煤矸石綜合利用途徑

1、礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用（五）煤矸石提取化工產(chǎn)品（五）煤矸石提取化工產(chǎn)品*礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用煤矸石的組成煤矸石的組成礦物組成：粘土礦物（高嶺石、伊利石、蒙脫石）、礦物組成：粘土礦物（高嶺石、伊利石、蒙脫石）、石英、方解石、黃鐵礦。石英、方解石、黃鐵礦。 化學(xué)組成：氧化物化學(xué)組成：氧化物SiO2+Al2O3占占6090。SiOSiO2 2AlAl2 2O O3 3CaOCaOMgOMgOFeFe2 2O O3 3NaNa2 2O+KO+K2 2O O燒失量燒失量51516565161636361 17 71 14 42 29 91 12.52.52 21717煤矸石的化學(xué)成

2、分煤矸石的化學(xué)成分 煤矸石發(fā)熱量一般為煤矸石發(fā)熱量一般為8001500卡卡/克克,其無機(jī)成分主要是其無機(jī)成分主要是硅、鋁、鈣、鎂、鐵的氧化物和某些稀有金屬硅、鋁、鈣、鎂、鐵的氧化物和某些稀有金屬。礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用（五）煤矸石提取化工產(chǎn)品（五）煤矸石提取化工產(chǎn)品v煤矸石中可利用的礦物元素主要是煤矸石中可利用的礦物元素主要是SO3、Al2O3、FeS2和和Mn、P、K等。等。Al2O335%的高鋁煤矸石可用來制煉鋼高效脫氮的高鋁煤矸石可用來制煉鋼高效脫氮劑劑 硅鋁鐵合金、水玻璃、氫氧化鋁、堿式氯化鋁凈水劑、硅鋁鐵合金、水玻璃、氫氧化鋁、堿式氯化鋁凈水劑、制造硫酸鋁和銨明礬的燒結(jié)料等

3、。另外含制造硫酸鋁和銨明礬的燒結(jié)料等。另外含F(xiàn)eS2較高的煤矸石較高的煤矸石氧化產(chǎn)生的氧化產(chǎn)生的SOx是污染環(huán)境的罪魁禍?zhǔn)?，而硫又是重要的化是污染環(huán)境的罪魁禍?zhǔn)?，而硫又是重要的化工原料，從煤矸石中回收硫鐵礦（如抽提硫酸）具有較高的工原料，從煤矸石中回收硫鐵礦（如抽提硫酸）具有較高的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。*礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用煤矸石提取氧化鋁工藝設(shè)計煤矸石提取氧化鋁工藝設(shè)計煤矸石粉碎硫酸浸出過濾除渣濾液中和硫酸溶液殘渣中和攪拌槽 （NH4）2SO4NH3Al（OH）3鹽析過濾洗滌脫水濾液烘干活化爐焙燒 Al2O3Al(OH）3硫酸鋁溶液礦山資源綜合利用礦山資源綜合利

4、用選擇這個設(shè)計方案的理由選擇這個設(shè)計方案的理由v國內(nèi)氧化鋁工業(yè)并不理想，采用煤矸石作為原料提取氧化鋁，即解決了煤矸石的大量堆積，同時也能解決一部分氧化鋁的需求量，一舉兩得。v經(jīng)濟(jì)角度考慮，從煤矸石中提取氧化鋁可以大大提高煤矸石的附加值，實(shí)現(xiàn)變廢為寶。礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用（六）煤矸石復(fù)墾綠化（六）煤矸石復(fù)墾綠化v對于不好處理或處理價值較低的，可以考慮充填塌陷區(qū)或填對于不好處理或處理價值較低的，可以考慮充填塌陷區(qū)或填埋造地，其方法是：在造地的片區(qū)上先將熟化表土轉(zhuǎn)移，然埋造地，其方法是：在造地的片區(qū)上先將熟化表土轉(zhuǎn)移，然后墊鋪巖石及自燃矸石至一定厚度，碾壓整平再將熟化土覆后墊鋪巖石及自燃

5、矸石至一定厚度，碾壓整平再將熟化土覆蓋，如此分片區(qū)逐年擴(kuò)展，可造就大面積平地和臺階地，同蓋，如此分片區(qū)逐年擴(kuò)展，可造就大面積平地和臺階地，同時結(jié)合土壤改良，再造優(yōu)質(zhì)農(nóng)田。時結(jié)合土壤改良，再造優(yōu)質(zhì)農(nóng)田。*礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用一，石山綠化的目標(biāo)一，石山綠化的目標(biāo) 煤矸石山實(shí)際上是人造“石質(zhì)荒漠”，無土、缺水、干熱、強(qiáng)酸、有毒，缺少植物種子和殘根，不具備植物生存和更新條件。從植被自然演替規(guī)律看，石質(zhì)荒漠區(qū)的植被形成，必須經(jīng)過石質(zhì)風(fēng)化低等植物侵占高等植物衍生等各個演進(jìn)階段，需要50年至100年的時間。 煤矸石山綠化的目標(biāo)就是建立穩(wěn)定、高效的煤矸石山人工植被生態(tài)系統(tǒng) 。 礦山資源綜合利用礦山

