專利名稱：防止煤矸石山自燃的堆儲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤矸石山治理技術(shù)，具體為一種防止煤矸石山自燃的堆儲方法。
背景技術(shù)：
公知，煤矸石山已成為煤礦區(qū)立地條件最嚴(yán)酷、堆放量最大、治理難度最
大的區(qū)域。煤矸石平均約占開采量的20%，目前我國煤矸石的綜合利用率為 30%-40%左右，多數(shù)作為廢棄物就近堆放，形成大小不一，占壓土地，破壞景 觀的煤矸石山。據(jù)統(tǒng)計全國現(xiàn)有矸石山5000多座，其中約有1/3的煤矸石山發(fā) 生程度不同的自燃。煤矸石山自燃，有機質(zhì)灰化，硫份離解揮發(fā)，使得煤矸石 山的穩(wěn)定性變差，在受到人為開挖、爆炸或暴雨侵蝕時，容易形成坍塌、滑坡、 泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。煤矸石自燃對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境及景觀造成嚴(yán)重污染和極大破 壞，同時引發(fā)諸多的其他相關(guān)社會問題和環(huán)境問題。煤矸石自燃產(chǎn)生的有毒氣 體所導(dǎo)致的大氣和水體污染最為嚴(yán)重，也影響當(dāng)?shù)鼐用竦纳眢w健康。所以，煤 矸石山治理是煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理與可持續(xù)發(fā)展中亟待解決的現(xiàn)實問題。
煤矸石目前多作為一種煤炭生產(chǎn)過程的廢棄物處理，事實上煤矸石也是一 種不可再生的資源，只是目前的技術(shù)等原因限制了它的利用和利用方式。因此 保護好這一有限資源，既是目前環(huán)境保護的要求，也是對資源的保護和保存。 以往煤矸石排放多為自然順坡傾倒或平地起堆，多會發(fā)生自燃。為解決自燃問 題，目前生產(chǎn)上普遍采用的煤矸石排放工藝是"分層排放、覆土碾壓"，然后對 復(fù)墾了的土地進行植被建設(shè)。但這種堆儲方式仍然存在許多嚴(yán)重缺陷，在煤矸 石場的臨空面和邊緣仍有自燃發(fā)生，仍有可能發(fā)生大面積自燃。實踐證明1)在煤矸石山山體臨空面所覆蓋的一層黃土?xí)驗橛晁疀_刷形成大小不同的沖刷 溝，導(dǎo)致水土流失，影響植被恢復(fù)，隨著黃土的流失，所覆蓋的矸石面會重新
暴露在空氣中；2)為了防止煤矸石山坍塌、滑坡，引發(fā)災(zāi)難，通常在煤矸石山 中部、下部設(shè)置一個或若干個煤矸石山攔矸壩(擋土墻)。普通的攔矸壩(擋 土墻) 一般采用漿砌石的方法。由于槳砌石沒有密閉的作用，透水、通風(fēng)。當(dāng) 坡面覆土后，攔矸壩(擋土墻)就成為了空氣進入山體內(nèi)的主要通道，而且由 于坡面的密閉，加強了攔矸壩(擋土墻)處空氣進入的強度，強化了 "煙囪效 應(yīng)"，加劇了自燃，此外，煤矸石山體與所填充溝壑的接觸面有裂隙，也易引 發(fā)"煙囪效應(yīng)"；3) —旦一處發(fā)生自燃，會引發(fā)多處燃燒。所以目前廣泛采用 的這種堆儲方式并不能達到徹底防止煤矸石山的自燃，無法根除煤矸石山自燃 隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有煤矸石山所采用的堆儲方式存在山體臨空面及邊緣易 發(fā)生自燃，并且一處發(fā)生自燃，會引發(fā)多處燃燒的問題，提供一種防止煤矸石 山自燃的堆儲方法。
