孟憲彬

(中國電力工程顧問集團華北電力設(shè)計院有限公司，北京 100120)

燃煤電廠粉煤灰在礦井回填中的綜合利用分析

孟憲彬

(中國電力工程顧問集團華北電力設(shè)計院有限公司，北京 100120)

大中型燃煤發(fā)電廠是固體廢物產(chǎn)生的大戶，每年產(chǎn)生大量的粉煤灰，并且有逐年增加的趨勢，這些固體廢物若棄之不用，不但占用土地而且浪費資源，而且會對環(huán)境產(chǎn)生極大的污染，發(fā)展大中型燃煤發(fā)電廠粉煤灰綜合利用工程十分必要。近年來，粉煤灰應(yīng)用于礦井回填技術(shù)在國內(nèi)己經(jīng)成熟并逐步推廣使用。介紹了國內(nèi)外粉煤灰礦井回填現(xiàn)狀，并對礦井回填技術(shù)進行了簡要分析。

燃煤電廠;粉煤灰;礦井回填;綜合利用

1 危害

我國的粉煤灰在南方地區(qū)和京津冀等發(fā)達城市綜合利用情況良好，但在北方地區(qū)，特別是內(nèi)蒙、山西等產(chǎn)煤大省或是其他經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)，目前還不是很理想。目前粉煤灰的綜合利用主要有建筑材料、道路工程、農(nóng)業(yè)、填筑材料等［1-2］。

粉煤灰隨意棄置會對環(huán)境產(chǎn)生不利的影響，主要表現(xiàn)在對大氣環(huán)境、水環(huán)境、土壤和生物群落、土地利用等方面。

1.1 對大氣環(huán)境的影響

大量的粉煤灰如不加以處置，會產(chǎn)生揚塵，污染大氣，當刮起4級以上的風(fēng)時，粒徑＞1mm的粉末將出現(xiàn)剝離，飄揚的高度可達20～50m，使平均視程降低30%～70%。

1.2 對水環(huán)境的影響

如果大量的粉煤灰排入河道水系，則會造成河流淤塞，污染水質(zhì)。粉煤灰中的堿性物質(zhì)會改變水中養(yǎng)分的含量，給魚類及水藻類植物造成嚴重危害。粉煤灰滲濾液還會對地下水產(chǎn)生不同程度的污染，使pH值升高、有毒有害的鉻、砷等元素增加。有害化學(xué)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和遷移也會對附近地區(qū)的河流及地下水系造成污染。

1.3 對土壤和生物群落的影響

粉煤灰及其滲濾液中所含的有害物質(zhì)會改變土壤的性質(zhì)和土壤結(jié)構(gòu)，并對土壤中微生物的活動產(chǎn)生影響。這些有害成分的存在，不僅有礙植物根系的發(fā)育和生長，而且還會在植物有機體內(nèi)積蓄，通過食物鏈危及人體健康。

1.4 對土地利用的影響

粉煤灰的堆放要占用土地。隨著存放量的增多，所需的面積也越大，導(dǎo)致可耕土地面積短缺的勢頭加?。?］。

2 礦井回填概況

2.1 國外礦井回填現(xiàn)狀

發(fā)達國家對粉煤灰的綜合利用開展較早，粉煤灰的資源化程度很高，美國為70%，德國為65%，法國為75%，日本已達到100%［4］。美國粉煤灰的綜合利用率達到70%，其中約60%用于礦井回填，約4.5%用于結(jié)構(gòu)回填。

2.2 國內(nèi)礦井回填現(xiàn)狀

粉煤灰應(yīng)用于礦井回填技術(shù)在國內(nèi)已成熟。粉煤灰作為填筑用主要有:粉煤灰綜合回填，礦井回填，小壩和碼頭等的填筑等。近幾年，回填用粉煤灰的興起大大減輕了燃煤電廠在粉煤灰綜合利用方面的壓力，并使許多灰場的使用壽命得以延長，保證了電廠的安全和穩(wěn)定生產(chǎn)。利用粉煤灰進行回填一次性用灰量大，且技術(shù)、方法簡單［5-7］。

3 技術(shù)介紹

本文對礦井回填技術(shù)主要介紹礦井膠結(jié)充填，其基本思想是將粉煤灰(渣)、脫硫石膏等充填物料通過地面運輸系統(tǒng)、固體回填物料垂直投料輸送系統(tǒng)、井下運輸系統(tǒng)運輸至機械化采煤工作面后部的回填系統(tǒng)對采空區(qū)進行回填，凝固后支撐頂板，從而置換煤柱的技術(shù)。固體回填物料作為采空區(qū)支撐體，在解決或降低地面沉降和塌陷問題的基礎(chǔ)上，達到粉煤灰大批量利用、改善礦區(qū)環(huán)境的目的。