6、資源綜合利用二、煤矸石山綠化的作用二、煤矸石山綠化的作用其主要作用有： （1）利用物理、化學(xué)方法改善煤矸石山的立地條件，利于煤矸石山植被的生長，加快煤矸石山植被的演替進(jìn)程。 （2）通過煤矸石山的植被恢復(fù)，改善煤矸石山的環(huán)境條件和美化景觀，利用植被覆蓋，減緩地表徑流、攔截泥沙、調(diào)蓄土壤水分、減少風(fēng)蝕和粉塵污染。 （3）通過煤矸石山的植被恢復(fù)，降低煤矸石山的溫度，減弱煤矸石山內(nèi)部氧氣的含量和流動性，防止煤矸石山自燃，減少煤矸石山自燃對礦區(qū)環(huán)境的危害。 （4）利用植物的有機(jī)殘體和根系的穿透力以及分泌物的物理、化學(xué)作用，改變擾動區(qū)下面的物質(zhì)循環(huán)和能量流動方式，促進(jìn)煤矸石山的成土過程，增進(jìn)生態(tài)環(huán)境的生物

7、多樣性。 （5）利用植物群落根系錯落交叉的整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加下墊面的穩(wěn)固性和抗蝕、抗沖能力，保障煤矸石山的工程建設(shè)順利進(jìn)行以及工程結(jié)束后退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建，形成穩(wěn)定良好的生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能。 （6）恢復(fù)了煤矸石山壓占土地的使用價值，并通過植被的建立實(shí)現(xiàn)一定的經(jīng)濟(jì)價值。 （7）通過煤矸石山植被恢復(fù)，調(diào)節(jié)區(qū)域氣候、制造氧氣、美化環(huán)境，取得顯著的環(huán)境效益和社會效益。礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用三，煤矸石山綠化的技術(shù)模式和程序三，煤矸石山綠化的技術(shù)模式和程序1煤矸石山綠化技術(shù)模式煤矸石山綠化技術(shù)模式 目前主要集中在單項(xiàng)技術(shù)措施（立地條件分析、植物種類的選擇、整地及基質(zhì)改良技術(shù)、幼林的成活或生長狀

8、況中的某一項(xiàng)或幾項(xiàng)）的研究上，缺乏科學(xué)有效的植被恢復(fù)與生態(tài)重建技術(shù)模式 。 以恢復(fù)生態(tài)學(xué)原理為基本的理論基礎(chǔ)，以森林培育學(xué)為基本的理論和技術(shù)框架，基于我國煤矸石山植被恢復(fù)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和在山西某礦煤矸石山造林綠化的成功案例 。 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）土地復(fù)墾與生態(tài)重建研究所提出了煤矸石山植被恢復(fù)與生態(tài)重建技術(shù)模式 礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用圖：煤矸石山植被恢復(fù)與重建技術(shù)模式體系框圖礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用2、煤矸石山綠化程序、煤矸石山綠化程序 “3段9步” 圖：煤矸石山植被恢復(fù)實(shí)施工程程序礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用四，煤矸石山立地條件改良四，煤矸石山立地條件改良1、煤矸石山立地條

9、件分析與評價、煤矸石山立地條件分析與評價 立地條件是指與植物生長發(fā)育有關(guān)的所有環(huán)境因子的總稱，簡稱立地，生態(tài)學(xué)稱之為生態(tài)環(huán)境條件或生境條件，煤矸石山立地條件可理解為：在煤矸石山植被恢復(fù)與重建時，與植被生長和發(fā)育有關(guān)的所有環(huán)境因子的綜合。礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用煤矸石山立地條件改良煤矸石山立地條件改良（一）煤矸石山的地形及風(fēng)化層（一）煤矸石山的地形及風(fēng)化層 錐形 、斜坡的坡度為矸石的自然安息角(36左右) （二）煤矸石山的水分特點(diǎn)（二）煤矸石山的水分特點(diǎn) 矸石風(fēng)化物仍具有一定的蓄水孔隙，可為植物提供一定數(shù)量的有效水，能在一定程度上滿足植物對水、氣的需求，因此矸石風(fēng)化物可作為植物生長的介質(zhì)

10、。 （三）煤矸石山立地條件的主導(dǎo)因子分析（三）煤矸石山立地條件的主導(dǎo)因子分析 煤矸石山生態(tài)重建面臨的主要環(huán)境問題突出表現(xiàn)在以下幾方面： （1）地表組成物質(zhì)由煤矸石及巖石組成，無土壤可言，有機(jī)質(zhì)含量少，物理結(jié)構(gòu)極差，尤其是保水、持水、保肥能力差。 （2）存在限制植物生長的物質(zhì)，包括pH值、重金屬及其它有毒物質(zhì)等。 （3）缺乏營養(yǎng)元素，尤其缺乏植物生長必需的氮和磷。 （4）土壤生物缺乏，尤其缺乏對植物生長有利的生物，如蚯蚓、線蟲及微生物等。礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用二、煤矸石山的整地二、煤矸石山的整地（一）煤矸石山整形整地的目的和作用（一）煤矸石山整形整地的目的和作用 煤矸石山整形整地的主要

