一種建筑和生活垃圾制塊間隔充填采空區的方法與流程

本發明屬于煤礦開采領域，具體涉及一種建筑和生活垃圾制塊間隔充填采空區的方法，適用于需要處理大量的建筑和生活垃圾，并且需要控制煤礦采空區覆巖運動的礦井。

背景技術：

隨著城市化進程的加快，舊城的改造、新城市的發展以及城市居民的增多，產生了大量的建筑和生活垃圾，這些廢棄物質一般被運往遠郊露天堆放，或經過處理后掩埋，占用了大量的土地，浪費了很多資源。

我國生產礦井“三下”壓煤量高達137.9億t，其中建筑物下壓煤達87.6億t，村莊下壓煤占建筑物下壓煤量的比例為60％-70％。隨著社會經濟發展，村鎮規模不斷擴大，新礦區和新井田的建設，實際壓煤量遠高于這一數字。村莊下壓煤不僅損失煤炭資源，而且還會影響礦井的生產布局。長期以來，我國“三下”壓煤開采主要采用村莊搬遷、條帶開采和覆巖離層注漿這幾種方法，近十幾年來，在煤礦整體形式較好的條件下，我國煤礦發展了機械化綜采矸石密實充填技術、膏體(似膏體)充填技術、高水充填技術、管道風力充填技術等。這些充填技術的特點有三個，一是大部分都是采空區大面積充填；二是需要把廢棄物充填到采空區的充填系統；三是煤矸石等廢棄物不能滿足礦井充填的需要，這些特點決定了目前的煤礦充填成本太高，每噸煤充填成本在100元以上。

技術實現要素：

為此，本發明提出了一種建筑和生活垃圾制塊間隔充填采空區的方法，本發明將目前城市產生的大量的城市垃圾和生活垃圾制塊，并將之間隔充填到采空區，形成類似“刀柱式”的支撐系統。本發明既能解放城市垃圾和生活垃圾占用的大量土地，充填到采空區形成的充填支撐體又能起到控制覆巖的運動，為“三下”壓煤開采提供了新方法。

其技術解決方案包括：

一種建筑和生活垃圾制塊間隔充填采空區的方法其特征主要包括以下幾個步驟：

a、在煤礦附近建立建筑垃圾處理車間、生活垃圾處理車間和制塊車間。

b、將建筑和生活垃圾分別運往垃圾處理車間，通過建筑垃圾破碎機對建筑垃圾進行破碎處理，并進行篩分，剔除鋼筋等難以破碎的大塊材料，使破碎后的建筑垃圾最大顆粒直徑控制在20mm以下。生活垃圾通過生活垃圾破碎機破碎，使其最大顆粒直徑控制在20mm以內，并對破碎后的生活垃圾進行殺菌處理。

c、將建筑和生活垃圾分別破碎后，在制塊車間通過配比制成具有一定強度的長方體塊體。

d、將長方體塊體放進融化的改性瀝青浸蘸，使得瀝青包裹厚度達到6mm-8mm，將長方體塊體完全密封。

e、將包裹瀝青的長方體塊體用礦車運送到采煤工作面兩順槽超前支護位置囤放，準備充填。

f、采煤機割兩刀，特制充填液壓支架前進1500mm，通過活動尾梁的液壓缸使特制充填液壓支架活動尾梁處于水平位置，保護頂板，在特制充填液壓支架活動尾梁的掩護下，從兩順槽超前支護位置用手動搬運叉車將包裹瀝青的長方體塊體運送至采煤工作面采空區中間的位置，由手動搬運叉車輔助人工在活動尾梁處于水平位置時對采煤工作面采空區待充填區以交錯壘砌方式背向充填。

g、包裹瀝青的長方體塊體從采煤工作面采空區中間一直充填到采煤工作面采空區端部區域，多次重復步驟f，特制充填液壓支架活動尾梁保持不放下，采煤工作面推進20-30m，停止充填作業。

h，采煤機割兩刀，支架前進1500mm，放下活動尾梁，活動尾梁處于豎直位置，正常開采煤層，不再進行充填。

i、采空區不進行充填的情況下，采煤工作面推進20～30m，然后重復步驟f～步驟g，開始下一個充填作業。

j、在采煤工作面采空區采用間隔充填的方式進行充填，最終形成類似“刀柱式”支撐系統。類似“刀柱式”開采方式即為在采空區沿著采煤工作面推進方向形成長、寬、高分別為采煤工作面長度、20-30m、采高的充填支撐體，并且充填支撐體沿著采煤工作面推進方向的間隔為20-30m。

