CN102500077A - 矸石山灭火方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体为一种矸石山灭火方法，解决了现有矸石山存在易复燃且产生大量有害气体的问题。a、初步掌握煤矸石山自燃情况；b、在矸石山火区范围的表面按照3-5m网格间距布点，标定并绘制等温线、气体等值线；c、确定火区或隐燃点深度；d、进行矸石山分类和安全隐患排查后分区分期治理；e、有明火的矸石山先进行灭火降温，边坡进行削坡、分级及修马道，然后进行黄土覆盖；f、打孔注浆，打孔时冲洗液为一种胶体材料，钻头端部角度为45°，注浆浆液采用复合凝胶灭火材料；g、进行复垦和生态重建，黄土分层厚度为0.5-0.6m，振压次数为6-8次，压实系数取0.90-0.95，边坡绿植采用灌木。本发明消除了滑坡、有害气体污染等因素对居民的威胁，进行了土地复垦，减少重复灭火投资。

Description

矸石山灭火方法

技术领域

本发明涉及矿产废弃物的治理方法，具体为一种矸石山灭火方法。

背景技术

煤矸石是煤炭开采、洗选加工过程中产生的固体废弃物，煤矸石的大量堆放，不仅压占土地，影响生态环境，矸石淋溶水将污染周围土壤和地下水，而且煤矸石中含有一定的可燃物，在适宜的条件下发生自燃，排放二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和烟尘等有害气体污染大气环境，影响矿区居民的身体健康。如果煤矸山堆存方式不当，还可发生塌方、垮塌、崩塌等灾害事故。

矸石山煤矸石大多数是根据矿区的地理情况自然堆积而成，矸石山结构疏松，加上长期雨水的浸泡、淋溶、自燃易造成矸石山表面下层结构疏松，大片的矸石山坍塌下沉、发生滑坡，或是形成许多大的自然裂缝，为矸石山的自燃提供了供氧通道。一般煤矸石中硫化铁的含量较高，大量的硫化铁氧化放热，为矸石的自燃提供了必要条件。矸石山自燃具有燃烧时间长，燃烧面积大、火源分布广等特点，一旦发生自燃，灭火工作十分困难。

在煤矸石燃烧过程中，氧气通过空隙和孔道输送速度比较慢，另外，孔隙和孔道所占容积较小，煤矸石内可燃物质就不能与氧充分化合，造成了煤矸石的不完全燃烧，因此，煤矸石在自燃过程中放出大量的CO等有毒有害气体，容易引起中毒或在施工过程中引起水煤气爆炸等恶性事故，严重影响这施工安全；同时矸石山易复燃，如果灭火后局部范围矸石温度仍高于某一临界温度，一定时期后熄灭矸石山仍会复燃。煤矸石的不完全燃烧，使得煤矸石山燃烧速度缓慢，燃烧时间长，一座大型矸石山往往要燃烧十多年，甚至几十年的时间。

发明内容

本发明为了解决现有矸石山存在易复燃且产生大量有害气体的问题，提供了一种矸石山灭火方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：矸石山灭火方法，是采用如下步骤实现的： a、用红外线测温仪和CO气体检测仪对矸石山表面温度与CO气体浓度进行检测，初步掌握煤矸石山自燃情况；b、在矸石山火区范围的表面按照3-5m网格间距布点，分别利用红外线测温仪、CO便携仪和多参数气体测试仪，标定并绘制等温线、气体等值线；c、选择有利地点施工垂直钻孔，测试钻孔内温度，以便确定火区或隐燃点深度；d、进行矸石山分类和安全隐患排查后分区分期治理；e、有明火的矸石山先进行灭火降温，边坡进行削坡、分级及修马道，然后进行黄土覆盖；f、黄土覆盖后打孔注浆，打孔时冲洗液为一种具有粘性可变、体积可变特点的胶体材料，钻头端部角度为45°，注浆浆液采用以粉煤灰为骨料，与水和外加剂混合制成的复合凝胶灭火材料；g、进行复垦和生态重建，黄土分层厚度为0.5-0.6 m，振压次数为6-8次，压实系数取0.90-0.95，边坡绿植采用灌木。采用复合凝胶灭火材料，可有效抑制矸石山治理过程中可能发生的水煤气爆炸事故；而且以粉煤灰为骨架，堵塞矸石空隙，可有效隔断热量传播、空气流动的途径；经济环保、价格低廉；同时通过对钻头及钻孔冲洗液进行改进，成功解决了矸石山顶及边坡深孔成孔难题，钻孔可深达7m；同时通过山顶先覆土后深孔注浆以及边坡分级、削坡及修马道深孔注浆的灭火工艺，解决了传统工艺中无法使用大型机械设备快速灭火的难题。

本发明从根本上改善矸石山附近的环境状况，消除了滑坡、有害气体污染等因素对居民的威胁，进行了土地复垦，加快了生态农业的发展，节省征地和排矸系统建设费用，而且保证灭火区域不发生复燃，减少重复灭火投资。

