煤矿矸石治理施工方案

煤矿矸石综合治理与资源化利用施工方案一、工程概况1.1项目背景与治理目标本工程针对某煤矿历年堆存的煤矸石及新建矿井排矸需求，实施"源头减量-中端利用-末端修复"的全链条治理。项目总投资5800万元，设计年消纳煤矸石30万吨，计划分两期实施：一期完成现有20万立方米矸石山生态修复，二期建设年产能15万吨的煤矸石烧结砖生产线及配套井下充填系统。项目建成后将实现煤矸石综合利用率100%，其中烧结砖原料占比60%，井下充填占比30%，生态修复覆土占比10%，同步达到"十四五"大宗固废综合利用专项规划要求的75%利用率目标。1.2矸石特性与场地条件根据前期勘察，该矿煤矸石主要成分为SiO₂（52-58%）、Al₂O₃（18-22%）、Fe₂O₃（4-6%），发热量1200-1800kcal/kg，含硫量1.2-1.8%，浸出毒性检测符合《危险废物鉴别标准》（GB5085.3）要求，属于Ⅱ类一般工业固体废物。堆场区占地面积约4.2万平方米，最大堆高28米，存在局部自燃现象（表层温度70-90℃），边坡稳定性系数0.85，需进行预处理后方可开展生态修复。1.3编制依据本方案严格遵循以下标准规范编制：《煤矸石综合利用管理办法》（2025年修订版）《一般工业固体废物贮存和填埋污染控制标准》（GB18599-2020）《煤矿土地复垦与生态修复技术规范》（GB/T43934-2024）《土地整治煤矸石回填技术规范》（NB/T11431-2023）《煤矸石堆场生态恢复技术规范》（HJ1164-2021）二、施工总体部署2.1施工分区与流程规划工程划分为三个功能区平行作业：预处理区：负责矸石筛分、降硫、灭火处理，配置颚式破碎机（处理能力50t/h）、滚筒筛分机（孔径5/10/20mm三级筛分）及深孔注浆系统。资源化利用区：包含制砖车间（配置双级真空挤出机、18门隧道窑）和井下充填站（采用PLC自动控制系统，充填能力100m³/h）。生态修复区：按"削坡整形-防渗处理-覆土绿化"流程施工，划分A、B、C三个作业段，同步实施截排水系统。2.2施工进度计划总工期14个月，关键节点控制如下：第1-2月：施工准备及预处理区建设第3-6月：矸石山灭火及整形工程第5-10月：制砖生产线建设与调试第7-12月：井下充填系统安装第11-14月：生态修复及验收2.3资源配置机械设备：配置挖掘机3台（1.2-2.0m³）、振动压路机2台（20t）、防渗膜焊接机2台、注浆泵3台（压力15MPa）、洒水车4辆。材料供应：防渗膜（HDPE，1.5mm，渗透系数＜1×10⁻¹²cm/s）、生态袋（聚丙烯材质，规格40×60cm）、乡土树种（紫穗槐、沙打旺等）。人员配置：项目经理1人，技术负责人2人，施工班组6个（预处理组、充填组、制砖组、修复组、机电组、监测组），高峰期人数85人。三、关键施工工艺3.1矸石山预处理工程3.1.1自燃矸石灭火处理采用"深孔注浆+表面密封"联合工艺：钻孔布置：按2.5m×3m网格布设注浆孔，孔径110mm，孔深8-12m（穿透自燃层以下1m），采用XY-100型钻机施工。注浆材料：选用水泥-粉煤灰-石膏混合浆液（配比1:0.8:0.2），水灰比1.2，添加2%膨胀剂，注浆压力控制在2.5-3.5MPa。温度监测：每孔注浆后埋设测温探头，当连续7天温度＜50℃且无回升趋势时判定灭火合格。表面处理：灭火完成后采用20t压路机分层碾压（压实度≥90%），覆盖1.2m厚黄土并布设复合土工膜（两布一膜）。3.1.2矸石分级处理破碎筛分：大块矸石经颚式破碎机破碎至粒径＜50mm，再经三级筛分分为：粗骨料（10-20mm）：用于井下充填骨料中骨料（5-10mm）：制砖原料细骨料（＜5mm）：土壤改良基质降硫处理：对含硫量＞1.5%的矸石，采用石灰乳浸泡法（Ca(OH)₂浓度8%），液固比3:1，搅拌反应2小时，使硫含量降至1.0%以下。