注浆法在治理自燃矸石山工程中的应用

2014-11-26任思良

山西建筑 2014年29期

任思良

(太原东山煤矿有限责任公司，山西太原 030000)

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，其产生量约占煤炭产量的20%［1］。长期以来，在矿区形成了大量的矸石山。由于矸石中含有残煤、炭质泥岩、碎木材等可燃物质，长期露天堆放，会发生自燃现象。矸石自燃会排放出大量的SO2，H2S等有害气体，造成环境污染［2］。因此，治理自燃矸石山是一项非常艰巨、迫切的任务。

1 工程概况

某工程中填矸区地面标高为+944.50 m，由南向北、由西向东填矸层逐渐变厚，厚度在0.7 m～26.4 m范围，填矸区的东北方向形成矸石堆积成的边坡。据调查，该区域矸石填沟时间在20年～30年前，填矸区域结构松散。该区域填矸已发生多次自燃，采取灭火措施未彻底解决矸石自燃问题。最后一次采用顶面覆盖0.5 m～1.0 m厚的黄土、坡面砌筑浆砌片石护坡的方式对填矸区进行防护、封闭处理，表层明火已经熄灭，但深部着火点仍在燃烧，局部地段已经烧成空洞。在钻探施工过程中，发现有刺鼻的SO2，H2S气体从钻孔中溢出，深部矸石仍然在燃烧，局部已烧成1.0 m3左右的空洞。

若在填矸区建设建(构)筑物，填矸区矸石自燃对建筑物地基稳定性有较大的危害。矸石自燃释放出大量的有毒有害气体、烟尘，经雨水淋溶形成酸性水，渗透到地下后对建筑物基础中的钢筋、混凝土有较大的腐蚀性;矸石燃烧后会在填矸地层中形成空洞，造成地面塌陷，影响建筑物的安全使用。

2 矸石自燃原理

1)矸石在堆放过程中由于其中的可燃组分缓慢氧化，在适当的温度和氧气浓度的条件下就会发生自燃。有关资料研究表明:硫铁矿结合体是引起煤矸石自燃的决定因素，温度和氧气是煤矸石自燃的必要条件，碳元素是煤矸石自燃的物质基础。煤矸石中的可燃物质在空气和一定温度的条件下，会缓慢发生低温氧化反应，不断放出热量，使温度不断升高，当热量不能全部散发于周围环境中，则矸石升温，温度达到矸石自燃临界点以上，氧化反应迅速加快，矸石很快由自热状态进入自燃状态，直到黄铁矿和煤烧完为止［3，4］。其自燃过程的主要化学反应有:

2)本工程煤矸石在堆放过程中是拉至矸石山顶端朝下翻矸，形成“倒坡式”排放，这也是造成煤矸石自燃的重要原因。因为在重力作用下，滑落堆积的矸石具有明显的分选性，堆积的煤矸石自燃安息角约40°，在煤矸石山临空形成的边坡段上，细小粉碎状煤矸石靠近边坡坡顶，越往坡底端煤矸石块度越大。自燃点一般在边坡靠近坡底端的1/3处，该处横向上往往形成了一条燃烧带，并不断向坡顶延伸。

3 治理自燃矸石的方法

目前，治理自然矸石的方法主要有:隔离法、冷却法、注浆法。

1)隔离法。

隔离法主要适用于人为因素引起的、燃烧面积小、燃烧深度浅、燃烧部位在矸石堆的边沿、有利于施工开挖隔断的情况。具体的施工措施是:将发生燃烧的局部矸石堆与未发生燃烧的矸石堆划界，根据实际情况用挖掘机在交错处开挖适度的沟渠，在沟渠中回填黄土筑坝，其长度、宽度和深度视具体情况而定。

2)冷却法。

冷却法主要适用于着火部位在矸石堆边沿、着火面积比较小、深度比较浅、工程量较小的情况。具体操作方法是:将矸石堆的着火部位用洒水车喷水冷却，然后用推土机将熄灭层推开，推开后的煤矸石及时覆土，以防复燃。然后逐层向下灭火，直到燃烧部分全部熄灭。

3)注浆法。

注浆法主要适用于着火面积大、着火部位比较深的矸石自燃引起的火灾。浆液直接注入到燃烧部位，利用浆液中的水分冷却矸石，利用凝固物充填矸石间的孔隙，形成稳定的封闭层，达到降温隔氧的作用，从而将火熄灭。

由于本场地填矸区中自燃着火点深度较大，处于填矸区的深部，只有采用注浆方法才能达到灭火的目的，同时必须对填矸区的顶部及周边进行填土覆盖，隔绝氧气以起到防止复燃的作用。因此，本工程项目中采用注浆法对填矸石进行灭火。

4 注浆灭火材料的选取

由于水泥粉煤灰浆液有很好的稳定性，可小水灰比灌浆，不堵管、适合长距离输送，而且包裹力强，结石率高，浆液进入灌浆区后，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。同时对未着火区内矸石裂隙起到固化作用，提高矸石地基的强度。因此，本次设计采用水泥、粉煤灰浆液作为注浆材料。

5 检测标准

据《煤矿安全规程》第二百四十八条规定:封闭的火区，只有经取样化验证实火区同时具备下列条件时，方可认为已熄灭:

1)火区内的空气温度下降到30℃以下，或与火灾发生前该区的日常空气温度相同。2)火区内空气中的氧气浓度降到5.0%以下。3)火区内空气中不含有乙烯、乙炔，一氧化碳浓度在封闭期间内逐渐下降，并稳定在0.001%以下。4)火区的出水温度低于25℃，或与火灾发生前该区的日常出水温度相同。5)上述4项指标持续稳定的时间在1个月以上。