在泥浆池上建矸石山的研究和应用

刘家章

(国投新集公司板集煤矿,安徽省淮南市,236744)

★节能与环保 ★

在泥浆池上建矸石山的研究和应用

刘家章

(国投新集公司板集煤矿,安徽省淮南市,236744)

介绍了国投新集公司板集煤矿为消除泥浆池对煤矿产生的安全、财产及环境的负面作用,在泥浆池上建矸石山并对其进行综合利用,变废为宝的实践。

矸石山 泥浆池 废浆 综合利用 生态恢复

AbstractThis paper introduces the practice of Banji Coal Mine in putting up a waste stone pile on the site of their mud pond and carries out comprehensive utilization of the waste materials so as to turn the waste into valuable substances.This practice is designed to eliminate the negative impacts from the mud pond on coal mine work safety,mine property and the environment. This practice promotes the rehabilitation of the eco-environment around this coal mine hence produces very good social and economic benefits.

Key wordswaste stone pile,mud pond,waste mud,comprehensive utilization,eco-environment rehabilitation

1 概述

板集煤矿地处毫州市利辛县境内,表土层厚,地质条件较为复杂。煤矿主井、副井、风井3井筒均采用钻井法施工。其主井钻井最大直径为ø9.5 m,深度660 m;副井钻井最大直径为ø10.8 m,钻井深度638 m;风井钻井最大直径为ø9.8 m,钻井深度656 m。矿井在井筒钻进、井壁下沉、壁后充填过程中产生大量废浆,废浆经地面管道全部排入矿东北方位的泥浆池内,泥浆池南北长320 m,东西宽200 m,挖入地下深度3 m,坝体高出地面5 m。泥浆池储存全部泥浆后,泥浆最大深度达到6 m,废浆总量约384000 m3。板集煤矿泥浆池是目前国内煤矿钻井施工过程中储存废泥浆最多的泥浆池之一。

2 泥浆池的负面影响

由于钻井过程中在泥浆内加入了化学物品,使泥浆在相当长的时间内不固化,且保持一定的流动性。大量的废泥浆在排入泥浆池后,浆面高度超过地面3 m,对泥浆池坝体的压力较大,容易造成溃坝事故。另外,泥浆池面积较大,堤坝周长达1000 m,人员及其他物体在泥浆池附近时,若不慎掉入泥浆池将会非常危险,容易造成生命安全事故及财产损失。废泥浆的短期固化技术到目前为止还不够成熟,且固化成本昂贵。同时板集煤矿的泥浆池占用了6.4 hm2的工广区,造成土地利用上的浪费。

通过对国内钻井法施工的矿井调研后发现,将矸石山建立在泥浆池中间的做法都不够成功,在使用过程中矸石卸载架经常会出现无规率波动,甚至突然下沉,容易造成机械和人身事故,设备维护相当困维。同时由于泥浆受矸石挤压溢出,不易控制,甚至流至厂房和工业场地,威胁到周边设施和作业人员安全。

3 在泥浆池上建矸石山对其进行综合利用

为了消除及减小废泥浆对板集矿形成的负面影响,必须采用适当可行的措施对泥浆池进行综合治理。

首先利用井下生产所产生的矸石对泥浆池四周的堤坝进行加固,防止坝体由于受到泥浆的压力而造成溃坝事故。在各通往泥浆池路口处及坝体四周等醒目位置设置安全警示牌,并加强对矸石山的安全管理。同时在堤坝四周种植植被,既能够起到加固堤坝作用,又起到美化和净化环境的作用。

通过对泥浆的适当处理,可以使其变废为宝,变害为利。具体采取以下泥浆处理措施:先期让泥浆在池内自然沉淀,随着矿井井下巷道掘进的延伸,在泥浆池上逐步建立矸石山。具体作法是:以泥浆池西侧堤坝 (南北走向)为矸石山卸矸架三翻车轨道中心线,按此位置设计安装矸石山提升及排矸系统。这样可以使矸石山中心线建立在基础坚实的地基上,避免了直接将卸矸架设于泥浆池内而造成架头基础不实、架头不稳和架头塌陷等安全隐患。矸石山随矿井的开采延续,通过调节三翻车的卡卸方向,让绝大部分矸石向池中卡卸,然后用架头高压水枪将矸石向池内冲扩,逐步向泥浆池中延伸。矸石从西向东、从南向北的不断排放堆积,逐渐挤压将泥浆置换出来。

板集煤矿矸石山的设计坡度为20°,最大垂高h为80 m,矸石向池内的堆积角按30°计算,架头北面堆积角按45°计算,向北延伸L1,向东达到L2,泥浆池被矸石置换面积为S,则:

经计算,向北延伸基本达到L1=300 m,向东达到L2=138 m,占用面积S=20631 m2。

在矸石山的延伸过程中,要及时排放泥浆池内积水、控制好泥浆的高度,防止溃堤。除了前期利用矸石将坝体加固外,同时采取疏导方法进行处理。具体做法如下。

(1)泥浆池积水问题的处理。根据泥浆池的结构和周边自然环境条件,在泥浆池东南堤坝处设置防洪排水设施。利用泥浆池堤坝高于自然地坪5 m的现有条件,穿过堤坝设置上下两层排水管路,管路采用DN500铸铁管。上层管路在池内向下设有可调节吸水龙头短管,外部出水口在地表下0.8 m,让虹吸高度保持在3 m以上,这样利用真空虹吸势能将泥浆池内的积水向外排放。两层管路在泵房内用三通汇合,用管路挡板分层控制出水管和真空系统。在泵房内设置2台抽风速率为6.6 m3/min的水环真空泵。在使用时可实现自流,做到了既经济又安全。

(2)泥浆的控制和处理。在泥浆池堤坝的东北两侧各开一道可控制的溢浆口,使泥浆池内溢出的多余泥浆可以从溢浆口处溢出,自然固化,把固化后的泥浆装车回填到矿井后期开采过程中形成的地面塌陷区,使塌陷区的土地重新得到恢复利用。

4 效益分析

(1)在泥浆池上建立矸石山,可以有效利用工广区内被泥浆池占用的6.4 hm2土地资源。

(2)把排出的固化浆体回填至塌陷区,按平均回填深度2 m计算可恢复土地19.2 hm2;也可以先把矸石回填到塌陷区下部,上部覆盖1 m厚的固化浆体,这样可以恢复塌陷区土地40 hm2。

(3)为了充分利用矸石使其发挥经济效益,同时减少矸石山的堆积量,可以利用矸石铺路、烧砖或作为制做水泥的原料。

(4)泥浆池自流排水设施省去了排水系统的机电设备安装成本及相关维护成本 (包括电费、维修费、人员维护费用和设备购置费等)。

(责任编辑 张艳华)

Putting up a waste pile on mud pond:a research and practice

Liu Jiazhang

(Banji Coal Mine,SDIC Xinji Energy Co Ltd,Huainan,Anhui province 236744,China)

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刘家章 (1975-),安徽淮南人,机电工程师,现任板集煤矿运输区副区长,从事机电运输技术工作多年。