具体实施方式

矸石山灭火方法，是采用如下步骤实现的： a、用红外线测温仪和CO气体检测仪对矸石山表面温度与CO气体浓度进行检测，初步掌握煤矸石山自燃情况；b、在矸石山火区范围的表面按照3-5m网格间距布点，分别利用红外线测温仪、CO便携仪和多参数气体测试仪，标定并绘制等温线、气体等值线；c、选择有利地点施工垂直钻孔，测试钻孔内温度，以便确定火区或隐燃点深度；d、进行矸石山分类和安全隐患排查后分区分期治理；e、有明火的矸石山先进行灭火降温，边坡进行削坡、分级及修马道，然后进行黄土覆盖；f、黄土覆盖后打孔注浆，打孔时冲洗液为一种具有粘性可变、体积可变特点的胶体材料，钻头端部角度为45°，注浆浆液采用以粉煤灰为骨料，与水和外加剂混合制成的复合凝胶灭火材料；g、进行复垦和生态重建，黄土分层厚度为0.5-0.6 m，振压次数为6-8次，压实系数取0.90-0.95，边坡绿植采用灌木。具体实施过程中，将粉煤灰用于注浆作业中，形成新的注浆材料，关键是筛选与高活性粉煤灰相匹配的外加剂。通过大量的实验研究，采用碱激发的方法对粉煤灰浆液进行改性，经过改性后的粉煤灰浆液性能发生了很大改变，外加剂是在研究了粉煤灰性能后，按照“阻燃设计”的要求，在粉煤灰+外加剂+水混合的一瞬间就改变了水溶液的表面状况，大大降低了水的表面张力；同时，外加剂也降低水和粉煤灰颗粒间的界面能力。由于表面张力和界面能力的降低，水就会很容易地在粉煤灰颗粒表面扩散，从而大幅度提高了粉煤灰所处“介质”环境的粘度，以大量水化膜联结拉拢粉煤灰中70～80%以上的微颗粒使其处于水化膜形成的网络结构中。随着微集料及形貌效应共同作用，这种多层网络结构，加水搅拌后可以在短时间内形成。这个新结构粉煤灰浆具有与黄泥浆同等的功能，甚至在含水量、保水时间上及粘附力上皆大于黄泥浆，实现并达到了黄泥浆所具有的阻燃(隔氧、降温)及灭火的功能。

在粉煤灰浆液中加入外加剂后，大大提高了粉煤灰浆液的粘附性和隔离性。这是因为外加剂具有高的粘附性，很好的溶于水，不会导致形成沉淀和可以将粉煤灰颗粒保持在悬浮状态。提高了粉煤灰浆液的分散性，不易沉淀，因此，在浆液的输送过程中不易堵塞管路。同时外加剂与粉煤灰结合将水保持在被处理表面上直至水完全蒸发，而与该表面与水平线的倾角无关。此外，在被处理表面上的水蒸发后形成了氧化硅面层，它可以阻止氧通向火源，并阻止能量由火源向内移动，从而限制火势蔓延，也阻止能量向火源移动，从而防止复燃的可能性。

添加外加剂后的粉煤灰浆其阻燃防火及灭火的作用原理绝大多数仍是隔氧降温的物理作用。但是原状粉煤灰浆防灭火需要的几个主要物理性质(如粘结性、粘附力、触变性、保水性等)的迅速获得却是依靠添加了外加剂才有的。外加剂的加入，使得粉煤灰浆液的特性发生了极大的变化，浆液呈悬浮状态且粘弹性增大，具有如下特点：随剪切速率的增加，表观粘度下降；屈服值不为零；从物系结构的拆散到恢复是一个等温可逆的过程。这种过程的破坏与形成过程是时间的函数，而且结构的机械强度也与时间有关。也就是说，浆液具有明显的触变特性，这种特性对于稠化粉煤灰浆液在输送管道中的输送过程以及胶体注入煤体裂隙后的粘附、包裹、充填性都有独特的优势。

添加了外加剂的粉煤灰浆液有利于阻燃、灭火的主要作用在于它大大改进了水的润湿性能，显著提高了水对那些不易被润湿的固体物质的润湿力。不能被水润湿的物质，当水喷洒在其表面时，水在其表面是滴状，很容易滚落下来，所以用水灭火相当困难。当把含有添加外加剂的粉煤灰浆的水溶液喷洒到燃烧物表面上时，由于润湿作用，水会附着在燃烧表面上，并在燃烧物表面上扩散，冷却燃烧表面，阻止燃烧物的热解，从而使有焰燃烧和表面燃烧熄灭。润湿水还能迅速渗透到燃烧物内部去，抑制深位的灼热燃烧，扑灭阴燃火灾。

