燃煤电厂粉煤灰在矿井回填中的综合利用分析

孟宪彬

(中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司，北京 100120)

燃煤电厂粉煤灰在矿井回填中的综合利用分析

孟宪彬

(中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司，北京 100120)

大中型燃煤发电厂是固体废物产生的大户，每年产生大量的粉煤灰，并且有逐年增加的趋势，这些固体废物若弃之不用，不但占用土地而且浪费资源，而且会对环境产生极大的污染，发展大中型燃煤发电厂粉煤灰综合利用工程十分必要。近年来，粉煤灰应用于矿井回填技术在国内己经成熟并逐步推广使用。介绍了国内外粉煤灰矿井回填现状，并对矿井回填技术进行了简要分析。

燃煤电厂;粉煤灰;矿井回填;综合利用

1 危害

我国的粉煤灰在南方地区和京津冀等发达城市综合利用情况良好，但在北方地区，特别是内蒙、山西等产煤大省或是其他经济欠发达地区，目前还不是很理想。目前粉煤灰的综合利用主要有建筑材料、道路工程、农业、填筑材料等［1-2］。

粉煤灰随意弃置会对环境产生不利的影响，主要表现在对大气环境、水环境、土壤和生物群落、土地利用等方面。

1.1 对大气环境的影响

大量的粉煤灰如不加以处置，会产生扬尘，污染大气，当刮起4级以上的风时，粒径＞1mm的粉末将出现剥离，飘扬的高度可达20～50m，使平均视程降低30%～70%。

1.2 对水环境的影响

如果大量的粉煤灰排入河道水系，则会造成河流淤塞，污染水质。粉煤灰中的碱性物质会改变水中养分的含量，给鱼类及水藻类植物造成严重危害。粉煤灰渗滤液还会对地下水产生不同程度的污染，使pH值升高、有毒有害的铬、砷等元素增加。有害化学物质的转化和迁移也会对附近地区的河流及地下水系造成污染。

1.3 对土壤和生物群落的影响

粉煤灰及其渗滤液中所含的有害物质会改变土壤的性质和土壤结构，并对土壤中微生物的活动产生影响。这些有害成分的存在，不仅有碍植物根系的发育和生长，而且还会在植物有机体内积蓄，通过食物链危及人体健康。

1.4 对土地利用的影响

粉煤灰的堆放要占用土地。随着存放量的增多，所需的面积也越大，导致可耕土地面积短缺的势头加剧［3］。

2 矿井回填概况

2.1 国外矿井回填现状

发达国家对粉煤灰的综合利用开展较早，粉煤灰的资源化程度很高，美国为70%，德国为65%，法国为75%，日本已达到100%［4］。美国粉煤灰的综合利用率达到70%，其中约60%用于矿井回填，约4.5%用于结构回填。

2.2 国内矿井回填现状

粉煤灰应用于矿井回填技术在国内已成熟。粉煤灰作为填筑用主要有:粉煤灰综合回填，矿井回填，小坝和码头等的填筑等。近几年，回填用粉煤灰的兴起大大减轻了燃煤电厂在粉煤灰综合利用方面的压力，并使许多灰场的使用寿命得以延长，保证了电厂的安全和稳定生产。利用粉煤灰进行回填一次性用灰量大，且技术、方法简单［5-7］。

3 技术介绍

本文对矿井回填技术主要介绍矿井胶结充填，其基本思想是将粉煤灰(渣)、脱硫石膏等充填物料通过地面运输系统、固体回填物料垂直投料输送系统、井下运输系统运输至机械化采煤工作面后部的回填系统对采空区进行回填，凝固后支撑顶板，从而置换煤柱的技术。固体回填物料作为采空区支撑体，在解决或降低地面沉降和塌陷问题的基础上，达到粉煤灰大批量利用、改善矿区环境的目的。

3.1 主要充填材料

根据煤矿井下条件，充填骨料包括粉煤灰、煤矸石等。首先将井下煤矸石运至卸载站后，经破碎机破碎后卸至矸粉仓内。为提高煤矸石充填料浆输送质量浓度，改善管道输送性能，降低管道磨损，在充填料中加入粉煤灰和复合减水剂、胶凝剂。

3.1.1 材料配比

参照《黑龙江东荣三矿东一采区煤矸石充填设计方案》、中南大学《新型骨料似膏体胶结充填》等资料，矿井回填作业的工作时间为每年300d，每天分3班，每班作业时间为8h。新建回填系统的小时充填量Qh=150m3/h。

充填料浆质量浓度按70%计算，回填料浆容重按1.8t/m3计算，则各物料配比见表1。

表1 各物料配比(单套系统)

粉煤灰供应不足时使用火山灰和炉渣部分代替粉煤灰。骨料不足也可以用高炉水淬矿渣、钢渣、沸腾炉渣、锰铁高炉矿渣、磷矿渣、钛渣等活性工业废渣中的一种或某几种的混和物组成，还可以掺入部分非活性混合材料如石灰石、粘土等。脱硫石膏可以用二水石膏、天然硬石膏、半水石膏及化工石膏、脱硫石膏等石膏中的一种或某几种的混和物组成。

