在泥漿池上建矸石山的研究和應用

劉家章

(國投新集公司板集煤礦,安徽省淮南市,236744)

★節能與環保 ★

在泥漿池上建矸石山的研究和應用

劉家章

(國投新集公司板集煤礦,安徽省淮南市,236744)

介紹了國投新集公司板集煤礦為消除泥漿池對煤礦產生的安全、財產及環境的負面作用,在泥漿池上建矸石山并對其進行綜合利用,變廢為寶的實踐。

矸石山 泥漿池 廢漿 綜合利用 生態恢復

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

板集煤礦地處毫州市利辛縣境內,表土層厚,地質條件較為復雜。煤礦主井、副井、風井3井筒均采用鉆井法施工。其主井鉆井最大直徑為?9.5 m,深度660 m;副井鉆井最大直徑為?10.8 m,鉆井深度638 m;風井鉆井最大直徑為?9.8 m,鉆井深度656 m。礦井在井筒鉆進、井壁下沉、壁后充填過程中產生大量廢漿,廢漿經地面管道全部排入礦東北方位的泥漿池內,泥漿池南北長320 m,東西寬200 m,挖入地下深度3 m,壩體高出地面5 m。泥漿池儲存全部泥漿后,泥漿最大深度達到6 m,廢漿總量約384000 m3。板集煤礦泥漿池是目前國內煤礦鉆井施工過程中儲存廢泥漿最多的泥漿池之一。

2 泥漿池的負面影響

由于鉆井過程中在泥漿內加入了化學物品,使泥漿在相當長的時間內不固化,且保持一定的流動性。大量的廢泥漿在排入泥漿池后,漿面高度超過地面3 m,對泥漿池壩體的壓力較大,容易造成潰壩事故。另外,泥漿池面積較大,堤壩周長達1000 m,人員及其他物體在泥漿池附近時,若不慎掉入泥漿池將會非常危險,容易造成生命安全事故及財產損失。廢泥漿的短期固化技術到目前為止還不夠成熟,且固化成本昂貴。同時板集煤礦的泥漿池占用了6.4 hm2的工廣區,造成土地利用上的浪費。

通過對國內鉆井法施工的礦井調研后發現,將矸石山建立在泥漿池中間的做法都不夠成功,在使用過程中矸石卸載架經常會出現無規率波動,甚至突然下沉,容易造成機械和人身事故,設備維護相當困維。同時由于泥漿受矸石擠壓溢出,不易控制,甚至流至廠房和工業場地,威脅到周邊設施和作業人員安全。

3 在泥漿池上建矸石山對其進行綜合利用

為了消除及減小廢泥漿對板集礦形成的負面影響,必須采用適當可行的措施對泥漿池進行綜合治理。

首先利用井下生產所產生的矸石對泥漿池四周的堤壩進行加固,防止壩體由于受到泥漿的壓力而造成潰壩事故。在各通往泥漿池路口處及壩體四周等醒目位置設置安全警示牌,并加強對矸石山的安全管理。同時在堤壩四周種植植被,既能夠起到加固堤壩作用,又起到美化和凈化環境的作用。

通過對泥漿的適當處理,可以使其變廢為寶,變害為利。具體采取以下泥漿處理措施:先期讓泥漿在池內自然沉淀,隨著礦井井下巷道掘進的延伸,在泥漿池上逐步建立矸石山。具體作法是:以泥漿池西側堤壩 (南北走向)為矸石山卸矸架三翻車軌道中心線,按此位置設計安裝矸石山提升及排矸系統。這樣可以使矸石山中心線建立在基礎堅實的地基上,避免了直接將卸矸架設于泥漿池內而造成架頭基礎不實、架頭不穩和架頭塌陷等安全隱患。矸石山隨礦井的開采延續,通過調節三翻車的卡卸方向,讓絕大部分矸石向池中卡卸,然后用架頭高壓水槍將矸石向池內沖擴,逐步向泥漿池中延伸。矸石從西向東、從南向北的不斷排放堆積,逐漸擠壓將泥漿置換出來。

板集煤礦矸石山的設計坡度為20°,最大垂高h為80 m,矸石向池內的堆積角按30°計算,架頭北面堆積角按45°計算,向北延伸L1,向東達到L2,泥漿池被矸石置換面積為S,則:

經計算,向北延伸基本達到L1=300 m,向東達到L2=138 m,占用面積S=20631 m2。

在矸石山的延伸過程中,要及時排放泥漿池內積水、控制好泥漿的高度,防止潰堤。除了前期利用矸石將壩體加固外,同時采取疏導方法進行處理。具體做法如下。

(1)泥漿池積水問題的處理。根據泥漿池的結構和周邊自然環境條件,在泥漿池東南堤壩處設置防洪排水設施。利用泥漿池堤壩高于自然地坪5 m的現有條件,穿過堤壩設置上下兩層排水管路,管路采用DN500鑄鐵管。上層管路在池內向下設有可調節吸水龍頭短管,外部出水口在地表下0.8 m,讓虹吸高度保持在3 m以上,這樣利用真空虹吸勢能將泥漿池內的積水向外排放。兩層管路在泵房內用三通匯合,用管路擋板分層控制出水管和真空系統。在泵房內設置2臺抽風速率為6.6 m3/min的水環真空泵。在使用時可實現自流,做到了既經濟又安全。

(2)泥漿的控制和處理。在泥漿池堤壩的東北兩側各開一道可控制的溢漿口,使泥漿池內溢出的多余泥漿可以從溢漿口處溢出,自然固化,把固化后的泥漿裝車回填到礦井后期開采過程中形成的地面塌陷區,使塌陷區的土地重新得到恢復利用。

4 效益分析

(1)在泥漿池上建立矸石山,可以有效利用工廣區內被泥漿池占用的6.4 hm2土地資源。

(2)把排出的固化漿體回填至塌陷區,按平均回填深度2 m計算可恢復土地19.2 hm2;也可以先把矸石回填到塌陷區下部,上部覆蓋1 m厚的固化漿體,這樣可以恢復塌陷區土地40 hm2。

(3)為了充分利用矸石使其發揮經濟效益,同時減少矸石山的堆積量,可以利用矸石鋪路、燒磚或作為制做水泥的原料。

(4)泥漿池自流排水設施省去了排水系統的機電設備安裝成本及相關維護成本 (包括電費、維修費、人員維護費用和設備購置費等)。

(責任編輯 張艷華)

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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劉家章 (1975-),安徽淮南人,機電工程師,現任板集煤礦運輸區副區長,從事機電運輸技術工作多年。