平朔東露天礦火區(qū)治理方法

平朔東露天礦火區(qū)治理方法范凱【摘要】隨著平朔集團有限公司東露天礦坑延伸，東露天礦坑開采進入小煤窯采空區(qū)范圍.地下煤火不僅燒毀大量的煤炭資源，而且源源不斷的向環(huán)境釋放毒害氣體，加劇環(huán)境的惡化.因此，探究東露天礦采空區(qū)火區(qū)治理方法具有重要的意義.％WiththeextensionofpitinPingshuoEastOpen-pitMine,theminingareaoftheEastOpen-pitMineisinthegoafofsmallcoalmine.Undergroundcoalfiredestroysalargenumberofcoalresources,andreleasesasteadystreamofpoisongasintotheenvironment,whichintensifiesenvironmentaldeterioration.Therefore,itisofgreatsignificancetoexplorethecontrolmethodsoffirezoneinthegoafoftheEastOpen-pitMine.【期刊名稱】《露天采礦技術(shù)》【年(卷)，期】2018(033)002【總頁數(shù)】4頁(P86-88,93)【關(guān)鍵詞】地下煤火;煤炭資源;采空區(qū);露天礦【作者】范凱【作者單位】平朔公司生產(chǎn)運營管理部仙西朔州036000【正文語種】中文【中圖分類】TD8240引言山西朔州東露天礦大面積煤火是由于井工小窯濫采亂挖采空區(qū)遺煤自燃引起的。東露天礦位于山西省朔州市平魯區(qū)，是中煤平朔集團有限公司下屬的三大露天煤礦之一。礦區(qū)范圍內(nèi)原井工小煤礦關(guān)閉時未進行嚴格的封閉，隨著東露天礦外包剝離的進行，加大了小窯煤層漏風通道，致使東露天礦開采平盤內(nèi)出現(xiàn)地下火區(qū)。1礦井概況1.1礦區(qū)內(nèi)的自然地理東露天礦距平魯區(qū)約10km處，距朔州市約28km，其地理坐標為：東經(jīng)112。23'58”—112。27'52”,北緯39°29'58”—39°35'33"。礦區(qū)南北長6.53~10.3km，東西寬4.42~15.47km，面積48.73km2，地質(zhì)儲量18.49億t,鐵路有南距北同蒲鐵路朔州站約21km，距大新站約18km。公路有井坪至下面高鄉(xiāng)公路從東露天礦區(qū)中東部通過，南與大運公路相接。東露天礦區(qū)交通方便，公路、鐵路暢通，為煤炭外運提供了便利條件。東露天礦區(qū)的地形地貌屬于山西黃土高原朔平臺地之低山丘陵，全礦區(qū)多為黃土覆蓋，地形呈北高南低之趨勢，中部高，兩邊低。東露天礦區(qū)所處屬桑干河流域，海河水系。東露天礦區(qū)大陸性季風氣候極為典型，夏季涼爽，春冬季風大，風沙嚴重，干燥寒冷為其特點。氣溫一般較低，以年溫差與日溫差大為其特點。礦區(qū)地震基本烈度為VD度。1.2礦區(qū)內(nèi)可采煤層本區(qū)4#、9#、11#煤層為可采煤層，具體情況如下：4#煤層為本區(qū)主要可采煤層之一，位于太原組頂部，厚度變化不大。頂板巖性一般為泥巖、粗粒砂巖；底板多為泥巖、或粉砂巖。平均煤層厚度為14.03m，屬于穩(wěn)定~較穩(wěn)定煤層。9#煤層位于4#煤層下面約20.10-55.99m，平均煤層厚度為13.95m，頂板多為泥巖或炭質(zhì)泥巖；底板多為泥巖或砂質(zhì)泥巖，屬于穩(wěn)定~較穩(wěn)定煤層。