东曲矿排矸场A 区灭火防复燃工程实践

梁永生

（西山煤电环保健康部，山西 太原 030053）

1 排矸场A 区现状

东曲矿排矸场二号治理区位于矸石山治理科东侧的原始山沟内，总治理面积约22.19 万m2，共包括两个区域，其中A 区位于项目区的东南侧，治理面积约18.05 万m2，B 区位于项目区西北侧，治理面积约4.14 万m2。A 区治理区主要由三部分组成，包括平台、坡面和现排矸区。平台治理区面积约46 414 m2，坡面治理区面积约123 835 m2，现排矸区面积约10 251 m2。该治理区地势南高北低，北侧为堆矸坡面，坡面坡度较陡，坡长较长，表面被黄土覆盖，并采用防尘网苫盖，坡面底部为一拦矸坝，最低标高为1 110 m；南侧为顶部平台，目前正在排矸，标高已达到1 213 m，即将役满封场[1-2]。排矸场A 区煤矸石含硫量较高，自燃严重严重，危害较大，必须进行治理。

2 排矸场A 区自燃情况

2.1 自燃情况

对排矸场A 区进行了初步打孔测温，探测总面积约为18.05 hm2，共计打孔2 214 个。其中2.0 m 深孔1 782 个，3 m 深孔362 个，4～6 m 深孔70 个，累计打孔深度为5 301 m。

此次初步勘测确定A 区矸石山高温隐患区面积约36 375 m2，其中发火区面积约23 1905 m2，隐患区面积约13 1855 m2；B 区矸石山高温隐患区面积约5 5635 m2，其中发火区面积约2 5385 m2，隐患区面积约3 0255 m2。

2.2 自燃对环境的影响

排矸场自燃对生态环境的影响主要体现在：

1）矸石自燃影响大气和生态环境，自燃过程中，将会释放大量的SO2、CO、H2S、NOx和C6H6等有害气体，对环境空气质量将产生一定的影响。

2）矸石山自燃对人体健康会带来一定的影响，同时也不利于植物的生长，腐蚀建筑物，污染矿区的水体及土壤。自燃矸石山周围地区人群的呼吸道疾病发病率明显高于其他地区。

3 灭火防复燃工程实践

有效地灭火防复燃工程是山体稳定和生态重建的基础。本项目基于火情诊断确定灭火防复燃施工方案的同时，在灭火施工过程中及施工后实施全程测温，调整灭火工艺[3-4]。一方面，在施工中全程测温诊断火情，调整灭火工艺，指导并检验灭火施工。另一方面，施工后要开展全面监测防复燃，重点监测区域为整形削坡挖填方部位或山体变形部位。

3.1 灭火标准

3.1.1 外观质量标准

矸石场地面着火征状况消失，治理后项目区应无烟、无明火、无大面积水汽从地表析出、无结晶硫析出。

3.1.2 空气质量标准

项目区内无明显刺激性气味（SO2、H2S、CH4等）。

3.1.3 温度检测标准

热电偶打孔测温，深度2 m、3 m。

1）测量值低于或等于环境温度，判定已灭火。

2）测量值高于环境温度小于等于70 ℃，持续监测：测量值下降趋势明显，判定为已灭火；测量值上升趋势明显，判定为复燃；温度值不变，加深探测深度，延长持续测温时间，直至判断其温度变化趋势。

3）测量值高于70 ℃低于90 ℃，加密监测点，加深探测深度，确定最高温度点，持续监测，判定标准同上。

4）测量值高于90 ℃，判定为复燃或灭火不合格。

3.2 灭火防复燃工程实践

3.2.1 高温区挖除灭火

根据排矸场A 区的矸石自燃现场情况，设计了在高温区挖除灭火的方案。根据测温结果，对A 区挖除灭火的挖除深度设计为6 m 左右，配套挖掘机挖渣+自卸车运渣。火源挖出后第一时间堆放于安全区域，及时进行降温措施，然后矸石混拌黄土、粉煤灰、阻燃剂和石灰等降温后分层回填。对于A 区高温区的挖除灭火区域总面积达23 190 m2。

