团柏煤矿白龙洗煤矸石山灭火实践

范晓蔚

摘要： 针对霍州煤电集团团柏矿白龙洗煤矸石的特点，采用传统灭火与现代灭火相结合的技术进行矸石山规范化灭火治理，取得了较好的效果，达到灭火预期目标。

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.

关键词： 矸石山；自燃；注浆灭火 ；规范治理

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

中图分类号：TD75 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）19-0094-02

0 引言

白龙洗煤矸石山高速路北侧区域地理位置特殊，紧邻霍州西高速收费站，地势明显，直接受人民群众及政府监督。随着环保形势日趋严峻，政府部门监管力度进一步加大，矸石山治理迫在眉睫，正在向更高要求、更高标准转变。为此，云厦公司与河南理工专业从事矸石山灭火团队合作，采用传统灭火（覆盖封闭、挖槽灌浆、表面喷浆等）与现代灭火（注浆灭火）相结合的技术进行矸石山规范化灭火治理，能够彻底根治矸石山内部自燃问题。

1 工程概况

1.1 基本情况

白龙洗煤矸石山位于选煤厂西侧，寺庄村与虎头山村之间的沟壑中，占地面积约300余亩。自1989年12月开始使用，目前倒矸方式主要为索道运输，整座矸石山被东西方向的排矸索道分成南北两大块区域，总堆放量约1400万吨。

索道北侧和东侧主要存放1989年-2006年跳汰工艺洗选矸石，热值500-2000大卡/千克，存放量约750万吨；索道南侧主要存放2006年-2008年重介工艺洗选矸石，热值200-500大卡/千克，存量约150万吨，基本实现了分层堆放，自燃现象较少；索道西侧主要存放2009年以后重介工艺洗选矸石，存量约500万吨。目前矸石山平均每年新倒矸石约80-100万吨。

1.2 矸石山治理情况

目前团柏煤矿白龙洗煤厂对新倾倒矸石严格执行“分层堆放、黄土覆盖、机械碾压、全面绿化”的方针；对洗煤矸石山老旧矸石区域实施防自燃治理，对已绿化区域进行洒水灭尘；对坡度超过45度倾角的平台进行切割山体，形成新的平台，平整后覆盖黄土、机械碾压，灭火注浆，平整山体，黄土覆盖，实现全面绿化，确保彻底根除矸石山自燃产生的安全隐患和环境危害。新倒矸石按环保的要求实现了分层堆放（每倒8-10m厚的矸石，表层覆0.6-1m厚的黄土层），形成了矸石的有序堆倒，为下一步矸石山治理奠定了一个良好的基础。

近2年来对矸石山进行了50多万立方黄土覆盖，对整座矸石山平台、坡面约45万平方米区域进行了治理，共计投入资金1200多万元，对5万多平方米自燃点及自燃区域进行了灭火处理，对约6200平方米区域进行了绿化。

目前采用的治理方案在一定程度上限制了矸石山的自燃发火，但仍有局部区域发生矸石自燃现象，为了消除矸石自燃带来的危害，并在现有条件的基础上，从根本上彻底解决由于矸石堆放和自燃带来的一系列问题，必须采用一定的方法对矸石山的自燃点进行处理，并对矸石山整体进行治理，防止矸石山復燃带来危害。

2 矸石山自燃主要防治技术

矸石山自燃防治措施主要有：

2.1 去除煤矸石中可燃物（煤）及供热体（黄铁矿）

煤矸石是煤炭洗选后的固体废弃物，其中含煤量基本在10-15%之间。此外其中所含的黄铁矿在密闭条件不好的条件下氧化发热，为矸石自燃提供热源。在矸石尾矿处置之前，如果能够在洗选工艺改革上进一步降低煤矸石含煤量及硫铁矿含量，就能在根本上消除矸石堆积自燃的内在条件。

2.2 封闭隔绝氧气供应

矸石山自燃的一个必要条件就是氧气供应，矸石山在堆积过程中，未能按照现代矸石山堆存标准实施分层堆放，外界氧气通过矸石缝隙渗透到矸石山内部，在各种因素的共同作用下缓慢反应，最终形成自燃。所以我们在矸石山堆存方式方法上要按照标准并结合实际堆存条件，灵活改变堆存方式，通过分层堆放、覆盖黄土、碾压堆实等手段进一步隔绝氧气供应，达到防治矸石山自燃的目的。

此外，矸石山堆存覆盖黄土后，要对山体表面进行防渗处理，通过在覆土表层植树、植皮进一步稳定山体，杜绝雨水冲刷造成的矸石裸露，甚至塌方。

矸石山自燃灭火方法主要有：覆盖隔绝法、分层堆放法、推平压实法、挖沟灌注法、挖掘熄灭法、表面喷浆法、注浆熄灭法等。

注浆灭火法是目前国内外应用最为广泛、灭火效果较好、经济较为适用的灭火技术。一般主要施工流程为钻孔、制浆、注浆封闭。钻孔的选取为燃烧中心附近，按照浆液扩散半径进行分布；浆液的选取与调配根据矸石自燃性质、矸石孔隙、扩散条件等确定制浆性质。在浆液渗透矸石内部时，遇到高温矸石，迅速气化，带走矸石内部大量热量，时矸石迅速降温。同时浆液与矸石接触后形成包裹体，起到了隔绝封闭氧气的作用。因此注浆灭火时直达病灶的灭火方法，处置快速、效果明显、经济可靠。

