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环卫垃圾车:城市垃圾充填煤矿采空区控制地表沉陷技术研究

作者:hwcxl  发布时间:2012-7-8  新闻浏览热度:

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  摘要:对当前两大环境问题(矿山地表沉陷和城市垃圾)所造成的危害进行了分析研究,根据城市垃圾处理和矿山充填开采研究现状,对当前利用城市垃圾充填煤矿采空区控制地表沉陷技术进行分析,提出其今后的研究重点:城市垃圾压缩及其固化性能关键技术,利用城市垃圾充填煤矿采空区的充填工艺设计,充填设备研究与开发,以及如何采取科学有效的手段防止垃圾充填可能造成的各种危害。
  关键词:城市垃圾;采空区充填;地表沉陷
  中图分类号:TD823.7文献标志码:A文章编号:1672-3767(2010)04-0030-05
  我国是煤炭开采大国,每年都要通过开凿数万千米的井巷和剥离数亿吨的地表山体,从地下采掘20亿t以上的矿产资源[1]。历经数年的连续开采,煤矿采区内都将留下数量惊人的地下井巷、地下采空场和露天矿坑及废石场。这些采空区如不及时回填,必将导致地表大面积的沉陷和山体的大规模滑落,破坏生态环境,危及工农业生产和人民生命财产的安全。据统计,全国因采矿引起的塌陷180处以上,塌陷坑1600个,塌陷面积150km2。全国发生采矿塌陷灾害的城市近40个,造成严重破坏的25个,每年因采矿地面塌陷造成的损失达4亿元以上[2]。2010年6月28日,人民日报刊登了一篇《山东济宁采煤造成35万亩土地塌陷》的文章,进一步引起了社会各界对煤矿开采沉陷所造成的危害的关注。
  城市垃圾是人们在生产和生活中产生的综合废弃物,其处理直接关系到城市的形象、居民的身心健康、社会经济的可持续发展。据有关资料统计,我国1990年城市垃圾量为6700万t,2002年城市垃圾就增加到1.4亿t,年增长率为8%~10%。目前我国城市人均日生产垃圾量超过1kg,城市年产出垃圾总量超过1.5亿t,城市垃圾的历年堆存量已经高达60亿t,且由于处理技术落后,处理率不足10%,大都裸露堆放在城郊,使全国的几百座大小城市,约有70%以上已被堆放的垃圾山所包围。大量露天堆放的垃圾所产生的恶臭和滋生的蚊蝇虫鼠严重影响人们的健康,垃圾在长期存贮发酵过程中产生的污物,对附近土壤、水体、大气都将产生极为严重的污染[3-4]。
  有研究者提出,如果将城市垃圾处理和附近煤矿采空区的处理复合成一项系统工程,将是行之有效的环境综合治理方法,可使“两害变为一利”,对于推进我国城市发展乃至全国经济与生态的可持续协调发展具有重要意义[1]。
1城市垃圾处理及充填开采技术研究现状分析
1.1城市垃圾处理方法研究现状
  由于城市垃圾成份复杂,并受经济发展水平、能源结构、自然条件及传统习惯等因素的影响,所以国外对城市垃圾的处理方法各有不同,往往一个国家中各地区也采用不同的处理方式,很难有统一的模式(表1)。目前解决城市垃圾问题的目标都是将垃圾减容、减量、资源化、能源化及无害化处理,因此处理城市垃圾主要有填埋、堆肥及焚烧3种方式,其适用性比较如表2所示,3种垃圾处理方法各有其适用范围[5]。
表1国外部分城市垃圾处理方法统计表

  我国大多数城市垃圾处理刚刚起步,垃圾处理资金短缺是面临的主要困难之一。有些城市由于燃料结构所限,垃圾热值不符合焚烧适用条件,或是垃圾可堆腐物达不到垃圾堆肥条件,目前最终处置方法仍以填埋为主,少量垃圾进行堆肥以及焚烧。其中填埋包括简易堆放和卫生填埋,2007年我国城市生活垃圾最终处置方法对比情况如图1所示。由于卫生填埋方式处理生活垃圾技术成熟,运行投资低,管理维护简单,目前卫生填埋已经成为多数城市生活垃圾处理起步阶段的主要处理方式[6]。但是卫生填埋方式占地面积大,同时存在严重的二次污染。
表2 3种主要城市垃圾处理方式比较表

 

图1 2007年中国城市生活垃圾最终处置方法对比图
1.2煤矿区充填开采技术研究现状
  充填开采技术在金属矿山应用较多,技术相对成熟,我国金属矿山用充填法开采的比例已经超过50%[7],在煤矿充填开采方面,也取得了一定的进步。目前我国各煤矿企业已经开始逐步确立绿色开采[8]的理念,推广充填开采技术,如膏体充填、矸石充填、无煤柱充填等充填技术在各煤矿进行实践研究,以此提高煤炭回采率,延长矿井服务年限,减少土地塌陷。许家林等针对全部充填成本偏高的问题,提出了控制煤矿开采沉陷的条带充填开采方法,建立了条带充填开采设计原则,并推广应用[9]。高延法等提出了多层位注浆减沉技术,并在唐山煤矿进行了工程实验,取得了突出效果[10]。周华强和郭惟嘉在济宁岱庄煤矿应用矸石似膏体充填,效果良好。郭惟嘉等采用离层灌浆、大协调开采、贮矸充填仰斜条带法开采等特殊开采技术,在山东新汶、淄博、济宁等煤矿进行了工程实验,取得了显著效果。山东新汶矿业集团与中国矿业大学、山东科技大学等研究机构合作,利用井下采空区处置煤矸石的充填采煤方法,开发了矸石直接充填置换煤炭的成套技术,初步建立了矸石充填采煤的矿压分析和岩层运动与地表沉陷预计方法,同时开发出了井下煤流分选设备与系统、井下矸石运输系统等,进而将其成功用于三下压煤和其它煤柱的回采,形成了原创性的矸石置换煤成套技术和应用体系[11]。目前,煤矿充填开采技术正在逐渐发展,但由于充填成本高(其中包括充填材料、充填设备等),充填技术在煤炭行业应用不广泛。煤矿行业在这方面的研究主要是考虑如何降低充填成本和选择各类充填置换方法以换取最大的利益

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