11#煤層為太原組底部煤層，平均煤層厚度為5.29m。頂板巖性多為炭質(zhì)泥巖或泥巖；底板多為細粒砂砂巖或泥巖，屬于較穩(wěn)定煤層。1.3礦井和小窯東露天礦主采煤層為4#、9#、11#煤。礦區(qū)內(nèi)生產(chǎn)礦井和小窯較多，礦井和小窯生產(chǎn)形成的采空區(qū)分散在東露天礦境界內(nèi)，給東露天礦的正常生產(chǎn)帶來很大的安全隱患。2火區(qū)的目前狀況與危害因素2.1火區(qū)的目前狀況東露天礦礦區(qū)內(nèi)小煤窯在礦區(qū)內(nèi)遺留下了大量尚未完全垮落的大空間采空區(qū)，為東露天礦后期的開采工作埋下了安全隱患。東露天礦在開采過程中多次揭露發(fā)現(xiàn)較為完整的小煤窯采空區(qū)和廢棄巷道。盡管絕大部分小煤窯均已關(guān)閉，但是很多小煤窯關(guān)閉管理不善，導致密閉質(zhì)量不合格，造成小煤窯廢棄巷道和采空區(qū)內(nèi)漏風嚴重。源源不斷的氧氣供應導致了小窯采空區(qū)內(nèi)出現(xiàn)大量的煤炭氧化現(xiàn)象，采空區(qū)內(nèi)出現(xiàn)大范圍氧化高溫區(qū)域。隨著東露天礦開采工作的進行，這些氧化區(qū)域不斷被揭露，有的氧化區(qū)在揭露巷道口進一步發(fā)展形成了大范圍明火，有的高溫區(qū)域通過爆破后的平盤裂隙在地表顯現(xiàn)。隨著東露天礦礦坑內(nèi)平盤全面展開，這使得東露天礦平盤跨度增長。這就使原本在煤層內(nèi)揭露巷道口或平盤短距離內(nèi)出現(xiàn)的高溫和明火向平盤內(nèi)部擴散，增加了火勢的擴散和蔓延速度。其主要原因是：受采動和鉆孔影響，在東露天礦開采前方平盤內(nèi)出現(xiàn)大量漏風通道，這些通道一旦與煤層內(nèi)揭露的巷道口聯(lián)通，受氣壓差和火風壓影響，在平盤之間會形成〃煙囪效應”，大大增加了煤層內(nèi)部漏風量，促進了東露天礦火勢蔓延。2.2火區(qū)的危害火區(qū)不僅影響著東露天礦煤、巖平盤爆破施工安全，而且對工作人員生命、設備都會造成一定損害；火區(qū)的存在對東露天礦的煤炭資源既是一種浪費，又降低煤炭質(zhì)量和污染壞境，而且對礦區(qū)的安全生產(chǎn)構(gòu)成威脅。3東露天礦采空區(qū)火區(qū)治理必要性東露天礦區(qū)內(nèi)存在的大量的小煤窯采空區(qū)及小煤窯采空區(qū)火災問題嚴重威脅到東露天礦的爆破、生產(chǎn)的進行及人員、設備安全，還對環(huán)境和資源造成破壞［7］，是東露天礦安全生產(chǎn)的重大威脅。為了確保東露天礦正常生產(chǎn)，保證工作人員和機械設備安全，必須對東露天礦小煤窯采空區(qū)火區(qū)進行治理。東露天礦小窯采空區(qū)火災，是目前東露天礦生產(chǎn)過程中遇到的困難，從東露天礦經(jīng)濟效益、社會效益、環(huán)境效益、資源利用和可持續(xù)發(fā)展的角度考慮，從企業(yè)大局和長遠考慮，必須重視東露天礦小煤窯采空區(qū)火區(qū)災害并對其進行研究和治理。4東露天礦火區(qū)的基本特性東露天礦小窯采空區(qū)火區(qū)是由于井工礦小窯采空區(qū)的存在而誘發(fā)的發(fā)生于東露天礦開采過程中的煤層淺部火區(qū)。但是，東露天礦小窯采空區(qū)火區(qū)又不同于煤火和井工礦采空區(qū)火災，具有自身的特點。東露天礦小窯火區(qū)屬于受小煤窯采動影響而誘發(fā)的煤火，因此具有火區(qū)面積大、產(chǎn)生熱量高、影響范圍廣、對煤炭資源和環(huán)境破壞性大等煤火的共性，但是由于東露天礦小窯火災發(fā)生在露天礦開采過程中，受露天礦特殊的開采方式的限制，使得東露天礦小窯火區(qū)又具有自身的特點。