團柏煤礦白龍洗煤矸石山滅火實踐

范曉蔚

摘要： 針對霍州煤電集團團柏礦白龍洗煤矸石的特點，采用傳統(tǒng)滅火與現(xiàn)代滅火相結(jié)合的技術(shù)進行矸石山規(guī)范化滅火治理，取得了較好的效果，達到滅火預期目標。

Abstract： According to the characteristics of Bailong coal gangue in Huozhou Coal and Electricity Group Tuanbai Coal Mine， it used the traditional and modern combination of fire extinguishing technology to take standardized fire control for coal gangue hill， and achieved good results， achieving the fire target.

關(guān)鍵詞： 矸石山；自燃；注漿滅火 ；規(guī)范治理

Key words： gangue hill；spontaneous combustion；grouting fire extinguishing；standardized management

中圖分類號：TD75 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）19-0094-02

0 引言

白龍洗煤矸石山高速路北側(cè)區(qū)域地理位置特殊，緊鄰霍州西高速收費站，地勢明顯，直接受人民群眾及政府監(jiān)督。隨著環(huán)保形勢日趨嚴峻，政府部門監(jiān)管力度進一步加大，矸石山治理迫在眉睫，正在向更高要求、更高標準轉(zhuǎn)變。為此，云廈公司與河南理工專業(yè)從事矸石山滅火團隊合作，采用傳統(tǒng)滅火（覆蓋封閉、挖槽灌漿、表面噴漿等）與現(xiàn)代滅火（注漿滅火）相結(jié)合的技術(shù)進行矸石山規(guī)范化滅火治理，能夠徹底根治矸石山內(nèi)部自燃問題。

1 工程概況

1.1 基本情況

白龍洗煤矸石山位于選煤廠西側(cè)，寺莊村與虎頭山村之間的溝壑中，占地面積約300余畝。自1989年12月開始使用，目前倒矸方式主要為索道運輸，整座矸石山被東西方向的排矸索道分成南北兩大塊區(qū)域，總堆放量約1400萬噸。

索道北側(cè)和東側(cè)主要存放1989年-2006年跳汰工藝洗選矸石，熱值500-2000大卡/千克，存放量約750萬噸；索道南側(cè)主要存放2006年-2008年重介工藝洗選矸石，熱值200-500大卡/千克，存量約150萬噸，基本實現(xiàn)了分層堆放，自燃現(xiàn)象較少；索道西側(cè)主要存放2009年以后重介工藝洗選矸石，存量約500萬噸。目前矸石山平均每年新倒矸石約80-100萬噸。

1.2 矸石山治理情況

目前團柏煤礦白龍洗煤廠對新傾倒矸石嚴格執(zhí)行“分層堆放、黃土覆蓋、機械碾壓、全面綠化”的方針；對洗煤矸石山老舊矸石區(qū)域?qū)嵤┓雷匀贾卫恚瑢σ丫G化區(qū)域進行灑水滅塵；對坡度超過45度傾角的平臺進行切割山體，形成新的平臺，平整后覆蓋黃土、機械碾壓，滅火注漿，平整山體，黃土覆蓋，實現(xiàn)全面綠化，確保徹底根除矸石山自燃產(chǎn)生的安全隱患和環(huán)境危害。新倒矸石按環(huán)保的要求實現(xiàn)了分層堆放（每倒8-10m厚的矸石，表層覆0.6-1m厚的黃土層），形成了矸石的有序堆倒，為下一步矸石山治理奠定了一個良好的基礎。

近2年來對矸石山進行了50多萬立方黃土覆蓋，對整座矸石山平臺、坡面約45萬平方米區(qū)域進行了治理，共計投入資金1200多萬元，對5萬多平方米自燃點及自燃區(qū)域進行了滅火處理，對約6200平方米區(qū)域進行了綠化。

目前采用的治理方案在一定程度上限制了矸石山的自燃發(fā)火，但仍有局部區(qū)域發(fā)生矸石自燃現(xiàn)象，為了消除矸石自燃帶來的危害，并在現(xiàn)有條件的基礎上，從根本上徹底解決由于矸石堆放和自燃帶來的一系列問題，必須采用一定的方法對矸石山的自燃點進行處理，并對矸石山整體進行治理，防止矸石山復燃帶來危害。

