专利名称：防止煤矸石山自燃的堆储方法
技术领域：
本发明涉及煤矸石山治理技术，具体为一种防止煤矸石山自燃的堆储方法。
背景技术：
公知，煤矸石山已成为煤矿区立地条件最严酷、堆放量最大、治理难度最
大的区域。煤矸石平均约占开采量的20%，目前我国煤矸石的综合利用率为 30%-40%左右，多数作为废弃物就近堆放，形成大小不一，占压土地，破坏景 观的煤矸石山。据统计全国现有矸石山5000多座，其中约有1/3的煤矸石山发 生程度不同的自燃。煤矸石山自燃，有机质灰化，硫份离解挥发，使得煤矸石 山的稳定性变差，在受到人为开挖、爆炸或暴雨侵蚀时，容易形成坍塌、滑坡、 泥石流等地质灾害。煤矸石自燃对矿区生态环境及景观造成严重污染和极大破 坏，同时引发诸多的其他相关社会问题和环境问题。煤矸石自燃产生的有毒气 体所导致的大气和水体污染最为严重，也影响当地居民的身体健康。所以，煤 矸石山治理是煤矿区生态环境治理与可持续发展中亟待解决的现实问题。
煤矸石目前多作为一种煤炭生产过程的废弃物处理，事实上煤矸石也是一 种不可再生的资源，只是目前的技术等原因限制了它的利用和利用方式。因此 保护好这一有限资源，既是目前环境保护的要求，也是对资源的保护和保存。 以往煤矸石排放多为自然顺坡倾倒或平地起堆，多会发生自燃。为解决自燃问 题，目前生产上普遍采用的煤矸石排放工艺是"分层排放、覆土碾压"，然后对 复垦了的土地进行植被建设。但这种堆储方式仍然存在许多严重缺陷，在煤矸 石场的临空面和边缘仍有自燃发生，仍有可能发生大面积自燃。实践证明1)在煤矸石山山体临空面所覆盖的一层黄土会因为雨水冲刷形成大小不同的冲刷 沟，导致水土流失，影响植被恢复，随着黄土的流失，所覆盖的矸石面会重新
暴露在空气中；2)为了防止煤矸石山坍塌、滑坡，引发灾难，通常在煤矸石山 中部、下部设置一个或若干个煤矸石山拦矸坝(挡土墙)。普通的拦矸坝(挡 土墙) 一般采用浆砌石的方法。由于桨砌石没有密闭的作用，透水、通风。当 坡面覆土后，拦矸坝(挡土墙)就成为了空气进入山体内的主要通道，而且由 于坡面的密闭，加强了拦矸坝(挡土墙)处空气进入的强度，强化了 "烟囱效 应"，加剧了自燃，此外，煤矸石山体与所填充沟壑的接触面有裂隙，也易引 发"烟囱效应"；3) —旦一处发生自燃，会引发多处燃烧。所以目前广泛采用 的这种堆储方式并不能达到彻底防止煤矸石山的自燃，无法根除煤矸石山自燃 隐患。
发明内容
本发明为了解决现有煤矸石山所采用的堆储方式存在山体临空面及边缘易 发生自燃，并且一处发生自燃，会引发多处燃烧的问题，提供一种防止煤矸石 山自燃的堆储方法。
本发明是采用如下技术方案实现的防止煤矸石山自燃的堆储方法，包括 以下步骤(1)对煤矸石山体各层进行横向分层覆土碾压处理，即每排放一层 矸石层就覆盖一层黄土层并碾压夯实，如此循环直到顶层；(2)在煤矸石山体 中部、下部堆砌矸石时形成的坡面临空处沿纵向方向设置单个土隔室，在煤矸 石山体上部沿纵向方向设置若干个连续的土隔室，土隔室的具体做法是在覆盖 内侧黄土层碾压夯实后，沿内侧黄土层继续排放矸石，再在这部分矸石外侧覆 盖外侧黄土层碾压夯实，即形成由内侧黄土层和外侧黄土层阻隔部分矸石层的 土隔室；(3)煤矸石山体的最外层，包括坡面临空处、坡面台阶处、煤矸石山体上部采用覆土层，覆土层由内至外分别为碾压黄土层、疏松黄土层、细小颗 粒矸石层。
本发明将整个煤矸石山体通过"横向分层碾压，纵向土室隔离"的方法， 使煤矸石山体形成大小不一的"土隔室"，每个"土隔室"的大小依据煤矸石特
性和在煤矸石山上所处的位置决定；由黄土层碾压而成的"土隔室"能起到双 层保护的作用，有效阻止煤矸石山自燃，即使"土隔室"外侧黄土层被破坏， 内侧黄土层依然能够有效阻隔空气进入。
