一种煤矿区气固液三废协同减排系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种煤矿区气固液三废协同减排系统及方法，属于煤矿区废弃物减排技术领域。位于上覆岩层、煤层、底板岩层中的煤层在开采过程中形成废弃物封存区，位于废弃物封存区上方的上覆岩层下陷形成离层，还包括注浆子系统、注气子系统以及热电厂，热点厂产生的废弃物粉煤灰通入注浆子系统形成浆液并通过注浆井通入废弃物封存区与离层处，热电厂产生的废气通入注气子系统经净化过滤后通过注气井通入废气物充填区。注浆子系统与注气子系统共同将浆液与废气通入废弃物封存区内，浆液内的矿井水、粉煤灰以及矸石与废气中的CO2发生化学反应并固化，从而实现CO

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿区气固液三废协同减排系统及方法


[0001]本专利技术属于煤矿区废弃物减排
，具体涉及一种煤矿区气固液三废协同减排系统及方法。

技术介绍

[0002]在我国的一次能源消费占比中，煤炭消费总量一直占到50％以上，近几年，虽然随着清洁能源的兴起，煤炭消费量有所降低，但其根本性的战略地位将一直保持不变。而伴随着煤炭的开采挖掘，将会产生大量的煤矸石等废料，据不完全统计，煤矸石的产量占到了煤炭产量的10％—15％左右，但煤矸石本身是煤炭生产过程中的废料，并无法直接利用，所以，对废弃的煤矸石如何处理，成为了一大难题，并且，煤炭开采过后造成的采空区造成地应力的变化将会导致地表发生沉陷。此外，煤炭开采过程中还会产生大量的矿井废水，里面含有大量的钙镁等重金属离子，通常这些矿井废水被直接排放到矿区周边的河流，污染周边的生态环境。
[0003]为了节省运输成本，很多热电厂通常会建设在煤矿附近。这些电厂发电过程中会产生大量的粉煤灰，并排放大量的含有CO2的烟气。粉煤灰内含有大量的有害元素，并且内部包含大量的钙镁等重金属离子。粉煤灰的大量堆放对矿区周围的生态环境造成了严重破坏，并占据了大量的土地资源。而含有CO2的烟气大量排放与国家政策相悖。
[0004]针对以上问题，急需寻求一种能实现煤矿区固体废弃物(矸石、粉煤灰)、矿井废水以及电厂废气规模化处置的系统及方法。