進一步的，所述的一種建筑和生活垃圾制塊間隔充填采空區的方法，其特征在于，步驟b中，所述的對生活垃圾進行殺菌處理，具體是采用γ射線和電子束照射生活垃圾，其中γ射線和電子束的能量達到20～100kGy。

進一步的，所述的一種建筑和生活垃圾制塊間隔充填采空區的方法，其特征在于，步驟c中，所述的長方體塊體，其長、寬、高分別為500mm、250mm、125mm；其配比是按照建筑垃圾：生活垃圾為5：2質量比例進行混合，然后添加15-20％的水泥、0.2％-0.4％的氯化鉀以及部分添加劑，長方體塊體強度達到10MPa-15MPa。

進一步的，所述的一種建筑和生活垃圾制塊間隔充填采空區的方法，其特征在于，步驟d中，所述的改性瀝青是通過橡膠、樹脂或其他成膜劑、軟化劑、硫化劑等對普通瀝青進行改性，改性瀝青具有大變形的特點，以滿足包裹瀝青的長方體塊體在受到支承壓力的作用產生較大變形時不破裂，對瀝青包裹的長方體塊體仍能起到密封的作用，減少建筑和生活垃圾中的有害成分對地下水的污染。

進一步的，所述的一種建筑和生活垃圾制塊間隔充填采空區的方法，其特征在于，步驟f中，所述的交錯壘砌方式是先將第一層兩排并列，包裹瀝青的長方體塊體長度方向和采煤工作面推進方向平行，每排鋪三塊，第二層兩側兩塊包裹瀝青的長方體塊體的長度方向平行采煤工作面布置，四塊中間包裹瀝青的長方體塊體的長度方向平行采煤工作面推進方向布置，第一層和第二層的包裹瀝青的長方體塊體形成交錯壘砌的方式，保證了充填支撐體的穩定性，第三層按照第一層壘砌方式，第四層按照第二層壘砌方式，以此類推，直到壘砌接頂。

進一步的，所述的一種建筑和生活垃圾制塊間隔充填采空區的方法，其特征在于，步驟f中，所述的特制充填液壓支架其構件包括前探梁、頂梁、活動尾梁、底座、立柱、千斤頂、操縱閥、隔離閥，以及輔助裝置等。

進一步的，所述的一種建筑和生活垃圾制塊間隔充填采空區的方法，其特征在于所述的活動尾梁由液壓缸控制可以降下也可以升起。在不充填時放下活動尾梁，可以隔絕采空區與工作面；在充填過程中升起活動尾梁，可以保護活動尾梁下正在進行充填作業的工人的安全。

進一步的，所述的一種建筑和生活垃圾制塊間隔充填采空區的方法，其特征在于，步驟j中，所述的類似“刀柱式”開采方式即為在采空區沿著工作面推進方向形成長、寬、高分別為工作面長度、20-30m、采高的充填支撐體，并且充填支撐體沿著工作面推進方向的間隔為20-30m。

附圖說明

下面結合附圖對本發明做進一步清楚、完整的說明：

圖1：建筑和生活垃圾制塊充填剖面圖

圖2：建筑和生活垃圾制塊充填平面圖

圖3：包裹瀝青的長方體塊體及其壘砌方式

圖中：1、頂板，2、底板，3、特制充填液壓支架，4、活動尾梁處于豎直位置，5、活動尾梁的液壓缸，6、活動尾梁處于水平位置，7、壘砌好的包裹瀝青的長方體塊體，8、工作面待充填區，9、煤層，10、順槽超前支護位置，11、手動搬運叉車，12、第一層壘砌，13、第二層壘砌，14、包裹瀝青的長方體塊體，15、采空區，16、采煤工作面。

具體實施方式

本發明公開了一種建筑和生活垃圾制塊間隔充填采空區的方法，為了使發明的優點、技術方案更加清楚、明確，下面結合具體實施例對本發明做進一步清楚、完整的說明。

首先對本發明的特制充填液壓支架3做詳細說明，如圖1所示，特制充填液壓支架3其構件包括前探梁、頂梁、活動尾梁、底座、立柱、千斤頂、操縱閥、隔離閥，以及輔助裝置等。特制充填液壓支架3立柱升起時，頂梁接觸頂板1，底座位于底板2上。其主要特點是特制充填液壓支架3活動尾梁由活動尾梁的液壓缸5控制可以降下也可以升起，可以有活動尾梁處于豎直位置4和活動尾梁處于水平位置6兩種狀態。