为了避免"烟囱效应"出现，本发明在煤矸石山体中部和/或下部砌筑煤矸 石山拦矸坝，然后在煤矸石山拦矸坝下方设置底部隔离层，在煤矸石山拦矸坝 与煤矸石山体相邻的内侧设置内垫隔离层，底部隔离层、内垫隔离层与覆土层 之间进行无缝衔接，这样构成了一个完整的隔氧层，确保空气无法进入，阻断 了煤矸石山"烟囱效应"进口通道；所述的底部隔离层为灰土夯实层，煤矸石 山拦矸坝下部嵌入灰土夯实层内，在提高煤矸石拦矸坝稳定性的同时，也增强 了密封效果；内垫隔离层由石灰和黄土按3: 7比例混合夯实而成，由上述2种 材料混合所构筑的内垫隔离层，经实验验证，其密封、隔绝空气的效果较好。
上述步骤(3)中碾压黄土层厚度为0.7-1.0m、疏松黄土层厚度为0.3-0.4m、 细小颗粒矸石层厚度为0.1-0.2m。对煤矸石山体外部进行三层覆盖处理，可以 减小水和风对治理面的冲刷，减少水土流失，降低水分蒸发，为植被提供良好 的生存环境，由内至外，压实黄土层用于隔绝空气，疏松黄土层为植被根系提 供良好生长条件，细小颗粒矸石层减小水蚀、风蚀对治理面的冲刷，保持土壤 水分。上述各层覆土层厚度的选择是申请人经过长期的试验及经验总结得来的， 既能有效隔绝空气，又能为植被生长提供最佳生长条件。
位于煤矸石山体中部和下部的矸石层厚度为6-8m，相邻矸石层 间的黄土层厚度为0.2-0.3m;位于煤矸石山体上部的矸石层厚度为4-5m，相邻矸石层之 间的黄土层厚度为0.5-0.6m。这种堆储排布方式，既可保证堆储后煤矸石山体 不发生自燃，即使自燃也是个别小隔室自燃，而不会发生大面积自燃。
与现有传统的煤矸石山堆储方法相比，本发明既能有效阻止煤矸石自燃， 又能防止因雨水冲刷、大风起尘引起的水土流失，有效阻止土壤表面蒸发，增 大土壤湿度，为植被恢复提供良好生长环境。更重要的是采用横向分层覆土碾 压处理，并在煤矸石山中、下部坡面临空处及煤矸石山体顶部平面处设置土隔 室，能将煤矸石山自燃控制在局部区域，不会造成对整个山体的影响。本发明 所述的堆储方法简单易操作，能够彻底解决废弃煤矸石自燃、防止煤矸石污染 环境的问题，为煤矿区生态环境的治理与可持续发展迈出了关键的一步。
图1为煤矸石山堆储后的纵剖面示意图； 图2为煤矸石山堆储后的横剖面示意图； 图3为煤矸石山拦矸坝的结构示意图
图中l-煤矸石山体；2-矸石层；3-黄土层；4-土隔室；5-煤矸石山体中部； 6-下部；7-煤矸石山体上部；8-黄土层；9-碾压黄土层；10-疏松黄土层；11-细小颗粒石干石层；12-煤矸石山拦矸坝；13-底部隔离层；14-内垫隔离层。
具体实施例方式
防止煤矸石山自燃的堆储方法，包括以下步骤 (1)如图1所示，对煤奸石山体1各层进行横向分层覆土碾压处理，即每 排放一层矸石层2就覆盖一层黄土层3并碾压夯实，再在压实黄土层的基础上 继续排放一层矸石层，如此循环直到顶层；如图2所示，位于煤矸石山体中部 5和下部6的奸石层2厚度a为6-8m，相邻矸石层之间的压实黄土层3厚度b为0.2-0.3111;位于煤矸石山体上部7的矸石层2厚度c为4-5m，相邻矸石层之 间的压实黄土层3厚度d为0.5-0.6m;
(2) 在煤矸石山体中部5、下部6堆砌矸石时形成的坡面临空处沿纵向方 向设置单个土隔室4，在煤矸石山体上部7沿纵向方向设置若干个连续的土隔 室，如图l、 2所示，土隔室4的具体做法是在覆盖厚度e为0.5m的内侧黄土 层8碾压夯实后，然后沿内侧黄土层8继续排放厚度f为7-10m的矸石(即土 隔室的宽度为7-10m)，再在这部分矸石外侧覆盖厚度e为0.5m的外侧黄土层9 碾压夯实，即形成由内侧黄土层8和外侧黄土层8阻隔部分矸石层的土隔室； 对于坡面临空处的单个土隔室和煤矸石山体上部7边缘的土隔室来说，其外侧 黄土层即为覆土层的最内层，即碾压黄土层；
