图1在一个煤矿采掘工程图上布置填埋场空间Fig.doc

图 1在一个煤矿采掘工程图上布置填埋场空间Fig.1Arrange a disposal space in amine engineering drawing长期以来, 德国鲁尔煤矿在工作面空间充填发电厂的粉煤灰和采矿矸石已取得成功的经验.我国也在这方面进行了的大量研究工作, 例如, 抚顺曾用冶炼后的油母页岩矿渣充填采空区, 平顶山、 抚顺和兖州等矿区利用粉煤灰充填采空区和离层带均取得很好的效果 , 并积累了成功经验, 发展了工艺.但对于废物充填, 还应加强研究的 , 是在工作面推进过程中, 如何能使废物充填与采煤工艺达到紧密配合 , 并使充填效果能起到支护顶板作用, 从而保证工作面的正常推进 .回采工作面空间能否作为生活垃圾或工业废物的处置场所, 是一个值得探讨的新问题 .在市场经济的条件下 , 废物地下安全处置能变为一种新的产业.据环保部门专家估算, 工业有害废物地下填埋费用至少在 200 300 元/t 以上 , 因此 , 废物的地下处置既可为煤矿产生比生产煤炭更高的经济效益 , 又能得到社会 、 法律和法规的支持.但随之而来的就是废物的预处理技术, 废物地下填埋作业工艺 , 以及矿井能否同时适应采煤和填埋废物的技术改造问题 .1.2 各种类型的巷道空间煤矿或金属矿开采都要掘进大量巷道, 根据各种巷道的用途不同, 它们具有一定的断面 、 长度和使用时间 .如果能在生产矿井实现边采边填的作业方式, 则在生产矿井中最有利用价值的是回采巷道 , 因为回采巷道只为工作面作业服务, 当工作面作业结束 , 回采巷道也随之报废,在生产矿井中, 已回采结束的采区或煤层报废的开拓巷道 , 例如分层运输大巷 、 石门, 或废弃的绞车和回风斜井、 竖井都可以用来填埋工业有害废物 .运输系统、 通风系统和排水系统健全 , 因而有利于利用报废的井巷工程来从事废物的填埋作业 .特别是对于那些老年矿井 , 应保留矿井生产系统, 把所有能保留的采矿空间都用来处置废物, 将会创造出经济效益更高的环保产业 .对于将报废的矿井 , 甚至井底车场和竖井井筒都可用来处置废物.2 地下空间可处置的废物由于经济的不断发展 , 废物的种类越来越复杂, 废物中的成分繁杂而很难掌握 .根据德国当前的技术发展水平, 能在地下填埋场处置的废物可按图 2执行, 该图建议的废物处置技术方法是否能被我国借鉴,应值得探讨.除图 2 所示的废物和残余物质可在地下处置外 , 如按废物种类划分, 以下几种类型均可在地下处置.2.1 大宗型废物所谓大宗型废物按德国废物法划分主要指那些量大而有害物质含量低的废物, 例如发电厂的粉煤灰、灰渣和尘土 , 主要来源于煤、 垃圾和特殊废物的焚烧, 以及烟气净化的残渣、 金属渣、 含重金属污染的土.此外还有化学反应和综合过程形成的废物, 如石油加工和洗精煤产生的废物, 塑料成型废物 , 消耗的催化剂, 以及采矿本身出现的废物 .在我国目前尚没有一个明确的废物分类法规, 对这些废物如何处置也没有明确地规定 .上述这些废物都可作为充填材料在回采工作面空间处置.德国鲁尔区很多矿井都曾进行过对大宗型废物在煤矿回采工作面空间安全填埋工作 , 取得很好的社会经济效益 .2.2 居民生活垃圾原状生活垃圾进行地下填埋目前还没有实例 , 主要原因是由于生活垃圾中有机成分太多 , 易产生沼气, 存在爆炸危险.生活垃圾地下填埋排气技术难度大, 所以德国的废物法规明确规定 , 原状生活垃圾不准进行地下填埋 .焚烧后的生活垃圾可划归到大宗型废物类, 则可进行地下填埋处置.430煤炭学报1999 年第 24 卷水系统保持完好和正常运转;(5)作为废物地下填埋场被利用的空间最好具备有封闭的地质条件 , 没有地下水流通过 ;(6)经济上的可实现性 , 尽可能投入较少的费用实现废物安全的地下填埋.地下填埋场选址具有特殊意义的就是要保证水域无害化 , 因为一般的煤矿矿井都要长期处于地下水下, 要长期的疏排地下水 .如果矿井水或煤层上 、 下方的地下水被污染, 就有可能导致地表浅部被供水利用的含水层污染 , 这是一定要避免的.