CN104027911A

CN104027911A - 一种用于煤矸石山的防灭火方法

Info

Publication number: CN104027911A
Application number: CN201410217688.9A
Authority: CN
Inventors: 王刚; 程卫民; 陈连军; 周刚; 孙路路; 张孝强; 颜国强; 黄启铭
Original assignee: Shandong University of Science and Technology
Current assignee: Shandong University of Science and Technology
Priority date: 2014-05-22
Filing date: 2014-05-22
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2034-05-22
Also published as: CN104027911B

Abstract

本发明公开了一种用于煤矸石山的防灭火方法，其包括以下步骤：包括确定煤矸石山内自燃火区的步骤；包括对上述自燃火区的煤矸石山进行预裂增透的步骤；包括对经过上述预裂增透后的煤矸石山进行压注降温的步骤。可有效地对自燃火区进行确定，然后利用预裂增透系统对煤矸石山自燃火区进行增透、冷却，最后利用压注系统对煤矸石山内的自燃火区压注复合型阻化泡沫材料，使高温点降低到煤矸石的自然发火点以下并隔绝氧气，从根本上起到治理煤矸石火灾的目的，提高了对煤矸石山的治理效果。

Description

一种用于煤矸石山的防灭火方法

技术领域

本发明涉及矿山废弃物的治理领域，尤其涉及一种用于煤矸石山的防灭火方法。

背景技术

煤矸石是煤炭开采过程中的必然产物，约为原煤产量的15％左右，是我国产量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人身、矿井安全，此外，煤矸石中的重金属由于雨水的冲刷、淋融、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；露天堆放的煤矸石山由于坡度大，受雨水的冲刷容易造成山体滑坡。目前我国对煤矸石的利用率不高，全国现有各种煤矸石堆积场数万座，由于没有采用有效的防护措施，多数煤矸石山存在自燃危险，随着我国煤炭产量的不断上升，这种现象将更加恶化和剧烈。

煤矸石山发火的特点是较难确定高温源且灭火工作复杂，火灾处理后的绿化困难也是目前矸石山灭火中的难题，煤矸石山一旦自燃，灭火工作十分困难，自燃过程往往要持续几年甚至几十年。目前煤矸石山防灭火方法主要采用浇灌石灰浆，石灰浆的浓度较高，浇灌的方法分为人工浇灌与机械浇灌。人工浇灌时，需在浇灌挖坑开沟，在坑、沟内灌入石灰浆。机械浇灌时则不在火区开沟挖坑，是利用污水泵的压力直接将石灰浆喷洒到火区表面。发展到目前虽然有多种灭火方法，例如表面封闭法(覆盖法)、推平压实法、泡沫法、喷浆法、挖掘熄灭法，但这些方法不仅耗资大，而且难以从根本上消除煤矸石山火灾。深部注浆法和注惰性气体是目前国内经常使用的治理煤矸石火灾的方法，取得了较好地治理效果。注惰性气体适用于局部超危险地点的紧急状况下应用，大面积应用成本较高。

因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明提供的一种用于煤矸石山的防灭火方法，使高温点降低到煤矸石的自然发火点以下并隔绝氧气，从根本上起到治理煤矸石火灾的目的。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种用于煤矸石山的防灭火方法，其包括以下步骤：

包括确定煤矸石山内自燃火区的步骤；

包括对上述自燃火区的煤矸石山进行预裂增透的步骤；

包括对经过上述预裂增透后的煤矸石山进行压注降温的步骤。

所述的防灭火方法，其中，上述确定煤矸石山内自燃火区的步骤包括：

通过便携式红外线测温仪对煤矸石山表面温度进行探测，通过多参数气体浓度检测仪对煤矸石山表面的一氧化碳、硫化氢的气体浓度进行探测；然后对便携式红外线测温仪测定的数据进行处理得到地表等温图，然后再根据多参数气体浓度检测仪测定的气体浓度数据，确定煤矸石山表面的异常区域范围，通过车载钻机对煤矸石山的异常区域范围布置一定数量的探测钻孔，再通过铂电阻铠装温度传感器探测钻孔内部温度，确定煤矸石山内自燃火区的范围，其中煤矸石山地表异常区域和对应的内部区域均为自燃火区。

