煤礦矸石場(chǎng)防滅火方法探討

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摘要：介紹了煤礦矸石場(chǎng)自燃因素、防滅火方法，不同性質(zhì)的矸石自燃應(yīng)采用不同滅火工藝，同時(shí)配套了相應(yīng)的保障措施，及時(shí)有效地消除行石場(chǎng)火災(zāi)隱患。

關(guān)鍵詞：矸石場(chǎng)；滅火；注漿；鉆孔

引言

目前我國(guó)能源消費(fèi)主體仍然是煤炭資源，今后這一現(xiàn)狀將維持較長(zhǎng)一段時(shí)間。隨著煤炭生產(chǎn)的高速發(fā)展，煤礦生產(chǎn)過(guò)程中將產(chǎn)生大量的煤矸石，除利用外全部排放至矸石場(chǎng)，煤矸石是煤炭開(kāi)采過(guò)程中的必然產(chǎn)物，約為原煤產(chǎn)量的15％，是目前最大的工業(yè)固體廢棄物。煤矸石中含有硫鐵礦、硫、煤粉等物質(zhì)，長(zhǎng)期暴露于地表之中極易自燃，能夠釋放大量有毒有害氣體，如so2、co、h2s等，威脅周邊環(huán)境及周邊居民身體健康、礦井安全，此外，煤矸石中的重金屬由于雨水的沖刷、酸性等作用，釋放到地表水和地下水中，造成重金屬污染，惡化環(huán)境。經(jīng)檢測(cè)，有的煤矸石經(jīng)分選后極易發(fā)生矸石自燃現(xiàn)象，所以矸石場(chǎng)的防滅火治理是急待解決的問(wèn)題。

1煤矸石自燃的原因

1．1存因素

1）地理?xiàng)l件：礦井位于烏蘭木倫河一級(jí)階地的西緣，井田范圍內(nèi)大部分表面為風(fēng)積沙覆蓋，植被稀少，沿烏蘭木倫河的河谷區(qū)及其支流形成河流堆積類(lèi)型，西部地形較平坦、開(kāi)闊，主要為沙漠、灘地；東部梁峁起伏，溝道密集，主要是黃土丘陵溝壑。目前排矸場(chǎng)地主要選取在井田地表塌陷區(qū)域溝壑內(nèi)，傾倒過(guò)程中采用自上而下沿坡面下滑的方法，若坡面覆土厚度不足，空氣極易進(jìn)入矸石堆內(nèi)部，為自燃提供氧氣源。2）氣候條件：本區(qū)氣候?qū)俚湫偷陌敫珊?、半沙漠的高原大陸性氣候，其特點(diǎn)是：冬季嚴(yán)寒、夏季炎熱，春季多風(fēng)，秋季涼爽，全年少雨，夏季最高氣溫達(dá)36．6丈，因氣候干燥、降雨少，矸石堆內(nèi)部極易出現(xiàn)熱量聚集，當(dāng)溫度達(dá)到約280丈時(shí)便可發(fā)生自燃。

1．2生產(chǎn)工藝條件

煤質(zhì)要求：近年來(lái)公司提高出口煤質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)對(duì)原煤分選工藝升級(jí)，提高了高灰煤去除率，商品煤平均發(fā)熱量較前期提高約2％，部分原煤經(jīng)分選后高灰煤伴隨矸石一同排出，高灰煤發(fā)熱量約為煤矸石平均發(fā)熱量的5？7倍，當(dāng)高灰煤與矸石混合排至矸石場(chǎng)后，大幅降低了矸石堆自燃點(diǎn)。

1．3主要化學(xué)成分分選

矸石主要成分為Si02、Fe203、A1203、Fe2S3，經(jīng)檢測(cè)矸石中富含的硫化鐵在高溫條件下易發(fā)生氧化反應(yīng)，此過(guò)程為放熱過(guò)程，增加了矸石堆熱量的匯集，同時(shí)煤矸石在形成過(guò)程中內(nèi)部吸附一定量的甲烷，經(jīng)分選后甲烷得不到完全釋放，待矸石排放后甲烷逐漸釋放且積存在矸石堆內(nèi)部，為矸石自燃提供了更加便利的條件。

