固体废弃物采空区充填前景浅析

王刚

摘 要：文章对煤矿业采空区利用城市生活垃圾及建筑工程垃圾和煤矿业自身产生的垃圾煤矸石进行采空区添充的方法进行了先要的分析，希望能够为我们国家的煤矿开采业和实现节能减排新型节约型社会做出一点微薄之力。

关键词：固体垃圾；采空区的填充；煤矸石回填工艺；绿色环保开采

中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）29-0053-02

1 前 言

随着我国经济不断的发展和人民生活水平的普遍提高，及城市的建设和发展设施的不断积累建设，都会产生大量的生活固态垃圾废料和建筑工程垃圾，这些垃圾就是固体废弃物是一种完全可以利用在煤矿开采业当中，来填充煤矿矿井开采之后的煤矿井下空虚，正好把这些生活垃圾和建筑垃圾充分地利用起来，把它们填充到煤矿采矿作业之后形成的空的矿井采空区域当中去，这样既能对我们的矿井采空区域进行井下的填充作业，又可以减少城市中垃圾堆放所引起的自然扬尘和风化，减少城市垃圾和建设建筑垃圾对城市环境环保的影响，也可以大大减轻对城市有限的土地资源的占用，这样也可以减少搬迁安置移民的巨大压力，这种办法完全的符合我国国家的国情及国家实施的可持续发展环保节能减排的大致方针政策，这样对我们国家的经济方面生态环境环保方面，社会发展方面都具有良好的推进作用。

城市中的生活垃圾和建设建筑工程产生的建筑垃圾及各向行业所产生的所有废弃材料垃圾的混合固体的统称为城市垃圾。我们国家也通过有关部门统计的资料上可以了解到我们国家平均每年所产出的城市垃圾大约为16亿t，全国地区累积数量大约已达到80亿t。直至现今我们国家经济不断的发展，人民生活水平也不断提高，社会建筑工程和社会各项设施所产生的城市垃圾一定是会比统计资料多的多，还有我们国家的许多城市城市内部是一寸地皮一寸金，所产生的城市垃圾全部被运送到城市边缘的区域进行堆放，这样占据着大量的土地资源，对自然环境产生影响，特别是春天风大的季节出来中间的城市空气质量绝对是极差的，极易引起春天的沙尘暴天气和环境的污染，这些城市基本都是被城市垃圾所包围着，还有就是城市垃圾的堆放所产生的气味和大量细菌严重的影响着人类的身体健康，长期的堆放也会对当地的土地资源和地下水资源产生巨大的污染，这些问题如果采用煤矿采空区进行固体废弃物的填充就能解决这一系列有城市垃圾堆放所产生的各种问题。还有一种固体废弃物就是煤矿行业自身所产生的固体废物垃圾，叫做煤矸石。煤矸石是在采煤的过程当中和洗煤过程中所排放出来的固体废物，这种物质是在成煤过程中和煤层之间一起形成的一种含碳量的一种比煤本身还要刚硬的黑灰色的岩石。就是煤形成时所伴生的废弃的石头。在矿井巷道掘进的过程当中和采掘过程从顶板到底板及夹层采集的干事和洗煤的过程中都会产出大量的煤矸石。这种固体废弃物占我国工业固体废料总排放量的35%以上。我们国家大约每年的煤矸石产出量为1.3亿t，直到现今我们国家现有的煤矸石山就大约已经超过了

1 480座，煤矸石堆放的占地面积已达22万公顷。

煤矸石山和大量的煤矿产出的煤矸石的堆放不但占用了大量的土地资源，而且煤矸石这种岩石本身所含有的硫化物和重金属物质会不断的弥漫和散发到空气当中，严重的影响空气质量和大气质量，对我们的农田土地和水资源及周边生态自然环境都有着巨大的影响的破坏。还有就是煤矸石这种物质极易发生自然现象导致火灾和山体塌方泥石流，淤积河流形成堰塞湖等重大的自然灾害，还有在煤矿作业完成后形成大量井底采空区，在遇到大的暴雨和或者巨大的压力的原因下很容易引起地表的塌陷，出现塌方事故，对原有的建筑，土地和设施造成破坏形成了人类的经济损失和危险。

目前我们国家由于采矿业的施工采集所造成的采空区的面积大约为80万公顷。对地表所造成的塌陷部位的面积大约为35万公顷。而且这些数字随着经济的发展和煤矿业的采集还会与日俱增。所以本片文章就主要针对煤矸石的回填开采技术及应用做了主要的分析和研究。

2 煤矸石在煤矿采空区的填充

2.1 煤矸石填充技术的特点

煤矸石对煤矿采集区的填充其自身就具备着优势和特点，煤矸石对采空区的填充具备有以下几项特点：

第一项就是煤矸石自身的优势，煤矸石本来就是煤矿采集时和洗煤时所伴生的一种废物石料，这就省去了运输煤矸石和处理煤矸石的时间和运输费用，这就大大的减少了施工成本增加企业的效益。