3.1 主要充填材料

根據(jù)煤礦井下條件，充填骨料包括粉煤灰、煤矸石等。首先將井下煤矸石運至卸載站后，經(jīng)破碎機破碎后卸至矸粉倉內(nèi)。為提高煤矸石充填料漿輸送質(zhì)量濃度，改善管道輸送性能，降低管道磨損，在充填料中加入粉煤灰和復(fù)合減水劑、膠凝劑。

3.1.1 材料配比

參照《黑龍江東榮三礦東一采區(qū)煤矸石充填設(shè)計方案》、中南大學(xué)《新型骨料似膏體膠結(jié)充填》等資料，礦井回填作業(yè)的工作時間為每年300d，每天分3班，每班作業(yè)時間為8h。新建回填系統(tǒng)的小時充填量Qh=150m3/h。

充填料漿質(zhì)量濃度按70%計算，回填料漿容重按1.8t/m3計算，則各物料配比見表1。

表1 各物料配比(單套系統(tǒng))

粉煤灰供應(yīng)不足時使用火山灰和爐渣部分代替粉煤灰。骨料不足也可以用高爐水淬礦渣、鋼渣、沸騰爐渣、錳鐵高爐礦渣、磷礦渣、鈦渣等活性工業(yè)廢渣中的一種或某幾種的混和物組成，還可以摻入部分非活性混合材料如石灰石、粘土等。脫硫石膏可以用二水石膏、天然硬石膏、半水石膏及化工石膏、脫硫石膏等石膏中的一種或某幾種的混和物組成。

3.1.2 主要過程控制指標

本項目主要過程控制指標見表2。

表2 過程控制指標

3.2 充填系統(tǒng)及設(shè)備

粉煤灰充填系統(tǒng)由給水給料設(shè)備、收塵器、攪拌桶、充填泵、控制系統(tǒng)、輸送管路等組成。

3.2.1 充填站

地面充填站分為充填大廳、粉碎系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、供料系統(tǒng)。灰?guī)熳鳛槌涮钫玖蟼}，分別儲存膠凝劑、粉煤灰、煤矸石碎塊、減水劑，灰?guī)煜虏堪惭b螺旋給料機。大廳內(nèi)布置充填泵和攪拌平臺，攪拌平臺上安裝有攪拌桶，計量平臺的物料進入攪拌桶，攪拌好的料漿進入充填泵進行泵送?？拷鼣嚢杵脚_處設(shè)有沉淀池，用于暫時儲存處理廢料。計量平臺安裝有沖板流量計和收塵器，螺旋給料機給出的物料通過沖板流量計的計量，落入攪拌桶內(nèi)。抽水泵房水源井與排水溝聯(lián)通，吸水井與蓄水池聯(lián)通，水源泵將水源井內(nèi)的水泵送到蓄水池內(nèi)，吸水泵將吸水井的水泵送至攪拌桶進行配料制漿。

3.2.2 地面輸送系統(tǒng)

地面輸送管路將充填站與鉆孔管連通，采用無縫鋼管，法蘭連接，金屬密封圈密封，每隔50m設(shè)一事故三通，管路進行保溫處理。

3.2.3 鉆孔輸送管路

鉆孔用于從地面向井下輸送粉煤灰，井下位于回風(fēng)巷與三軌道回風(fēng)石門交叉點處，鉆孔管采用鋼管，管箍焊接連接，鉆孔管上口焊卡塊卡在孔口，下口設(shè)托架托住。

3.2.4 井下輸送系統(tǒng)

井下輸送管主要采用無縫鋼管，法蘭連接，每隔50m設(shè)一個事故三通，管路沿水溝側(cè)鋪設(shè)，架于水溝之上，并用螺紋鋼錨桿卡具將管路固定在巷道底板上，以防止充填時管路跳動。在充填巷附近設(shè)一三通閥門組和一趟排水管路，接至采區(qū)軌道下山的水溝，用于排放充填前后沖洗管路水。

3.3 充填方式

3.3.1 壘墻

利用巷口原密閉墻作為擋墻，將充填管路伸入到墻內(nèi)，制備好的充填料漿通過輸送管路直接進入充填巷內(nèi)。采用分段壘墻分段充填，墻內(nèi)外面用水泥砂漿抹平，墻體外側(cè)打牢戧柱。墻體分別預(yù)埋充填管和排氣管，里端伸到距巷道迎頭或擋墻，分別固定在巷道的兩幫，充填管外端用特制接頭與鋼編管連接，排氣管外端伸出墻體。

3.3.2 充填袋

巷道充填的目的是為回采工作面充填打基礎(chǔ)。目前常用的方法是在采空區(qū)吊掛充填袋，充填袋內(nèi)充填粉煤灰膏體，充填區(qū)下端壘擋墻，充填袋用鐵絲吊掛在巷道頂板上。充填輸送管鋪設(shè)在觀測區(qū)，由充填袋側(cè)面最高端伸進充填袋。