本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的防止煤矸石山自燃的堆儲方法，包括 以下步驟(1)對煤矸石山體各層進行橫向分層覆土碾壓處理，即每排放一層 矸石層就覆蓋一層黃土層并碾壓夯實，如此循環(huán)直到頂層；(2)在煤矸石山體 中部、下部堆砌矸石時形成的坡面臨空處沿縱向方向設(shè)置單個土隔室，在煤矸 石山體上部沿縱向方向設(shè)置若干個連續(xù)的土隔室，土隔室的具體做法是在覆蓋 內(nèi)側(cè)黃土層碾壓夯實后，沿內(nèi)側(cè)黃土層繼續(xù)排放矸石，再在這部分矸石外側(cè)覆 蓋外側(cè)黃土層碾壓夯實，即形成由內(nèi)側(cè)黃土層和外側(cè)黃土層阻隔部分矸石層的 土隔室；(3)煤矸石山體的最外層，包括坡面臨空處、坡面臺階處、煤矸石山體上部采用覆土層，覆土層由內(nèi)至外分別為碾壓黃土層、疏松黃土層、細小顆 粒矸石層。
本發(fā)明將整個煤矸石山體通過"橫向分層碾壓，縱向土室隔離"的方法， 使煤矸石山體形成大小不一的"土隔室"，每個"土隔室"的大小依據(jù)煤矸石特
性和在煤矸石山上所處的位置決定；由黃土層碾壓而成的"土隔室"能起到雙 層保護的作用，有效阻止煤矸石山自燃，即使"土隔室"外側(cè)黃土層被破壞， 內(nèi)側(cè)黃土層依然能夠有效阻隔空氣進入。
為了避免"煙囪效應(yīng)"出現(xiàn)，本發(fā)明在煤矸石山體中部和/或下部砌筑煤矸 石山攔矸壩，然后在煤矸石山攔矸壩下方設(shè)置底部隔離層，在煤矸石山攔矸壩 與煤矸石山體相鄰的內(nèi)側(cè)設(shè)置內(nèi)墊隔離層，底部隔離層、內(nèi)墊隔離層與覆土層 之間進行無縫銜接，這樣構(gòu)成了一個完整的隔氧層，確保空氣無法進入，阻斷 了煤矸石山"煙囪效應(yīng)"進口通道；所述的底部隔離層為灰土夯實層，煤矸石 山攔矸壩下部嵌入灰土夯實層內(nèi)，在提高煤矸石攔矸壩穩(wěn)定性的同時，也增強 了密封效果；內(nèi)墊隔離層由石灰和黃土按3: 7比例混合夯實而成，由上述2種 材料混合所構(gòu)筑的內(nèi)墊隔離層，經(jīng)實驗驗證，其密封、隔絕空氣的效果較好。
上述步驟(3)中碾壓黃土層厚度為0.7-1.0m、疏松黃土層厚度為0.3-0.4m、 細小顆粒矸石層厚度為0.1-0.2m。對煤矸石山體外部進行三層覆蓋處理，可以 減小水和風(fēng)對治理面的沖刷，減少水土流失，降低水分蒸發(fā)，為植被提供良好 的生存環(huán)境，由內(nèi)至外，壓實黃土層用于隔絕空氣，疏松黃土層為植被根系提 供良好生長條件，細小顆粒矸石層減小水蝕、風(fēng)蝕對治理面的沖刷，保持土壤 水分。上述各層覆土層厚度的選擇是申請人經(jīng)過長期的試驗及經(jīng)驗總結(jié)得來的， 既能有效隔絕空氣，又能為植被生長提供最佳生長條件。
位于煤矸石山體中部和下部的矸石層厚度為6-8m，相鄰矸石層 間的黃土層厚度為0.2-0.3m;位于煤矸石山體上部的矸石層厚度為4-5m，相鄰矸石層之 間的黃土層厚度為0.5-0.6m。這種堆儲排布方式，既可保證堆儲后煤矸石山體 不發(fā)生自燃，即使自燃也是個別小隔室自燃，而不會發(fā)生大面積自燃。