3.2.2 山体结合部灌浆封闭隔氧防复燃

矸石堆体与原始山体结合部极易形成供氧通道，需进行开沟灌浆，分层回填并碾压夯实。对开挖基槽灌浆后，再分层回填并碾压夯实，工艺方案如图1 所示，回填后剩余混合物回填于坡面及平台。该工艺目的是封堵供氧通道，防止自燃。矸石堆体与原始山体结合部封闭防复燃总长度1 747 m，封闭沟沟槽开挖断面为上口宽4.8 m，下口1.5 m，平均深度4.5 m 的梯形（根据现场测温情况调整）。

图1 山体结合部灌浆封闭隔氧防复燃开沟断面示意图

3.2.3 田字形开沟灌浆封闭灭火

针对排矸场A 区的实际情况，对其顶部平台采用田字形开沟灌浆法封闭隔氧灭火防复燃。分段开挖的方式，开挖沟槽后马上进行灌浆施工，灌浆到浆液不再下渗。降温后分层回填并碾压夯实，回填后剩余混合物回填于坡面或平台。田字形开沟方法如图2 所示，总计开沟长度2 156 m。

图2 田字形开沟施工示意图

技术流程：田字形开挖沟槽→注浆降温→温度监测→分层碾压回填。田字形开挖沟槽：上口为5 m，下口为2 m，平均深度为5 m(根据现场测温情况调整)，沟槽中心间距约为17 m，分段开挖。

注浆：开挖沟槽后马上进行注浆施工，降温防止火情蔓延，，注浆量约1 m3/m2（沟底面积计算）。

温度监测：田字形内持续测温，监测时长3～5 d，根据监测情况确定总体回填或缩小网格间距降温封闭。

分层碾压回填：回填厚度分别为2 m、2 m、l m。

3.2.4 坡面全封闭隔氧防复燃

针对排矸场A 区的实际情况，基A 区坡面矸石堆放的较为松散的情况，使用矸石混拌黄土、阻燃剂等分层砌筑坡面，进行坡面全封闭隔氧防复燃处理。采用土矸混合封闭坡面，节约黄土，该治理方案不会形成硬壳，同时也不会形成开裂，杜绝供氧通道的形成，可以对坡面起到较好的保护作用。

坡脚碾压夯实后堆砌边坡。从设计坡脚基准点向内实施分层碾压回填，逐区推进，夯填厚度分别为l m、l m、l m，顶部坡面回填矸石渣粒径小于15 cm。坡面封闭随分层回填高度逐级向上形成坡面、马道与坡面结合部位，预留马道后逐级向上对坡面分层封闭。本项目区实施坡面全封闭总面积66 266 m2，封闭厚度3 m（含植被改良层l m 厚）。

3.3 灭火防复燃过程动态控制

通过测温对矸石山的灭火防复燃措施进行指导，包括三个环节：

3.3.1 系统诊断

施工前对矸石山自燃状况进行系统诊断，目的在于指导灭火防复燃方案编制。

3.3.2 施工期测温

包括挖除区域周边测温、田字形及山体结合部等开沟沟槽周边部位的测温，目的在于检验、评估灭火效果，调整灭火工艺并指导施工。

3.3.3 施工后（治理后）测温

目的在于对矸石堆体的整体灭火防复燃效果进行全面的监测评估，为整改、治理效果评价及验收提供依据[5-6]。

1）确定监测区域。全面监测区域有边坡、距边坡20 m 的平台部位。重点监测区域有临时动土、或沉降、裂缝部位为重点监测区域。随机监测区域为其他部位为目测随机监测区域。

2）监测点布置。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）钻探深度。人工l m、1.5 m；机械3 m、6 m。

4）监测时间。经过持续监测，项目区温度呈现稳定性状态时完成监测。

5）监测点与钻探深度选择。根据实际监测温度变化情况选择：不再监测；持续监测；加密监测点、加深钻探深度。

6）温度异常应急处置。根据不同诊断情况，按照本设计有关理念、工艺，结合温度异常部位具体情况采取有针对性的应急处理措施。

4 效果分析

通过对东曲矿排矸场A 区实施灭火防复燃工程以来，已经彻底消除了矸石山自燃现象并有效防止其复燃，有效保证了矸石山山体稳定。项目实施后，生态环境效益的提升将极为明显。同时排矸场A 区灭火防复燃后，将明显改善项目区周边的大气、土壤、水质等指标，为京津冀及周边地区打赢“蓝天保卫战”做出贡献。