浅谈遵义地区镍钼金属矿矸石山自燃的治理方案

杨再良

（贵州一零二地质工程有限公司，贵州遵义 563000）

0 引言

随着我国工业发展和国民生活水平上升对于矿产资源的需求量越来越高，因此全社会对于矿产资源的关注度也随之上涨。矿产开采期间和开采后，受到多种因素影响，会有一定几率出现自燃情况，导致矿产作业及周边生态环境遭受威胁。但是，部分开采单位对于自燃管理工作重视度不足，导致自燃问题频发，危害生态、影响民生。鉴于此，本次研究展开具有重要现实意义。

1 遵义地区镍钼金属矿矸石山自燃影响因素

1.1 镍钼金属矿矸石堆积形式对自燃的影响

长期以来,镍钼金属矿矸石大面积暴露于自然环境中[1]。镍钼金属矿矸石自由堆积使得表面颗粒间的空隙较大,为镍钼金属矿矸石深部的自燃提供了良好的供氧通道。

1.2 大气降水对自燃的影响

镍钼金属矿矸石山的预热区在遇到大气降水时，残留易燃物体由于风化加速，变得松散、破裂破碎，比表面积大大增加，使镍钼金属矿矸石的吸氧能力大大提高[2]。

由于镍钼金属矿矸石山的堆积形式所造成的山体底部孔隙较大，大气降水难以堵塞孔隙，因水的流动，孔隙的流通性和山体的通风条件反而会改善[3]。同时，大气降水使得镍钼金属矿矸石山底部的环境气温降低，山体内外产生的温差会促使空气的流动，更多的空气会进入山体的燃烧区，加剧镍钼金属矿矸石的燃烧。

2 遵义地区镍钼金属矿矸石山自燃治理方案

出于经济及该矸石山的实际情况等方面的考虑，本次治理工程采用向矸石山打孔注浆+覆土压实、密封后复绿的方法综合处理。

2.1 打孔注浆材料配比

根据以往矸石山自燃注浆灭火的实践和实验数据，结合该矸石山实际情况，为取得较好的注浆灭火效果，在一般自燃区钻孔施工前，采用灰水比为1：10的石灰水，进行降温消毒处理（喷洒）；在采用石灰乳浆进行灭火；石灰乳浆灌注完成后，在进行覆土复绿，建议配比参数按表1进行。

表1 打孔注浆材料配比参数建议表

2.2 打孔处理

打孔注浆法的难点是在镍钼金属矿矸石燃烧区钻孔比较困难且不确定性因素较多[4]。钻孔深度主要取决于镍钼金属矿矸石燃烧的深度,注浆时石灰乳浆要能渗透到燃烧中心区,高温燃烧区位置较深,且镍钼金属矿矸石燃烧后的温度高,这会给钻孔施工带来不便,高温可能会使钻头温度过高,导致机械出现故障,同时,在注浆过程中由于孔内局部温度过高,可能会有孔内蒸汽爆炸的危险,给施工带来不确定因素。

因此,在本次自燃治理中决定,在块一边坡上部一排加深,钻孔的深度取5m,依次降低深度,边坡中部及下部打孔注浆灭火工程中钻孔的平均深度取3m(覆土厚度约1m),钻孔孔径设计为91mm[5]。具体施工中根据现场情况临时调整。

2.3 单位注浆量

注浆量可根据火灾自燃区域面积、自燃深度、矸石山空隙率28%、矸石山的平均视比重为2.0t/m3、浆液含水量、预期降温幅度，①块二（燃烧区）：浆液的平均渗透深度约4m、自燃区域面积约130m2，自燃区域内注浆孔为33 个，则该区域内总注浆量为42m3，因此在本次工作中，每一个单独的注浆孔，可以按照1.3m3的标准设计注浆量；②块一（南侧区域）：浆液的平均渗透深度约4m、该区域面积约42m2，该区域内注浆孔为7个，则该区域内总注浆量为42 m3，在实际工作中，每个注浆孔注浆量大致控制在1.31m3；③块一（北侧区域）：浆液的平均渗透深度约4m、自燃区域面积约561m2，自燃区域内注浆孔为98 个，则该区域内总注浆量为128m3，在实际工作中，每个注浆孔注浆量大致控制在1.3m3。采用石灰乳浆灌注共计需170m3。