2煤矸石自燃的危害

1）對(duì)人體健康造成的危害。由于煤矸石自燃過(guò)程中產(chǎn)生C0、S02、H2S等有毒有害氣體，當(dāng)進(jìn)入體內(nèi)可對(duì)呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)造成極大危害。2）對(duì)環(huán)境造成的危害。煤矸石自燃產(chǎn)生的S02遇水后形成酸雨，進(jìn)入土壤后無(wú)法分解致使生物鏈破壞，酸雨的腐蝕作用可導(dǎo)致附近林木、農(nóng)作物等出現(xiàn)一定程度枯死，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)造成了永久性的破壞，同時(shí)增加了地下水質(zhì)的有害成分。3）對(duì)地企關(guān)系造成的危害。目前多數(shù)矸石場(chǎng)征用當(dāng)?shù)鼐用裢恋?，若發(fā)生矸石自燃，降低了周邊環(huán)境空氣質(zhì)量、影響了地下水質(zhì)、破壞了土壤，會(huì)致使當(dāng)?shù)卮迕衤?lián)合上訪，對(duì)企業(yè)信譽(yù)、±也企關(guān)系造成不良影響。

3治理方法

參考以往矸石場(chǎng)發(fā)生的局部自燃現(xiàn)象，通過(guò)分析判斷現(xiàn)場(chǎng)火源分布、范圍、性質(zhì)等因素，及時(shí)制定應(yīng)對(duì)解決方案。1）預(yù)防為主，防治結(jié)合。首先在煤矸石排放過(guò)程中嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)分層退臺(tái)，退臺(tái)結(jié)束后及時(shí)對(duì)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行壓實(shí)、排嚴(yán)，同時(shí)用黃泥加水混合成泥漿后澆筑滲透到作業(yè)區(qū)域，這樣減少了矸石表層與氧氣的接觸面積，有效隔絕氧氣的進(jìn)入，大幅降低了矸石堆的著火概率，澆筑黃泥漿后再用黃土進(jìn)行覆蓋，進(jìn)一步隔絕空氣。此方法對(duì)矸石場(chǎng)的火災(zāi)預(yù)防工作非常有效，從源頭上降低了火災(zāi)發(fā)生的可能性。2）準(zhǔn)確定位，挖除火源。由于澆筑黃土漿時(shí)存在滲透不均勻的情況，矸石堆局部可能出現(xiàn)高溫自燃，矸石場(chǎng)在自燃前期會(huì)顯現(xiàn)一定狀況，例如局部散發(fā)出刺激性氣體，覆土層出現(xiàn)一些裂縫以及局部觸摸溫度約70丈等，通過(guò)分析這些情況可以在短時(shí)間內(nèi)確定火源范圍，利用機(jī)械將火源挖出進(jìn)行自然冷卻，取出火源后用黃土進(jìn)行填充，可消除局部火災(zāi)。3）鉆孔注漿法：對(duì)于作業(yè)區(qū)域面積較大的矸石場(chǎng)，分析可能存在內(nèi)部大面積著火情況的，可利用布置鉆孔注漿的滅火方法，現(xiàn)場(chǎng)施工DN200鉆孔并配套相應(yīng)管路，將提前配好的黃泥漿注入矸石堆內(nèi)部來(lái)抑制火源蔓延擴(kuò)散，此方法利用泥漿降溫與隔絕氧氣的原理達(dá)到了滅火的目的，目前該技術(shù)已在各地區(qū)矸石場(chǎng)得到了較廣泛應(yīng)用，且取得了良好的效果。

