王偉

摘 要：煤矸石是采煤、洗煤過程排放的固體廢物，是一種含碳量較低、低發(fā)熱值、比煤堅硬的黑灰色巖石。煤矸石主要用于建筑材料、發(fā)電、制作化工產(chǎn)品等。但目前為止，煤矸石的利用力度不大，技術(shù)不完善，地區(qū)發(fā)展不平衡對環(huán)境影響依然很嚴(yán)重。煤矸石的大量堆放，不僅壓占土地，矸石淋溶液會污染土壤及地下水，矸石的不合理堆放可發(fā)生邊坡失穩(wěn)從而導(dǎo)致矸石山崩塌、滑移，煤矸石自燃會排放CO，SO2等有害氣體污染大氣環(huán)境或引起火災(zāi)，影響居民身體健康，所以矸石山治理刻不容緩。針對煤矸石自燃會對生態(tài)環(huán)境和人類的安全健康產(chǎn)生不良影響，提出了高效快捷的治理矸石山自燃措施，且能夠高效快捷的對矸石山進(jìn)行滅火，也有效避免矸石山滅火后的復(fù)燃。

關(guān)鍵詞：煤矸石;注漿滅火;作用

一、概述

在傳統(tǒng)的矸石山治理過程中，滅火主要依靠矸石分層碾壓，黃土覆蓋封閉，在此基礎(chǔ)上以淺層注漿滅火降溫作為輔助補(bǔ)救措施。但由于工程費(fèi)用高，施工速度慢，質(zhì)量難保證，空氣隔絕效果差且存在自燃現(xiàn)象，需對上述工藝進(jìn)行優(yōu)化。采用深、淺孔交替布置，灌入配比漿液的工藝施工，可迅速隔絕氧氣并降低內(nèi)部溫度，從而達(dá)到滅火的效果。在頂部表面覆蓋一層粘土并將其壓實(shí)，使整個矸石山形成一個封閉的整體。本工藝能降低工程造價，減少對環(huán)境的污染，明顯提高經(jīng)濟(jì)和社會效益^[1]。

二、注漿滅火施工工序

（一）滅火方法選擇

目前，對自燃矸石山常用的滅火方法有：挖掘熄滅、表面封閉（復(fù)蓋）、噴漿、灌注、深部注漿、推平壓實(shí)等較為經(jīng)濟(jì)的方法，另外還有干冰速冷滅火、阻燃藥劑輔助滅火等費(fèi)用高昂的方法和技術(shù)^[2]。

針對四礦矸石山自燃及堆積特征，大部分區(qū)域燃燒深度較深（7～8m），并在新矸不斷堆積的情況下，無法采用大面積剝離滅火的方式，而深部注漿是最優(yōu)的滅火方案。

（二）注漿滅火工藝原理

施工采用“鉆孔注漿法”對矸石山著火區(qū)進(jìn)行降溫，滅火。其原理是先將滅火材料加水制成滅火漿液，再將滅火漿液注入矸石山的內(nèi)部。在漿液接觸到高溫矸石后，通過水分的蒸發(fā)帶走大量熱量;滅火漿液中的固體則包裹在矸石表面或充填于矸石空隙之中，減少矸石與氧氣的進(jìn)一步接觸，通過降溫與隔氧兩方面的作用，來達(dá)到滅火的目的。在頂部表面覆蓋一層粘土并將其壓實(shí)，使整個矸石山形成一個封閉的整體^[3]。

（三）滅火材料的選擇

注漿法一般選用的滅火材料為黃土、石灰（粉煤灰）等。為使滅火治理更加經(jīng)濟(jì)，選取含碳量不超過8%的粉煤灰替代石灰。粉煤灰的主要成份是CaO，加水后生成Ca（OH）2，Ca（OH）2與矸石自燃產(chǎn)生的SO2、SO3、CO2氣體會發(fā)生如下反應(yīng)：

Ca（OH）2+SO2→CaSO3+H2O

Ca（OH）2+SO3→CaSO4+H2O

Ca（OH）2+CO2→CaCO3+H2O

反應(yīng)生成物化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定，可在注漿層形成一層較致密的隔氧層以隔絕氧氣的滲透和空氣的對流，達(dá)到滅火的作用。

（四）水泥漿設(shè)計

在施工中選用了水泥、粉煤灰、熟石灰漿液，水固比1：1.1-1：1.2，水泥、熟石灰、粉煤灰重量比為1：2：7，水泥采用32.5級礦渣硅酸鹽水泥，采用現(xiàn)場攪拌，材料凝結(jié)時間可以調(diào)控，材料混合后，凝結(jié)時間可控制在10-60分鐘，早期強(qiáng)度高，2小時可達(dá)到1.5MPa以上，混合料也可以和周圍土顆粒發(fā)生反應(yīng)，形成強(qiáng)度，混合料凝固過程及凝固以后不收縮。

（五）工藝要求

1、注漿管先用鋼管，平面孔孔口管直徑φ40-50mm，坡面孔管徑φ50mm。

2、為了保證注漿的連續(xù)進(jìn)行，采用專用的注漿支架，深度3m范圍內(nèi)注漿加固一次完成;

