[发明专利]一种煤矸石和粉煤灰混合生态填充方法

说明书

本发明涉及环境、生态、固体废弃物处置与利用技术领域，涉及一种煤矸石和粉煤灰混合生态填充方法，矿坑底部的粉煤灰基胶凝材料形成一层内部结构密实的硬质保护壳，聚合物防水涂料在其之上形成一层柔性的保护膜，对细小裂缝起到修护，这样的双重防渗结构渗透系数小，有效阻断滤液向地下环境迁移，实现趋零渗漏。本发明提供的煤矸石和粉煤灰立体分层填充，使各层之间形成科学级配；增湿碾压时，粉煤灰中的游离Ca²⁺促进生成水化胶凝产物包覆在煤矸石表面，对煤矸石起到隔氧阻燃作用，其水化膨胀性也促进了粉煤灰与煤矸石的更加紧实结构。

技术领域

本发明涉及环境、生态、固体废弃物处置与利用技术领域，涉及一种煤矸石和粉煤灰混合生态填充方法。

背景技术

煤炭是我国重要的一次能源，其战略地位在未来几十年内仍不可替代。煤矸石是煤炭开采、加工过程中的伴随产物，生产1吨煤会产生0.1～0.2吨的煤矸石。煤矸石中的污染主要是自燃产生硫化氢等有害气体，重金属、硫、汞淋溶污染地下水和土壤等。粉煤灰是燃煤电厂以及煤矸石、煤泥资源综合利用电厂锅炉烟气经过除尘器收集后获得的细小飞灰和炉渣，通常每消耗2吨煤就会产生1吨粉煤灰。其中循环流化床粉煤灰中游离CaO和SO₃含量较高，吸水率大、自硬性导致后期膨胀，安定性较差，严重制约了粉煤灰的利用。我国煤矸石、粉煤灰等产生量巨大，累计产生200多亿吨，由于一直以来的利用水平和利用率不高，导致形成3000余座堆场，占地5万多公顷，严重危及当地居民健康和生态环境。

煤炭等矿山露天开采过程中，形成露天矿坑、沟壑，易引起地下水流失，导致岩/土体变形诱发崩塌和滑坡等地质灾害。目前，通常煤矸石、矿渣尾渣、建筑垃圾等常被直接当作填充物进行回填。但煤矸石中含有微量重金属，如Cd、Pb、Ni、Zn、Cr、Cu等，不同采矿矿渣尾渣中也有不同的重金属。随着长期雨水淋溶，其中的重金属会随着雨水迁移、累积，对地下水及周边土地造成污染。

国外有的矿坑在填充前对坑沟底部进行平整，预先铺设土工膜防止渗滤淋溶液渗漏。但土工膜成本较高，且机械强度有限，在后续回填过程中较大废渣块易将土工膜破损，造成渗漏点，另外土工膜易老化而失效，从而使污染物向地下环境扩散。因此，急需开发一种针对露天矿坑、沟壑的煤矸石和粉煤灰混合生态填充方法。

发明内容

针对目前填充技术存在的问题，本发明提出一种“双重防渗-隔氧阻燃”的煤矸石和粉煤灰混合生态填充技术，将煤基固废混合填充的安全生态处置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种煤矸石和粉煤灰混合生态填充方法，包括以下步骤：

S1、双重防渗基底层施工：将矿坑或沟壑平整，铺设粉煤灰基胶凝材料，压实；待固化后在其表面喷涂一层聚合物防水涂料，待完全固化后形成双重防渗的保护结构；

S2、立体分层填充：在S1中形成的双重防渗的保护结构上依次倾卸煤矸石和粉煤灰，立体分层间隔的煤矸石和粉煤灰间形成良好的粒级级配，所述的煤矸石为洗选后煤矸石，作骨料，粉煤灰作填料和胶凝材料，实现填充结构紧密；所述粉煤灰采用流化床粉煤灰，使用前喷水至湿度为15～30％；

S3、碾压：立体分层填充后，用压路机碾压紧实。

进一步地，步骤S1中所述粉煤灰基胶凝材料厚度5-10cm；步骤S2中所述双重防渗的保护结构上煤矸石倾卸厚度为0.4-0.6米，粉煤灰倾卸厚度为0.2-0.3米。

进一步地，所述粉煤灰基胶凝材料由粉煤灰、超细灰、水泥、水例混合制备；所述的粉煤灰：超细灰：水泥质量比为(6-8):(1-2):1，水灰比为(2-3):10。

进一步地，所述粉煤灰为煤粉炉粉煤灰或循环流化床锅炉粉煤灰；所述超细灰为经超细粉碎后的粉煤灰，粒径为5-10μm；所述水泥是普通硅酸盐或矿渣硅酸盐。

进一步地，所述聚合物防水涂料厚度2-3mm。