11、目的和作用在于： （1）減緩坡度，減少粒度，改善地表組成物質(zhì)的粒徑級配； （2）改善孔隙狀況，增加毛管孔隙度，提高土壤的持水、供水能力； （3）改善局部土壤的養(yǎng)分和水分狀況，增加土壤含水量； （4）穩(wěn)定地表結(jié)構(gòu)，減少水土流失和控制土壤侵蝕； （5）便于植被恢復(fù)施工，提高造林質(zhì)量； （6）增加栽植區(qū)土層的厚度，提高栽植成活率和保存率，促進(jìn)植物生長。 礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用二、煤矸石山的整地二、煤矸石山的整地（一）煤矸石山整形整地的目的和要求（一）煤矸石山整形整地的目的和要求 對煤矸石山進(jìn)行整形，既要考慮栽植工程的實(shí)施，也要考慮景觀優(yōu)美，在整形設(shè)計時一般有以下要求： （1）建立一條環(huán)山道

12、路直達(dá)山頂，便于運(yùn)料和整地施工以及游人登頂。 （2）對山頂進(jìn)行平整以建立亭臺和休閑活動場所。 （3）結(jié)合景觀設(shè)計和整地種植，采取平緩陡坡、修建梯田等方法重塑地貌景觀。 （4）在煤矸石山的一些適宜位置建立錯落有致的石階供游人登山。 （5）建立排水系統(tǒng)，由于煤矸石山高度比較大，坡度較陡，表面覆土后很容易發(fā)生表面侵蝕，產(chǎn)生水土流失，因此煤矸石山整形的同時應(yīng)設(shè)計完善的排水系統(tǒng)。礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用（二）煤矸石山整地的方法與技術(shù)規(guī)格（二）煤矸石山整地的方法與技術(shù)規(guī)格1整地的方式方法整地的方式方法 整地的方式有全面整地（翻墾全部土壤）和局部整地（翻墾局部土壤）兩種。 礦山資源綜合利用礦山資源綜

13、合利用（二）煤矸石山整地的方法與技術(shù)規(guī)格（二）煤矸石山整地的方法與技術(shù)規(guī)格 2整地的技術(shù)規(guī)格整地的技術(shù)規(guī)格 整地的技術(shù)規(guī)格包括整地深度、寬度、斷面形式和覆土的厚度等。 煤矸石山的整地深度因植被不同而異，一般情況下，各種植被所需整地深度的低限值是：草本植物為15cm，低矮灌木為30cm，高大灌木為45cm，低矮喬木為60cm，高大的喬木為90cm。 整地寬度的基本原則是，在自然條件和經(jīng)濟(jì)條件許可的前提下最大限度地改善立地條件，控制水土流失。煤矸石山的坡度一般較大，整地寬度不宜過大，以免加劇水土流失。若采用反坡梯田整地的方法，在坡度分別為20、30、40時，其整地寬度依次為1.5m、1.0m、0.

14、8m為宜。 斷面形式是指整地后的土面與原坡面所構(gòu)成的斷面形式。 綜合解決煤矸石山限制性因子的最好最快的方法是在煤矸石山上覆蓋物料。礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用五、煤矸石山的基質(zhì)改良五、煤矸石山的基質(zhì)改良 煤矸石山基質(zhì)改良的目的是解決其土壤的熟化和培肥問題，提高土壤肥力，真正為植物生長創(chuàng)造條件。 （一）改良物質(zhì)（一）改良物質(zhì) 1化學(xué)改良物質(zhì)化學(xué)改良物質(zhì) 碳酸氫鹽和石灰等 化學(xué)肥料 礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用2生物改良物質(zhì)生物改良物質(zhì) 生物改良是利用對極端生境條件具有耐性的固氮植物、綠肥作物、固氮微生物、菌根真菌改善礦區(qū)廢棄地的理化性質(zhì)。 礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用（二）改良措施（

15、二）改良措施1生物改良法生物改良法 微生物法：微生物法是利用菌肥或生物活化劑改善土壤理化性質(zhì)和植物生長條件。 綠肥法 ：利用綠肥植物（多為豆科植物）耐酸堿、生命力旺盛的特點(diǎn)，將其作為煤矸石山植被恢復(fù)的先鋒植物。 生物固氮：將具有固氮能力的植物如榿木、槐樹、紅三頁草等，種植在煤矸石山上，以吸收氮元素，在植物體腐敗后，將氮元素釋放到土壤中，達(dá)到改良土壤的目的。生物固氮可很好地替代化肥和有機(jī)肥。2客土法客土法 客土法就是將外來的土壤覆蓋到煤矸石山的表面，以增加土層厚度，迅速有效的調(diào)整煤矸石山粒徑結(jié)構(gòu)，達(dá)到改良質(zhì)地、提高肥力的目的。 3灌溉與施肥灌溉與施肥礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用六，煤矸石山植