地下填埋场另一特点, 把煤矿矿井作为废物的地下填埋空间是不可监测和不可修复的, 废物填进去后则不可取出, 这是选址工作特别要注意的技术要点.3.2 对废物运输和地下填埋作业的技术要求废物运输和填埋作业方法以及应采取的安全措施 , 要根据废物种类、 浓度和颗粒成分来确定 , 更重要的要按其危害程度来确定 , 针对不同废物类型采取不同的运输方式 .3.2.1 利用矿井运输工具对于大粒或块状废物原则上可利用矿井现有运输工具 , 即提升设备、 皮带运输机或矿车 , 运至井下开采或开拓空间内 , 再利用适当结构的装载机堆到一起进行充分的压密, 对这种废物要求有害物质成分少,运输时不必包装 , 可以敞开直接用矿车装运至井下.3.2.2 利用水力或风力运输像煤矿选煤厂选出的水选矸石 , 烟气脱硫厂的电过滤器灰 、 残渣和沸腾层灰这些含有害物质少的废物可在地面用尽可能高浓度浆液混合, 然后用导管或螺旋导管靠静水压力通过井筒运至井下 (图 3), 再充入回采工作面的采空区.还有一个方法是沿回风巷间隔 20 m 打一个 4 6 m 的带套管钻孔到采空区 (图图 4用带套管的钻孔把废物混合浆液输送到井下Fig.4Transfer the mixed wastes sulrryinto underground by using drillingholes with pipe liner4), 可把从井上输送来的废物直接充入倾斜的工作面或废弃的其它采空区 1.在我国有些矿井已有完善的充填系统和灌浆系统, 可以充分利用现有设备潜力.图 3用导管将填埋物输送到井下Fig.3Piping the buried material underground发电厂产生的粉煤灰可与充填碎石混合利用风力运至井下 , 充入回采工作面和废弃巷道里.除此之外的其它有害物质成分少的细颗粒废物用风力运输充入到采空区和废巷里, 原则上也是可行的 .对作业环境的影响, 只要采取有效的防尘措施 , 按现有的煤矿工作卫生限制标准进行严格的物质选择, 就可以消除其影响 .这种技术方法在我国煤矿开采历史上已有实践 , 可以充分利用我国自己的水力和风力充填工艺 .3.2.3 利用容器或桶装运输对于受工作卫生条件限制的细粒和纤维废物 , 如含石棉或石英的细灰废物 , 禁止用风力运输和开放式输送 , 要进行防尘处理, 用合适的运输容器在封闭的条件下运输和堆放.对于含高有害物质的工业废物要用坚固的包装 (图 5), 必须保证运输和转运的安全 , 并保证存放地点的安全和能合理地利用填埋空间,要防止废物万一出现的化学反应, 以及有害的或有侵害的灰尘 、 气体和蒸汽的泄漏 , 尤其要避免废物与水的接触.432煤炭学报1999 年第 24 卷图 2废物和残余物质处置技术方法Fig.2Disposal technique of wastes and residuals如果生活垃圾能做到将有机和无机分类 , 那么纯无机的生活垃圾进行地下填埋不会存在更严重的环境问题 , 有待于今后加强这方面的研究和探讨 .2.3 工业危险性废物工业危险性废物 , 在德国称之为 “特殊废物” , 在我国也有人称之为 “工业有害废物” .由于经济的高速发展, 我国工业危险性废物产生量越来越多, 给社会和环保部门的压力也越来越大, 无论从发达国家的环保政策 , 或者从我国当前的环保策略 , 工业危险性废物安全处置的最好途径是走地下填埋的道路.要根据工业危险性废物的危害程度 , 在地面上进行必要的预处理 , 运到井下, 在废旧的井巷工程里堆放起来,并采取一定的密封措施, 防止有害物质成分泄出 .在地质条件好的矿井, 例如结晶岩、 粘土岩和泥质页岩发育的矿井, 甚至可以安全处置放射性废物 .2.4 不允许地下填埋的废物出于工作安全和可能造成的环境影响, 特别是在废物运输或填埋作业时有潜在危险时, 对废物的地下填埋要制定必要的限制条件.在德国除核燃烧物质残渣和原子法限制的废物外 , 还有易爆物质和混合后能产生爆炸的物质 、 自燃物质和易燃物质 , 能产生毒气或蒸汽的物质 , 含有病原体携带的医院废物 , 以及液体和有刺激性物质都不能在煤矿井里处置 2.3 废物地下填埋的技术要求将废物既做到在地下安全填埋 , 不出现环境问题 , 又不导致对作业人员的健康产生危害 , 并具有一定的经济效益, 被社会和采矿部门所接受 , 除要对废物的地下填埋处置措施提出周密的技术要求外 , 还要得到国家和地方的政策 、 法律和法规的支持.所以废物的地下填埋不是简单问题 , 值得各专业人员的重视和研究 .