2 矸石山自燃主要防治技術(shù)

矸石山自燃防治措施主要有：

2.1 去除煤矸石中可燃物（煤）及供熱體（黃鐵礦）

煤矸石是煤炭洗選后的固體廢棄物，其中含煤量基本在10-15%之間。此外其中所含的黃鐵礦在密閉條件不好的條件下氧化發(fā)熱，為矸石自燃提供熱源。在矸石尾礦處置之前，如果能夠在洗選工藝改革上進一步降低煤矸石含煤量及硫鐵礦含量，就能在根本上消除矸石堆積自燃的內(nèi)在條件。

2.2 封閉隔絕氧氣供應

矸石山自燃的一個必要條件就是氧氣供應，矸石山在堆積過程中，未能按照現(xiàn)代矸石山堆存標準實施分層堆放，外界氧氣通過矸石縫隙滲透到矸石山內(nèi)部，在各種因素的共同作用下緩慢反應，最終形成自燃。所以我們在矸石山堆存方式方法上要按照標準并結(jié)合實際堆存條件，靈活改變堆存方式，通過分層堆放、覆蓋黃土、碾壓堆實等手段進一步隔絕氧氣供應，達到防治矸石山自燃的目的。

此外，矸石山堆存覆蓋黃土后，要對山體表面進行防滲處理，通過在覆土表層植樹、植皮進一步穩(wěn)定山體，杜絕雨水沖刷造成的矸石裸露，甚至塌方。

矸石山自燃滅火方法主要有：覆蓋隔絕法、分層堆放法、推平壓實法、挖溝灌注法、挖掘熄滅法、表面噴漿法、注漿熄滅法等。

注漿滅火法是目前國內(nèi)外應用最為廣泛、滅火效果較好、經(jīng)濟較為適用的滅火技術(shù)。一般主要施工流程為鉆孔、制漿、注漿封閉。鉆孔的選取為燃燒中心附近，按照漿液擴散半徑進行分布；漿液的選取與調(diào)配根據(jù)矸石自燃性質(zhì)、矸石孔隙、擴散條件等確定制漿性質(zhì)。在漿液滲透矸石內(nèi)部時，遇到高溫矸石，迅速氣化，帶走矸石內(nèi)部大量熱量，時矸石迅速降溫。同時漿液與矸石接觸后形成包裹體，起到了隔絕封閉氧氣的作用。因此注漿滅火時直達病灶的滅火方法，處置快速、效果明顯、經(jīng)濟可靠。

3 矸石山滅火方案制定

3.1 平整場地、削坡覆土

從現(xiàn)場可以發(fā)現(xiàn)，白龍洗煤廠矸石山堆積高度較大，矸石坡面角度在40-60°之間，容易引發(fā)滑坡、坍塌等地質(zhì)災害事故。對于現(xiàn)場大坡度坡面，要進行削坡處理，每10m高度左右設置一級平臺，削坡坡度按照國家矸石山治理指導意見控制在40°以內(nèi)。利用推土機、挖掘機等機械對治理區(qū)域進行場地平整、壓實，修筑4級平臺，為后續(xù)逐級平臺注漿滅火創(chuàng)造條件。

3.2 坡面修整

對平臺坡面進行規(guī)整，角度不得大于40°，整個坡面線性工整、美觀整齊。

3.3 覆蓋黃土

矸石山削坡修筑逐級平臺后，需及時對各級平臺及坡面進行覆土，平臺覆土厚度在1m以上，坡面覆土厚度在0.7m以上。黃土覆蓋時，1m厚度分三次覆蓋，每30cm厚度左右推平碾壓一次，確保黃土的致密性。