16、物栽植六，煤矸石山植物栽植一、煤矸石山綠化植物種類的選擇一、煤矸石山綠化植物種類的選擇（一）煤矸石山植物選擇的基本原則（一）煤矸石山植物選擇的基本原則 1適地適植物（或適地適樹）原則適地適植物（或適地適樹）原則 選樹（植物）適地，即選擇適宜的植物種類。 改地適樹（植物），主要通過人為活動改善立地條件（尤其是限制因子）。 2優(yōu)先選擇鄉(xiāng)土樹種的原則優(yōu)先選擇鄉(xiāng)土樹種的原則 3水土保持與土壤快速改良原則水土保持與土壤快速改良原則 抗干旱和耐貧瘠的肥料樹種。 優(yōu)先選擇優(yōu)良的灌木樹種。 4植被效益最優(yōu)原則植被效益最優(yōu)原則 5喬、灌、草相結(jié)合的原則喬、灌、草相結(jié)合的原則礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用六，煤

17、矸石山植物栽植六，煤矸石山植物栽植（二）煤矸石山綠化的適宜植物種類（二）煤矸石山綠化的適宜植物種類 煤矸石山適宜的先鋒植物種類應(yīng)滿足以下基本要求： （1）較高的逆境脅迫忍耐力與抵抗力（主要是抗旱、耐貧瘠、pH值幅度的極度適應(yīng)等）； （2）生長迅速，具有較強(qiáng)的土壤改良功能； （3）具有較強(qiáng)的抗污染、水土保持、綠化美化和經(jīng)濟(jì)功能。 礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用二、煤矸石山的綠化栽植二、煤矸石山的綠化栽植 栽植是農(nóng)林園藝栽種植株的一種作業(yè)，但一般常狹義地理解為“種植”。廣義的“栽植”應(yīng)包括起(掘)苗、搬運(yùn)、種植三個基本環(huán)節(jié)。每一個環(huán)節(jié)都要加強(qiáng)對樹木的保護(hù)，否則都會影響樹木的栽植成活率。礦山資源綜

18、合利用礦山資源綜合利用二、煤矸石山的綠化栽植二、煤矸石山的綠化栽植（一）煤矸石山適宜的造林方法與栽植季節(jié)（一）煤矸石山適宜的造林方法與栽植季節(jié) 一般按造林所用的植物材料分為播種造林、分殖造林和植苗造林三種方法： （1）播種造林符合植物繁殖的自然規(guī)律，自然界大部分植物的更新都是由種子萌發(fā)完成的，所以，播種造林是對自然規(guī)律的模仿。 （2）分殖造林是以植物的營養(yǎng)器官（枝、干、根等）作為造林材料直接栽植。 （3）植苗造林是用已經(jīng)形成根系和莖、干的苗木作為材料。 煤矸石山立地條件以干旱、缺水、貧瘠為突出的生態(tài)環(huán)境特征，一般情況下，不適宜采用分殖造林方法，播種造林除草本植物與部分灌木植物外，也不適宜采用，

19、所以，對木本植物而言，植苗造林是煤矸石山植被恢復(fù)采用的主要方法。礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用（二）煤矸石山綠化栽植技術(shù)（二）煤矸石山綠化栽植技術(shù) 煤矸石山植被恢復(fù)技術(shù)按對其立地改良的程度和整地方式，可分為覆土和無覆土兩大類。 1煤矸石山覆土栽植技術(shù)煤矸石山覆土栽植技術(shù) 2煤矸石山無覆土栽植技術(shù)煤矸石山無覆土栽植技術(shù)（新汶礦業(yè)集團(tuán)公司的華豐煤礦 ） 3煤矸石山污泥覆蓋技術(shù)煤矸石山污泥覆蓋技術(shù)（陽泉礦區(qū)）礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用（三）煤矸石山綠化的抗旱栽植技術(shù)（三）煤矸石山綠化的抗旱栽植技術(shù) 1選用良種壯苗選用良種壯苗 對壯苗的選擇標(biāo)準(zhǔn)是： 根系發(fā)達(dá),具有較多的側(cè)根與須根,主根短而直；

20、 苗木粗壯而挺直，有與苗木地徑相稱的高度，上下均勻，充分木質(zhì)化，枝葉繁茂，色澤正常； 苗木的種量大而且莖根比值（地上部分與地下部分的比值）較??； 無病蟲害與機(jī)械損傷； 具有飽滿與健壯的頂芽（針葉樹）或側(cè)芽（闊葉樹）、生長勢較強(qiáng)。 2苗木保護(hù)與保水技術(shù)苗木保護(hù)與保水技術(shù) “五不離水”。起苗前澆水，運(yùn)輸時灑水，假植時澆水，栽植時蘸水或浸水，栽植后澆透水。 保水劑技術(shù)。 地膜覆蓋技術(shù)。 生根粉應(yīng)用技術(shù)。 礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用3栽植方法與技術(shù)要點(diǎn)栽植方法與技術(shù)要點(diǎn) 栽植方法 樹木的栽植方法一般可分為裸根栽植和帶土球栽植兩種。其中的帶土球栽植，根據(jù)容器的有無還可以分為帶土坨栽植和容器育苗栽植

