铁煤集团小康煤矿 辽宁调兵山 112700
摘要：由煤炭采掘生产所带来的煤矸石废物长期堆置情况下极易发生自燃，引发大气环境污染等灾害问题，给周边居民生活和自然环境带来较大污染及危害。2017年环保部中心将会在加大大气、水、土壤污染治理同时，中央环保督查问题全面启动，中央环保第三督查小组到地方进行环保督查。因此，极有必要对煤矸石山自燃采取必要的预防、控制和治理。本文介绍了XX煤矿救护队对矸石山自燃防治及采用注浆高效灭火方法及其可行性。
关键词：煤矸石山；自燃防治；注浆；
1引言
目前，随着煤炭行业的发展，大量的煤矸石废弃物在煤炭开采中产生，其产量约占煤炭产量的20%。长期以来，在XX煤矿形成了大量的矸石山，由于矸石中含有残煤、碎木材等可燃物质，长期露天堆放，会发生自燃现象。自燃会排放出大量的CO2、CO等有害气体，造成环境污染。因此，治理矸石山自燃是一项艰巨、困难的任务。
2XX煤矿矸石山及其自燃情况
2.1XX煤矿矸石概况
XX矿矸石山始建于1987年，位于工业广场东部。矸石山现距其东侧的铁路距离100m，南侧已到达地方公路边缘，西南侧150m范围内有粉碎厂，东北侧距铁路50m，正北侧为矸石山绞车房。经测量现矸石山正向倾角为21°，斜长199 m，垂高为65 m，堆积角：33°，堆积矸石为 169万m3，征地面积为：200536㎡，其中已存放矸石占地面积83009 ㎡（其中：井下排矸62952 ㎡，水洗矸20057㎡）。在矸石山的顶端掘出一个长23m，宽4m，高5m的涵洞，在涵洞内东西方向铺设一条长150m固定式皮带机，与固定式皮带机搭接处设一部旋转式皮带机，长度为12 m，利用该旋转式皮带机进行翻矸。目前翻矸量为每月平均7000车（m3），年翻矸量约8万m3。
XX煤矿矸石山为圆锥式裸露松散堆积。矸石中70%左右为油页岩，矸石中残煤为长焰煤，自燃发火期1～3个月。堆积量大，含油率高，燃点低，含硫，自燃发火期短，是XX煤矿矸石可燃物的主要特征。
2.2矸石山自燃情况
XX煤矿矸石山在堆放过程中是拉至矸石山顶端朝下翻矸，在重力的作用下，滑落堆积的矸石具有明显的分选性，细小粉碎状煤矸石靠近坡顶，越往坡底端煤矸石块度越大，并且货车从矿内运出的矸石直接翻倒此区域，这是造成矸石自燃的重要原因。由于长时间的积累，矸石山下由北向南、由西向东填矸层逐渐变厚，厚度约7m～20m范围。该处形成了一条燃烧带，并不断向坡顶延伸。
2.3煤矸石自燃原因
关于煤矸石自燃的原因，主要有硫铁矿氧化学说和煤氧复合自燃学说。硫铁矿氧化学说是目前解释煤矸石自燃的主要理论。它认为，煤矸石中的硫铁矿在低温下发生氧化，产生热量并不断聚积，使煤矸石内温度聚集，引起煤矸石中的煤和可燃有机物燃烧起来，从而导致煤矸石自燃。而煤氧复合自燃学说则认为煤矸石中通常夹带着10%～25%的碳质可燃物，在常温下，煤矸石中的煤(尤其是镜煤和丝炭)会发生缓慢的氧化反应，同时放出热量，当热量聚积到一定温度时，便可引起可燃物自燃，从而导致矸石山自燃。
2.4主要可燃物为油页岩和残煤
矸石中70%左右为油页岩。其挥发分Vdaf＝65.75%，碳含量Cdaf＝70.98%。含硫量Sd＝1.35%，着火点T＝284℃，发热量Qnet,ar＝1810卡/克；矸石中残煤为长焰煤，含氢量Hdaf＝5.17%，含油量T1＝8.27%，挥发分Vdaf＝48.07%，含硫量Sd＝1.50%～2.50%，着火点T＝274℃。
3XX煤矿矸石山自燃防治及注浆高效灭火技术
3.1矸石山自燃防治
