煤矿矸石场防灭火方法探讨

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摘要：介绍了煤矿矸石场自燃因素、防灭火方法，不同性质的矸石自燃应采用不同灭火工艺，同时配套了相应的保障措施，及时有效地消除行石场火灾隐患。

关键词：矸石场；灭火；注浆；钻孔

引言

目前我国能源消费主体仍然是煤炭资源，今后这一现状将维持较长一段时间。随着煤炭生产的高速发展，煤矿生产过程中将产生大量的煤矸石，除利用外全部排放至矸石场，煤矸石是煤炭开采过程中的必然产物，约为原煤产量的15％，是目前最大的工业固体废弃物。煤矸石中含有硫铁矿、硫、煤粉等物质，长期暴露于地表之中极易自燃，能够释放大量有毒有害气体，如so2、co、h2s等，威胁周边环境及周边居民身体健康、矿井安全，此外，煤矸石中的重金属由于雨水的冲刷、酸性等作用，释放到地表水和地下水中，造成重金属污染，恶化环境。经检测，有的煤矸石经分选后极易发生矸石自燃现象，所以矸石场的防灭火治理是急待解决的问题。

1煤矸石自燃的原因

1．1存因素

1）地理条件：矿井位于乌兰木伦河一级阶地的西缘，井田范围内大部分表面为风积沙覆盖，植被稀少，沿乌兰木伦河的河谷区及其支流形成河流堆积类型，西部地形较平坦、开阔，主要为沙漠、滩地；东部梁峁起伏，沟道密集，主要是黄土丘陵沟壑。目前排矸场地主要选取在井田地表塌陷区域沟壑内，倾倒过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，空气极易进入矸石堆内部，为自燃提供氧气源。2）气候条件：本区气候属典型的半干旱、半沙漠的高原大陆性气候，其特点是：冬季严寒、夏季炎热，春季多风，秋季凉爽，全年少雨，夏季最高气温达36．6丈，因气候干燥、降雨少，矸石堆内部极易出现热量聚集，当温度达到约280丈时便可发生自燃。

1．2生产工艺条件

煤质要求：近年来公司提高出口煤质标准，通过对原煤分选工艺升级，提高了高灰煤去除率，商品煤平均发热量较前期提高约2％，部分原煤经分选后高灰煤伴随矸石一同排出，高灰煤发热量约为煤矸石平均发热量的5？7倍，当高灰煤与矸石混合排至矸石场后，大幅降低了矸石堆自燃点。

1．3主要化学成分分选

矸石主要成分为Si02、Fe203、A1203、Fe2S3，经检测矸石中富含的硫化铁在高温条件下易发生氧化反应，此过程为放热过程，增加了矸石堆热量的汇集，同时煤矸石在形成过程中内部吸附一定量的甲烷，经分选后甲烷得不到完全释放，待矸石排放后甲烷逐渐释放且积存在矸石堆内部，为矸石自燃提供了更加便利的条件。

2煤矸石自燃的危害

1）对人体健康造成的危害。由于煤矸石自燃过程中产生C0、S02、H2S等有毒有害气体，当进入体内可对呼吸系统、消化系统、神经系统造成极大危害。2）对环境造成的危害。煤矸石自燃产生的S02遇水后形成酸雨，进入土壤后无法分解致使生物链破坏，酸雨的腐蚀作用可导致附近林木、农作物等出现一定程度枯死，对土壤结构造成了永久性的破坏，同时增加了地下水质的有害成分。3）对地企关系造成的危害。目前多数矸石场征用当地居民土地，若发生矸石自燃，降低了周边环境空气质量、影响了地下水质、破坏了土壤，会致使当地村民联合上访，对企业信誉、±也企关系造成不良影响。