21、兩種。 挖穴（刨坑） 圖4-3 樹與穴的關(guān)系示意圖（a）正確（樹穴上下一致，樹木根系舒展）（b）不正確（樹穴呈鍋底狀，根系卷曲） 礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用 裸根苗栽植技術(shù)（“三埋、兩踩、一提苗”） 容器育苗造林技術(shù) 菌根菌育苗造林技術(shù) 秸稈及地膜覆蓋造林技術(shù) 撫育管理是植物栽培工作中非常重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，俗語有“三分栽植、七分管理”之說（施肥、灌溉、平茬、修枝以及防止人畜對植被的破壞 ）。礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用v采用煤矸石不出井的采煤生產(chǎn)工藝，填充采空區(qū)，減少矸石采用煤矸石不出井的采煤生產(chǎn)工藝，填充采空區(qū)，減少矸石排放量和地表下沉量，采用煤矸石充填廢棄礦井。在道路、排放量和地表

22、下沉量，采用煤矸石充填廢棄礦井。在道路、堤壩等工程建設(shè)中采用以煤矸石代替粘土作基料，增加穩(wěn)固堤壩等工程建設(shè)中采用以煤矸石代替粘土作基料，增加穩(wěn)固性。性。v下面是我國某研究所對山東淄博礦務(wù)局許廠煤礦煤矸石回填下面是我國某研究所對山東淄博礦務(wù)局許廠煤礦煤矸石回填技術(shù)研究報告技術(shù)研究報告（七）回填礦井采空區(qū)或鋪路材料（七）回填礦井采空區(qū)或鋪路材料*礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用二、采空區(qū)塌陷現(xiàn)狀二、采空區(qū)塌陷現(xiàn)狀 我國每采100萬噸煤炭塌陷土地30萬，迄今累計塌陷超過60億，其中50%是良田。 山西素有煤海之稱，是全國煤炭產(chǎn)量最大的省份，采空塌陷災(zāi)害也最嚴(yán)重。據(jù)山西省國土資源廳調(diào)查，山西省各類礦山

23、采空區(qū)已達(dá)2萬多平方公里，占全省總面積的17。 目前，山東省礦山采空塌（沉）陷面積為403.01km2，其中采煤塌（沉）陷已達(dá)800余處，累計塌（沉）陷面積392.625km2，其中絕產(chǎn)面積大于50km2。平均萬噸煤塌（沉）陷率約0.0037km2 。礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用二、采空區(qū)塌陷現(xiàn)狀二、采空區(qū)塌陷現(xiàn)狀1、近年來由于采空區(qū)塌陷形成山體崩塌、地面塌陷、地表裂縫等地質(zhì)災(zāi)害日漸增多，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、基礎(chǔ)設(shè)施和當(dāng)?shù)厝罕姷纳敭a(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅。 2、采空塌陷區(qū)造成的另一項(xiàng)危害是使水資源遭受破壞，從而引起區(qū)域性地表水泄漏、地下水位下降，使礦區(qū)及周邊大范圍內(nèi)的地下水均衡系統(tǒng)受到破壞 3、采

24、空塌陷區(qū)的面積日漸擴(kuò)大，不僅致使地下千瘡百孔，地上環(huán)境惡化，而且火災(zāi)隱患也日漸增大，直接威脅著礦區(qū)群眾的生命健康安全。 礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用三、矸石充填技術(shù)的提出與意義三、矸石充填技術(shù)的提出與意義煤矸石露天排放和地表塌陷破壞是煤礦生產(chǎn)最主要的環(huán)境問題根源，是影響礦區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會安定的重要因素；同時，大量的“三下”壓煤嚴(yán)重制約了煤炭資源的合理開發(fā)，是目前煤礦資源采出率較低的主要原因之一。礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用三、矸石充填技術(shù)的提出與意義三、矸石充填技術(shù)的提出與意義 由于城鄉(xiāng)建設(shè)的快速發(fā)展，煤炭壓覆量大幅度增加，可采煤量銳減，致使國內(nèi)許多礦井的原設(shè)計服務(wù)年限大為縮短，面臨著

25、未老先衰的困境。淄博礦務(wù)局許廠煤礦位于山東省濟(jì)寧市區(qū)三環(huán)以內(nèi)，周圍村莊稠密，村莊及工業(yè)廣場壓煤量占全礦井地質(zhì)儲量的82.8%，因此礦井一投產(chǎn)就出現(xiàn)了可采資源緊張的問題，以及靠近市區(qū)，受環(huán)保因素制約，不能建矸石山這兩方面影響。礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用三、矸石充填技術(shù)的提出與意義三、矸石充填技術(shù)的提出與意義 所以，如何解放建筑物壓煤，減小煤炭開采引起的地面沉陷，解決矸石排放問題，成為許廠煤礦可持續(xù)發(fā)展的首要技術(shù)難題。 于是就提出了在工業(yè)廣場以及村莊下實(shí)行條帶開采和串采的方法，并采用采后用矸石填充的新工藝。實(shí)現(xiàn)用矸石置換煤、矸石不升井，不建矸石山，達(dá)到最大限度增大可采儲量，減小地面塌陷，同時