为控制XX煤矿矸石山自燃，首先从源头抓起，矸石上山前，尽量减少可燃物上山，严格禁止向矸石山倾倒温度大于70℃的物料和易燃物，如坑木、锯末、生活垃圾等。定期安排专人负责对矸石山进行巡检，特殊季节与特殊天气期间必须每天安排专人巡检，发现有自燃趋势的矸石，立即汇报单位值班领导，组织人力、物力积极控制火势的发展与蔓延。
发生冒烟有自燃趋势的矸石，火源深度大约在表层以下1m～2m，火源温度较低，破开表层见风易产生明火。应先采用冷却法，然后采用覆盖法进行处理。在有自燃趋势的矸石上方侧挖出一条沟渠，利用矸石山下的排水渠，安设水泵对其进行浇灌，通过水慢慢渗入降低矸石的温度，然后将白泥、阻化剂等惰性物料覆盖于冒烟矸石表面，以隔绝空气，达到灭火的目的。这种方法控制有自燃趋势的矸石非常有效。
3.2注浆高效灭火
在填矸层边缘，距离地面5m～7m，该处火势较大。特点火源深度较深，表面有多处较为明显的明火，而且伴有大量浓烟，边缘裂隙较多，易造成塌方，人员不易靠近，距离水源50 m以外，灭火难度较大。起初采用冷却、覆盖法灭火，但是效果并不不明显的情况下，于是我们首先分多头挖沟渠添加阻化剂的方式进行浇灌，待温度降下来之后，采用注浆法，在矸石山安设可移动注浆泵，矸石山下排水渠安设水泵，作为水源，采用白泥和水混合后制成一定浓度的灭火浆液，在火区布置一系列钻孔，孔深2m左右，人工将插管插向深部着火点，用注浆泵将灭火浆液注入矸石内部。灭火浆液接触到高温矸石后，浆液中的水分急剧蒸发，同时带走大量热量，使矸石迅速降温。浆液中的固体物则包裹在矸石表面或充填在矸石间的缝隙中起到隔绝空气的作用，进而实现灭火。灭火后，在表层覆盖一层灭火浆液，起到二次隔氧和保护包裹的作用，达到推迟复燃或减小复燃的可能性。
3.3注浆灭火材料的选取
由于白泥浆液有很好的稳定性，不堵管，适合长距离输送，而且包裹力强，浆液进入着火区域后，可以包裹煤矸石体，堵塞漏风通道，从而起到降温、隔氧的作用，以达到灭火的目的。白泥约为400元/吨，成本低，经济效益好。因此，注浆灭火材料采用白泥浆液。
3.4注浆系统
系统由水泵—移动注浆泵—高压输送管三部分组成（图1）。首先，将白泥倒入注浆泵中，用水配制一定比例的注浆液，注泥泵通过高压输送管输送到火点，实施灭火。
图1 矸石注浆系统图
4自燃防治及注浆高效灭火成效
通过冷却法、覆盖法进行自燃防治，注浆法进行灭火处理，均达到了理想效果，低成本，高时效。水源采用矸石山下的排水渠，解决了运输水的难题，减少了工程量。白泥的成本约为400元/吨，经济效益很好。经过我单位一个多月的努力，XX煤矿矸石山自燃着火得到了控制。明显改善矿区及矿区周围的大气环境，为矿区工作人员和周围居民提供一个健康的大气生存环境，保证人体健康。并且燃烧的减少也能够为周围的植被和农作物提供一个良好的生态环境，促进人与自然相和谐。对煤矸石自燃进行预防和治理还能够明显减少因燃烧产生的有毒有害气体而引发的呼吸道疾病，保证工人的身体健康，从而促进煤炭企业人力资源的优化利用，实现了较大的社会效益。在当今注重环保的社会下，面临中央第三环境督察组来我矿进行环保督查。经过我单位的努力，关于矸石山煤矸石自燃造成大气环境污染的问题，得到了明显的控制，提高了经济效益并达到生产与自然和谐的发展目标，推动了煤炭产业的可持续发展，增加了煤炭企业的经济效益和环境效益。
参考文献
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论文作者:蔡云龙,薄兴舟,董宁
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/23
标签：矸石论文; 煤矸石论文; 煤矿论文; 注浆论文; 浆液论文; 可燃物论文; 高效论文; 《建筑学研究前沿》2017年第32期论文;