石壕煤礦矸石山防滅火實踐

李明

摘要：煤矸石作為煤炭工業的附屬產物，絕大多數煤炭企業采用露天堆積的形式，形成矸石山。矸石山不止壓占土地，造成大氣、水體和景觀污染，還會發生自燃、爆炸、垮塌、泥石流等次生災害，尤其是發生自燃著火的矸石山，釋放出SO2、CO、H2S等有毒有害氣體，嚴重污染大氣環境，破壞生態：同時自燃著火還影響矸石的排放和安全生產，當自燃區SO2、CO達到一定的濃度，還會對人體造成危害。據不完全統計，我國大型煤炭企業1500多座礦石山中，自燃和曾經發生自燃的矸石山就有380多座，成為各個礦區一大公害。從而防止矸石山自燃成了礦井防火工作和生態環境治理的重中之重。

關鍵詞：煤礦：矸石山：防滅火

國內外對煤矸石自燃機理的研究始于19世紀末期，20世紀末期至21世紀初期，各國學者相繼提出了一系列的學說來解釋煤矸石的自燃，歸納起來主要有：黃鐵礦氧化學說、煤氧復合作用自燃學說、細菌作用學說、晶核理論、自由基作用學說和揮發分學說。黃鐵礦氧化學說、細菌作用學說和晶核理論均認為煤矸石自燃與硫鐵礦有關，而煤氧復合作用自燃學說和自由基作用學說則脫胎于煤的自然發火機理，認為矸石自燃與其中的煤有關。

對煤矸石自燃的影響因素，國內外學者進行了大量的實驗研究。考察的因素主要有：硫的含量及其分布形態、含炭量、水分、揮發分和粒徑等，比較一致的觀點認為：含硫高特別是含硫鐵礦高的矸石更容易自燃。

煤矸石自燃機理的研究，為采取有針對性的治理措施及注漿材料的選擇提供了有益的指導。但是，目前的學說尚難解釋低硫矸石的自燃，對自燃矸石的噴爆機理及防治技術的研究也不夠深入，往往在治理自燃矸石山時造成人員傷亡。

一、石壕煤礦矸石山概況

石壕煤礦于1971年12月開始籌建，1984年12月投產，設計生產能力0.60Mt/a，2018年核定生產能力為1.2Mr/a，礦區面積10.4497km²，低瓦斯礦井，開采深度由+670m至-40m標高，主采二疊系山西組二1煤層，平均煤厚5.05m，所采煤種為主焦煤，自燃傾向等級為Ⅲ類，屬不易自燃煤層。石壕煤礦矸石山位于石壕煤礦南部的溝壑里，矸石山自1984年12月投產以來堆存，主要用于填溝、平整后當做煤場使用。現有的矸石堆存體積約154萬m³;上界面面積約2.1萬m²;東西長200m，南北寬100m。外界面高程：+599m;外界面至頂界面高差：42m，外界面平均坡面傾角：46°，矸石堆積量約60萬m³。該矸石山大部分堆放的是井下開拓巷道的巖石矸、煤巷掘進的煤矸石和少量的洗煤廠洗選矸石。矸石由汽車將矸石運至矸石山，然后向南側山溝傾倒而成。矸石山自燃火區2016年以來主要集中在矸石山東南側、南側、西側，東南側、南側矸石表面有明顯的著火跡象。預計矸石山發火高度為15m。通過對矸石山進行現場勘查，矸石共發現冒煙點5處，均分布在矸石山南部斜坡上。兩處冒煙點面積為0.5-1m²，另三處冒煙點面積為0.3-0.4m²。冒煙點周圍覆蓋有燃燒后的黃色物質（硫），煙為白色伴有輕微的刺鼻性氣味（H2S）。通過對冒煙點溫度、CO、SO2等進行檢測，冒煙點最高溫度87℃，最低44.8℃。因露天對氣體濃度進行檢測，檢測人員不能近距離靠近冒煙點，靠近地面檢測出c0濃度為66PPm，802、H2S氣體濃度均為26PPm。矸石山碎煤含量約為6%，矸石碳含量約為5.53%，礦井矸石硫含量約為2.00%，洗矸硫含量約為3.98%。矸石山東側150m土地歸屬觀音堂后地村;矸石山南側和西側150m土地歸屬觀音堂石壕村，附近多是山坡、黃土丘陵地貌，大部分為低矮灌木及耕地，距矸石山東南側85m處有一個體小型石料廠。鑒于目前嚴峻的環保形勢和安全形勢，需要采取針對性的措施對矸石山的著火區進行治理。改善區域生產環境和空氣質量、符合環保要求。參照國內外的經驗和我礦矸石山實際情況，經研究確定主要采取表面密封和壓實法、灌水法、注漿法等主要滅火措施。

二、石壕煤礦矸石山防滅火實踐

1.表面密封和壓實法

在斜坡位置：一是采用覆蓋2-2.5m厚的洗選細碴壓實，再覆蓋0.5m厚黃土;二是針對矸石山東側局部坡度大的區域先在著火點下方0.5m-1m位置打設鋼釬，鋼釬長1.5-2m，外露0.5-1m，外露部分上部鋪設木板，阻擋覆蓋向下滾動。然后在矸石表面覆蓋一層厚1m的細碴，再在上部覆蓋一層厚0.5m的黃土。以此類推，直至無煙冒出。

2.灌水法

以間排距2m*2m施工鉆孔，鉆孔深5-16m（特殊情況可加大鉆孔深度），角度以深入火區為準，鉆孔直徑為94-108mm，并在鉆孔口安裝1.5m長、φ108mm的套管，利用套管口向里灌水。局部采用挖坑灌注，在斜坡冒煙點正上方挖深度為0.5-1m的坑，在坑內灌水，水沿矸石山縫隙，滲透至高溫區域，達到降溫滅火效果。

3.注漿法

注漿管采用花管，采用直徑25mm，長2m鐵管制作。注漿管一端100mm過絲，花孔直徑5mm，交叉布置。注漿孔采用ZRS31.5-105380手持式乳化液鉆機向里鉆進，鉆孔長1.8m，注漿管深入鉆孔后預留0.2m用于注漿。注漿所使用的漿液，水：黃泥=10：1。所使用的黃土要經過篩子精加工，黃泥與水進行攪拌使其充分混合。注漿施工時，注漿孔采用串聯，一臺注漿泵可同時注2-4個鉆孔。施工過程中根據實際情況對漿液配比進行調整，將漿液注入火區和自熱區。

三、結語

石壕煤礦多種措施治理矸石山自燃，其工藝流程所選參數適宜，不僅投資少而且治理后效果顯著，鑒于目前嚴峻的環保形勢和安全形勢，矸石山滅火后，極大的改善了礦區生態環境和空氣質量，符合環保要求;也大大改善了周圍的排矸場工作條件，受到了廣大職工和周圍居民的廣泛好評。