26、又滿足環(huán)保方面的要求。2005年7月，山東淄博礦務(wù)局許廠煤礦委托我們對井下巷道矸石填充采煤進(jìn)行方案設(shè)計及配套設(shè)備設(shè)計。礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用三、矸石充填技術(shù)的提出與意義三、矸石充填技術(shù)的提出與意義 煤矸石、建筑垃圾等固體廢棄物井下充填是一項(xiàng)矸石處理利用新思路，利用該技術(shù)可以把煤礦生產(chǎn)中所產(chǎn)生的矸石全部填入井下，實(shí)現(xiàn)矸石置換煤，矸石不上井、地面不建矸石山，并利用矸石置換煤炭資源，以達(dá)到綜合治理煤礦矸石的目的，這種方法是文明、科學(xué)、綠色的技術(shù)，具有顯著的社會效益。礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用三、矸石充填技術(shù)的提出與意義三、矸石充填技術(shù)的提出與意義 井下矸石充填技術(shù)可以處理井下矸石等固

27、體廢棄物，減少矸石山、粉煤灰等侵占農(nóng)田，減少對大氣和環(huán)境污染，消除矸石山坍塌的事故隱患，而且可以將井下矸石、粉煤灰直接處理變害為利，將矸石等固體廢棄物井下充填作為地下結(jié)構(gòu)支撐體，在解決或降低地面沉降和塌陷問題的基礎(chǔ)上，采出建筑物下部分壓煤，具有重大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用四、矸石充填工藝介紹四、矸石充填工藝介紹v國內(nèi)矸石充填方式主要有兩種：巷式充填和長壁工作面充填。v巷式充填在邢臺邢東礦、淄博礦務(wù)局許廠礦、淄博礦務(wù)局岱莊煤礦、兗礦集團(tuán)濟(jì)三礦、楊村煤礦、南屯煤礦等進(jìn)行應(yīng)用。該種方法通過合理設(shè)計煤柱采寬及留寬，開采后再利用井下矸石充填開采空間，達(dá)到控制地表變形保護(hù)地面

28、建筑物的目的。這種方法投資較低，且充填和開采基本不影響，具有良好的適用性。礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用四、矸石充填工藝介紹四、矸石充填工藝介紹長壁開采工作面矸石充填曾在山東新汶礦業(yè)集團(tuán)某礦井進(jìn)行了應(yīng)用。該種方法充填量大，輸送倍線大，管路易阻塞，需用設(shè)備多，工藝復(fù)雜，要求隨采隨充，且礦井初期投資較大，目前該填充方式還不是很成熟。針對山西省煤層賦存特點(diǎn)和我們兗礦的填充初步經(jīng)驗(yàn)，推薦采用巷式（或窄工作面）充填方式采出煤炭資源并處理井下矸石。礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用四、矸石充填工藝介紹四、矸石充填工藝介紹 矸石巷式充填是巷式開采與充填工藝相結(jié)合，在第一條巷道（或窄工作面）開采后，隔一定距離

29、（需根據(jù)地質(zhì)條件等進(jìn)行計算），回采另一巷道（或窄工作面），同時對第一條巷道（或窄工作面）進(jìn)行充填，實(shí)現(xiàn)充填與開采基本不相互影響，保證了生產(chǎn)礦井的產(chǎn)量。礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用四、矸石充填工藝介紹四、矸石充填工藝介紹 第一步：采掘第一條巷道 第二步：相隔一定寬度煤柱采掘第二條巷道，同時充填第一條巷道。第三步：依次采掘巷道并充填前一條巷道第四步：待充填完畢幾條巷道后，在其隔離煤柱中掘巷并充填 充填巷開采及充填順序示意圖充填巷開采及充填順序示意圖礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用四、矸石充填工藝介紹四、矸石充填工藝介紹矸石充填系統(tǒng)工藝流程示意圖矸石充填系統(tǒng)工藝流程示意圖矸石礦車翻車機(jī)軌道推車機(jī)

30、工字鋼矸石倉乳化液泵皮帶輸送機(jī)給煤機(jī)給料機(jī)平臺充填機(jī)破碎機(jī)礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用四、矸石充填工藝介紹四、矸石充填工藝介紹填充工藝流程圖填充工藝流程圖礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用 填充步驟填充步驟1、井下迎頭矸石運(yùn)輸：巖巷迎頭掘進(jìn)出的矸石經(jīng)后部皮帶運(yùn)輸?shù)巾肥瘋}中?；颍貉b車后經(jīng)軌道大巷進(jìn)入上部車場，出推車機(jī)將礦車推入翻車機(jī)中，將矸石倒入矸石倉中。2、地面矸石山矸石運(yùn)輸：地面矸石山矸石經(jīng)選煤場選矸后裝車經(jīng)副井、軌道大巷進(jìn)入上部矸石充填車場，出推車機(jī)將礦車推入翻車機(jī)中，將矸石倒入矸石倉中。3、破碎給料：將矸石倉的矸石經(jīng)破碎機(jī)把矸石破碎到250mm粒徑，再通過給煤機(jī)將破碎后的矸石給料至皮帶