4治理效果

1）治理前后溫度變化：治理后，矸石場(chǎng)內(nèi)部因高溫燃燒形成塌陷裂縫的情況基本不存在，地表溫度從治理前約90丈下降至最高20丈。2）有害氣體變化：從對(duì)矸石場(chǎng)綜合治理情況來(lái)看，整體消除了治理前青煙繚繞、霧氣騰騰的現(xiàn)象，處于矸石場(chǎng)中央也感受不到之前的刺激性氣味，CO檢測(cè)體積分?jǐn)?shù)由治理前的240xl0－6下降至30xl0－6。治理后的其他氣體監(jiān)測(cè)濃度：S02S0．01？0．03mg／m3、N02為0．004￣0．070mg／m3、TSP為0．1￣0．25mg／m30

5相關(guān)配套工程及效益

5．1鉆孔供水系統(tǒng)

矸石場(chǎng)位于地表塌陷區(qū)域，為解決矸石場(chǎng)防塵、綠化、注漿用水水源，通過(guò)井上下對(duì)照后合理優(yōu)化管路布置，本項(xiàng)目在矸石場(chǎng)東南邊緣向下施工DN150鉆孔，貫通后安設(shè)DN108供水管路，并延伸至井下輔運(yùn)大巷，與生產(chǎn)用水系統(tǒng)連接，利用加壓泵確保供水壓力，避免了重復(fù)鋪設(shè)管路造成的資源浪費(fèi)。該項(xiàng)目建設(shè)一次性費(fèi)用約為15萬(wàn)元，不僅為矸石場(chǎng)防滅火工程提供了可靠水源，同時(shí)可提高礦井環(huán)保效益及減少綠化灌溉成本，具體體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：1）排矸場(chǎng)原治理工作采用車(chē)輛拉運(yùn)灑水進(jìn)行防塵治理，采用該項(xiàng)目可減少運(yùn)輸燃油、取水等成本費(fèi)用，按排矸場(chǎng)夏季灑水2次、冬季灑水一次的要求，每臺(tái)水車(chē)費(fèi)用為300元／次，計(jì)算全年節(jié)約治理費(fèi)用為15．3萬(wàn)元。2）目前公司繳納排污費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為0．7元／t，利用該項(xiàng)目可減少成本費(fèi)32．1萬(wàn)元。3）實(shí)施該項(xiàng)目為在矸石場(chǎng)實(shí)施植被綠化等生態(tài)項(xiàng)目提供充足水源，提高植被存活率，生態(tài)效益顯著。

5．2地面注漿攪拌站

排矸場(chǎng)附近取土方便，利用矸石場(chǎng)閑置區(qū)域建設(shè)一座黃泥攪拌站，同時(shí)配套相應(yīng)輸送裝置及管道，在預(yù)防及治理矸石場(chǎng)自燃事故時(shí)，通過(guò)及時(shí)澆筑黃泥漿，可防治火災(zāi)發(fā)生及擴(kuò)大，以最大限度降低事故風(fēng)險(xiǎn)。

6結(jié)語(yǔ)

鑒于已發(fā)生過(guò)矸石場(chǎng)局部自燃事件，通過(guò)判斷火災(zāi)區(qū)域大小、性質(zhì)類(lèi)型，進(jìn)而選用不同的滅火工藝，避免盲目施工造成的資金、人力浪費(fèi)，可以在最短時(shí)間內(nèi)對(duì)著火區(qū)域進(jìn)行滅火，防止有害氣體擴(kuò)散對(duì)當(dāng)?shù)鼐用瘛h(huán)境帶來(lái)的影響，對(duì)環(huán)境保護(hù)也起到了積極作用，改善了地企之間的關(guān)系。同時(shí)可在永久排矸場(chǎng)區(qū)域撒播草籽、種植防風(fēng)固沙植被，不僅可以降低水土流失，同時(shí)可保護(hù)自然環(huán)境。

作者：祁杰 單位：神華神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司大柳塔煤礦