東曲礦排矸場A 區滅火防復燃工程實踐

梁永生

（西山煤電環保健康部，山西 太原 030053）

1 排矸場A 區現狀

東曲礦排矸場二號治理區位于矸石山治理科東側的原始山溝內，總治理面積約22.19 萬m2，共包括兩個區域，其中A 區位于項目區的東南側，治理面積約18.05 萬m2，B 區位于項目區西北側，治理面積約4.14 萬m2。A 區治理區主要由三部分組成，包括平臺、坡面和現排矸區。平臺治理區面積約46 414 m2，坡面治理區面積約123 835 m2，現排矸區面積約10 251 m2。該治理區地勢南高北低，北側為堆矸坡面，坡面坡度較陡，坡長較長，表面被黃土覆蓋，并采用防塵網苫蓋，坡面底部為一攔矸壩，最低標高為1 110 m；南側為頂部平臺，目前正在排矸，標高已達到1 213 m，即將役滿封場[1-2]。排矸場A 區煤矸石含硫量較高，自燃嚴重嚴重，危害較大，必須進行治理。

2 排矸場A 區自燃情況

2.1 自燃情況

對排矸場A 區進行了初步打孔測溫，探測總面積約為18.05 hm2，共計打孔2 214 個。其中2.0 m 深孔1 782 個，3 m 深孔362 個，4～6 m 深孔70 個，累計打孔深度為5 301 m。

此次初步勘測確定A 區矸石山高溫隱患區面積約36 375 m2，其中發火區面積約23 1905 m2，隱患區面積約13 1855 m2；B 區矸石山高溫隱患區面積約5 5635 m2，其中發火區面積約2 5385 m2，隱患區面積約3 0255 m2。

2.2 自燃對環境的影響

排矸場自燃對生態環境的影響主要體現在：

1）矸石自燃影響大氣和生態環境，自燃過程中，將會釋放大量的SO2、CO、H2S、NOx和C6H6等有害氣體，對環境空氣質量將產生一定的影響。

2）矸石山自燃對人體健康會帶來一定的影響，同時也不利于植物的生長，腐蝕建筑物，污染礦區的水體及土壤。自燃矸石山周圍地區人群的呼吸道疾病發病率明顯高于其他地區。

3 滅火防復燃工程實踐

有效地滅火防復燃工程是山體穩定和生態重建的基礎。本項目基于火情診斷確定滅火防復燃施工方案的同時，在滅火施工過程中及施工后實施全程測溫，調整滅火工藝[3-4]。一方面，在施工中全程測溫診斷火情，調整滅火工藝，指導并檢驗滅火施工。另一方面，施工后要開展全面監測防復燃，重點監測區域為整形削坡挖填方部位或山體變形部位。

3.1 滅火標準

3.1.1 外觀質量標準

矸石場地面著火征狀況消失，治理后項目區應無煙、無明火、無大面積水汽從地表析出、無結晶硫析出。

3.1.2 空氣質量標準

項目區內無明顯刺激性氣味（SO2、H2S、CH4等）。

3.1.3 溫度檢測標準

熱電偶打孔測溫，深度2 m、3 m。

1）測量值低于或等于環境溫度，判定已滅火。

2）測量值高于環境溫度小于等于70 ℃，持續監測：測量值下降趨勢明顯，判定為已滅火；測量值上升趨勢明顯，判定為復燃；溫度值不變，加深探測深度，延長持續測溫時間，直至判斷其溫度變化趨勢。

3）測量值高于70 ℃低于90 ℃，加密監測點，加深探測深度，確定最高溫度點，持續監測，判定標準同上。

4）測量值高于90 ℃，判定為復燃或滅火不合格。

3.2 滅火防復燃工程實踐

3.2.1 高溫區挖除滅火

根據排矸場A 區的矸石自燃現場情況，設計了在高溫區挖除滅火的方案。根據測溫結果，對A 區挖除滅火的挖除深度設計為6 m 左右，配套挖掘機挖渣+自卸車運渣。火源挖出后第一時間堆放于安全區域，及時進行降溫措施，然后矸石混拌黃土、粉煤灰、阻燃劑和石灰等降溫后分層回填。對于A 區高溫區的挖除滅火區域總面積達23 190 m2。