與現(xiàn)有傳統(tǒng)的煤矸石山堆儲方法相比，本發(fā)明既能有效阻止煤矸石自燃， 又能防止因雨水沖刷、大風(fēng)起塵引起的水土流失，有效阻止土壤表面蒸發(fā)，增 大土壤濕度，為植被恢復(fù)提供良好生長環(huán)境。更重要的是采用橫向分層覆土碾 壓處理，并在煤矸石山中、下部坡面臨空處及煤矸石山體頂部平面處設(shè)置土隔 室，能將煤矸石山自燃控制在局部區(qū)域，不會造成對整個山體的影響。本發(fā)明 所述的堆儲方法簡單易操作，能夠徹底解決廢棄煤矸石自燃、防止煤矸石污染 環(huán)境的問題，為煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的治理與可持續(xù)發(fā)展邁出了關(guān)鍵的一步。


圖1為煤矸石山堆儲后的縱剖面示意圖； 圖2為煤矸石山堆儲后的橫剖面示意圖； 圖3為煤矸石山攔矸壩的結(jié)構(gòu)示意圖
圖中l(wèi)-煤矸石山體；2-矸石層；3-黃土層；4-土隔室；5-煤矸石山體中部； 6-下部；7-煤矸石山體上部；8-黃土層；9-碾壓黃土層；10-疏松黃土層；11-細小顆粒石干石層；12-煤矸石山攔矸壩；13-底部隔離層；14-內(nèi)墊隔離層。
具體實施例方式
防止煤矸石山自燃的堆儲方法，包括以下步驟 (1)如圖1所示，對煤奸石山體1各層進行橫向分層覆土碾壓處理，即每 排放一層矸石層2就覆蓋一層黃土層3并碾壓夯實，再在壓實黃土層的基礎(chǔ)上 繼續(xù)排放一層矸石層，如此循環(huán)直到頂層；如圖2所示，位于煤矸石山體中部 5和下部6的奸石層2厚度a為6-8m，相鄰矸石層之間的壓實黃土層3厚度b為0.2-0.3111;位于煤矸石山體上部7的矸石層2厚度c為4-5m，相鄰矸石層之 間的壓實黃土層3厚度d為0.5-0.6m;
(2) 在煤矸石山體中部5、下部6堆砌矸石時形成的坡面臨空處沿縱向方 向設(shè)置單個土隔室4，在煤矸石山體上部7沿縱向方向設(shè)置若干個連續(xù)的土隔 室，如圖l、 2所示，土隔室4的具體做法是在覆蓋厚度e為0.5m的內(nèi)側(cè)黃土 層8碾壓夯實后，然后沿內(nèi)側(cè)黃土層8繼續(xù)排放厚度f為7-10m的矸石(即土 隔室的寬度為7-10m)，再在這部分矸石外側(cè)覆蓋厚度e為0.5m的外側(cè)黃土層9 碾壓夯實，即形成由內(nèi)側(cè)黃土層8和外側(cè)黃土層8阻隔部分矸石層的土隔室； 對于坡面臨空處的單個土隔室和煤矸石山體上部7邊緣的土隔室來說，其外側(cè) 黃土層即為覆土層的最內(nèi)層，即碾壓黃土層；
(3) 煤矸石山體l的最外層，包括坡面臨空處、坡面臺階處、煤矸石山體 上部7采用覆土層，覆土層由內(nèi)至外分別為碾壓黃土層9，厚度g為0.7-1.0m， 疏松黃土層IO，厚度h為0.3-0.4m,細小顆粒矸石層ll，厚度1為0.1-0.2111。
(4) 如圖3所示，在煤矸石山體中部5和/或下部6砌筑煤矸石山攔矸壩 12，然后在煤奸石山攔矸壩12下方設(shè)置底部隔離層13，在煤矸石山攔矸壩12 與煤矸石山體1相鄰的內(nèi)側(cè)設(shè)置內(nèi)墊隔離層14，底部隔離層13、內(nèi)墊隔離層 14與覆土層之間進行無縫銜接。底部隔離層13為灰土夯實層，厚度為80cm， 煤矸石山攔矸壩12下部嵌入灰土夯實層30cm;內(nèi)墊隔離層14由石灰和黃土按 3: 7比例混合夯實而成，厚度為100cm，該無縫銜接技術(shù)確保了不會產(chǎn)生新的 空氣進入通道。
權(quán)利要求