为了能在我国实现废物地下填埋处置这一重大环保举措 , 提出以下几个方面技术问题供大家探讨.3.1 废物地下填埋空间的选择废物地下填埋场可利用的空间选择从技术上首先应具备以下条件:(1)要保证矿井水和地下水的无害影响 , 即不造成长期的环境影响;(2)保证所有工作人员 (采矿人员和废物作业人员)无危害或不受附加的污染侵害;(3)保护矿床, 也就是保证对矿床将来的开采无影响;(4)矿井应具备有完好的装备, 生第 4 期 赫英臣 :煤矿废弃井巷可作为废物处置的安全场地431煤矿废弃井巷可作为废物处置的安全场地赫 英 臣(河北建筑科技学院, 河北 邯郸056038)摘要:随着人口的增加和经济的高速发展 , 我国城市和乡村生活垃圾和工业废物产生量迅速增长, 造成越来越严重的环境污染问题.根据国外的经验, 将废物转运到地下处置可以成为解决环境问题的新出路 .我国是采矿大国 , 特别是煤矿开采量很大, 分布面积广泛, 能否将煤矿开采形成的工作面 、 废弃井巷和其它地下空间利用起来 , 作为废物的永久处置场地, 本文就此问题进行了较深入的探讨 , 提出了煤矿地下可利用的空间能力 , 可处置废物的种类 , 废物地下处置的技术要求 , 井上 、 下的安全技术措施和经济效益分析等一系列的技术问题 .关键词:废物;矿井 ;地下处置;安全措施 ;经济效益中图分类号 :X 7文献标识码:A中国的环境问题与可持续发展战略之间的矛盾越来越尖锐 .除污水和废气造成的严重环境污染外 , 经济发展带来的越来越多的固体废物 , 对环境造成的污染越来越显得突出, 以致于从卫星照片上到处可以看到垃圾包围城市的情景.固体废物安全处置技术在发达国家几十年的实践已发展得很成熟, 大部分技术可以直接引进应用 , 更重要的是要吸取他们发展过程中的经验和教训 .例如德国和其他欧洲国家, 在过去几十年中固体废物 (包括生活垃圾)的 50% 70 %都要在地表建安全填埋场进行填埋处置, 从而占用大量资金和土地面积 , 致使目前已无地可供填埋垃圾 , 被迫到地下寻找可为废物处置利用的空间 .我国至今地表上还没有建成一座安全标准很高的废物填埋场 , 虽然有些城市在计划和立项 , 但由于资金投入太大 , 防渗材料缺乏等原因而没有实现 , 因此对固体废物的安全处置可以直接走地下填埋的道路 , 把地下空间利用起来 , 地面空间节省下来 .我国地域辽阔, 矿产丰富 , 煤矿、 金属矿、 岩盐矿到处可见, 尤其是煤矿在大城市周围都有分布 , 而且我国煤矿的开采量大, 有大量可利用的地下空间作为废物最终处理场所 , 开展这方面的研究和实验 , 可为我国环境问题的解决创造新的出路.1 煤矿开采可利用的地下空间能力煤矿在废物地下填埋的可利用的空间能力是大有潜力的, 因为煤矿的开采规模大, 我国年产百万吨以上的大型矿井很多, 中、 小矿井到处可见.其次是金属矿井, 一般金属矿井规模较小, 分布不均匀, 但金属矿井的地质条件较好, 适合作为废物的地下填埋场地.煤矿开采系统可利用的地下空间主要可划分为如下几种类型.1.1 回采工作面空间作为废物地下填埋空间, 潜力最大的是回采工作面空间 (图 1).在工作面空间填充废物最大的优点是可通过上覆岩体的下落 , 使废物得到充分压实和压密, 与围岩形成一体 , 使渗透性达到最小, 减少废物中有害物质的释放量 1.收稿日期:1999-03-11容器的堆放可用专用设备整齐的堆放到废巷里, 但必须要分类放置, 相互间有反应的废物一定要彼此间分开堆放 , 即使在包装破损的情况下也不会在井下出现有危害的反应 (图 6).图 5带高有害物质成分的废物打包方法Fig.5 Packing method of waste withhigh detrimental elements图 6废物容器 (罐)在巷道里的堆垛方法Fig.6Stacking method of waste vessel(tank)in roadway4 井上 、 下安全措施废物在地下采矿空间进行安全处置 , 要经过环节复杂的转运过程, 同时还要附加一些废物的预处理过程, 在这些过程中都要有一定安全措施来保证废物不对外界造成任何危害 , 故要制定一些必要的井上 、 下安全措施 .4.1 井上安全措施特别是对于正在生产的矿井, 废物地下处置不能影响矿井的正常生产秩序和对矿区环境造成不利的影响, 应在矿井周围并与矿井保持一定安全距离的地方建设废物临时或中间堆放场.废物堆放场与矿井之间可用矿车运输轨道联接, 废物出场后可直接转运到井下.废物堆放场要对地面进行防渗透处理, 并带有一定坡度 、 边沿和其它保护措施 (围墙和顶盖), 使其形成一个封闭空间 , 并要联接一个排水系统来收集和分离废物渗出液 , 接到污水处理厂 .废物临时堆放场除了起到废物暂时堆放功能外, 更重要的是废物要在这里进行处理 , 使其能达到向井下运输的条件.