[发明专利]一种煤矸石山系统灭火方法

说明书

技术领域

本发明一种煤矸石山系统灭火方法，属于矿山废弃物的治理及生态环境恢复领域。

背景技术

煤矸石是与煤层伴生的黑灰色岩石，作为煤炭开采和加工过程中产生的固体废弃物，随着我国国民经济快速发展，对能源的需求不断增长，煤炭产量逐渐提高，煤矸石的排放量也不断上升。目前，国内外煤矿采选过程中排出的矸石大多弃于山沟、平川一带，堆放时间较长，利用率极低，占据了宝贵的耕地资源。而且普遍存在自燃现象，据文献估计（王恩，煤矸石山深孔注浆灭火的研究，2011，煤矿环保），我国目前有大小数千座煤矸石山，其中约30%正在燃烧。煤矸石燃烧过程中排放的CO、SO₂、H₂S和NO₂等气体，同时产生大量烟尘，严重影响周围居民的健康。另外，由于自燃的煤矸石山受降水渗入影响排出大量含有有害金属离子的酸性淋溶水，严重污染了矿区和周边环境的地表水、地下水及土壤，渗入的雨水还可能由于水汽受热后急剧膨胀导致气压急剧增加而发生爆炸。因此，煤矸石的堆积和自燃严重破坏了矿区及周边的生态环境，其影响不容忽视。

国内外对煤矸石山自燃的机理基本得到了共识，矸石山自燃发生的条件为有可燃物质、有空气流通通道，有蓄热能力和高于燃烧温度。因此，通过切断自燃发生的条件就可以达到防火灭火的目的。

从文献资料（西安科技大学，硕士学位论文，2011，东荣二矿矸石山自燃规律及治理技术研究；尹国勋等，1997，煤矿地质灾害与防治，煤炭工业出版社；国家环境保护局，1995，中华人民共和国固体废弃物防治学习资料，中国环境科学出版社；煤炭工业部，1996，煤炭工业“九五”环境保护计划1996-2000，煤炭保护）看，目前煤矸石山主要的灭火防火措施有：（1）去除煤矸石中的煤和黄铁矿；（2）切断供氧条件；其中后一方法的可行性较高。对于新堆积的矸石山，西方发达国家主要是从堆放方式入手，研究结果显示自然堆放、压实堆放和分层压实堆放对气流速度有很大影响，传统自然堆放的锥形矸石山，具有较大的侧翼面积，容易进入空气形成对流，助长“烟囱效应”，因此许多国家采用分层压实方法堆放煤矸石解决自燃问题。我国对于新堆积矸石山的排放也要求分层碾压堆积，堆放前要先修筑大坝，堆积前进行密封防渗处理，分层覆土，顶面覆土后进行绿化或复垦。但是实际的操作中往往都未能按规定执行，大多建坝后直接顺坡堆积或倾倒在沟道中，为自燃埋下了隐患。对于已经自燃的矸石山，从原理上来看灭火主要应从隔绝空气渗入、降低矸石山温度、隔氧、固硫入手，熄灭燃烧的矸石山，采用的灭火方法主要有覆盖法、推平压实法、泡沫法、控制燃烧法、喷浆法、灌注法、挖除法、深部注浆法及低温惰性气体法等。其中，覆盖法是通过在煤矸石表面覆盖惰性物质来避免煤矸石与空气接触，从而达到防火灭火的目的，也是国内外大量采用的方法，欧洲发达国家主要采用分层堆放压实、分层覆盖惰性物质的方法，我国则主要采用黄土覆盖碾压的方法，但很多出现了局部火势反复甚至大面积复燃的现象，覆盖的黄土甚至烧成了砖红色；挖除法首先凭经验或测温结果找到火源，然后挖出着火和发热的矸石，用水或自然冷却，之后填回原处，这种方法实施简单成功率高，但仅适用于刚发生自燃的煤矸石山，对于燃烧范围广、燃烧强度大的矸石山则不适用，适合作为其他灭火方法的一种辅助措施；注浆法是国内外目前广泛采用的技术，在实践中取得了良好的效果，但缺点一方面是在火区钻孔比较困难，另一方面由于燃烧后的矸石颗粒极细，渗透性极差，导致深孔注浆难以达到预期效果；控制燃烧法的成本高，实际应用中很少见。