2.4 施工方法

（1）地表高温区降温：在钻机钻孔施工前，采用石灰水进行浇灌，当该区域不在冒黑烟或者温度降至常温后便可，本次对2 个高温区域作地表降温处理。

（2）钻机成孔: 高温区地表温度降温后，采用高性能工程钻机,孔径为91mm 进行钻孔，自燃区钻孔时，在斜坡处采用先下后上、先外后里、现易后难进行施工，同时采用2 台钻机进行施工，燃烧区孔深为3-5m[6]。在钻孔过程中，钻杆抽出时孔顶会有塌孔的危险，导致石灰乳浆无法注入，可在孔顶1m 范围内安装孔顶套管，保证注浆过程不会塌孔。

（3）注浆：在边坡处，采用先下后上、先外后里、现易后难进行施工，灌注石灰乳浆，达到灭火降温的效果，在注石灰乳浆过程中以钻孔周围矸石不再冒热气，或者出现冒浆时，应结束该孔注浆。注浆完成后，对施工场地进行五天的地表温度监测，若满足正常地表温度，则进行下步工序，反之，不满足地表正常温度，应进行钻孔加密施工，继续注浆，致使地表温度符合正常地表温度。如图1 所示为注浆工艺流程图：

图1 注浆工艺流程图

（4）覆土：注浆工序完成后，在覆0.9m 厚的粘土并夯实，为保证植物的正常生长，并起到隔绝氧气的作用，再覆壤质粘土，有效土层厚度不低于0.10m。覆土方式以整个场地客土覆盖结合局部客土改良进行，平台平地区、缓坡面采用全面客土覆盖的方法，覆土方式以注浆区域客土覆盖结合局部客土改良进行，覆土来源就近取土中收集的质量较好的土壤进行覆土。按照《土地复垦质量控制》（TD/T 1036-2013）标准，表层壤质粘土覆土有效土层厚度不低于0.10m。

（5）绿化：根据土地复垦规划，将复垦区内边坡区域复垦为草地，草籽选择黑麦草，每平米混合草籽30g计算。

2.5 技术要求

（1）在自燃区先采用生石灰水对现表层高温区进行浇灌降温处理,温度降低后再进行钻孔施工,在施工时,采用先下后上、先外后里、先易后难进行施工。

（2）注浆结束标准要求:注浆孔周围有冒浆、临近孔之间有冒浆时,或者钻孔周围矸石不再冒热气时,应结束该孔注浆。

（3）自燃区注浆孔先采用粘土进行封填,防止注浆孔成为氧气进入镍钼金属矿矸石山的新通道。与原始地面接近的镍钼金属矿矸石,必须进行机械碾压,并在上部覆盖粘土等惰性材料,防止氧气进入矸石中引发复燃。

（4）注浆结束后,使用温度计对注浆区表层(以达到常温为准),漏注点或深部温度仍然不满足要求时必须补注,以彻底达到降温效果。

（5）在降温施工过程中,采用碱性石灰水降温,严禁直接浇水降温,当矸石山内部遇水,会加剧氧化反应,产生大量毒气及有毒物质。

3 结束语

综上所述，结合遵义地区镍钼金属矿矸石山的自燃治理可知，充分将打孔注浆技术融入到自燃治理中，在打孔处理以及注浆量配比方面，均必须做好处理。与此同时，在覆土和绿化方面，也需要投入比较多的治理精力，才能保障金属矿矸石山的自燃治理成效得到进一步提升。此外，在自燃治理期间，对于技术要求把控也不可忽视，如此才能真正为矿产自燃问题发生率降低起到促进作用，提升矿产管理安全。