注浆灭火在矸石山治理中的作用

王伟

摘 要：煤矸石是采煤、洗煤过程排放的固体废物，是一种含碳量较低、低发热值、比煤坚硬的黑灰色岩石。煤矸石主要用于建筑材料、发电、制作化工产品等。但目前为止，煤矸石的利用力度不大，技术不完善，地区发展不平衡对环境影响依然很严重。煤矸石的大量堆放，不仅压占土地，矸石淋溶液会污染土壤及地下水，矸石的不合理堆放可发生边坡失稳从而导致矸石山崩塌、滑移，煤矸石自燃会排放CO，SO2等有害气体污染大气环境或引起火灾，影响居民身体健康，所以矸石山治理刻不容缓。针对煤矸石自燃会对生态环境和人类的安全健康产生不良影响，提出了高效快捷的治理矸石山自燃措施，且能够高效快捷的对矸石山进行灭火，也有效避免矸石山灭火后的复燃。

关键词：煤矸石;注浆灭火;作用

一、概述

在传统的矸石山治理过程中，灭火主要依靠矸石分层碾压，黄土覆盖封闭，在此基础上以浅层注浆灭火降温作为辅助补救措施。但由于工程费用高，施工速度慢，质量难保证，空气隔绝效果差且存在自燃现象，需对上述工艺进行优化。采用深、浅孔交替布置，灌入配比浆液的工艺施工，可迅速隔绝氧气并降低内部温度，从而达到灭火的效果。在顶部表面覆盖一层粘土并将其压实，使整个矸石山形成一个封闭的整体。本工艺能降低工程造价，减少对环境的污染，明显提高经济和社会效益^[1]。

二、注浆灭火施工工序

（一）灭火方法选择

目前，对自燃矸石山常用的灭火方法有：挖掘熄灭、表面封闭（复盖）、喷浆、灌注、深部注浆、推平压实等较为经济的方法，另外还有干冰速冷灭火、阻燃药剂辅助灭火等费用高昂的方法和技术^[2]。

针对四矿矸石山自燃及堆积特征，大部分区域燃烧深度较深（7～8m），并在新矸不断堆积的情况下，无法采用大面积剥离灭火的方式，而深部注浆是最优的灭火方案。

（二）注浆灭火工艺原理

施工采用“钻孔注浆法”对矸石山着火区进行降温，灭火。其原理是先将灭火材料加水制成灭火浆液，再将灭火浆液注入矸石山的内部。在浆液接触到高温矸石后，通过水分的蒸发带走大量热量;灭火浆液中的固体则包裹在矸石表面或充填于矸石空隙之中，减少矸石与氧气的进一步接触，通过降温与隔氧两方面的作用，来达到灭火的目的。在顶部表面覆盖一层粘土并将其压实，使整个矸石山形成一个封闭的整体^[3]。

（三）灭火材料的选择

注浆法一般选用的灭火材料为黄土、石灰（粉煤灰）等。为使灭火治理更加经济，选取含碳量不超过8%的粉煤灰替代石灰。粉煤灰的主要成份是CaO，加水后生成Ca（OH）2，Ca（OH）2与矸石自燃产生的SO2、SO3、CO2气体会发生如下反应：

Ca（OH）2+SO2→CaSO3+H2O

Ca（OH）2+SO3→CaSO4+H2O

Ca（OH）2+CO2→CaCO3+H2O

反应生成物化学性质较为稳定，可在注浆层形成一层较致密的隔氧层以隔绝氧气的渗透和空气的对流，达到灭火的作用。

（四）水泥浆设计

在施工中选用了水泥、粉煤灰、熟石灰浆液，水固比1：1.1-1：1.2，水泥、熟石灰、粉煤灰重量比为1：2：7，水泥采用32.5级矿渣硅酸盐水泥，采用现场搅拌，材料凝结时间可以调控，材料混合后，凝结时间可控制在10-60分钟，早期强度高，2小时可达到1.5MPa以上，混合料也可以和周围土颗粒发生反应，形成强度，混合料凝固过程及凝固以后不收缩。

（五）工艺要求

1、注浆管先用钢管，平面孔孔口管直径φ40-50mm，坡面孔管径φ50mm。

2、为了保证注浆的连续进行，采用专用的注浆支架，深度3m范围内注浆加固一次完成;