所述的防灭火方法，其中，上述自燃火区的煤矸石山进行预裂增透的步骤包括：

将多个预裂系统运输至工作现场，车载钻机在指定位置钻孔，将液态二氧化碳通过连接管由充灌泵分装至预裂系统的筒状无缝钢筒，在将多个预裂系统推入对应钻孔中固定，连接起爆电路；

启动控制阀，无缝钢筒内部导爆管和起爆器启动，使其瞬间爆发，产生高温，迅速将液态二氧化碳汽化，使之急剧膨胀，产生高压冲击波对周边煤体产生巨大冲击力，使煤矸石山沿天然裂缝剪切开来，增大煤体裂隙密度和范围，实现预裂增透。

所述的防灭火方法，其中，上述预裂系统包括上述控制阀，控制阀通过导爆管与起爆器相连接，起爆器与一充有液态二氧化碳的无缝钢筒相连接。

所述的防灭火方法，其中，对经过上述预裂增透后的煤矸石山进行压注降温的步骤包括：

在压注系统的制浆池中按照复合型泡沫浆体进行制浆，由供水箱提供水源，利用压注泵将制浆池中的浆体经过分流器、压注管注入到上述预裂增透步骤中在煤矸石山内自燃火区的钻孔内；使压注系统注入的复合型阻化泡沫材料与内部煤矸石充分接触，隔绝煤矸石与空气接触，降低煤矸石山内自燃火区的温度。

所述的防灭火方法，其中，上述压注系统包括上述制浆池，制浆池外接一供水箱，制浆池通过管路与分流器相连通，分流器通过管路与对应的压注管相连通，压注管与一压注泵相连通，压注泵用于向对应钻孔内注入复合型泡沫浆体。

所述的防灭火方法，其中，上述复合型泡沫浆体按照百分比包括：

1.2～1.8％的发泡剂、15～20％的粉煤灰与膨润土混合骨料、2～4‰的稠化剂、0.1％～0.3％的阻化剂，8％的加重剂，0.01～0.1％的氟类表面活性剂、30％的中和剂和0.3％～0.5％的杀菌剂，余量为水。

所述的防灭火方法，其中，上述发泡剂为烷基糖苷与烷基磺酸盐的混合物，烷基糖苷与烷基磺酸盐的质量比为3:4；稠化剂为KDC型山砂稠化剂；阻化剂重晶石为；加重剂为氯化钙、氟类表面活性剂为AF4018-Z阳离子氟碳表面活性剂；中和剂为氢氧化钙(Ca(OH)₂)；杀菌剂为二氧化氯。

本发明提供的一种用于煤矸石山的防灭火方法，可有效地对自燃火区进行确定，然后利用预裂增透系统对煤矸石山自燃火区进行增透、冷却，最后利用压注系统对煤矸石山内的自燃火区压注复合型阻化泡沫材料，使高温点降低到煤矸石的自然发火点以下并隔绝氧气，从根本上起到治理煤矸石火灾的目的，提高了对煤矸石山的治理效果。

附图说明

图1为本发明中煤矸石山的地表等温图；

图2为本发明中确定煤矸石山内自燃火区的示意图；

图3为本发明中确定煤矸石山内自燃火区步骤中钻孔的布局结构示意图；

图4为本发明中压注管的结构示意图；

图5为本发明中预裂系统的结构示意图；

图6为本发明中压注系统的结构示意图；

图7为本发明中补测煤矸石山内自燃火区步骤中钻孔温度的补测孔布局结构示意图；

图8为本发明中预裂增透步骤中钻孔的布局结构示意图；

图9为本发明中防灭火方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于煤矸石山的防灭火方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种用于煤矸石山的防灭火方法，其包括以下步骤：

包括确定煤矸石山内自燃火区的步骤；

包括对上述自燃火区的煤矸石山进行预裂增透的步骤；

更进一步的，上述确定煤矸石山内自燃火区的步骤包括：

通过便携式红外线测温仪对煤矸石山表面温度进行探测，通过多参数气体浓度检测仪对煤矸石山表面的一氧化碳、硫化氢的气体浓度进行探测；如图1所示的，然后对便携式红外线测温仪测定的数据进行处理得到地表等温图，然后再根据多参数气体浓度检测仪测定的气体浓度数据，确定煤矸石山表面的异常区域范围，如图2与图3所示的，通过车载钻机对煤矸石山的异常区域范围布置一定数量的探测钻孔，再通过铂电阻铠装温度传感器探测钻孔内部温度，确定煤矸石山内自燃火区的范围，其中煤矸石山地表异常区域和对应的内部区域均为自燃火区。

