单独采用粉煤灰作为煤矸石山覆盖层的施工参数确定方法技术

本发明专利技术公开了一种单独采用粉煤灰作为煤矸石山覆盖层的施工参数确定方法，属于矿山生态修复技术领域；步骤为确定粉煤灰的类型、确定粉煤灰的最优含水率、覆盖层厚度的选取、覆盖击实功的选取、计算自燃煤矸石山的最大内外压力差、确定煤矸石山发生自燃的临界空气渗流速度、针对于粉煤灰覆盖层厚度、击实功和压力差，利用气体渗透试验进行分析，从而确定施工参数；本发明专利技术方法为单独使用粉煤灰作为自燃煤矸石山覆盖层提供了有效的实施方法，解决了单独使用粉煤灰作为覆盖层时施工参数不明确的技术问题，有效提高了粉煤灰的利用量。有效提高了粉煤灰的利用量。

【技术实现步骤摘要】
单独采用粉煤灰作为煤矸石山覆盖层的施工参数确定方法


[0001]本专利技术属于矿山生态修复
，具体涉及一种单独采用粉煤灰作为煤矸石山覆盖层的施工参数确定方法。

技术介绍

[0002]煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种矿业废物。煤矸石的储量呈现逐年增加的趋势；但目前对煤矸石的利用程度较低，致使大量的煤矸石堆积而形成所谓的煤矸石山。这些煤矸石山中约有三分之一发生过自燃。煤矸石山自燃不仅会污染大气，释放出的CO2、SO2等气体与雨水作用形成酸雨，而且在雨期极有可能发生坍塌或爆炸事故；另外，煤矸石中的有毒重金属元素如铅、镉、汞、砷、铬等通过雨水淋溶渗入土壤，对于地下水造成污染。
[0003]目前，人们对自燃煤矸石山的治理多采用粘土或粘土与粉煤灰的混合料对煤矸石山表面进行覆盖，然后进行机械碾压，以阻隔空气进入矸石山内部，达到隔氧阻燃的效果。但此方法需要的土方用量较大，目前国家保护耕地及土地资源的政策不容许对于表面覆土进行大量开挖，且大量取土对于植被造成的破坏以及所引发的水土流失等问题不容忽视。另外一方面，对于一些黄土或粘土资源本就缺乏的地区，这一治理方法更加难以应用。
[0004]我国粉煤灰年产生量超过1.5亿吨，大量粉煤灰长期堆放会对大气、水、土壤等造成严重的污染，将粉煤灰单独作为煤矸石山阻燃覆盖层，可以加大对粉煤灰的利用量，既可以治理自燃煤矸石山，实现粉煤灰的资源化利用，又可以解决粉煤灰堆积所造成的一系列环境问题，对环境保护有着极为重要的现实意义。
[0005]但是相较于粘土覆盖层，粉煤灰覆盖层的透气性较大，目前还是将粉煤灰与粘土混合使用，对于单独使用粉煤灰作为覆盖层时的施工参数尚不明确，无法达到隔氧阻燃的目的。