(3) 煤矸石山体l的最外层，包括坡面临空处、坡面台阶处、煤矸石山体 上部7采用覆土层，覆土层由内至外分别为碾压黄土层9，厚度g为0.7-1.0m， 疏松黄土层IO，厚度h为0.3-0.4m,细小颗粒矸石层ll，厚度1为0.1-0.2111。
(4) 如图3所示，在煤矸石山体中部5和/或下部6砌筑煤矸石山拦矸坝 12，然后在煤奸石山拦矸坝12下方设置底部隔离层13，在煤矸石山拦矸坝12 与煤矸石山体1相邻的内侧设置内垫隔离层14，底部隔离层13、内垫隔离层 14与覆土层之间进行无缝衔接。底部隔离层13为灰土夯实层，厚度为80cm， 煤矸石山拦矸坝12下部嵌入灰土夯实层30cm;内垫隔离层14由石灰和黄土按 3: 7比例混合夯实而成，厚度为100cm，该无缝衔接技术确保了不会产生新的 空气进入通道。
权利要求
1、一种防止煤矸石山自燃的堆储方法，其特征是包括以下步骤(1)对煤矸石山体(1)各层进行横向分层覆土碾压处理，即每排放一层矸石层(2)就覆盖一层黄土层(3)并碾压夯实，如此循环直到顶层；(2)在煤矸石山体中部(5)、下部(6)堆砌矸石时形成的坡面临空处沿纵向方向设置单个土隔室(4)，在煤矸石山体上部(7)沿纵向方向设置若干个连续的土隔室，土隔室(4)的具体做法是在覆盖内侧黄土层(8)碾压夯实后，然后沿内侧黄土层(8)继续排放矸石，再在这部分矸石外侧覆盖外侧黄土层(8)碾压夯实，即形成由内侧黄土层(8)和外侧黄土层(8)阻隔部分矸石层的土隔室；(3)煤矸石山体(1)的最外层，包括坡面临空处、坡面台阶处、煤矸石山体上部(7)采用覆土层，覆土层由内至外分别为碾压黄土层(9)、疏松黄土层(10)、细小颗粒矸石层(11)。
2、 根据权利要求l所述的防止煤矸石山自燃的堆储方法，其特征是在煤矸 石山体中部(5)和/或下部(6)砌筑煤矸石山拦矸坝(12)，然后在煤矸石山 拦矸坝(12)下方设置底部隔离层(13)，在煤矸石山拦矸坝(12)与煤矸石山 体(1)相邻的内侧设置内垫隔离层(14)，底部隔离层(13)、内垫隔离层(14) 与覆土层之间进行无缝衔接。
3、 根据权利要求2所述的防止煤矸石山自燃的堆储方法，其特征是底部隔 离层(13)为灰土夯实层，煤矸石山拦矸坝(12)下部嵌入灰土夯实层内；内 垫隔离层(14)由石灰和黄土按3: 7比例混合夯实而成。
4、 根据权利要求1或2所述的防止煤矸石山自燃的堆储方法，其特征是上述步骤(3)中碾压黄土层(9)厚度为0.7-1.0m、疏松黄土层(10)厚度为0.3-0.4m、 细小颗粒矸石层(11)厚度为0.1-0.2111。
5、根据权利要求1或2所述的防止煤矸石山自燃的堆储方法，其特征是位 于煤矸石山体中部(5)和下部(6)的矸石层(2)厚度为6-8m,相邻矸石层 之间的黄土层(3)厚度为0.2-0.3111;位于煤矸石山体上部(7)的矸石层(2) 厚度为4-5m,相邻矸石层之间的黄土层(3)厚度为0.5-0.6m。
全文摘要
本发明涉及煤矸石山治理技术，具体为一种防止煤矸石山自燃的堆储方法，解决现有堆储方式存在山体临空面及边缘易发生自燃，并且一处发生自燃，会引发多处燃烧的问题，包括对煤矸石山体各层进行横向分层覆土碾压处理；在煤矸石山体中下部的坡面临空处及顶层平面处沿纵向方向设置土隔室；煤矸石山体的最外层采用三层覆土层，为碾压黄土层、疏松黄土层、细小颗粒矸石层。既能有效阻止煤矸石自燃，又能防止因雨水冲刷、大风起尘引起的水土流失，为植被提供有利生长环境，而且采用横向分层覆土碾压处理方式并在山体中、下部坡面临空处及顶部平面处设置土隔室，能将人为扰动或其它因素引起的煤矸石山自燃控制在局部区域，不会造成对整个山体的影响。
文档编号E21C41/00GK101644158SQ20091007521
公开日2010年2月10日 申请日期2009年8月22日 优先权日2009年8月22日
发明者张成梁, 张翘楚, 杜永吉, 蔡菊芳 申请人:张成梁