3、使用前对注浆芯管的聚氨脂密封圈进行检查，不应该有大量的气泡，上部密封圈裙边向下，下部密封圈裙边向上，且都应抹上黄油，所有注浆管接头螺纹要保持有充分的油脂，这样既可保证丝牙寿命，又可避免浆液凝固在丝牙上，造成拆卸困难。

4、注浆开始前要充分做好准备工作，包括机械器具、仪表、管路、注浆材料、水和电等的检查及必要的试验，注浆一经开始即连续进行，力求避免中断;

5、注浆用水为自来水，PH值小于4的酸性水和工业废水不得采用;

6、注浆所用的水泥采用矿渣硅酸盐水泥，受潮结块者不得使用，水泥的各项技术指标应符合现行国家标准，并应附有出厂合格证及复试报告;

7、在满足强度要求的前提下，可用磨细粉煤灰替代部分水泥，掺入量应通过试验确定;

8、为了改善浆液性能，在浆液拌制时加入如下外加剂：

9、浆体必须经过高速搅拌机搅拌均匀后，才能开始压注，并应在注浆过程中不停顿地缓慢搅拌，浆体在泵送前应经过筛网过滤。

（五）监测与记录要求

注浆施工的同时由专业监测单位对矸石山坡面变形进行严密监测，监测的主要内容为垂直沉降。注浆过程中实行信息化施工，根据注浆孔位置随时调整监测位置，及时跟踪测量并进行全断面测量。采用专门表格记录施工进程中的参数，每孔都建立独立的档案。记录的内容包括：孔号、注浆深度、水灰比、水玻璃水泥浆比、水泥浆用量、水玻璃用量、注浆次数、注浆高度、水泥浆注浆压力、混合器压力、水泥浆流量^[4]。

1、注浆孔的编号

注浆孔编号依据上下行分别连续编号，沿横断面。

2、注浆前的记录

根据前次注浆记录记录好此次准备注浆的孔号，同时记录注浆时间、注浆次数、下管深度。

3、注浆过程中的记录

记录水泥浆注浆开始时间，时间精确到分，过程中需记录水泥浆注浆压力、混合器压力、水泥浆流量，记录好拔管高度。在注浆过程中如产生位移，记录实时监测数据，注浆快完成时记录泥浆停止时间。如注浆过程中因发生堵管或沉量超标等情况而中断或中止注浆，要及时记录并分析。

4、注浆后的记录

注浆完成后，记录总水泥浆注浆量、此次注浆高度、人工计量复核的总水泥浆用量、监测数据。并将所有数据汇总到一张总表并电子化，所有原始记录表都留存备查。

三、結束语

（一）煤矿矸石山自燃是由于矸石中的硫、磷等物质长期、缓慢的氧化放热反应，聚积了大量的热量，最终导致了炭的燃烧，注浆法正是根据煤矸石自燃的机理，利用浆液对正氧化或自燃的矸石进行包裹，阻断氧气的供给，并起到一定的降温作用，从而达到灭火的目的。

（二）对自燃矸石山注浆灭火中，应遵循自下而上、由外到里、从低温区到高温区、从氧化区到燃烧区的原则有步骤地实施，并根据现场情况，辅以剥离、推平、压实等方法。

（三）自燃的矸石山经注浆灭火后，要加强后期管理，巩固灭火成果。一是施行固定面排矸，新矸老矸分离，并对新矸实施喷浆;二是经常监测已灭火区域的温度，发现表面以下1m处温度高于70℃时，立即注浆;三是开展矸石山的覆土绿化，彻底消灭自燃。

参考文献：

[1]程建光，刘志钧，房建国.汶南煤矿矸石山灭火技术研究[J].洁净煤技术，2007（02）：86-89+93.

[2]司玉海.寺河二号井矸石山自燃治理研究与探讨[J].山西煤炭，2006（03）：49-50.

[3]陶伟，胡晓冬，朱建军，朱真才，王雷.矸石山自燃综合治理技术在平煤四矿的应用[J].矿山机械，2006（09）：134-136.

[4]陈永峰.阳泉矿区煤矸石自燃防治研究[D].西安建筑科技大学，2005.