技术实现思路

[0006]本专利技术克服了现有技术的不足，提出一种单独采用粉煤灰作为煤矸石山覆盖层的施工参数确定方法，使得空气的渗透速度小于引起煤矸石山发生自燃的临界值，达到隔氧阻燃的目的。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术是通过如下技术方案实现的：单独采用粉煤灰作为煤矸石山阻燃覆盖层的施工参数确定方法，包括以下步骤：1）对粉煤灰进行成分分析确定粉煤灰类型。
[0008]2）确定所述粉煤灰的最优含水率和最大干密度。
[0009]3）确定所述粉煤灰形成的覆盖层的厚度和压实度，并确定覆盖层所采用击实功。
[0010]4）计算自燃煤矸石山的最大内外压力差。
[0011]5）确定煤矸石山发生自燃的临界空气渗流速度。
[0012]6）通过粉煤灰覆盖层的厚度、击实功和自燃煤矸石山的最大内外压力差，确定粉
煤灰覆盖层中空气渗流速度。
[0013]7）将粉煤灰覆盖层中空气渗流速度和煤矸石山发生自燃的临界空气渗流速度进行比较确定施工参数，满足阻止煤矸石山自燃的条件。
[0014]优选的，步骤1）中成分分析是通过X射线荧光光谱分析确定粉煤灰的化学成分。
[0015]优选的，步骤2）中，采用击实试验确定粉煤灰的最优含水率和最大干密度。
[0016]优选的，步骤3）中，在步骤2）中获得的最优含水率下对于粉煤灰进行压实，并选取3种以上压实度大于或等于90%所对应的击实功。
[0017]优选的，步骤4）中，自燃煤矸石山的最大内外压力差，根据式（1）进行计算：
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（1）其中，表示煤矸石山内外压差，单位：Pa；表示环境温度中的空气密度，单位：kg/m3；g表示重力加速度，取9.81m/s2；H表示煤矸石山高度，单位：m；T表示煤矸石山内部温度，单位：K；T0表示环境温度，单位：K；H
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表示煤矸石山的任一高度，单位：m；表示煤矸石山的堆积角度，单位：
°
；表示风流动压，单位：Pa，可根据式（2）确定：（2）其中，表示环境温度中的空气密度，单位：kg/m3；表示风流速度，单位：m/s。
[0018]优选的，步骤5）中，通过室内试验确定煤矸石山发生自燃的临界空气渗流速度。
[0019]优选的，步骤6）中，针对粉煤灰的覆盖层厚度和覆盖击实功，采用气体渗透试验进行单因素变量分析，得到上述变量对粉煤灰覆盖层中空气渗流速度的影响。
[0020]本专利技术相对于现有技术所产生的有益效果为：1、用粉煤灰作为煤矸石山的阻燃覆盖层与以往的方法相比，不需要对地表覆土进行开挖，减少了对土地资源的占用。粉煤灰是电厂常见的工业固体废弃物，粉煤灰的排放堆积占用了大量的土地，而且其产生的粉尘严重污染大气环境，危害人体健康。单独采用粉煤灰作为煤矸石山的覆盖层在实现了对其资源化再利用的同时，又解决了粉煤灰大量堆积造成的环境问题，在经济与环境效益上达成统一，具有重要的现实应用意义。
[0021]2、本专利技术针对于覆盖层厚度、击实功、压力差等因素，给出了相应的施工参数确定方法，为粉煤灰的固废利用和自燃煤矸石山的治理提供了解决方案，对矿区经济效益及环境具有重要的现实意义。
[0022]3、选用粉煤灰作为自燃煤矸石山的覆盖层材料，由于粉煤灰中碱性物质的释放，提高了煤矸石淋滤液的pH值，pH值的提高不仅有利于生物的生存，也有利于煤矸石山的生态治理；而且使得煤矸石中黄铁矿的氧化得到了抑制，从而减少煤矸石山的酸性污染。同时粉煤灰的使用降低了煤矸石山淋滤液中的含硫量，阻止了煤矸石淋滤液中的含硫化合物进入到周围的土壤和水体中，对高硫煤矸石的污染具有十分明显的防治效果。尤其当现场缺乏黄土作为覆盖层材料时，本专利技术可为自燃煤矸石山隔氧阻燃层的构建提供试验方法与施工参数，为后续实现煤矸石山的生态治理恢复奠定基础，对矿区经济效益及环境具有重要的现实意义。
[0023]本专利技术方法为单独使用粉煤灰作为自燃覆盖层提供了有效的实施方法，解决了由于粉煤灰透气性大无法单独作为自燃覆盖层的技术问题，有效提高了粉煤灰的利用量。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合实施例详细说明本专利技术的技术方案，但保护范围不被此限制。
[0025]一种单独采用粉煤灰作为煤矸石山阻燃覆盖层的施工参数确定方法，具体为以下步骤：步骤1）通过X射线荧光光谱分析（XRF）对所选择的粉煤灰进行化学成分分析，结果如表1所示，由表1可知所采用的粉煤灰为普通粉煤灰（PC灰）。
[0026]表1 粉煤灰的基本化学成分步骤2）依据GBT 50123
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2019《土工试验方法标准》，采用击实试验确定粉煤灰的最优含水率和最大干密度；击实锤为轻型击实锤 2.5kg，锤底直径为51mm，落距为305mm；击实筒内径为102mm，筒高为116mm，击实筒容积为947.4m3。按依次相差约2%的含水率制备试样，击实时分3层击实，每层击实次数25次，并计算其相应的干密度，由击实实验知选用粉煤灰的最优含水率为18%，相应的最大干密度为1.09本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.单独采用粉煤灰作为煤矸石山覆盖层的施工参数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：1）对粉煤灰进行成分分析确定粉煤灰类型；2）确定所述粉煤灰的最优含水率和最大干密度；3）确定所述粉煤灰形成的覆盖层的厚度和压实度，并确定覆盖层所采用击实功；4）计算自燃煤矸石山的最大内外压力差；5）确定煤矸石山发生自燃的临界空气渗流速度；6）通过粉煤灰覆盖层的厚度、击实功和自燃煤矸石山的最大内外压力差，确定粉煤灰覆盖层中空气渗流速度；7）将粉煤灰覆盖层中空气渗流速度和煤矸石山发生自燃的临界空气渗流速度进行比较确定施工参数，满足阻止煤矸石山自燃的条件。2.根据权利要求1所述的单独采用粉煤灰作为煤矸石山覆盖层的施工参数确定方法，其特征在于，步骤1）中成分分析是通过X射线荧光光谱分析确定粉煤灰的化学成分。3.根据权利要求1所述的单独采用粉煤灰作为煤矸石山覆盖层的施工参数确定方法，其特征在于，步骤2）中，采用击实试验确定粉煤灰的最优含水率和最大干密度。4.根据权利要求1所述的单独采用粉煤灰作为煤矸石山覆盖层的施工参数确定方法，其特征在于，步骤3）中，在获得的最优含水率下对于粉煤灰进行压实，并选取3种以上压实度大于或等于90%所对应的击实功。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：周敏，高志强，韩云山，王元龙，程志，张晓双，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：