露天礦小窯火災是井工礦采空區(qū)火災的發(fā)展，火區(qū)范圍比較廣，是從點到線再到面的火勢發(fā)展形成，火勢范圍可延伸至上千平方米，并且范圍相當廣、速度也快。5東露天礦火區(qū)的治理方法為了提高火區(qū)治理的有效性和經(jīng)濟性，結(jié)合國內(nèi)其他地區(qū)火區(qū)治理經(jīng)驗，東露天礦滅火技術(shù)的選擇應考慮火區(qū)的特征、范圍、燃燒深度、地形條件等原則，決定采用注水降溫、注漿封堵填充、灌注三相泡沫/兩相泡沫，輔助覆蓋挖除等的綜合滅火技術(shù)手段，這種方法施工簡單、滅火效果好［5］，實現(xiàn)火區(qū)經(jīng)濟高效的治理，具體治理方法如下：5.1供水系統(tǒng)東露天礦內(nèi)火區(qū)治理現(xiàn)場用水有2種供應方式：①由礦區(qū)內(nèi)水庫提供，在水庫和治理現(xiàn)場之間鋪設4寸高壓膠管將水輸送到施工現(xiàn)場，在施工現(xiàn)場通過分配器和DN65、2MPa的高壓消防水帶供給各用水地點。②由水車運水至火區(qū)治理現(xiàn)場，水車和消防系統(tǒng)之間用DN65、2MPa的高壓消防水帶連接。5.2制漿系統(tǒng)所謂注漿滅火，就是用不可燃物質(zhì)按一定比例與水或其它溶液混合成漿液，經(jīng)裂縫注入地層老空區(qū)，充填老空區(qū)的空隙，使可燃物與空氣隔絕，同時降低溫度，從而達到滅火的目的［8］。制漿是實現(xiàn)注漿和注三相泡沫的基礎(chǔ)，漿液質(zhì)量對于泡沫發(fā)泡倍數(shù)和穩(wěn)定性有很大影響，好的漿液產(chǎn)生的泡沫發(fā)泡倍數(shù)高，穩(wěn)定性強，泡沫破裂后黃泥或粉煤灰固體顆粒能均勻覆蓋在煤體表面，隔絕氧氣，熄滅火源同時防止煤體復燃。5.3三相泡沫制備三相泡沫制備是三相泡沫滅火過程中最重要的環(huán)節(jié)，為實現(xiàn)東露天礦采空區(qū)空洞的快速充填，所制備的三相泡沫應具有發(fā)泡倍數(shù)高，穩(wěn)定時間長，泡沫產(chǎn)生量大的特點。5.4三相泡沫灌注三相泡沫灌注一般采用滅火鉆孔多點灌注的方式，具體過程為制漿系統(tǒng)制備泥漿通過泥漿泵輸送至三相泡沫發(fā)生裝置內(nèi)，在裝置內(nèi)泥漿與發(fā)泡劑和壓風混合產(chǎn)生大量三相泡沫，三相泡沫通過四寸高壓膠管向前傳輸，可直接灌注到采空區(qū)鉆孔內(nèi)或通內(nèi)。5.5高倍數(shù)阻化泡沫東露天礦空洞火區(qū)空間大，空洞內(nèi)著火嚴重，溫度超過400°，且皆為高位火區(qū)；火區(qū)呈立體狀態(tài)，高溫煙氣貫穿好幾個平盤，呈現(xiàn)整體高溫，并有煙氣冒出。為了對超大空間立體火區(qū)進行更有效的填充，東露天礦進行了高倍數(shù)阻化泡沫的試驗。6復雜條件下東露天礦火區(qū)快速治理對東露天礦小窯火區(qū)進行治理是確保爆破、剝離，及生產(chǎn)期間人員和設備安全。針對東露天礦小窯火區(qū)分布的特點，需根據(jù)火區(qū)實際分布情況，采用綜合的防滅火技術(shù)手段進行治理。6.1空洞火區(qū)治理根據(jù)空洞火區(qū)存在形式，可將空洞火區(qū)分為巖層空洞火區(qū)和煤層空洞火區(qū)，巖層空洞火區(qū)和煤層空洞火區(qū)的分別表現(xiàn)為巖層打穿鉆孔和煤層打穿鉆孔，此外，揭露的明火巷道和燃燒塌陷區(qū)也是空洞火區(qū)的表現(xiàn)形式。