煤矸石山自燃污染控制与生态修复关键技术及应用-胡振琪

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2019年度国家科学技术进步奖公示材料

一、项目名称：煤矸石山自燃污染控制与生态修复关键技术及应用

二、提名单位及提名意见

提名者：教育部

煤矸石山自燃导致矿区大气污染严重。该项目创造性地提出了因煤矸石山自燃的污染控制与生态修复技术，是对煤矸石山治理技术的重大突破，研发的自燃监测诊断技术，可实现表面与内部着火位置的精准定位，发明的煤矸石山浅层喷浆与钻孔注浆相结合的灭火技术、材料及大流量可变压力专用装备，可实现安全灭火；创立的煤矸石山抑制氧化和隔氧防火技术，可实现长效防火，杜绝复燃。研发了生态防燃型植被恢复技术及材料，并形成了煤矸石山一体化综合治理技术。

该项目经在山西省、河南省20多个矿区的推广应用，治理矸石山30余座，未发生复燃现象，经济社会生态效益显著，引领了矿区污染控制与生态修复事业发展。

该项目获得自主知识产权33项，其中授权发明专利18项。发表代表性论文200余篇，其中SCI/EI检索57篇。相关成果获省部级科技进步一等奖2项，二等奖1项。

提名该项目为国家科学技术进步奖 二 等奖。

三、项目简介

  煤矸石的堆放不仅占用大量的土地、破坏区域生态平衡，而且富含硫的煤矸石自燃会释放SO2、H2S、CO2、粉尘等大气污染物，是亟须破解的环境保护难题。矸石山自燃污染物是无组织排放、尚未纳入环境统计的范畴。据不完全统计，晋陕蒙宁新等中西部矿区年产煤矸石约3.3亿吨，实际综合利用率不到20%，约1200余座矸石山易自燃，治理后的复燃率高达80%以上，其中乌海、乌鲁木齐、石河子等地雾霾污染已不亚于京津冀，必将成为一带一路能源开发的环境瓶颈。煤矸石山自燃污染控制与生态修复已经成为矿区大气污染防治的重要内容。本项目针对这一难题和环境管理需求，在国家863计划、自然基金等支持下，基于“自燃监测—灭火—防火—植被恢复”的思路，历经十余年的研究与实践，形成了集材料、工法、装备一体化的综合治理技术，填补了多项技术空白，取得如下创新成果：

1、研发了自燃监测诊断技术：针对煤矸石山自燃位置监测中温度信息与空间信息耦合难、内部自燃位置点无法确定的问题，发明了热红外与近景摄影测量、三维激光扫描等相耦合的表面自燃位置监测定位技术，构建了基于表面自燃温度和修正热传导模型的内部自燃位置点解算模型，在国内外首次实现矸石山自燃立体监测定位及预警，表面自燃位置定位精度为0.15cm，温度偏差±3℃，内部自燃位置点预计偏差0.15m~0.5m，解决了煤矸石山自燃的精准定位难题。

2、发明了煤矸石山浅层喷浆与钻孔注浆相结合的灭火技术、材料及大流量可变压力专用装备：针对煤矸石山灭火难的问题，发明了一机双泵的远距离（30-50m）、大流量（80 m3/h）浅层喷浆快速控火技术和变浓度、变流量（1-15 m3/h）的间隔交替式防爆阻燃型深部注浆灭火技术；配套发明了以阻燃剂为核心、混配灵活、入渗封闭性强、持久控火的阻燃材料和变流量、变浓度的多功能控火阻燃设备；灭火效率提高近3倍；解决了控火阻燃、防爆炸的难题。

3、创立了煤矸石山抑制氧化和隔氧防火技术：针对缺乏有效防火措施复燃率高的难题，发明了杀菌剂和还原菌耦合的抑制氧化防火技术及专用材料以及粉煤灰与黄土混合覆盖碾压

隔氧防火材料及技术，形成了抑氧隔氧耦合防火技术，并将该技术应用于新排矸石山，形成了分层碾压、燃区隔离、格室堆储的防止自燃的新排矸石山堆放新方法。

4、研发了生态防燃型植被恢复技术及材料：针对煤矸石山缺土的问题，发明了以植物胶黏合剂为核心的喷播植被生长基质；发明了防火层与植被根系相共生的土工格室结构、三维网结构等植被恢复方法；植被恢复后覆盖率在90%以上，养护工作量减少30%。