3、使用前對注漿芯管的聚氨脂密封圈進(jìn)行檢查，不應(yīng)該有大量的氣泡，上部密封圈裙邊向下，下部密封圈裙邊向上，且都應(yīng)抹上黃油，所有注漿管接頭螺紋要保持有充分的油脂，這樣既可保證絲牙壽命，又可避免漿液凝固在絲牙上，造成拆卸困難。

4、注漿開始前要充分做好準(zhǔn)備工作，包括機(jī)械器具、儀表、管路、注漿材料、水和電等的檢查及必要的試驗(yàn)，注漿一經(jīng)開始即連續(xù)進(jìn)行，力求避免中斷;

5、注漿用水為自來水，PH值小于4的酸性水和工業(yè)廢水不得采用;

6、注漿所用的水泥采用礦渣硅酸鹽水泥，受潮結(jié)塊者不得使用，水泥的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，并應(yīng)附有出廠合格證及復(fù)試報告;

7、在滿足強(qiáng)度要求的前提下，可用磨細(xì)粉煤灰替代部分水泥，摻入量應(yīng)通過試驗(yàn)確定;

8、為了改善漿液性能，在漿液拌制時加入如下外加劑：

9、漿體必須經(jīng)過高速攪拌機(jī)攪拌均勻后，才能開始壓注，并應(yīng)在注漿過程中不停頓地緩慢攪拌，漿體在泵送前應(yīng)經(jīng)過篩網(wǎng)過濾。

（五）監(jiān)測與記錄要求

注漿施工的同時由專業(yè)監(jiān)測單位對矸石山坡面變形進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測，監(jiān)測的主要內(nèi)容為垂直沉降。注漿過程中實(shí)行信息化施工，根據(jù)注漿孔位置隨時調(diào)整監(jiān)測位置，及時跟蹤測量并進(jìn)行全斷面測量。采用專門表格記錄施工進(jìn)程中的參數(shù)，每孔都建立獨(dú)立的檔案。記錄的內(nèi)容包括：孔號、注漿深度、水灰比、水玻璃水泥漿比、水泥漿用量、水玻璃用量、注漿次數(shù)、注漿高度、水泥漿注漿壓力、混合器壓力、水泥漿流量^[4]。

1、注漿孔的編號

注漿孔編號依據(jù)上下行分別連續(xù)編號，沿橫斷面。

2、注漿前的記錄

根據(jù)前次注漿記錄記錄好此次準(zhǔn)備注漿的孔號，同時記錄注漿時間、注漿次數(shù)、下管深度。

3、注漿過程中的記錄

記錄水泥漿注漿開始時間，時間精確到分，過程中需記錄水泥漿注漿壓力、混合器壓力、水泥漿流量，記錄好拔管高度。在注漿過程中如產(chǎn)生位移，記錄實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)，注漿快完成時記錄泥漿停止時間。如注漿過程中因發(fā)生堵管或沉量超標(biāo)等情況而中斷或中止注漿，要及時記錄并分析。

4、注漿后的記錄

注漿完成后，記錄總水泥漿注漿量、此次注漿高度、人工計量復(fù)核的總水泥漿用量、監(jiān)測數(shù)據(jù)。并將所有數(shù)據(jù)匯總到一張總表并電子化，所有原始記錄表都留存?zhèn)洳椤?/p>

三、結(jié)束語

（一）煤礦矸石山自燃是由于矸石中的硫、磷等物質(zhì)長期、緩慢的氧化放熱反應(yīng)，聚積了大量的熱量，最終導(dǎo)致了炭的燃燒，注漿法正是根據(jù)煤矸石自燃的機(jī)理，利用漿液對正氧化或自燃的矸石進(jìn)行包裹，阻斷氧氣的供給，并起到一定的降溫作用，從而達(dá)到滅火的目的。

（二）對自燃矸石山注漿滅火中，應(yīng)遵循自下而上、由外到里、從低溫區(qū)到高溫區(qū)、從氧化區(qū)到燃燒區(qū)的原則有步驟地實(shí)施，并根據(jù)現(xiàn)場情況，輔以剝離、推平、壓實(shí)等方法。

（三）自燃的矸石山經(jīng)注漿滅火后，要加強(qiáng)后期管理，鞏固滅火成果。一是施行固定面排矸，新矸老矸分離，并對新矸實(shí)施噴漿;二是經(jīng)常監(jiān)測已滅火區(qū)域的溫度，發(fā)現(xiàn)表面以下1m處溫度高于70℃時，立即注漿;三是開展矸石山的覆土綠化，徹底消滅自燃。

參考文獻(xiàn)：

[1]程建光，劉志鈞，房建國.汶南煤礦矸石山滅火技術(shù)研究[J].潔凈煤技術(shù)，2007（02）：86-89+93.

[2]司玉海.寺河二號井矸石山自燃治理研究與探討[J].山西煤炭，2006（03）：49-50.

[3]陶偉，胡曉冬，朱建軍，朱真才，王雷.矸石山自燃綜合治理技術(shù)在平煤四礦的應(yīng)用[J].礦山機(jī)械，2006（09）：134-136.

[4]陳永峰.陽泉礦區(qū)煤矸石自燃防治研究[D].西安建筑科技大學(xué)，2005.