平朔东露天矿火区治理方法

平朔东露天矿火区治理方法范凯【摘要】随着平朔集团有限公司东露天矿坑延伸，东露天矿坑开采进入小煤窑采空区范围.地下煤火不仅烧毁大量的煤炭资源，而且源源不断的向环境释放毒害气体，加剧环境的恶化.因此，探究东露天矿采空区火区治理方法具有重要的意义.％WiththeextensionofpitinPingshuoEastOpen-pitMine,theminingareaoftheEastOpen-pitMineisinthegoafofsmallcoalmine.Undergroundcoalfiredestroysalargenumberofcoalresources,andreleasesasteadystreamofpoisongasintotheenvironment,whichintensifiesenvironmentaldeterioration.Therefore,itisofgreatsignificancetoexplorethecontrolmethodsoffirezoneinthegoafoftheEastOpen-pitMine.【期刊名称】《露天采矿技术》【年(卷)，期】2018(033)002【总页数】4页(P86-88,93)【关键词】地下煤火;煤炭资源;采空区;露天矿【作者】范凯【作者单位】平朔公司生产运营管理部仙西朔州036000【正文语种】中文【中图分类】TD8240引言山西朔州东露天矿大面积煤火是由于井工小窑滥采乱挖采空区遗煤自燃引起的。东露天矿位于山西省朔州市平鲁区，是中煤平朔集团有限公司下属的三大露天煤矿之一。矿区范围内原井工小煤矿关闭时未进行严格的封闭，随着东露天矿外包剥离的进行，加大了小窑煤层漏风通道，致使东露天矿开采平盘内出现地下火区。1矿井概况1.1矿区内的自然地理东露天矿距平鲁区约10km处，距朔州市约28km，其地理坐标为：东经112。23'58”—112。27'52”,北纬39°29'58”—39°35'33"。矿区南北长6.53~10.3km，东西宽4.42~15.47km，面积48.73km2，地质储量18.49亿t,铁路有南距北同蒲铁路朔州站约21km，距大新站约18km。公路有井坪至下面高乡公路从东露天矿区中东部通过，南与大运公路相接。东露天矿区交通方便，公路、铁路畅通，为煤炭外运提供了便利条件。东露天矿区的地形地貌属于山西黄土高原朔平台地之低山丘陵，全矿区多为黄土覆盖，地形呈北高南低之趋势，中部高，两边低。东露天矿区所处属桑干河流域，海河水系。东露天矿区大陆性季风气候极为典型，夏季凉爽，春冬季风大，风沙严重，干燥寒冷为其特点。气温一般较低，以年温差与日温差大为其特点。矿区地震基本烈度为VD度。1.2矿区内可采煤层本区4#、9#、11#煤层为可采煤层，具体情况如下：4#煤层为本区主要可采煤层之一，位于太原组顶部，厚度变化不大。顶板岩性一般为泥岩、粗粒砂岩；底板多为泥岩、或粉砂岩。平均煤层厚度为14.03m，属于稳定~较稳定煤层。9#煤层位于4#煤层下面约20.10-55.99m，平均煤层厚度为13.95m，顶板多为泥岩或炭质泥岩；底板多为泥岩或砂质泥岩，属于稳定~较稳定煤层。11#煤层为太原组底部煤层，平均煤层厚度为5.29m。顶板岩性多为炭质泥岩或泥岩；底板多为细粒砂砂岩或泥岩，属于较稳定煤层。1.3矿井和小窑东露天矿主采煤层为4#、9#、11#煤。矿区内生产矿井和小窑较多，矿井和小窑生产形成的采空区分散在东露天矿境界内，给东露天矿的正常生产带来很大的安全隐患。2火区的目前状况与危害因素2.1火区的目前状况东露天矿矿区内小煤窑在矿区内遗留下了大量尚未完全垮落的大空间采空区，为东露天矿后期的开采工作埋下了安全隐患。东露天矿在开采过程中多次揭露发现较为完整的小煤窑采空区和废弃巷道。尽管绝大部分小煤窑均已关闭，但是很多小煤窑关闭管理不善，导致密闭质量不合格，造成小煤窑废弃巷道和采空区内漏风严重。源源不断的氧气供应导致了小窑采空区内出现大量的煤炭氧化现象，采空区内出现大范围氧化高温区域。随着东露天矿开采工作的进行，这些氧化区域不断被揭露，有的氧化区在揭露巷道口进一步发展形成了大范围明火，有的高温区域通过爆破后的平盘裂隙在地表显现。随着东露天矿矿坑内平盘全面展开，这使得东露天矿平盘跨度增长。这就使原本在煤层内揭露巷道口或平盘短距离内出现的高温和明火向平盘内部扩散，增加了火势的扩散和蔓延速度。其主要原因是：受采动和钻孔影响，在东露天矿开采前方平盘内出现大量漏风通道，这些通道一旦与煤层内揭露的巷道口联通，受气压差和火风压影响，在平盘之间会形成〃烟囱效应”，大大增加了煤层内部漏风量，促进了东露天矿火势蔓延。2.2火区的危害火区不仅影响着东露天矿煤、岩平盘爆破施工安全，而且对工作人员生命、设备都会造成一定损害；火区的存在对东露天矿的煤炭资源既是一种浪费，又降低煤炭质量和污染坏境，而且对矿区的安全生产构成威胁。