3.2井下充填施工采用"高水材料-矸石"胶结充填工艺，具体流程：充填系统布置：在井下-450m水平建立充填站，配置双搅拌桶（容积4m³）、螺旋输送机（输送能力80t/h）及充填管路（Φ200mm耐磨钢管）。配比设计：A料（硫铝酸盐水泥）:B料（石膏基缓凝剂）:矸石=1:0.4:6，水灰比0.85，初凝时间控制在45-60分钟，28天抗压强度≥3.5MPa。充填作业：采用"后退式"充填，步距1.5m，充填高度3.2m，管头距充填体距离＜1.5m，防止骨料分离。每班充填结束后进行管路冲洗，压力≥0.8MPa。质量检测：每50m³制作3组试块，同时采用超声波检测仪监测充填体密实度（要求＞95%）。3.3烧结砖生产工艺原料制备：处理后矸石（5-10mm）与页岩按7:3配比混合，经双轴搅拌机加水（含水率18-20%），陈化仓堆放72小时。成型干燥：采用真空挤出机（真空度≥0.092MPa）挤出成型，坯体尺寸240×115×90mm，码坯机自动码放至干燥室，80℃热风烘干48小时，残余含水率＜8%。焙烧工艺：隧道窑分预热（300℃）、烧成（950-1050℃）、冷却三带，烧成周期22小时，余热回收用于干燥系统，热效率≥85%。成品要求：抗压强度≥MU15，吸水率＜20%，放射性符合GB6566-2010标准，年产能1500万块标砖。3.4生态修复工程3.4.1边坡整形与防护削坡处理：采用台阶式削坡，坡比1:1.75，每8m高度设置3m宽马道，台阶坡面采用液压锤修整，平整度误差≤15cm。防渗系统：马道及平台铺设1.5mmHDPE防渗膜，采用双轨热熔焊接（搭接宽度10cm），焊接合格率≥98%，真空检测负压≥25kPa。截排水：坡顶设置截水沟（宽0.6m×深0.8m，浆砌石结构），马道设排水沟（宽0.4m×深0.5m），坡脚建集水池（容积50m³），配置潜水泵（流量50m³/h）。3.4.2土壤重构与植被恢复覆土工程：采用"矸石粗骨料（30cm）+粉煤灰改良层（20cm）+表土（30cm）"三层结构，压实度分别控制在85%、90%、80%。植被配置：采用"灌木+草本"混播，紫穗槐（30%）、沙打旺（25%）、苜蓿（20%）、黑麦草（25%），播种量150kg/hm²，采用液压喷播机施工。生态袋防护：坡面每10m×10m网格设置生态袋挡墙（高度0.5m），内装改良土与草灌种子混合物，袋间采用连接扣固定。四、质量控制体系4.1原材料质量控制建立"三检制"质量验收流程：矸石：每5000t检测一次成分（SiO₂、Al₂O₃等）、发热量、含硫量，不合格品单独堆放处理。水泥：进场时查验合格证，每200t检测强度、安定性，采用罐车密封运输，存储期不超过3个月。防渗膜：每批次检测拉伸强度（≥18MPa）、耐候性（人工加速老化2000h），现场抽样做撕裂试验。4.2施工过程控制4.2.1关键工序控制点工序名称控制指标检测方法频率注浆灭火温度＜50℃，无CO溢出红外测温仪、气体检测仪每孔/每天充填体强度28d抗压≥3.5MPa试块养护+回弹仪每50m³/1次防渗膜焊接剥离强度≥3N/cm拉伸试验+真空检测每100m/1组烧结砖质量抗压≥15MPa，吸水率＜20%压力试验机+称重法每万砖/1组4.2.2检测与验收程序分项工程验收：每个工序完成后，施工班组自检→技术部门复检→监理验收，验收合格签署《工序交接单》。隐蔽工程验收：对注浆孔深度、防渗膜焊接等隐蔽工程，留存影像资料（每50m²不少于1张），邀请第三方检测机构参与验收。竣工综合验收：分阶段进行环保验收（废气、废水、噪声）、安全验收（边坡稳定性、消防设施）、功能验收（制砖产能、充填效果）。