4 礦井回填存在的問題

用粉煤灰作為回填材料充填礦井采空區(qū)，可減少采煤引起的地表移動及變形，從而減輕對地面建筑的破壞程度。但同時存在一些問題:

(1)由于充填料漿泌水率高，且礦井采空區(qū)與地下水有著廣泛連通，在用粉煤灰進行礦井回填時，很難邊回填邊壓實，勢必會造成部分粉煤灰自然松散地浸入地下水中，所以在粉煤灰用作礦井回填材料之前，首先要進行粉煤灰水浸試驗，如果灰水中有害物含量增大，且超過國家規(guī)定的飲用水標準，則不宜用粉煤灰進行礦井回填工作。其次在回采工作面充填開采時，要充分考慮排水問題。

(2)應(yīng)充分考慮到粉煤灰中高含量的污染元素可能造成土壤與生物污染的情況，因而應(yīng)該加大生物監(jiān)測，開展對土壤—地下水—作物系統(tǒng)的環(huán)境影響評價，確保不會出現(xiàn)二次污染。

(3)盡量減少彎道、接頭。因為在這些部位，流速容易放緩，局部阻力增大，易造成堵管，絕對避免銳角彎道的存在。

(4)保證安裝質(zhì)量，包括鉆孔的垂直度、垂直管道的偏移度、水平管道的起伏度應(yīng)嚴格控制，因為安裝質(zhì)量不好，不僅會加大管道磨損、降低管道使用壽命，而且容易造成堵管。

5 結(jié)語

礦井回填的環(huán)境效益:膠結(jié)料漿井下充填骨料來源于火電機組項目工程粉煤灰、爐渣、脫硫石膏，回填礦井可以改善井下工作環(huán)境;膠結(jié)料漿體積濃度高，泌水率小，不會產(chǎn)生細顆粒隨泌水流出采場而污染井下環(huán)境的現(xiàn)象;膠結(jié)料漿井下充填可以減少因堆放粉煤灰、脫硫石膏，而征用的大面積灰場，有利于環(huán)境保護回收寶貴的土地資源;膠結(jié)料漿井下充填有利于保護地表建筑物，防止地下采礦而引發(fā)地表移動和塌陷等地質(zhì)災(zāi)害;充填用水可以使用經(jīng)過處理的井下廢水，實現(xiàn)水資源的循環(huán)使用。

綜上所述，采用礦井回填技術(shù)，可以實現(xiàn)火電機組的粉煤灰、爐渣、脫硫石膏的綜合利用，同時可以實現(xiàn)煤礦區(qū)的勞動力就近用于井下充填作業(yè)，一定程度上還可以消耗煤礦區(qū)其他現(xiàn)有固廢物，減少了這些固廢堆存對大氣、水、生態(tài)等環(huán)境的污染，同時，降低固廢堆存的日常管理維護的費用，保護了煤礦區(qū)及當?shù)氐沫h(huán)境質(zhì)量，具有很好的環(huán)境效益。

［1］王福元，吳正嚴.粉煤灰利用手冊［M］.北京:中國電力出版社，2004.

［2］張強，梁杰，玉石橋，等.粉煤灰綜合利用現(xiàn)狀［J］.廣州化工，2013，41(14):6.

［3］潘曉峰，鄧華.雞西礦業(yè)集團粉煤灰綜合利用的發(fā)展［J］.煤炭加工與綜合利用，2009(2):48-49.

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［5］白俊本.粉煤灰在灰土地基中的應(yīng)用研究［D］.咸陽:西北農(nóng)林科技大學(xué)，2005.

［6］韓立鵬.火電廠干法脫硫灰再利用的研究［J］.電力科技與環(huán)保，2012，28(5):38-39.

［7］許進軍，在線飛灰測碳儀在燃煤鍋爐中的應(yīng)用［J］.電力科技與環(huán)保，2014，30(3):58-60.

Analysis of ash and slag＇s comprehensive utilization of coal-fired power plant in backfilled of mine

Big and medium-sized coal-fired power plant produce lots of ash and slag and increases year by year.If these solids discard is throwed，not only wasting the resource but also pollution the environment.So it is very important for the big and medium-sized coal-fired power plant to develope Comprehensive exploitation of ash and slag.Recently，application of ash and slag in backfilled of mine in China has been mature and gradually promote the use of.It introduces the present situation of domestic and foreign in backfilled of mine，and brief analysis of mine backfill technology.

coal-fired power plant;ash and slag;mine backfill;comprehensive utilization

X701.2

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:1674-8069(2017)01-040-03

2016-08-10;

:2016-09-23

孟憲彬(1984-)，男，碩士，工程師，主要從事火電廠環(huán)境保護。E-mail:greatwfe@126.com