四、客观评价

1 鉴定结论

1）“酸性自燃煤矸石山原位治理与生态修复一体化技术研究”鉴定结论：

2010年12月30日，中国煤炭工业协会组织，中国工程院院士彭苏萍担任专家组组长，鉴定委员会对成果鉴定认为：“整体达到了国际先进水平，在煤矸石山自燃诊断和着火点定位方面处于国际领先”。

2）2006年12月,由河南省科技厅组织鉴定委员会对“煤矿矸石山自燃爆炸机理及综合治理技

术研究”的成果鉴定认为：首次将灾害预警管理的理念、理论和方法引入矸石山灾害防范领域，……，填补了该领域研究的空白，在一个典型矿区的矸石山灾害发生机理和防范技术领域达到了国际领先水平。

2 验收意见

863计划项目“酸性煤矸石山污染原位控制与生态重建联合治理技术及示范”验收意见：“在化学-生物综合原位修复、化学-物理综合原位修复、土壤剖面重构及植被重建等方面有所创新，研发的抑氧控污原位治理技术、覆盖碾压阻燃技术、原位控制与生态重建联合治理技术具有自主知识产权”。

3 国际评价

美国采矿与复垦学会（American Society of Mining and Reclamation，ASMR）评价胡振琪及研究团队的主要学术成就时认为：在“煤矸石山（特别是酸性煤矸石山）的复垦”等方面作出了突出科技贡献。

4 社会评价

国家安监总局、煤矿安监局主要依据本项目先期成果制订了《煤矿矸石山灾害防范与治理工作指导意见》（安监总煤矿字〔2005〕162号)，已在全国煤炭管理部门和生产企业执行。

  5重要科技奖励：

获奖项目名称	获奖时间	等级	授奖单位
煤矸石山自燃综合治理及生态修复技术	2013	一等	煤炭工业协会
煤矿矸石山自燃爆炸机理及综合治理技术研究	2007	一等	河南省科技厅
酸性自燃煤矸石山原位治理与生态修复一体化技术研究	2011	二等	教育部

五、应用情况

本项目组直接联系的推广应用企业有：中国平煤神马能源化工集团有限责任公司、山西潞安矿业（集团）有限责任公司、阳泉煤业（集团）有限责任公司、山西民基生态环境工程股份有限公司等。项目成果总体推广应用情况见下表。

主要应用单位情况表

序号	单位名称	应用的技术	应用对象 及规模	应用起止时间	单位联系人
1	中国平煤神马能源化工集团有限责任公司	整体技术	3座矸石山	2007-2012	何青林
2	山西潞安矿业（集团）有限责任公司	整体技术	5座矸石山	2005-2012	于桂芬
3	阳泉煤业（集团）有限责任公司	整体技术	9座矸石山	2005年至今	邢超
4	山西民基生态环境工程股份有限公司	整体技术	10座矸石山	2011年至今	耿凯