3 矸石山灭火方案制定

3.1 平整场地、削坡覆土

从现场可以发现，白龙洗煤厂矸石山堆积高度较大，矸石坡面角度在40-60°之间，容易引发滑坡、坍塌等地質灾害事故。对于现场大坡度坡面，要进行削坡处理，每10m高度左右设置一级平台，削坡坡度按照国家矸石山治理指导意见控制在40°以内。利用推土机、挖掘机等机械对治理区域进行场地平整、压实，修筑4级平台，为后续逐级平台注浆灭火创造条件。

3.2 坡面修整

对平台坡面进行规整，角度不得大于40°，整个坡面线性工整、美观整齐。

3.3 覆盖黄土

矸石山削坡修筑逐级平台后，需及时对各级平台及坡面进行覆土，平台覆土厚度在1m以上，坡面覆土厚度在0.7m以上。黄土覆盖时，1m厚度分三次覆盖，每30cm厚度左右推平碾压一次，确保黄土的致密性。

3.4 修筑蓄水池

考虑到施工工期，利用挖掘机挖出5*4*2m规格池子，池壁铺设塑料纸，确保蓄水不渗漏。采用拉水车拉运方式进行补给。

3.5 内部自燃灭火

逐个平台，按照由上至下、逐级灭火的原则，开展灭火施工。施工方法结合现场自燃情况，确定灭火方式。

3.5.1 挖槽灌浆

在浅表层火源附近挖取沟槽，沟槽尺寸按照现场情况确定，在料筒中调配饱和石灰水外加5%浓度的火碱，灌入沟槽内进行渗透，根据火源温度情况控制注入量。

3.5.2 注浆灭火

①火源探测。

矸石自燃区浅表探测：

矸石山自燃一般发生在内部，由内部逐渐引发至浅表，形成冒烟、冒气现象。通过采取红外温度探测器确定矸石山自燃中心位置及自燃面积，为矸石山治理提供先导依据。

矸石山自燃区内部探测：

根据矸石山浅表温度探测，以高温点为中心，在自然区合理布置深部温度探测钻孔，采用百米钻机钻取直径120mm左右，深度20m左右的钻孔，在钻孔内放置温度传感器，从而获得矸石山高温点及其范围。

②钻孔施工：现场资料表明，矸石为自燃堆积，矸石山坡度在30°左右。为了保证施工效果和施工安全，计划选用ZDY-1900S型钻机，在矸石山顶部施工钻孔，根据矸石自燃位置和钻机位置确定施工参数。同时为了保证施工安全，在钻孔施工过程中使用泥浆泵通过钻杆进行注浆，实现边钻进边注浆。一方面防止钻孔施工过程中钻孔塌孔，另一方面防止在靠近着火点时发生高温气体或高温水蒸气经钻孔喷出，造成安全事故。

③调制灭火浆液。

根据对矸石周围可用材料调研，矸石山周围黄土资源丰富，为了降低矸石山治理成本，该工程计划采用黄土或粉煤灰（碱性）注浆封堵裂隙的方法，在黄土及粉煤灰中添加一定的外加剂，使黄土浆不仅能够满足失流、硬化时间，还可以最大程度地降低材料成本。其大概组成包括，75%的黄土或粉煤灰+20%硫铝酸盐水泥+5%外加剂，根据边坡的稳定情况，可适当增加黄土或粉煤灰的参量，减少水泥的参量以达到节约材料成本的目的。

④注浆施工。

利用ZBYSB210型注浆泵进行注浆，注入自燃点位，结合矸石孔隙率及扩散半径，注浆压力控制在1.8-2.2MP之间。结合探温器温度变化情况控制注浆量。

3.6 场地美化

对灌浆点、注浆点等施工区域进行平整，表面全部为黄土，清一色黄土色。棱角分明、整齐划一，为后续植树、植皮创造条件。

4 治理效果检测

4.1 矸石山温度监控

矸石山治理施工结束后，要对矸石山内部温度实施动态监控。对矸石山划分区域，按照8m×8m的网格布置温度探测点，探测深度为治理矸石山火源最大深度。采用埋钢管，内部设置温度传感器方式，实时监控矸石山内部自燃动态，发现异常，第一时间进行处置。

4.2 环境监测

安排人员每月两次对矸石山重点区域进行气体采样，送至检测机构分析SO2、CO、NO等有害气体含量。

5 结束语

通过实施团柏煤矿白龙洗煤矸石山灭火治理，消灭矸石山内部自燃，实现了矸石山生态恢复预期目标。通过后期矸石山温度及环境监测，矸石山整体稳定，无自燃现象，各项指标均符合要求。

参考文献：

[1]黄晓三.自燃矸石山灭火工程中应注意的两个问题[J]，煤矿环境保护，1999（1）.

[2]张振文，宋志，李阿红.煤矿矸石山自燃机理及影响因素分析[J].黑龙江科技学院学报，2001，11（2）：12-14.

[3]黄文章.煤矸石自燃机理和防治[D]重庆：重庆大学，2004：11.

[4]刘春杰，王莹，范利华，等.矸石山自燃的成因分析及防治措施[J]煤炭技术，2006，25（11）：3-6.