添加外加剂后的煤灰浆液是一种有一定粘度的凝胶，具有粘结性、可塑性、柔顺性及胶体应变等特征。故能在经泵压从管道口喷出后到完全恢复结构、恢复其粘稠状态的间隙时间内借动力(出口动能)充满煤体裂隙，并包裹覆盖在碎煤与岩石裂隙上，起到屏蔽隔氧、降温作用。具体说来，当泥浆从管口喷出的一瞬间，泥浆所处的外围面积突然扩大，泥浆在管道中以静压为主的压能在大气压中转变成为动能，大大提高了其流动速度，形成泥浆射流，冲向煤体和碎煤堆后，对堆集的煤矸石中的裂隙形成较强的冲透力。此时，在其尚未完全恢复空间网络变得粘稠前，灰浆较为稀，易于借冲力进入煤体裂隙及碎煤堆的深部，待到其以水化膜为主要粘连的空间网络恢复后，灰浆不仅覆盖了矸石更以树枝状、蟹状物进入裂隙吸附于隙壁，并赶走了矸石堆孔隙的空气，大大增大了漏风的阻力，起到了较好的隔氧降温作用。

治理区域划分原则：结合矸石山火区分布、地形、风向、施工技术、排矸系统等进行区域划分，在施工时的区域顺序遵循先中间后两坡、分块施工、分区阻隔、逐步推进的原则；在灭火施工过程中遵循挖除浅部火源、截止火区蔓延、封堵供氧供风通道、充填孔隙、压注阻燃高分子灭火材料、表面喷洒凝胶降温和隔离氧气、覆盖黄土、碾压矸石山防止引燃烧引起局部塌陷等原则。

为了减少钻头对煤矸石的震动，增加成孔率，需对现有钻机钻头进行改进，针对煤矸石的松散性，将现有钻头的角度减少，设计成45°，其成孔机理为：当钻头遇见位于钻孔中心位置的大颗粒矸石时，钻头会钻穿或钻裂；当钻头遇见偏离钻孔中心线的大颗粒矸石，在垂直钻头边缘分力作用下，会把矸石挤向孔壁内，减少了矸石的震动，提高了成孔率。

钻孔冲洗液为工程浆液中的一小类，主要作用是排除钻渣、稳定井壁、冷却润滑钻具。工程浆液按化学性质分类，可分为无机浆材、有机浆材和粒状料三大类；按物理性状分类可分为液态、气态和固态三类。在煤矸石山钻孔过程中，传统方法是利用液态水作为钻孔冲洗液，矸石山孔隙率比较大，水很容易顺着孔隙流走，无法起到排除钻渣、稳定井壁、冷却润滑钻具的作用。根据煤矸石山钻孔的特点，采用了一种粘度较大的钻孔冲洗液进行护壁堵漏、降温、灭火。该钻孔冲洗液为一种胶体材料，具有粘性可变、体积可变的特点。在钻孔期间，粘度较高，可起到护壁堵漏的作用；成孔后，该材料受到高温烘烤，体积骤减，从而使灭火注浆液可顺利通过钻孔进入矸石山中，从而提高了注浆降温效果。

灌木与草本植物相比具有以下优点：根系固持力强，比草本植物覆盖的坡面稳定性强，不易发生坡面崩塌。而且，灌木不仅根系粗长，具有韧性，对土壤的固持力将逐年增强；容易与自然景观相协调。

灌木不仅有利于早期恢复生态系统，而且自然恢复进程可持续进行。这是由于灌木引种后不易衰退，而且灌木覆盖的坡面不易滑落。特别是采用先锋树种能够加速荒废生态系统的恢复，有利于改善周围环境；另外，灌木可与草坪植物混播，可通过控制草本植物株数的方法使灌木种子顺利发芽、生长。

可供选择的护坡灌木有沙棘、刺梅、黄刺梅、紫穗槐、酸枣、胡枝子、高山柳、怪柳等。

Claims (1)

1.一种矸石山灭火方法，其特征在于：是采用如下步骤实现的： a、用红外线测温仪和CO气体检测仪对矸石山表面温度与CO气体浓度进行检测，初步掌握煤矸石山自燃情况；b、在矸石山火区范围的表面按照3-5m网格间距布点，分别利用红外线测温仪、CO便携仪和多参数气体测试仪，标定并绘制等温线、气体等值线；c、选择有利地点施工垂直钻孔，测试钻孔内温度，以便确定火区或隐燃点深度；d、进行矸石山分类和安全隐患排查后分区分期治理；e、有明火的矸石山先进行灭火降温，边坡进行削坡、分级及修马道，然后进行黄土覆盖；f、黄土覆盖后打孔注浆，打孔时冲洗液为一种具有粘性可变、体积可变特点的胶体材料，钻头端部角度为45°，注浆浆液采用以粉煤灰为骨料，与水和外加剂混合制成的复合凝胶灭火材料；g、进行复垦和生态重建，黄土分层厚度为0.5-0.6 m，振压次数为6-8次，压实系数取0.90-0.95，边坡绿植采用灌木。