煤礦矸石場防滅火方法探討

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

關(guān)鍵詞：矸石場；滅火；注漿；鉆孔

引言

目前我國能源消費主體仍然是煤炭資源，今后這一現(xiàn)狀將維持較長一段時間。隨著煤炭生產(chǎn)的高速發(fā)展，煤礦生產(chǎn)過程中將產(chǎn)生大量的煤矸石，除利用外全部排放至矸石場，煤矸石是煤炭開采過程中的必然產(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，有的煤矸石經(jīng)分選后極易發(fā)生矸石自燃現(xiàn)象，所以矸石場的防滅火治理是急待解決的問題。

1煤矸石自燃的原因

1．1存因素

1）地理條件：礦井位于烏蘭木倫河一級階地的西緣，井田范圍內(nèi)大部分表面為風積沙覆蓋，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型，西部地形較平坦、開闊，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。目前排矸場地主要選取在井田地表塌陷區(qū)域溝壑內(nèi)，傾倒過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，其特點是：冬季嚴寒、夏季炎熱，春季多風，秋季涼爽，全年少雨，夏季最高氣溫達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，當溫度達到約280丈時便可發(fā)生自燃。

1．2生產(chǎn)工藝條件

煤質(zhì)要求：近年來公司提高出口煤質(zhì)標準，通過對原煤分選工藝升級，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，當高灰煤與矸石混合排至矸石場后，大幅降低了矸石堆自燃點。

1．3主要化學成分分選

矸石主要成分為Si02、Fe203、A1203、Fe2S3，經(jīng)檢測矸石中富含的硫化鐵在高溫條件下易發(fā)生氧化反應，此過程為放熱過程，增加了矸石堆熱量的匯集，同時煤矸石在形成過程中內(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）對人體健康造成的危害。由于煤矸石自燃過程中產(chǎn)生C0、S02、H2S等有毒有害氣體，當進入體內(nèi)可對呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)造成極大危害。2）對環(huán)境造成的危害。煤矸石自燃產(chǎn)生的S02遇水后形成酸雨，進入土壤后無法分解致使生物鏈破壞，酸雨的腐蝕作用可導致附近林木、農(nóng)作物等出現(xiàn)一定程度枯死，對土壤結(jié)構(gòu)造成了永久性的破壞，同時增加了地下水質(zhì)的有害成分。3）對地企關(guān)系造成的危害。目前多數(shù)矸石場征用當?shù)鼐用裢恋兀舭l(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，會致使當?shù)卮迕衤?lián)合上訪，對企業(yè)信譽、±也企關(guān)系造成不良影響。

3治理方法

參考以往矸石場發(fā)生的局部自燃現(xiàn)象，通過分析判斷現(xiàn)場火源分布、范圍、性質(zhì)等因素，及時制定應對解決方案。1）預防為主，防治結(jié)合。首先在煤矸石排放過程中嚴格按照標準分層退臺，退臺結(jié)束后及時對作業(yè)區(qū)域進行壓實、排嚴，同時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行覆蓋，進一步隔絕空氣。此方法對矸石場的火災預防工作非常有效，從源頭上降低了火災發(fā)生的可能性。2）準確定位，挖除火源。由于澆筑黃土漿時存在滲透不均勻的情況，矸石堆局部可能出現(xiàn)高溫自燃，矸石場在自燃前期會顯現(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，通過分析這些情況可以在短時間內(nèi)確定火源范圍，利用機械將火源挖出進行自然冷卻，取出火源后用黃土進行填充，可消除局部火災。3）鉆孔注漿法：對于作業(yè)區(qū)域面積較大的矸石場，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)場施工DN200鉆孔并配套相應管路，將提前配好的黃泥漿注入矸石堆內(nèi)部來抑制火源蔓延擴散，此方法利用泥漿降溫與隔絕氧氣的原理達到了滅火的目的，目前該技術(shù)已在各地區(qū)矸石場得到了較廣泛應用，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：從對矸石場綜合治理情況來看，整體消除了治理前青煙繚繞、霧氣騰騰的現(xiàn)象，處于矸石場中央也感受不到之前的刺激性氣味，CO檢測體積分數(shù)由治理前的240xl0－6下降至30xl0－6。治理后的其他氣體監(jiān)測濃度：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)

矸石場位于地表塌陷區(qū)域，為解決矸石場防塵、綠化、注漿用水水源，通過井上下對照后合理優(yōu)化管路布置，本項目在矸石場東南邊緣向下施工DN150鉆孔，貫通后安設DN108供水管路，并延伸至井下輔運大巷，與生產(chǎn)用水系統(tǒng)連接，利用加壓泵確保供水壓力，避免了重復鋪設管路造成的資源浪費。該項目建設一次性費用約為15萬元，不僅為矸石場防滅火工程提供了可靠水源，同時可提高礦井環(huán)保效益及減少綠化灌溉成本，具體體現(xiàn)在以下3個方面：1）排矸場原治理工作采用車輛拉運灑水進行防塵治理，采用該項目可減少運輸燃油、取水等成本費用，按排矸場夏季灑水2次、冬季灑水一次的要求，每臺水車費用為300元／次，計算全年節(jié)約治理費用為15．3萬元。2）目前公司繳納排污費標準為0．7元／t，利用該項目可減少成本費32．1萬元。3）實施該項目為在矸石場實施植被綠化等生態(tài)項目提供充足水源，提高植被存活率，生態(tài)效益顯著。

5．2地面注漿攪拌站

排矸場附近取土方便，利用矸石場閑置區(qū)域建設一座黃泥攪拌站，同時配套相應輸送裝置及管道，在預防及治理矸石場自燃事故時，通過及時澆筑黃泥漿，可防治火災發(fā)生及擴大，以最大限度降低事故風險。

6結(jié)語

鑒于已發(fā)生過矸石場局部自燃事件，通過判斷火災區(qū)域大小、性質(zhì)類型，進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，可以在最短時間內(nèi)對著火區(qū)域進行滅火，防止有害氣體擴散對當?shù)鼐用?、環(huán)境帶來的影響，對環(huán)境保護也起到了積極作用，改善了地企之間的關(guān)系。同時可在永久排矸場區(qū)域撒播草籽、種植防風固沙植被，不僅可以降低水土流失，同時可保護自然環(huán)境。

作者：祁杰 單位：神華神東煤炭集團有限責任公司大柳塔煤礦