技术实现思路

[0005]针对以上所提到的问题，本专利技术提供了一种煤矿区气固液三废协同减排系统及方法，既能够实现煤矿区固体废弃物、废水、废气的协同高效减排，同时能够保护矿区的生态环境免受煤炭开采过程的破坏。
[0006]为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种煤矿区气固液三废协同减排系统，位于上覆岩层、煤层、底板岩层中的煤层在开采过程中形成废弃物封存区，位于所述废弃物封存区上方的上覆岩层下陷形成离层，还包括注浆子系统、注气子系统以及热电厂，所述热点厂产生的废弃物粉煤灰通入注浆子系统形成浆液并通过注浆井通入所述废弃物封存区与离层处，浆液注入至离层处形成浆液充填区，所述热电厂产生的废气通入所述注气子系统经净化过滤后通过注气井注入所述废弃物封存区。
[0008]进一步的，所述注浆子系统包括粉煤灰储罐、矸石仓、矸石破碎罐、一级搅拌器、二级搅拌器、渣浆泵以及矿井水池，所述热电厂通过管道将其产生的粉煤灰输送至粉煤灰储罐内，所述矸石仓与矸石破碎罐连通，所述粉煤灰储罐与所述矸石破碎罐通过螺旋输送器共同与所述一级搅拌器的进料口连通，所述矿井水池通过管道与所述一级搅拌器的进液口连通，所述一级搅拌器与二级搅拌器连通，所述二级搅拌器通过渣浆泵向所述注浆井内进
行注浆。
[0009]进一步的，所述注气子系统包括烟气采集系统、冷却站、脱硫脱硝塔、烟气储存装置以及气体增压泵，所述热电厂将其产生的废气通过管道输送至烟气采集系统，所述烟气采集系统依次与冷却站、脱硫脱硝塔、烟气储集装置相连通，所述烟气储集装置通过气体增压泵向注气井内进行注气。
[0010]进一步的，所述渣浆泵与所述注浆井进行连通的管道上设置有流量计与浆液压力表；所述烟气采集系统、冷却站以及脱硫脱硝塔依次连接的管道上设置有气体压力表。
[0011]进一步的，所述渣浆泵的额定工作压力为5
‑
10MPa；所述气体增压泵的额定工作压力为10
‑
20MPa。
[0012]进一步的，所述矿井水池通过矿井水抽排通道连接至煤层开采区。
[0013]一种利用以上煤矿区气固液三废协同减排系统进行协同减排的方法，包括以下步骤：
[0014]S1.在地面进行与离层处连通的注浆井的施工，并将注浆井的入口处与渣浆泵通过管道连接；
[0015]S2.将粉煤灰储罐的粉煤灰与矸石破碎罐内的矸石粉末共同输送至一级搅拌器内，并将矿井水池的矿井水通入一级搅拌器内进行搅拌混合形成浆液，再经过二级搅拌器二次搅拌后通过渣浆泵施以指定压力从注浆井注入到离层处形成浆液充填区；
[0016]S3.待浆液充填区的浆液凝固后，在地面沿着注浆井的原有轨迹进行钻孔，将注浆井钻孔至废弃物封存区；同时进行与废气物填充区连通的注气井的施工，并将注气井的入口处与气体增压泵通过管道连接；
[0017]S4.将热电厂产生的高温废气暂存在烟气采集系统中，并通过冷却站的冷却以及脱硫脱硝塔脱除硫氧化物、氮氧化物以及烟尘后储存在烟气储集装置中，然后通过气体增压泵加压后经过注气井注入废弃物封存区，同时通过注浆井向废弃物封存区注入浆液。
[0018]与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：
[0019]1.通过对矸石粉末、粉煤灰、矿井废水按一定比例进行混合，制备成一定浓度的浆体对井下进行充填，既能够保护矿区地表面上采矿过程的破坏，同时还能够实现矿井废弃物的二次利用，实现大宗固废的规模化减排，保护矿区生态环境免受污染。
[0020]2.通过采用离层注浆的形式构建废弃物减排区，相比于传统的进行矸石充填显著降低了充填工作量和成本，且能够构建更大范围的废弃物减排空间。
[0021]3.通过利用粉煤灰、矸石以及矿井水混合搅拌形成浆液，并将浆液与热电厂排放的废气共同注入废气物封存区内，可以使矿井水与电厂废气中的CO2发生化学反应生成碳酸，并且矿井水中含有的钙镁等重金属离子也可与碳酸发生化学反应生成固体沉淀物，实现对CO2固化封存；同时，矸石或粉煤灰中含有的大量重金属离子，同样能与碳酸反应起到固化CO2的作用，从而将固体废弃物(矸石、粉煤灰)、矿井废水、电厂废气三者之间进行相互反应，共同实现气固液三废的协同减排作用。
附图说明
[0022]图1是本专利技术的结构示意图；
[0023]图中：1热电厂，2粉煤灰储罐，3矸石仓，4矸石破碎罐，5一级搅拌器，6二级搅拌器，
7渣浆泵，8注浆井，9矿井水池，10螺旋输送器，11烟气采集系统，12冷却站，13脱硫脱硝塔，14烟气储存装置，15气体增压泵，16注气井，17上覆岩层，18浆液充填区，19废弃物封存区，20煤层，21底板岩层，22流量计，23浆液压力表，24气体压力表，25矿井水抽排通道。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0025]参照图1所示，本专利技术提供了一种煤矿区气固液三废协同减排系统，位于上覆岩层17、煤层20、底板岩层21中的煤层20在开采过程中形成废弃物封存区19，废弃物封存区19包括煤层20开采所形成的破碎岩体堆积区以及上覆岩层17的裂隙区，相邻两个废弃物封存区19之间通过隔离煤柱隔离开，隔离煤柱的宽度需要由以下公式进行确定：
[0026][0027]式中：
[0028]γ—地层容重；H—煤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿区气固液三废协同减排系统，位于上覆岩层(17)、煤层(20)、底板岩层(21)中的煤层(20)在开采过程中形成废弃物封存区(19)，位于所述废弃物封存区(19)上方的上覆岩层(17)下陷形成离层，其特征在于：还包括注浆子系统、注气子系统以及热电厂(1)，所述热点厂(1)产生的废弃物粉煤灰通入注浆子系统形成浆液并通过注浆井(8)注入所述废弃物封存区(19)与离层处，浆液注入至离层处形成浆液充填区(18)，所述热电厂(1)产生的废气通入所述注气子系统经净化过滤后通过注气井(16)通入所述废弃物封存区(19)。2.根据权利要求1所述的煤矿区气固液三废协同减排系统，其特征在于：所述注浆子系统包括粉煤灰储罐(2)、矸石仓(3)、矸石破碎罐(4)、一级搅拌器(5)、二级搅拌器(6)、渣浆泵(7)以及矿井水池(9)，所述热电厂(1)通过管道将其产生的粉煤灰输送至粉煤灰储罐(2)内，所述矸石仓(3)与矸石破碎罐(4)连通，所述粉煤灰储罐(2)与所述矸石破碎罐(4)通过螺旋输送器(10)共同与所述一级搅拌器(5)的进料口连通，所述矿井水池(9)通过管道与所述一级搅拌器(5)进液口连通，所述一级搅拌器(5)与二级搅拌器(6)通过管道连通，所述二级搅拌器通过渣浆泵(7)向注浆井(8)内注浆。3.根据权利要求1所述的煤矿区气固液三废协同减排系统，其特征在于：所述注气子系统包括烟气采集系统(11)、冷却站(12)、脱硫脱硝塔(13)、烟气储存装置(14)以及气体增压泵(15)，所述热电厂(1)将其产生的废气通过管道输送至烟气采集系统(11)，所述烟气采集系统(11)依次与冷却站(12)、脱硫脱硝塔(13)、烟气储集装置(14)相连通，所述烟气采集装置通过气体增压泵(15)向所述注气井(16)内进行注气。4.根据权利要求1所述的煤矿区气固液三废协同减排系统，其特征在于：所述渣浆泵(7)与所述注浆...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘厅，陈蒙，李明洋，郭畅，余旭，徐吉钊，林柏泉，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：