3.2.2 山體結合部灌漿封閉隔氧防復燃

矸石堆體與原始山體結合部極易形成供氧通道，需進行開溝灌漿，分層回填并碾壓夯實。對開挖基槽灌漿后，再分層回填并碾壓夯實，工藝方案如圖1 所示，回填后剩余混合物回填于坡面及平臺。該工藝目的是封堵供氧通道，防止自燃。矸石堆體與原始山體結合部封閉防復燃總長度1 747 m，封閉溝溝槽開挖斷面為上口寬4.8 m，下口1.5 m，平均深度4.5 m 的梯形（根據現場測溫情況調整）。

圖1 山體結合部灌漿封閉隔氧防復燃開溝斷面示意圖

3.2.3 田字形開溝灌漿封閉滅火

針對排矸場A 區的實際情況，對其頂部平臺采用田字形開溝灌漿法封閉隔氧滅火防復燃。分段開挖的方式，開挖溝槽后馬上進行灌漿施工，灌漿到漿液不再下滲。降溫后分層回填并碾壓夯實，回填后剩余混合物回填于坡面或平臺。田字形開溝方法如圖2 所示，總計開溝長度2 156 m。

圖2 田字形開溝施工示意圖

技術流程：田字形開挖溝槽→注漿降溫→溫度監測→分層碾壓回填。田字形開挖溝槽：上口為5 m，下口為2 m，平均深度為5 m(根據現場測溫情況調整)，溝槽中心間距約為17 m，分段開挖。

注漿：開挖溝槽后馬上進行注漿施工，降溫防止火情蔓延，，注漿量約1 m3/m2（溝底面積計算）。

溫度監測：田字形內持續測溫，監測時長3～5 d，根據監測情況確定總體回填或縮小網格間距降溫封閉。

分層碾壓回填：回填厚度分別為2 m、2 m、l m。

3.2.4 坡面全封閉隔氧防復燃

針對排矸場A 區的實際情況，基A 區坡面矸石堆放的較為松散的情況，使用矸石混拌黃土、阻燃劑等分層砌筑坡面，進行坡面全封閉隔氧防復燃處理。采用土矸混合封閉坡面，節約黃土，該治理方案不會形成硬殼，同時也不會形成開裂，杜絕供氧通道的形成，可以對坡面起到較好的保護作用。

坡腳碾壓夯實后堆砌邊坡。從設計坡腳基準點向內實施分層碾壓回填，逐區推進，夯填厚度分別為l m、l m、l m，頂部坡面回填矸石渣粒徑小于15 cm。坡面封閉隨分層回填高度逐級向上形成坡面、馬道與坡面結合部位，預留馬道后逐級向上對坡面分層封閉。本項目區實施坡面全封閉總面積66 266 m2，封閉厚度3 m（含植被改良層l m 厚）。

3.3 滅火防復燃過程動態控制

通過測溫對矸石山的滅火防復燃措施進行指導，包括三個環節：

3.3.1 系統診斷

施工前對矸石山自燃狀況進行系統診斷，目的在于指導滅火防復燃方案編制。

3.3.2 施工期測溫

包括挖除區域周邊測溫、田字形及山體結合部等開溝溝槽周邊部位的測溫，目的在于檢驗、評估滅火效果，調整滅火工藝并指導施工。

3.3.3 施工后（治理后）測溫

目的在于對矸石堆體的整體滅火防復燃效果進行全面的監測評估，為整改、治理效果評價及驗收提供依據[5-6]。

1）確定監測區域。全面監測區域有邊坡、距邊坡20 m 的平臺部位。重點監測區域有臨時動土、或沉降、裂縫部位為重點監測區域。隨機監測區域為其他部位為目測隨機監測區域。

2）監測點布置。20 m×20 m，品字形分布；10 m×10 m，品字形分布；5 m×5 m，品字形分布。

3）鉆探深度。人工l m、1.5 m；機械3 m、6 m。

4）監測時間。經過持續監測，項目區溫度呈現穩定性狀態時完成監測。

5）監測點與鉆探深度選擇。根據實際監測溫度變化情況選擇：不再監測；持續監測；加密監測點、加深鉆探深度。

6）溫度異常應急處置。根據不同診斷情況，按照本設計有關理念、工藝，結合溫度異常部位具體情況采取有針對性的應急處理措施。

4 效果分析

通過對東曲礦排矸場A 區實施滅火防復燃工程以來，已經徹底消除了矸石山自燃現象并有效防止其復燃，有效保證了矸石山山體穩定。項目實施后，生態環境效益的提升將極為明顯。同時排矸場A 區滅火防復燃后，將明顯改善項目區周邊的大氣、土壤、水質等指標，為京津冀及周邊地區打贏“藍天保衛戰”做出貢獻。