本發明的交錯壘砌方式，如圖3所示，交錯壘砌方式是先將第一層兩排并列，包裹瀝青的長方體塊體14長度方向和采煤工作面16推進方向平行，每排鋪三塊，第二層兩側兩塊包裹瀝青的長方體塊體14的長度方向平行采煤工作面16布置，四塊中間包裹瀝青的長方體塊體14的長度方向平行采煤工作面16推進方向布置，第一層和第二層的包裹瀝青的長方體塊體14形成交錯壘砌的方式，保證了充填支撐體的穩定性，第三層按照第一層壘砌12方式，第四層按照第二層壘砌13方式，以此類推，直到壘砌接頂板1。

本發明一種建筑和生活垃圾制塊間隔充填采空區的方法，主要步驟為：

步驟a、在煤礦附近建立建筑垃圾處理車間、生活垃圾處理車間和制塊車間。

步驟b、將建筑和生活垃圾分別運往垃圾處理車間，通過建筑垃圾破碎機對建筑垃圾進行破碎處理，并進行篩分，剔除鋼筋等難以破碎的大塊材料，使破碎后的建筑垃圾最大顆粒直徑控制在20mm以下。生活垃圾通過生活垃圾破碎機破碎，使其最大顆粒直徑控制在20mm以內，并對破碎后的生活垃圾進行殺菌處理。殺菌處理具體是采用γ射線和電子束照射生活垃圾，其中γ射線和電子束的能量達到20～100kGy。

步驟c、將建筑和生活垃圾分別破碎后，在制塊車間通過配比制成具有一定強度的長方體塊體，如圖3所示。長方體塊體其長、寬、高分別為500mm、250mm、125mm；其配比是按照建筑垃圾：生活垃圾為5：2質量比例進行混合，然后添加15-20％的水泥、0.2％-0.4％的氯化鉀以及部分添加劑，長方體塊體強度達到10MPa-15MPa。

步驟d、將長方體塊體放進融化的改性瀝青浸蘸，使得瀝青包裹厚度達到6mm-8mm，將長方體塊體完全密封。改性瀝青是通過橡膠、樹脂或其他成膜劑、軟化劑、硫化劑等對普通瀝青進行改性，改性瀝青具有大變形的特點，以滿足包裹瀝青的長方體塊體在受到支承壓力的作用產生較大變形時不破裂，對瀝青包裹的長方體塊體仍能起到密封的作用，減少建筑和生活垃圾中的有害成分對地下水的污染。

步驟e、將包裹瀝青的長方體塊體14用礦車運送到采煤工作面16兩順槽超前支護位置9囤放，見圖2所示，準備充填。

步驟f、采煤機割兩刀，特制充填液壓支架3前進1500mm，通過活動尾梁的液壓缸5使特制充填液壓支架3活動尾梁處于水平位置6，保護頂板，見圖1，在特制充填液壓支架3活動尾梁的掩護下，從兩順槽超前支護位置10用手動搬運叉車11將包裹瀝青的長方體塊體14運送至采煤工作面16采空區15中間的位置，由手動搬運叉車11輔助人工在活動尾梁處于水平位置6時對采煤工作面16采空區15待充填區8以交錯壘砌方式背向充填，見圖2、圖3，采空區15中最終形成基本接頂的壘砌好的包裹瀝青的長方體塊體7。

步驟g、包裹瀝青的長方體塊體14從采煤工作面16采空區15中間一直充填到采煤工作面16采空區15端部區域，多次重復步驟f，特制充填液壓支架3活動尾梁保持不放下，采煤工作面16推進20-30m，停止充填作業。

步驟h，采煤機割兩刀，支架前進1500mm，放下活動尾梁，活動尾梁處于豎直位置4，正常采煤層9，不再進行充填。

步驟i、采空區15不進行充填的情況下，采煤工作面16推進20～30m，然后重復步驟f～步驟g，開始下一個充填作業。

步驟j、在采煤工作面16采空區15采用間隔充填的方式進行充填，最終形成類似“刀柱式”支撐系統。類似“刀柱式”開采方式即為在采空區沿著采煤工作面16推進方向形成長、寬、高分別為采煤工作面16長度、20-30m、采高的充填支撐體，并且充填支撐體沿著采煤工作面16推進方向的間隔為20-30m。