更进一步的，上述自燃火区的煤矸石山进行预裂增透的步骤包括：

将多个预裂系统运输至工作现场，车载钻机在指定位置钻孔，将液态二氧化碳通过连接管2由充灌泵1分装至预裂系统的筒状无缝钢筒5，在将多个预裂系统推入对应钻孔中固定，连接起爆电路；

启动控制阀3，无缝钢筒5内部导爆管7和起爆器8启动，使其瞬间爆发，产生高温，迅速将液态二氧化碳汽化，使之急剧膨胀，产生高压冲击波对周边煤体产生巨大冲击力，使煤矸石山沿天然裂缝剪切开来，增大煤体裂隙密度和范围，实现预裂增透。

如图5所示的，并且上述预裂系统包括上述控制阀3，控制阀3通过导爆管7与起爆器8相连接，起爆器8与一充有液态二氧化碳的无缝钢筒5相连接。

在本发明的另一较佳实施例中，对经过上述预裂增透后的煤矸石山进行压注降温的步骤包括：

在压注系统的制浆池9中按照复合型泡沫浆体进行制浆，由供水箱11提供水源，利用压注泵10将制浆池9中的浆体经过分流器12、压注管13注入到上述预裂增透步骤中在煤矸石山内自燃火区的钻孔内；使压注系统注入的复合型阻化泡沫材料与内部煤矸石充分接触，隔绝煤矸石与空气接触，降低煤矸石山内自燃火区的温度。

如图6所示的，并且上述压注系统包括上述制浆池9，制浆池9外接一供水箱11，制浆池9通过管路与分流器12相连通，分流器12通过管路与对应的压注管13相连通，压注管13与一压注泵14相连通，压注泵14用于向对应钻孔内注入复合型泡沫浆体。

更为优选的是，上述复合型泡沫浆体按照百分比包括：1.2～1.8％的发泡剂、15～20％的粉煤灰与膨润土混合骨料、2～4‰的稠化剂、0.1％～0.3％的阻化剂，8％的加重剂，0.01～0.1％的氟类表面活性剂、30％的中和剂和0.3％～0.5％的杀菌剂，余量为水。其中，上述发泡剂为烷基糖苷与烷基磺酸盐的混合物，烷基糖苷与烷基磺酸盐的质量比为3:4；稠化剂为KDC型山砂稠化剂；阻化剂重晶石为；加重剂为氯化钙、氟类表面活性剂为AF4018-Z阳离子氟碳表面活性剂；中和剂为氢氧化钙(Ca(OH)₂)；杀菌剂为二氧化氯。

为了更进一步的描述本发明，以下列举更为详尽的实施例进行说明。

步骤1，煤矸石山自燃火区的探测

如图1与图2所示的，利用便携式红外测温仪对1#煤矸石山进行表面温度探测，采用Surfer软件对探测数据进行处理得到如图1所示的地表等温图。

根据探测结果表明，1#煤矸石山山东侧靠近边坡的区域温度稍高，约42～47℃，其他区域表面温度大约在30～37℃。1#煤矸石山山东侧和南侧靠近边坡的部分区域存在明显裂缝，无表面冒烟区域。

1#煤矸石山东部下坡处表面虽然已经覆盖黄土，温度仍然较高，最高为62℃，CO、H₂S最高浓度分别为562ppm和79ppm，因此将该区域定义为高浓度高温区域。

在1#煤矸石山山初步测定的1#地表异常区域以及2#地表异常区域，如图2所示的，内分别选取长为35m、宽为5m以及长为55m、宽为5m的长方形区域进行网格划分，并布置高温区域表面温度及有害气体详细测点，各同向相邻测点间距为5m。对各测点进行测量得到各测点温度及有害气体浓度如表1和表2所示，因此将1#地表异常区域判定为高浓度高温区域，2#地表异常区域判定为高浓度低温区域。