31、機(jī)上。礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用填充步驟填充步驟 4、皮帶機(jī)運(yùn)輸：由可伸縮皮帶機(jī)將矸石運(yùn)送到采空填充巷迎頭，進(jìn)入矸石填充機(jī)。5、矸石填充設(shè)備迎頭拋填：矸石直接進(jìn)入矸石填充機(jī)拋射部進(jìn)行拋射填充。調(diào)整拋射皮帶使之左右上下擺動，使之在整個巷道斷面均勻布料。操縱推平器，壓實(shí)填充后的矸石。迎頭矸石在較干燥的情況下，需邊填充邊撒水，以便于矸石堆積。針對部分煤礦附近存在發(fā)電廠，可利用粉煤灰等材料制成注漿材料，對充填矸石進(jìn)行注漿，及能處理地面粉煤灰，又能提高充填體強(qiáng)度。礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用四、矸石充填工藝介紹四、矸石充填工藝介紹礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用四、矸石充填工藝介紹四、矸石充填

32、工藝介紹礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用矸石充填關(guān)鍵設(shè)備礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用專利技術(shù)礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用五、充填開采效果介紹五、充填開采效果介紹 2006年2月10日在淄博礦務(wù)局許廠煤礦130采區(qū)區(qū)進(jìn)行矸石巷式充填開采。掘進(jìn)完1#巷道后進(jìn)行填充。 1#巷道全長320米，累計填充16個工作日，其中每個工作日填充20米，累計共填充矸石3520m3。 2006年3月10日，130采區(qū)區(qū)2#巷道進(jìn)行矸石填充， 2 #巷道全長700米，高度最高處高達(dá)6米，斷面大，增加了填充量。累計填充27個工作日，平均每個工作日填充

33、22米，累計共填充矸石15680m3。斷面填充率達(dá)97%左右。 截止2007年，共采出煤炭24.7萬噸，節(jié)省地面處理矸石費(fèi)用312.5萬元/年，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。許廠煤礦簡介：許廠煤礦隸屬山東省淄博礦務(wù)局，位于山東省濟(jì)寧北始建于1996年6月，1999年10月正式投產(chǎn) ，礦井年設(shè)計能力150萬噸，核定生產(chǎn)能力320萬噸。 礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用五、充填開采效果介紹五、充填開采效果介紹 濟(jì)三煤礦是兗礦集團(tuán)第一個推廣采用矸石巷式充填開采的生產(chǎn)礦井，2007年2008年實(shí)施矸石充填開采以來，在工業(yè)廣場煤柱中共掘出巷道11條，進(jìn)尺4742米，采煤12.1萬噸，充填巷道10條，利

34、用矸石17750立方米，充滿率約93%。經(jīng)地面監(jiān)測，沒有明顯沉陷，地表設(shè)施穩(wěn)定，地面建筑完好無損。濟(jì)三煤礦簡介：濟(jì)三礦隸屬山東兗礦集團(tuán)，位于微山湖沼澤地帶，1993年開始興建，2000投產(chǎn)，探明及推定總儲量2.56億噸，設(shè)計生產(chǎn)能力為500萬噸/年，實(shí)際生產(chǎn)能力達(dá)到900-1000萬噸/年。礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用五、充填開采效果介紹五、充填開采效果介紹 2008-2009年，兗礦集團(tuán)楊村煤礦進(jìn)行煤矸置換開采，把煤礦生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的矸石全部回填到工業(yè)廣場保護(hù)煤柱的巷道中，回收了部分永久煤柱、邊角煤和建筑物下壓煤，控制了地面沉陷，確保了建筑物安全，保護(hù)了耕地。 至今共掘出巷道5條，總長

35、度達(dá)1832米，采出煤炭5.4萬t，消滅矸石8300立方米，充填率平均93%，經(jīng)地面監(jiān)測，地面沒有明顯沉陷，工業(yè)廣場的提升運(yùn)輸設(shè)備安全正常運(yùn)行。楊村煤礦于1989年6月建成投產(chǎn)，原設(shè)計生產(chǎn)能力60萬噸/年。1995年經(jīng)山東省煤管局批準(zhǔn)，進(jìn)行了技術(shù)改造，成為一座厚薄煤層配采的現(xiàn)代化大型礦井，核定生產(chǎn)能力115萬噸/年。 礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用六、推廣前景六、推廣前景v“矸石山不應(yīng)是煤礦的標(biāo)志，而是污染源，必須去除！”在2008年10月27日下午舉行的山東省煤炭工業(yè)局科學(xué)采礦問題討論會上，中國工程院院士、采礦工程專家錢鳴高教授說。討論會上，他特別對山東省在矸石處理上的巷道充填置換開采等綠