4.3质量通病防治注浆不密实：采用"先稀后浓"注浆工艺，当注浆压力骤升1.5倍时停止注浆，确保浆液扩散半径≥1.5m。防渗膜破损：铺设前清理基层尖锐物，采用"沙袋压边+分段焊接"施工，焊接前对膜面进行电火花检测（电压30kV）。植被成活率低：采用生根粉（浓度500ppm）浸泡种子，干旱季节设置滴灌系统（间距3m，流量2L/h），成活率要求≥85%。五、安全与环保措施5.1安全生产管理5.1.1危险源管控自燃防治：作业面配备CO检测仪（报警值24ppm），当温度＞70℃时立即停止作业，采用雾炮降温并布设防火隔离带（宽度5m）。边坡稳定：每日监测坡顶位移（精度1mm），雨季加密至2次/天，当位移量＞5mm/天时启动预警，撤离施工人员。机械作业：破碎机、筛分机等设备设置安全防护罩，操作人员佩戴防尘口罩（KN95级）和隔音耳塞，设备检修执行"上锁挂牌"制度。5.1.2应急保障编制专项应急预案，配置应急物资：灭火器材：干粉灭火器（8kg）20具，消防水带（50m）4条医疗救护：急救箱2个（含止血带、烧伤膏等），担架2副通讯设备：对讲机8台（防爆型），应急照明30套每季度组织1次应急演练，重点训练火灾扑救和边坡坍塌救援。5.2环境保护措施5.2.1污染防治大气污染控制：堆场设置6m高防风抑尘网（孔隙率40%），配备8台旋转雾炮（覆盖半径30m）制砖车间安装布袋除尘器（效率≥99%），废气排放浓度＜10mg/m³运输车辆必须加盖篷布，出场前冲洗轮胎（冲洗平台长15m，宽4m）水污染控制：建设3座沉淀池（总容积300m³），渗滤液经处理后回用（回用率≥80%）井下充填废水采用"混凝沉淀+过滤"工艺，pH值控制在6-9生活污水经一体化处理设备（处理能力5m³/h）处理后用于绿化灌溉固废处置：筛分过程产生的废土（约5%）用于覆土工程制砖废坯经破碎后重新制坯（回用率100%）废机油等危险废物交由有资质单位处置，建立转移联单5.2.2监测与评估环境监测：在厂界布设4个监测点，每月监测PM2.5、SO₂、噪声，每季度监测地下水（pH、COD、重金属等18项指标）。生态监测：设置5个植被样方（1m×1m），每半年调查物种多样性和覆盖率，连续监测3年。碳排放核算：按《煤矸石利用率计算方法》（GB/T43761-2024）要求，建立碳排放台账，年减排量预计达8000tCO₂当量。六、投资与效益分析6.1投资估算总投资5800万元，具体构成：工程费用：4650万元（预处理区850万，制砖线2200万，修复区1100万，充填系统500万）设备购置：820万元（含监测设备150万）其他费用：330万元（设计监理180万，预备费150万）6.2经济效益直接收益：制砖销售收入（1500万块×0.3元/块=450万元/年），充填服务收入（10元/m³×3万m³=30万元/年）成本节约：减少矸石外运费（30万吨×20元/吨=600万元/年），土地复垦补贴（2000亩×3000元/亩=600万元）税收优惠：享受增值税即征即退（退税比例70%），所得税"三免三减半"政策6.3环境与社会效益生态效益：治理后恢复土地4.2万㎡，年减少SO₂排放120t，扬尘污染降低85%社会效益：提供就业岗位65个，年节约耕地30亩（替代黏土砖），符合"无废城市"建设要求七、后期管护与监测7.1长效管护机制机构设置：成立专职管护队（5人），负责植被养护、设施维护和日常监测管护措施：植被抚育（浇水、施肥、病虫害防治），每年修剪灌木2次，补种死亡植株设备维护：制砖生产线每月小修，每半年中修，建立设备台账（含运行记录、维修记录）7.2监测体系建设在线监测：安装自动监测系统，实时监控堆场温度、渗滤液水位、大气污染物浓度，数据接入地方环保平台定期监测：每季度进行边坡稳定性检测（采用全站仪），每年开展土壤重金属检测（采样深度0-20cm）长期评估：每3年进行一