六、主要知识产权和标准规范等目录

知识产权（标准）类别	知识产权（标准）具体名称	国家 （地区）	授权号（标准编号）	授权（标准发布）日期	证书编号 （标准批准发布部门）	权利人（标准起草单位）	发明人（标准起草人）	发明专利（标准）有效状态
发明 专利	一种自燃煤矸石山的绿化方法	中国	ZL200710063475.5	2009-06-17	511447	中国矿业大学(北京)	胡振琪，陈胜华	有效
发明 专利	近景摄影测量和红外热像仪测量矸石山表面温度场方法	中国	ZL201210429997.3	2014-10-01	1490511	中国矿业大学（北京）	胡振琪，赵艳玲，史亚立	有效
发明 专利	一种防止煤矸石自燃的缓释复合氧化抑制剂及施用量	中国	ZL201410251274.8	2016-08-24	2200118	中国矿业大学（北京）	胡振琪， 徐晶晶， 赵艳玲	有效
发明 专利	激光扫描仪和红外热像仪测量煤矸石山表面温度场方法	中国	ZL201210430059.5	2014-10-01	1490436	中国矿业大学（北京）	胡振琪，赵艳玲	有效
发明 专利	防止煤矸石山自燃的堆放技术	中国	ZL200910075216.3	2011-5-18	782171	张成梁	张成梁，杜永吉，张翘楚，蔡菊芳	有效
发明 专利	一种自燃煤矸石山生态治理专用的土工格室结构	中国	ZL201410458904.9	2016-9-14	2235660	北京东方园林股份有限公司	赵平，范天立，马亚云，黄琴焕，刘玲，位蓓蕾，李咏红	有效
发明 专利	煤矸石山生态环境综合治理方法	中国	ZL200910081372.0	2011-06-01	788006	赵平，王晓军	赵平，王晓军，周金星	失效
发明 专利	森林泥浆消防车	中国	ZL200610114767.2	2010-07-28	652922	赵平	赵平	失效
发明 专利	一种防止煤矸石自燃的复合氧化抑制剂及施用量	中国	ZL201410251289.4	2017.02.15	2380935	中国矿业大学（北京）	胡振琪， 徐晶晶， 赵艳玲	有效
软件 著作权	矸石山自燃灾害预警管理信息系统	中国	2014SR211046	2014-11-18	00617411	中国矿业大学		有效

七、主要完成人情况

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姓名	排名	行政职务	技术职称	工作单位和完成单位	项目中贡献
胡振琪	1	主任	教授	中国矿业大学、中国矿业大学（北京）	项目主持人，全面负责项目研究，对创新点1、3、4做出了创造性贡献。合作研究了自燃煤矸石山温度监测诊断技术、防火技术和植被恢复技术，形成了技术体系。
汪云甲	2	/	教授	中国矿业大学	项目主要参加人，对创新点1做出了创造性贡献。提出了一种自燃煤矸石山温度监测方法，构建了监测系统。
赵平	3	/	高工	东方园林环境股份有限公司	项目主要参与人。对创新点2、4做出了创造性贡献。合作研究了自燃煤矸石灭火技术、材料与装备，研究了植被恢复土工格室结构。
赵艳玲	4	系书记	教授	中国矿业大学（北京）	项目参与人。对创新点1、3做出了创造性贡献。主要在温度场监测、防火技术方面有研究成果。
张成梁	5		研究员	北京市科学技术研究院	项目参与人。对创新点3做出了创造性贡献。主要在自燃防火技术方面有研究成果。
肖亚宁	6	副总经理	教授级高工	山西潞安矿业（集团）有限责任公司	项目参与人。对创新点4做出了创造性贡献。主要在自燃矸石山治理技术流程方面有研究成果，并负责在山西潞安矿业（集团）有限责任公司推广应用。
李海东	7	/	副研究员	生态环境部南京环境科学研究所	项目参与人。对创新点1做出了创造性贡献。提出的矸石山环境污染治理对策被纳入京津冀及周边地区秋冬季大气污染综合治理
谷明川	8		高工	中国平煤神马能源化工（集团）有限责任公司	镍磷合金镀 项目参与人。对创新点1做出了环形风刀创造性贡献。在煤矸石山自燃机理、自燃监测等方面有研究成果。
冯国宝	9		高工	山西潞安矿业（集团）有限责任公司	项目参与人。对创新点4做出了创造性贡献。主要在自燃矸石山治理技术流程方面有研究成果，并负责在山西潞安矿业（集团）有限责任公司推广应用。
李美生	10 电池盖帽	常务副部长	高工	阳泉煤业（集团）股份有限公司	项目参与人。对创新点4做出了创造性贡献。主要在自燃矸石山治理技术流程方面有研究成果，并负责在阳泉煤业（集团）股份有限公司推广应用。

本文发布于:2023-06-15 00:32:27，感谢您对本站的认可！

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