表11#煤矸石山1#区域测点结果

测点	温度	CO	H₂S	测点	温度	CO	H₂S
								3-1	41	96	28	3-9	43	38	16
3-2	46	190	35	3-10	47	86	35
								3-3	43	87	25	3-11	45	36	12
3-4	47	168	52	3-12	43	151	78
								3-5	42	26	12	3-13	42	56	21
3-6	43	59	31	3-14	46	75	20
								3-7	46	167	54	3-15	41	18	11
3-8	45	35	16	3-16	44	29	16

表21#煤矸石2#区域测点结果

测点	温度	CO	H₂S	测点	温度	CO	H₂S
								3-16	29	22	16	3-28	28	19	10
3-17	32	18	12	3-29	29	21	11
								3-18	35	19	10	3-30	33	56	15
3-19	28	31	15	3-31	36	38	12
								3-20	30	125	37	3-32	29	28	16
3-21	33	16	10	3-33	33	176	63
								3-22	36	22	11	3-34	36	25	12
3-23	29	135	58	3-35	35	18	9
								3-24	36	26	10	3-36	29	38	16
3-25	33	56	23	3-37	30	132	25
								3-26	37	26	12	3-38	35	16	9
3-273-28	3534	2630	1118	3-393-40	3229	2126	109

在煤矸石山平台利用车载钻机进行打钻，探测钻孔深度根据现场实际情况来定，一般以见矸石后继续下钻2m为宜，钻孔直径为75mm，任意两相邻钻孔之间的距离为10m，具体布置如图3所示。

采用铠装温度传感器测量和监测钻孔底部的温度，并用多参数气体检测仪对孔口处的CO以及H₂S浓度进行测量，并将数据记录在表中。探测结束后，为防止优化供氧条件，及时用水泥对探测钻孔进行封孔。为了便于工程结束后对矸石山治理效果进行检验，在内部火区选取1～2个钻孔，埋入温度传感器以及测温线之后，再进行封孔。

表31#煤矸石山探测钻孔温度统计表(1)

测点	温度	CO	H₂S	测点	温度	CO	H₂S
								11	446	905	83	43	75	45	5
12	327	472	156	44	230	840	132
								13	167	80	76	51	90	43	6
14	85	46	18	52	236	62	79
								15	88	37	10	53	186	430	127
21	367	874	145	54	551	671	90
								22	249	76	140	61	61	44	6
23	77	32	9	62	238	77	80
								24	189	568	83	63	167	66	85
31	84	32	16	71	149	78	119
								32	493	760	136	72	250	326	79
33	178	86	80	73	83	70	99
								34	74	43	8	81	165	328	104
35	92	78	22	82	73	49	11
								41	174	88	156	91	510	80	129
42	542	890	122	92	340	77	120

如图7所示的，在高温钻孔以及非高温钻孔的中间位置再施工同样的探测钻孔，补测点对其钻孔内温度以及孔口气体浓度进行测量，将数据记录到表4中。

表4矸石山探测钻孔温度统计表(2)

此时，可以使煤矸石山内自燃火区范围判断精度达到5m，从工程经济性出发，无需再进行打钻提高内部火区位置精度。

步骤2，预裂增透操作

到达煤矸石山的自燃火区后，用车载钻机在煤矸石山自燃火区进行钻孔，多个钻孔采用正三角方式进行布置，孔径选择为60mm，钻孔间距为2m，钻孔深度为1m，如图8所示。

将预裂系统携至工作现场，将液态二氧化碳通过连接管2由充灌泵1分装至筒状无缝钢筒5，将预裂系统推入对应钻孔中固定，连接起爆电路，检查线路连通情况，准备工作完成后设立警戒区并撤离人员。

启动控制阀3，无缝钢筒5内部导爆管7和起爆器8启动，使其瞬间爆发，产生高温，迅速将液态二氧化碳汽化，使之急剧膨胀，产生高压冲击波对周边煤矸石产生巨大冲击力，使煤矸石沿天然裂缝剪切开来，增大煤体裂隙密度和范围，实现了预裂增透效果。