3.1.2 主要过程控制指标

本项目主要过程控制指标见表2。

表2 过程控制指标

3.2 充填系统及设备

粉煤灰充填系统由给水给料设备、收尘器、搅拌桶、充填泵、控制系统、输送管路等组成。

3.2.1 充填站

地面充填站分为充填大厅、粉碎系统、供水系统、供料系统。灰库作为充填站料仓，分别储存胶凝剂、粉煤灰、煤矸石碎块、减水剂，灰库下部安装螺旋给料机。大厅内布置充填泵和搅拌平台，搅拌平台上安装有搅拌桶，计量平台的物料进入搅拌桶，搅拌好的料浆进入充填泵进行泵送。靠近搅拌平台处设有沉淀池，用于暂时储存处理废料。计量平台安装有冲板流量计和收尘器，螺旋给料机给出的物料通过冲板流量计的计量，落入搅拌桶内。抽水泵房水源井与排水沟联通，吸水井与蓄水池联通，水源泵将水源井内的水泵送到蓄水池内，吸水泵将吸水井的水泵送至搅拌桶进行配料制浆。

3.2.2 地面输送系统

地面输送管路将充填站与钻孔管连通，采用无缝钢管，法兰连接，金属密封圈密封，每隔50m设一事故三通，管路进行保温处理。

3.2.3 钻孔输送管路

钻孔用于从地面向井下输送粉煤灰，井下位于回风巷与三轨道回风石门交叉点处，钻孔管采用钢管，管箍焊接连接，钻孔管上口焊卡块卡在孔口，下口设托架托住。

3.2.4 井下输送系统

井下输送管主要采用无缝钢管，法兰连接，每隔50m设一个事故三通，管路沿水沟侧铺设，架于水沟之上，并用螺纹钢锚杆卡具将管路固定在巷道底板上，以防止充填时管路跳动。在充填巷附近设一三通阀门组和一趟排水管路，接至采区轨道下山的水沟，用于排放充填前后冲洗管路水。

3.3 充填方式

3.3.1 垒墙

利用巷口原密闭墙作为挡墙，将充填管路伸入到墙内，制备好的充填料浆通过输送管路直接进入充填巷内。采用分段垒墙分段充填，墙内外面用水泥砂浆抹平，墙体外侧打牢戗柱。墙体分别预埋充填管和排气管，里端伸到距巷道迎头或挡墙，分别固定在巷道的两帮，充填管外端用特制接头与钢编管连接，排气管外端伸出墙体。

3.3.2 充填袋

巷道充填的目的是为回采工作面充填打基础。目前常用的方法是在采空区吊挂充填袋，充填袋内充填粉煤灰膏体，充填区下端垒挡墙，充填袋用铁丝吊挂在巷道顶板上。充填输送管铺设在观测区，由充填袋侧面最高端伸进充填袋。

4 矿井回填存在的问题

用粉煤灰作为回填材料充填矿井采空区，可减少采煤引起的地表移动及变形，从而减轻对地面建筑的破坏程度。但同时存在一些问题:

(1)由于充填料浆泌水率高，且矿井采空区与地下水有着广泛连通，在用粉煤灰进行矿井回填时，很难边回填边压实，势必会造成部分粉煤灰自然松散地浸入地下水中，所以在粉煤灰用作矿井回填材料之前，首先要进行粉煤灰水浸试验，如果灰水中有害物含量增大，且超过国家规定的饮用水标准，则不宜用粉煤灰进行矿井回填工作。其次在回采工作面充填开采时，要充分考虑排水问题。

(2)应充分考虑到粉煤灰中高含量的污染元素可能造成土壤与生物污染的情况，因而应该加大生物监测，开展对土壤—地下水—作物系统的环境影响评价，确保不会出现二次污染。

(3)尽量减少弯道、接头。因为在这些部位，流速容易放缓，局部阻力增大，易造成堵管，绝对避免锐角弯道的存在。

(4)保证安装质量，包括钻孔的垂直度、垂直管道的偏移度、水平管道的起伏度应严格控制，因为安装质量不好，不仅会加大管道磨损、降低管道使用寿命，而且容易造成堵管。

5 结语

矿井回填的环境效益:胶结料浆井下充填骨料来源于火电机组项目工程粉煤灰、炉渣、脱硫石膏，回填矿井可以改善井下工作环境;胶结料浆体积浓度高，泌水率小，不会产生细颗粒随泌水流出采场而污染井下环境的现象;胶结料浆井下充填可以减少因堆放粉煤灰、脱硫石膏，而征用的大面积灰场，有利于环境保护回收宝贵的土地资源;胶结料浆井下充填有利于保护地表建筑物，防止地下采矿而引发地表移动和塌陷等地质灾害;充填用水可以使用经过处理的井下废水，实现水资源的循环使用。

综上所述，采用矿井回填技术，可以实现火电机组的粉煤灰、炉渣、脱硫石膏的综合利用，同时可以实现煤矿区的劳动力就近用于井下充填作业，一定程度上还可以消耗煤矿区其他现有固废物，减少了这些固废堆存对大气、水、生态等环境的污染，同时，降低固废堆存的日常管理维护的费用，保护了煤矿区及当地的环境质量，具有很好的环境效益。

［1］王福元，吴正严.粉煤灰利用手册［M］.北京:中国电力出版社，2004.

［2］张强，梁杰，玉石桥，等.粉煤灰综合利用现状［J］.广州化工，2013，41(14):6.

［3］潘晓峰，邓华.鸡西矿业集团粉煤灰综合利用的发展［J］.煤炭加工与综合利用，2009(2):48-49.

［4］邵靖邦.欧洲国家粉煤灰利用［J］.粉煤灰综合利用，1996(2): 43-47.

［5］白俊本.粉煤灰在灰土地基中的应用研究［D］.咸阳:西北农林科技大学，2005.

［6］韩立鹏.火电厂干法脱硫灰再利用的研究［J］.电力科技与环保，2012，28(5):38-39.

［7］许进军，在线飞灰测碳仪在燃煤锅炉中的应用［J］.电力科技与环保，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

孟宪彬(1984-)，男，硕士，工程师，主要从事火电厂环境保护。E-mail:greatwfe@126.com