3.4 修筑蓄水池

考慮到施工工期，利用挖掘機挖出5*4*2m規(guī)格池子，池壁鋪設塑料紙，確保蓄水不滲漏。采用拉水車拉運方式進行補給。

3.5 內(nèi)部自燃滅火

逐個平臺，按照由上至下、逐級滅火的原則，開展滅火施工。施工方法結(jié)合現(xiàn)場自燃情況，確定滅火方式。

3.5.1 挖槽灌漿

在淺表層火源附近挖取溝槽，溝槽尺寸按照現(xiàn)場情況確定，在料筒中調(diào)配飽和石灰水外加5%濃度的火堿，灌入溝槽內(nèi)進行滲透，根據(jù)火源溫度情況控制注入量。

3.5.2 注漿滅火

①火源探測。

矸石自燃區(qū)淺表探測：

矸石山自燃一般發(fā)生在內(nèi)部，由內(nèi)部逐漸引發(fā)至淺表，形成冒煙、冒氣現(xiàn)象。通過采取紅外溫度探測器確定矸石山自燃中心位置及自燃面積，為矸石山治理提供先導依據(jù)。

矸石山自燃區(qū)內(nèi)部探測：

根據(jù)矸石山淺表溫度探測，以高溫點為中心，在自然區(qū)合理布置深部溫度探測鉆孔，采用百米鉆機鉆取直徑120mm左右，深度20m左右的鉆孔，在鉆孔內(nèi)放置溫度傳感器，從而獲得矸石山高溫點及其范圍。

②鉆孔施工：現(xiàn)場資料表明，矸石為自燃堆積，矸石山坡度在30°左右。為了保證施工效果和施工安全，計劃選用ZDY-1900S型鉆機，在矸石山頂部施工鉆孔，根據(jù)矸石自燃位置和鉆機位置確定施工參數(shù)。同時為了保證施工安全，在鉆孔施工過程中使用泥漿泵通過鉆桿進行注漿，實現(xiàn)邊鉆進邊注漿。一方面防止鉆孔施工過程中鉆孔塌孔，另一方面防止在靠近著火點時發(fā)生高溫氣體或高溫水蒸氣經(jīng)鉆孔噴出，造成安全事故。

③調(diào)制滅火漿液。

根據(jù)對矸石周圍可用材料調(diào)研，矸石山周圍黃土資源豐富，為了降低矸石山治理成本，該工程計劃采用黃土或粉煤灰（堿性）注漿封堵裂隙的方法，在黃土及粉煤灰中添加一定的外加劑，使黃土漿不僅能夠滿足失流、硬化時間，還可以最大程度地降低材料成本。其大概組成包括，75%的黃土或粉煤灰+20%硫鋁酸鹽水泥+5%外加劑，根據(jù)邊坡的穩(wěn)定情況，可適當增加黃土或粉煤灰的參量，減少水泥的參量以達到節(jié)約材料成本的目的。

④注漿施工。

利用ZBYSB210型注漿泵進行注漿，注入自燃點位，結(jié)合矸石孔隙率及擴散半徑，注漿壓力控制在1.8-2.2MP之間。結(jié)合探溫器溫度變化情況控制注漿量。

3.6 場地美化

對灌漿點、注漿點等施工區(qū)域進行平整，表面全部為黃土，清一色黃土色。棱角分明、整齊劃一，為后續(xù)植樹、植皮創(chuàng)造條件。

4 治理效果檢測

4.1 矸石山溫度監(jiān)控

矸石山治理施工結(jié)束后，要對矸石山內(nèi)部溫度實施動態(tài)監(jiān)控。對矸石山劃分區(qū)域，按照8m×8m的網(wǎng)格布置溫度探測點，探測深度為治理矸石山火源最大深度。采用埋鋼管，內(nèi)部設置溫度傳感器方式，實時監(jiān)控矸石山內(nèi)部自燃動態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常，第一時間進行處置。

4.2 環(huán)境監(jiān)測

安排人員每月兩次對矸石山重點區(qū)域進行氣體采樣，送至檢測機構(gòu)分析SO2、CO、NO等有害氣體含量。

5 結(jié)束語

通過實施團柏煤礦白龍洗煤矸石山滅火治理，消滅矸石山內(nèi)部自燃，實現(xiàn)了矸石山生態(tài)恢復預期目標。通過后期矸石山溫度及環(huán)境監(jiān)測，矸石山整體穩(wěn)定，無自燃現(xiàn)象，各項指標均符合要求。

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