而成。本发明的封存材料能有效地阻隔雨水对煤矸石的下渗，阻隔空气传输的路径，同时还能防止煤矸石自燃以及节约土地资源，避免煤矸石山的库容浪费，真正实现环境和资环的双重保护，并且同时封存过程中不会引入杂质，达到安全生产的目的。

技术研发人员：许泽胜,陈佳蕊,李佳辉,仝江锦,王聪聪,张毅,蔺政伟
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11