3治理方法

参考以往矸石场发生的局部自燃现象，通过分析判断现场火源分布、范围、性质等因素，及时制定应对解决方案。1）预防为主，防治结合。首先在煤矸石排放过程中严格按照标准分层退台，退台结束后及时对作业区域进行压实、排严，同时用黄泥加水混合成泥浆后浇筑渗透到作业区域，这样减少了矸石表层与氧气的接触面积，有效隔绝氧气的进入，大幅降低了矸石堆的着火概率，浇筑黄泥浆后再用黄土进行覆盖，进一步隔绝空气。此方法对矸石场的火灾预防工作非常有效，从源头上降低了火灾发生的可能性。2）准确定位，挖除火源。由于浇筑黄土浆时存在渗透不均匀的情况，矸石堆局部可能出现高温自燃，矸石场在自燃前期会显现一定状况，例如局部散发出刺激性气体，覆土层出现一些裂缝以及局部触摸温度约70丈等，通过分析这些情况可以在短时间内确定火源范围，利用机械将火源挖出进行自然冷却，取出火源后用黄土进行填充，可消除局部火灾。3）钻孔注浆法：对于作业区域面积较大的矸石场，分析可能存在内部大面积着火情况的，可利用布置钻孔注浆的灭火方法，现场施工DN200钻孔并配套相应管路，将提前配好的黄泥浆注入矸石堆内部来抑制火源蔓延扩散，此方法利用泥浆降温与隔绝氧气的原理达到了灭火的目的，目前该技术已在各地区矸石场得到了较广泛应用，且取得了良好的效果。

4治理效果

1）治理前后温度变化：治理后，矸石场内部因高温燃烧形成塌陷裂缝的情况基本不存在，地表温度从治理前约90丈下降至最高20丈。2）有害气体变化：从对矸石场综合治理情况来看，整体消除了治理前青烟缭绕、雾气腾腾的现象，处于矸石场中央也感受不到之前的刺激性气味，CO检测体积分数由治理前的240xl0－6下降至30xl0－6。治理后的其他气体监测浓度：S02S0．01？0．03mg／m3、N02为0．004￣0．070mg／m3、TSP为0．1￣0．25mg／m30

5相关配套工程及效益

5．1钻孔供水系统

矸石场位于地表塌陷区域，为解决矸石场防尘、绿化、注浆用水水源，通过井上下对照后合理优化管路布置，本项目在矸石场东南边缘向下施工DN150钻孔，贯通后安设DN108供水管路，并延伸至井下辅运大巷，与生产用水系统连接，利用加压泵确保供水压力，避免了重复铺设管路造成的资源浪费。该项目建设一次性费用约为15万元，不仅为矸石场防灭火工程提供了可靠水源，同时可提高矿井环保效益及减少绿化灌溉成本，具体体现在以下3个方面：1）排矸场原治理工作采用车辆拉运洒水进行防尘治理，采用该项目可减少运输燃油、取水等成本费用，按排矸场夏季洒水2次、冬季洒水一次的要求，每台水车费用为300元／次，计算全年节约治理费用为15．3万元。2）目前公司缴纳排污费标准为0．7元／t，利用该项目可减少成本费32．1万元。3）实施该项目为在矸石场实施植被绿化等生态项目提供充足水源，提高植被存活率，生态效益显著。

5．2地面注浆搅拌站

排矸场附近取土方便，利用矸石场闲置区域建设一座黄泥搅拌站，同时配套相应输送装置及管道，在预防及治理矸石场自燃事故时，通过及时浇筑黄泥浆，可防治火灾发生及扩大，以最大限度降低事故风险。

6结语

鉴于已发生过矸石场局部自燃事件，通过判断火灾区域大小、性质类型，进而选用不同的灭火工艺，避免盲目施工造成的资金、人力浪费，可以在最短时间内对着火区域进行灭火，防止有害气体扩散对当地居民、环境带来的影响，对环境保护也起到了积极作用，改善了地企之间的关系。同时可在永久排矸场区域撒播草籽、种植防风固沙植被，不仅可以降低水土流失，同时可保护自然环境。

作者：祁杰 单位：神华神东煤炭集团有限责任公司大柳塔煤矿