因此，對巖層打穿鉆孔、煤層打穿鉆孔、明火巷道和燃燒塌陷區(qū)的治理就是對東露天礦空洞火區(qū)的治理。巖層高溫打穿鉆孔的治理通過鉆孔灌注的泡沫難以直接作用到火源，泡沫有效降溫時間只能持續(xù)數(shù)個小時，待泡沫破裂后，高溫煙氣竄入空洞，會出現(xiàn)溫度反彈現(xiàn)象，因此，巖層高溫打穿鉆孔內(nèi)的溫度降低到爆破范圍以內(nèi)時要盡快實施爆破。煤層內(nèi)的采空區(qū)空洞在一定高度內(nèi)存在殘留煤炭，因此空洞內(nèi)部都有可能成為火源點，形成高-中-低位火源并存的立體火區(qū)。在煤層采空區(qū)空洞上方的打穿鉆孔，鉆孔底部通常會出現(xiàn)明火。對于煤層打穿鉆孔的治理可以采用〃泡沫快速降溫法”，治理方法同巖層打穿鉆孔類似。6.2明火巷道治理明火巷道治理主要采用〃區(qū)域隔離法”，并輔助以覆蓋挖除的措施，用高壓水槍將平盤邊坡巷道口處的明火撲滅，然后用黃土將巷道口完全封堵；在巷道上方施工滅火鉆孔，探測巷道走向，采用巷道隔斷技術(shù)將巷道分割成較小空間;通過鉆孔向巷道內(nèi)大流量灌注空氣介質(zhì)三相泡沫或者高倍數(shù)阻化泡沫，充分發(fā)揮泡沫的堆積性和穩(wěn)定性，將整條巷道的明火撲滅；撲滅后的煤層巷道應盡快爆破挖除，防止復燃。6.3松散介質(zhì)火區(qū)治理松散介質(zhì)火區(qū)在露天礦開采過程中較為常見，火區(qū)形成于原小窯采空塌陷區(qū)，其上覆巖層經(jīng)過冒落，孔隙和裂隙育極度發(fā)，形成良好的漏風通道。松散介質(zhì)火區(qū)在露天礦表現(xiàn)為高溫虛量鉆孔和地表高溫區(qū)，受制于泡沫在松散介質(zhì)的擴散特性，松散介質(zhì)火區(qū)治理主要采用注水、注漿、覆蓋、挖除等措施。6.4地表高溫區(qū)治理的方法對于地表高溫區(qū)和明火的治理方法是采用構(gòu)建擋水壩和細水霧的方法，對地表裂隙也采用注漿堵漏和用黃土進行遮蓋的方法。7結(jié)語東露天礦火區(qū)滅火治理工程從2013年開始進行，經(jīng)過礦領(lǐng)導及相關(guān)技術(shù)人員的共同努力，基本構(gòu)建了東露天礦防滅火系統(tǒng)，有效治理了東露天礦的火區(qū)，火區(qū)溫度和氣體均達到安全范圍以下，未因火區(qū)造成任何生產(chǎn)事故和安全事故，保證了東露天礦正常爆破、剝離和生產(chǎn)，保證了工作人員人身安全，改善了礦坑作業(yè)環(huán)境。露天礦煤炭自燃防滅火工作，是一項復雜而艱巨的任務，必須結(jié)合先進的防滅火技術(shù)及細致的滅火管理制度進行綜合治理［6］。通過對火區(qū)進行治理后，大幅度降低有害氣體的濃度，實現(xiàn)人員和設備的作業(yè)安全，降低露天煤礦大型設備沉陷危險性，實現(xiàn)設備安全作業(yè)［4］。既實現(xiàn)了創(chuàng)建安全高產(chǎn)高效礦井，又能夠有效地為煤礦企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益和社會價值。參考文獻：［1］楊榮新.露天采礦學［M］.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1990.[2]駱中洲.露天采礦學(上)[M].徐州：中國礦業(yè)學院出版社，1986.[3]中國礦業(yè)學院.露天采礦手冊[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1986.王曉明