36、色開采新技術(shù)表示贊賞。v近年來，山東省煤礦針對資源缺乏、生態(tài)環(huán)境保護(hù)任務(wù)艱巨的實(shí)際，大力推廣實(shí)施了以矸石充填開采為主的綠色開采技術(shù)，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會效益。目前，七大省屬煤炭企業(yè)和濟(jì)寧、棗莊、淄博、萊蕪的27處煤礦已經(jīng)實(shí)施了矸石充填開采，提高了資源回收率。 其中，已有14處煤礦實(shí)現(xiàn)了矸石不上井或下井 。礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用六、推廣前景六、推廣前景 巷道填充開采新工藝的應(yīng)用，既能使“三下” (“三下”指建筑物下、水體下、鐵路下)壓煤及煤礦井下的工業(yè)廣場煤柱開采得到了回收開采，保證地面的沉降變形在一定范圍內(nèi)，大大延長了煤礦的使用壽命，緩解煤炭緊張的局面，同時對減輕地表塌陷、改善煤矸

37、石對環(huán)境的污染、減少矸石山對人類安全的危害起到很大的作用。 特別是國家十六屆五中全會十一五規(guī)劃確定的煤炭企業(yè)發(fā)展方向中明確指出，落實(shí)科學(xué)的發(fā)展觀，實(shí)現(xiàn)煤炭產(chǎn)業(yè)節(jié)約、清潔、安全發(fā)展，應(yīng)該采取“研發(fā)和推廣先進(jìn)技術(shù)，控制和治理地表塌陷”，給矸石填充技術(shù)推廣帶來了美好的機(jī)遇。 礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用一、煤矸石發(fā)電概述一、煤矸石發(fā)電概述 除巖巷掘進(jìn)矸石外除巖巷掘進(jìn)矸石外, ,煤矸石或多或少都有一些煤或可燃成煤矸石或多或少都有一些煤或可燃成分分 , ,因此可作為燃料使用。熱值在因此可作為燃料使用。熱值在400kJ/kg400kJ/kg以上的煤矸石可以上的煤矸石可作為沸騰爐的燃料直接燃燒作為沸騰爐

38、的燃料直接燃燒, ,用作礦區(qū)供熱或發(fā)電。峰峰、邯用作礦區(qū)供熱或發(fā)電。峰峰、邯鄲礦務(wù)局都建有煤矸石電廠鄲礦務(wù)局都建有煤矸石電廠, ,其流程均以洗煤廠洗矸為原料其流程均以洗煤廠洗矸為原料, ,經(jīng)破碎、脫硫處理后加入沸騰爐進(jìn)行燃燒。電廠已正常運(yùn)行經(jīng)破碎、脫硫處理后加入沸騰爐進(jìn)行燃燒。電廠已正常運(yùn)行多年多年 , ,效果良好。效果良好。第四節(jié)第四節(jié) 煤矸石發(fā)電煤矸石發(fā)電*礦山資源綜合利用礦山資源綜合利用 煤矸石發(fā)電廠主要利用煤矸石發(fā)電廠主要利用 熱值在熱值在 6.27MJ/ kg 8.336MJ/ kg以以 上上 的的 洗洗 矸、半煤矸、半煤 巖巷巖巷 排排 除的掘進(jìn)除的掘進(jìn) 矸石。目前矸石。目前,煤煤

39、 炭炭 系統(tǒng)多系統(tǒng)多 采用采用 流化床流化床 燃燃 燒燒 技技 術(shù)術(shù),采采 用用 最最 多多 、技、技 術(shù)術(shù) 成成 熟熟 的的 為為5t/ h、75t/ h 的循的循 環(huán)流化環(huán)流化 床鍋床鍋 爐爐 。我。我 國利用國利用 煤矸煤矸 石發(fā)石發(fā) 電已形電已形 成一定成一定 規(guī)模規(guī)模 。全。全 國煤國煤 礦已建礦已建 成成 煤煤 矸矸 石石 電電 廠將近廠將近200 座總座總 裝裝 機(jī)機(jī) 容容 量量 約約 3000 萬千瓦萬千瓦 占礦占礦 區(qū)用區(qū)用 電電 的的 35 %,全全 國煤矸國煤矸 石石 電電 廠盈廠盈 利利 6 億元億元 以上以上 。每年。每年 發(fā)發(fā) 電電 實(shí)實(shí) 際消耗際消耗 煤矸煤矸 石約石約 2000 萬萬 t。利用。利用 煤矸煤矸 石發(fā)石發(fā) 是是 綜合綜合 利用利用 煤矸煤矸 石石 的一的一 條條 重要途重要途 徑徑 ,不但可不但可 以節(jié)以節(jié) 省好省好 煤煤 ,緩解緩解 煤礦煤礦 電力電力 緊張緊張 局面局面 ,而且而且 灰渣還灰渣還 可可 以以 生產(chǎn)生產(chǎn) 建材建材,消消 除二除二 次次 污染污染 ,是是 一一 項(xiàng)項(xiàng)