1、一種防止煤矸石山自燃的堆儲方法，其特征是包括以下步驟(1)對煤矸石山體(1)各層進行橫向分層覆土碾壓處理，即每排放一層矸石層(2)就覆蓋一層黃土層(3)并碾壓夯實，如此循環(huán)直到頂層；(2)在煤矸石山體中部(5)、下部(6)堆砌矸石時形成的坡面臨空處沿縱向方向設(shè)置單個土隔室(4)，在煤矸石山體上部(7)沿縱向方向設(shè)置若干個連續(xù)的土隔室，土隔室(4)的具體做法是在覆蓋內(nèi)側(cè)黃土層(8)碾壓夯實后，然后沿內(nèi)側(cè)黃土層(8)繼續(xù)排放矸石，再在這部分矸石外側(cè)覆蓋外側(cè)黃土層(8)碾壓夯實，即形成由內(nèi)側(cè)黃土層(8)和外側(cè)黃土層(8)阻隔部分矸石層的土隔室；(3)煤矸石山體(1)的最外層，包括坡面臨空處、坡面臺階處、煤矸石山體上部(7)采用覆土層，覆土層由內(nèi)至外分別為碾壓黃土層(9)、疏松黃土層(10)、細小顆粒矸石層(11)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的防止煤矸石山自燃的堆儲方法，其特征是在煤矸 石山體中部(5)和/或下部(6)砌筑煤矸石山攔矸壩(12)，然后在煤矸石山 攔矸壩(12)下方設(shè)置底部隔離層(13)，在煤矸石山攔矸壩(12)與煤矸石山 體(1)相鄰的內(nèi)側(cè)設(shè)置內(nèi)墊隔離層(14)，底部隔離層(13)、內(nèi)墊隔離層(14) 與覆土層之間進行無縫銜接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的防止煤矸石山自燃的堆儲方法，其特征是底部隔 離層(13)為灰土夯實層，煤矸石山攔矸壩(12)下部嵌入灰土夯實層內(nèi)；內(nèi) 墊隔離層(14)由石灰和黃土按3: 7比例混合夯實而成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的防止煤矸石山自燃的堆儲方法，其特征是上述步驟(3)中碾壓黃土層(9)厚度為0.7-1.0m、疏松黃土層(10)厚度為0.3-0.4m、 細小顆粒矸石層(11)厚度為0.1-0.2111。
5、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的防止煤矸石山自燃的堆儲方法，其特征是位 于煤矸石山體中部(5)和下部(6)的矸石層(2)厚度為6-8m,相鄰矸石層 之間的黃土層(3)厚度為0.2-0.3111;位于煤矸石山體上部(7)的矸石層(2) 厚度為4-5m,相鄰矸石層之間的黃土層(3)厚度為0.5-0.6m。
全文摘要
本發(fā)明涉及煤矸石山治理技術(shù)，具體為一種防止煤矸石山自燃的堆儲方法，解決現(xiàn)有堆儲方式存在山體臨空面及邊緣易發(fā)生自燃，并且一處發(fā)生自燃，會引發(fā)多處燃燒的問題，包括對煤矸石山體各層進行橫向分層覆土碾壓處理；在煤矸石山體中下部的坡面臨空處及頂層平面處沿縱向方向設(shè)置土隔室；煤矸石山體的最外層采用三層覆土層，為碾壓黃土層、疏松黃土層、細小顆粒矸石層。既能有效阻止煤矸石自燃，又能防止因雨水沖刷、大風(fēng)起塵引起的水土流失，為植被提供有利生長環(huán)境，而且采用橫向分層覆土碾壓處理方式并在山體中、下部坡面臨空處及頂部平面處設(shè)置土隔室，能將人為擾動或其它因素引起的煤矸石山自燃控制在局部區(qū)域，不會造成對整個山體的影響。
文檔編號E21C41/00GK101644158SQ20091007521
公開日2010年2月10日 申請日期2009年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月22日
發(fā)明者張成梁, 張翹楚, 杜永吉, 蔡菊芳 申請人:張成梁