第二种优势就是采集煤炭所伴生出的煤矸石在堆放场地当中会大大的增加当地风沙扬尘天气的发生，将煤矸石填充到采空区可以很好的避免环境的污染，减少当地沙尘天气的发生。

第三项就是把煤矸石填充到煤矿采空区这样可以有效的改善地面的塌陷和采掘施工作业时提高了工作的安全可靠性。

第四项是采用煤矸石进行采空区的填充可以有效的保护好地表智商的建筑物，而且煤矸石填充技术的施工工艺并不复杂，施工简便易实施，安全方便的优点。

2.2 小 结

对于煤矿采集业的发展和煤矿采集技术的要求被不断的提高，我们就要不断的努力在以往的工作经验当中，不断的总结的研究新的煤矿采集及支护技术措施，本文所提到的固体废弃物填充煤矿采空区的技术至今还没有实际的应用到实际的煤矿采集业当中，这种技术手段不但可以体现出我们煤矿人对国家对环保事业的大力支持，也可以完全的满足和符合我们国家对可持续发展策略和实现构建新型节能环保型新型社会的要求。

3 绿色回填开采技术研究的内容

3.1 矸石充填体的力学性能的研究分析

矸石充填体是由煤矸石里所筛选出来用作填充作用的煤矸石，是众多的矿产企业所排出的一种污染废物。煤矸石的形状是不规则的多是菱形，椭圆和条形等。煤矸石所包含的成分比较的复杂，包括铁，铝，钙，硅等氧化物及一些稀有金属物质，在研究中发现煤矸石中所含有的硅含量越大其抗压强度也就越大，钙和碳的含量越高，其就越容易被风化和水解。我们从它的物理性能性质上来分析刷洗筛选之后的矸石更宜作为回填开采的填充材料。

通过对矸石充填体的力学性能进行试验表明：

①进行矸石的回填过程当中必须要考虑其压实度，膨胀系数，应力应变等参数对回填带来的效果影响。

②矸石的压实应力及应变是非线性的关系，应变随着轴向压力的增大而增加。

③轴向应力和矸石压实度也是非线性的关系，压实度随着应力的增大而减少。

④矸石膨胀系数与轴向压力二者也是非线性关系，膨胀系数随轴向压力的增大而递减。

3.2 从充填体的破坏机理分析建立力学模型

利用矸石材料的力学、弹塑性力学理论等对充填开采的上覆岩层垮落特征及充填体与覆岩的相互作用机理进行研究，从而建立了以充填体直接顶集合体，老顶岩梁，上覆岩层”的力学模型。这种方式不仅能够保证煤炭资源一定的采出率还可以有效地控制地表沉陷和保护地上建筑物的安全稳定，不用再把矸石运出井外，而是把矸石直接填充到采空区，进而达到推进资源开采及环境保护相协调的目标。

现今的煤炭开采业基本已经形成了比较完善的矸石回填开采的技术框架。主要的矸石回填技术有普采矸石填充技术，综采矸石充填技术及巷采矸石填充技术等。

3.3 矸石回填技术的工艺流程

矸石回填技术中的综采矸石填充技术，它的工艺流程是在井下的运矸设备系统把矸石运送到充填输送机当中，在通过充填输送机的漏矸口把矸石填充到采空区当中去，与此同时采煤工作面的采集作业和矸石填充需同时进行，同时并行作业。

把煤矿作业的挖掘，采集的二元开采技术系统升级优化成挖掘，采集，填充同时进行的三元开采体系。普采矸石充填技术的工艺流程为在工作面的下巷中运煤，上巷运矸石，在工作面上设置运煤传送带和一条运送矸石的传送带，传送带随着工作面的推进而移动，矸石传送带随着填充而缩短。

巷采矸石填充技术是针对我们国家那些矸石产量比较大的矿井而发明的一种方法。也叫作井下矸石置换煤柱技术，其工艺流程为，工作面要分段的挖掘，达到一定范围的填充巷两条巷道之间设置煤柱，此时进行采集作业，待采集完毕后通过抛矸机把井下的矸石迅速的投射到填充采空区当中去，这时预留的煤柱与填充矸石就共同形成了复合柱体来一起承受上覆层的压力。

4 城市固体废弃物垃圾的填充

在城市当中所处理的方式大体分为三种方法方式：

第一种为择地掩埋的处理方法，这种方法的的特点是时投资成本小，还可以进本把大部分的不同种类的所有的垃圾都可以通过这种方式来处理处置，所以我们国家现今普遍利用的方式就是这种方法。

第二种垃圾处理的方法是大垃圾进行集中堆放在固定的温度自然条件之下使其发酵和微生物和发生的化学反应的微生物把垃圾中的有机物进行分解成为无机的养分这种方式被叫做垃圾堆肥处理。

第三种对城市垃圾的处理就是焚烧处理方式。焚烧方法故名思议就是将城市垃圾中的有机可以燃烧的那部分垃圾进行点燃燃烧处理，使其产生的能量热量把其产生的能量利用到居民采暖和利用其发电。

5 结 语

通过对矸石自身性能及其矸石回填技术的分析和探讨，我们要充分的利用这些技术来解决矸石占用土地面积污染环境，占用劳动资源及生产成本的问题，具有非常重要的经济效益和社会效益。

而我们将城市垃圾应用到煤矿采空区的的方式和应用是完全可以实现和实际应用的，而且这项技术完全是符合我国科学发展观实行可持续发展的大略方针，并且对我国的经济发展有着重大的的意义。

参考文献：

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