因此废物堆放应具有一定的规模 , 应按每天井下的处置量来设计场地大小, 并要有一定的回旋余地 .废物在存放期间应防止天气的影响和长期处于密封状态 .4.2 井下安全措施废物地下安全处置的井下安全措施除要考虑运输过程中和作业过程人员的卫生安全外, 更重要的是要保证地质环境的安全 .在井巷工程和采区充填的废物 , 由于它含有微量的有害物质, 可以自由输送而不怕震动 , 可不必要求安全措施 .对含高有害物质的废物 , 除用罐或桶装外 , 在堆垛到巷道里后 , 还要用弱渗透物质将空隙充填(图 6), 然后密闭封堵, 防止水的渗入 , 控制废物的含水量, 同时也要防止由于填埋空间上方矿压的作用, 使有害物质从导水管泄出造成水的污染 .为了避免水溶有害物质与地下水的接触, 必须要保持填埋场作业期间填埋空间处于干燥状态, 必要时应保留矿井的输排水设施和通风设施 .5 经济效益分析从国外经验表明 , 废物的地下填埋有明显的社会效益和突出的经济效益 , 主要表现在以下几方面:(1)地下空间是无偿的, 不必投入很大费用去征用 ;(2)废物的地下填埋至少要距离生物圈 500 800 m,基本上不会对生物圈的生态环境产生不利影响, 对动植物的生长和人类活动不会产生危害;(3)保护矿区第 4 期 赫英臣 :煤矿废弃井巷可作为废物处置的安全场地433地表避免沉降带来的经济效益 ;(4)在当前煤炭产业经济不景气的前提下 , 废物的地下填埋可以为煤矿开发第二产业 , 如果矿井能把井下的所有空间都利用于废物的地下填埋, 则产生的经济效益将是无法估量的, 甚至填埋废物创造的经济效益比生产煤炭大得多;(5)对于将要报废的矿井, 可以保留提升、 运输、通风和排水系统 , 以及管理人员和工人 , 在原有矿井机构的基础上发展废物填埋产业, 节省大笔资金;(6)如果将废物在具有理想的地质和水文地质条件的矿井里填埋 , 则可不必进行事后管理和监测, 这与地表填埋场比较又可节省这个环节的开支 , 也会取得很可观的经济效益.废物的地下填埋经济效益是很显著的, 但是要真正取得这些经济效益 , 并不是一件容易的事情, 要突破有很大难度.首先要在煤矿开展这方面的研究工作 , 要提供废物能在地下填埋处置可能性方面的各种数据和条件 .此外还要得到国家和地方政策方面的批准和支持.要解决的问题首先是废物地下填埋不能有长期的环境影响和工作安全问题 , 并要实现矿床保护、 技术可行和合理, 较小的费用支出等.另外还要解决废物地下填埋费用来源问题, 由谁来出资, 由谁来监督废物产生者缴出合理的废物处置费用 , 使地下填埋场有资金来源, 地下填埋场经营者 (煤矿井企业)能得到合法利润收入.这样 , 废物地下填埋场的建设才能有广泛的推广应用前景 .参考文献 : 1 Manfred Plate D.Entsorgung unter Tage-Chance zur Loesung von Umweltproblemen J .Glueckauf, 1989 (4/5):124 2 Ludwig Wilke F.Ergebnisse einer Mackbarkeitsstudie zur Verbringung schadstoffhaltiger Rueckstaende inSteinkohlenbergwerken J .Glueckauf, 1991 (19/ 20):127作者简介 :赫英臣 (1941-), 男, 教授.1962 年毕业于哈尔滨科技大学.主要从事固体废物安全填埋技术和地下水保护技术方面的研究工作.出版 固体废物安全排放技术 、 固体废物安全填埋场选址与勘察技术 等专著 3 部.发表 “ 地下水水源保护带确定的理论原则” 等论文 40余篇.Mine abandoned workings for safety disposal of wastesHe Ying-chen(Hebei Institute of Architectural Science and Technology , Handan 056038, China)Abstract :With population increasing and fast economy development , the rapidly increase of daily garbage and industrialwastes in cities and rural area in China ca