经过现场实际观测，实施增透后可在增透钻孔周边形成2.5m的裂隙范围。

步骤3，压注降温操作

通过制浆机14与制浆池9相连通，在制浆池9中按照复合型泡沫浆体配置标准进行制浆，由供水箱11提供水源，将制浆池9中的浆体经过分流器12、压注管13注入到预裂增透操作中的煤矸石山6自燃火区钻孔4内部，通过阀门控制流量。

压注系统组成

压注系统包括制浆池9、压注泵14、供水箱11、分流器12、压注管13和阀门，其中压注泵14为BRW200/31.5型乳化液泵(压力35MP，流量200L/min)，供水箱11为RX1000型乳化液箱，管路一般采用内径25mm、耐压43MPa的无缝钢管，相邻压注设备连接处采用K25型快速接头或U型卡加固。

首先必须在施工现场建造一个50m³的配浆池，并配备一台5m³的电动搅拌配料池，制浆池可用钢板焊制。其主要目的是配制现场注浆所用浆料，并且需配备2辆专用运输车，以便运输浆料。比重称和旋转粘度计各1台，以便测量浆料的比重和粘度。

压注钻孔布置

如图4所示的，压注管13的外部设置有套管，长度为1.2m，套管直径为50mm，套管为网状孔结构花管，长度为0.5m，网状孔直径为5mm，

复合型泡沫浆体体

压注系统注入的是一种复合型泡沫浆体，1.2～1.8％的发泡剂、15～20％的粉煤灰与膨润土混合骨料、2～4‰的稠化剂、0.1％～0.3％的阻化剂，8％的加重剂，0.01～0.1％的氟类表面活性剂、30％的中和剂和0.3％～0.5％的杀菌剂，余量为水。其中，上述发泡剂为烷基糖苷与烷基磺酸盐的混合物，烷基糖苷与烷基磺酸盐的质量比为3:4；稠化剂为KDC型山砂稠化剂；阻化剂重晶石为；加重剂为氯化钙、氟类表面活性剂为AF4018-Z阳离子氟碳表面活性剂；中和剂为氢氧化钙(Ca(OH)₂)；杀菌剂为二氧化氯。

发明所采用的复合型泡沫浆体形成的泡沫材料呈弱碱性，含有杀菌剂等成分，能够改变煤矸石的原有性质，利于后期煤矸石区域绿化。

注浆施工

要求每次同时注浆面积不得小于10m²。在压注管插入深度为3.5m时，每孔注浆量不得少于3.0m³，多以浆液溢出地面或者无法继续注浆为准。注浆的顺序实行由里向外推进方法。注浆孔布置应考虑扩散半径，相邻注浆孔距离为2m左右。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims

1.一种用于煤矸石山的防灭火方法，其包括以下步骤：

包括确定煤矸石山内自燃火区的步骤；

包括对上述自燃火区的煤矸石山进行预裂增透的步骤；

2.根据权利要1所述的防灭火方法，其特征在于，上述确定煤矸石山内自燃火区的步骤包括：

3.根据权利要求2所述的防灭火方法，其特征在于，上述自燃火区的煤矸石山进行预裂增透的步骤包括：

4.根据权利要求3所述的防灭火方法，其特征在于，上述预裂系统包括上述控制阀，控制阀通过导爆管与起爆器相连接，起爆器与一充有液态二氧化碳的无缝钢筒相连接。

5.根据权利要求3所述的防灭火方法，其特征在于，对经过上述预裂增透后的煤矸石山进行压注降温的步骤包括：

6.根据权利要求5所述的防灭火方法，其特征在于，上述压注系统包括上述制浆池，制浆池外接一供水箱，制浆池通过管路与分流器相连通，分流器通过管路与对应的压注泵相连通，压注泵与一压注管相连通，压注管用于向对应钻孔内注入复合型泡沫浆体。

7.根据权利要求5所述的防灭火方法，其特征在于，上述复合型泡沫浆体按照百分比包括：

8.根据权利要求7所述的防灭火方法，其特征在于，上述发泡剂为烷基糖苷与烷基磺酸盐的混合物，烷基糖苷与烷基磺酸盐的质量比为3:4；稠化剂为KDC型山砂稠化剂；阻化剂重晶石为；加重剂为氯化钙、氟类表面活性剂为AF4018-Z阳离子氟碳表面活性剂；中和剂为氢氧化钙；杀菌剂为二氧化氯。