3东露天矿采空区火区治理必要性东露天矿区内存在的大量的小煤窑采空区及小煤窑采空区火灾问题严重威胁到东露天矿的爆破、生产的进行及人员、设备安全，还对环境和资源造成破坏［7］，是东露天矿安全生产的重大威胁。为了确保东露天矿正常生产，保证工作人员和机械设备安全，必须对东露天矿小煤窑采空区火区进行治理。东露天矿小窑采空区火灾，是目前东露天矿生产过程中遇到的困难，从东露天矿经济效益、社会效益、环境效益、资源利用和可持续发展的角度考虑，从企业大局和长远考虑，必须重视东露天矿小煤窑采空区火区灾害并对其进行研究和治理。4东露天矿火区的基本特性东露天矿小窑采空区火区是由于井工矿小窑采空区的存在而诱发的发生于东露天矿开采过程中的煤层浅部火区。但是，东露天矿小窑采空区火区又不同于煤火和井工矿采空区火灾，具有自身的特点。东露天矿小窑火区属于受小煤窑采动影响而诱发的煤火，因此具有火区面积大、产生热量高、影响范围广、对煤炭资源和环境破坏性大等煤火的共性，但是由于东露天矿小窑火灾发生在露天矿开采过程中，受露天矿特殊的开采方式的限制，使得东露天矿小窑火区又具有自身的特点。露天矿小窑火灾是井工矿采空区火灾的发展，火区范围比较广，是从点到线再到面的火势发展形成，火势范围可延伸至上千平方米，并且范围相当广、速度也快。5东露天矿火区的治理方法为了提高火区治理的有效性和经济性，结合国内其他地区火区治理经验，东露天矿灭火技术的选择应考虑火区的特征、范围、燃烧深度、地形条件等原则，决定采用注水降温、注浆封堵填充、灌注三相泡沫/两相泡沫，辅助覆盖挖除等的综合灭火技术手段，这种方法施工简单、灭火效果好［5］，实现火区经济高效的治理，具体治理方法如下：5.1供水系统东露天矿内火区治理现场用水有2种供应方式：①由矿区内水库提供，在水库和治理现场之间铺设4寸高压胶管将水输送到施工现场，在施工现场通过分配器和DN65、2MPa的高压消防水带供给各用水地点。②由水车运水至火区治理现场，水车和消防系统之间用DN65、2MPa的高压消防水带连接。5.2制浆系统所谓注浆灭火，就是用不可燃物质按一定比例与水或其它溶液混合成浆液，经裂缝注入地层老空区，充填老空区的空隙，使可燃物与空气隔绝，同时降低温度，从而达到灭火的目的［8］。制浆是实现注浆和注三相泡沫的基础，浆液质量对于泡沫发泡倍数和稳定性有很大影响，好的浆液产生的泡沫发泡倍数高，稳定性强，泡沫破裂后黄泥或粉煤灰固体颗粒能均匀覆盖在煤体表面，隔绝氧气，熄灭火源同时防止煤体复燃。5.3三相泡沫制备三相泡沫制备是三相泡沫灭火过程中最重要的环节，为实现东露天矿采空区空洞的快速充填，所制备的三相泡沫应具有发泡倍数高，稳定时间长，泡沫产生量大的特点。5.4三相泡沫灌注三相泡沫灌注一般采用灭火钻孔多点灌注的方式，具体过程为制浆系统制备泥浆通过泥浆泵输送至三相泡沫发生装置内，在装置内泥浆与发泡剂和压风混合产生大量三相泡沫，三相泡沫通过四寸高压胶管向前传输，可直接灌注到采空区钻孔内或通内。5.5高倍数阻化泡沫东露天矿空洞火区空间大，空洞内着火严重，温度超过400°，且皆为高位火区；火区呈立体状态，高温烟气贯穿好几个平盘，呈现整体高温，并有烟气冒出。为了对超大空间立体火区进行更有效的填充，东露天矿进行了高倍数阻化泡沫的试验。6复杂条件下东露天矿火区快速治理对东露天矿小窑火区进行治理是确保爆破、剥离，及生产期间人员和设备安全。针对东露天矿小窑火区分布的特点，需根据火区实际分布情况，采用综合的防灭火技术手段进行治理。6.1空洞火区治理根据空洞火区存在形式，可将空洞火区分为岩层空洞火区和煤层空洞火区，岩层空洞火区和煤层空洞火区的分别表现为岩层打穿钻孔和煤层打穿钻孔，此外，揭露的明火巷道和燃烧塌陷区也是空洞火区的表现形式。因此，对岩层打穿钻孔、煤层打穿钻孔、明火巷道和燃烧塌陷区的治理就是对东露天矿空洞火区的治理。岩层高温打穿钻孔的治理通过钻孔灌注的泡沫难以直接作用到火源，泡沫有效降温时间只能持续数个小时，待泡沫破裂后，高温烟气窜入空洞，会出现温度反弹现象，因此，岩层高温打穿钻孔内的温度降低到爆破范围以内时要尽快实施爆破。煤层内的采空区空洞在一定高度内存在残留煤炭，因此空洞内部都有可能成为火源点，形成高-中-低位火源并存的立体火区。在煤层采空区空洞上方的打穿钻孔，钻孔底部通常会出现明火。对于煤层打穿钻孔的治理可以采用〃泡沫快速降温法”，治理方法同岩层打穿钻孔类似。6.2明火巷道治理明火巷道治理主要采用〃区域隔离法”，并辅助以覆盖挖除的措施，用高压水枪将平盘边坡巷道口处的明火扑灭，然后用黄土将巷道口完全封堵；在巷道上方施工灭火钻孔，探测巷道走向，采用巷道隔断技术将巷道分割成较小空间;通过钻孔向巷道内大流量灌注空气介质三相泡沫或者高倍数阻化泡沫，充分发挥泡沫的堆积性和稳定性，将整条巷道的明火扑灭；扑灭后的煤层巷道应尽快爆破挖除，防止复燃。6.3松散介质火区治理松散介质火区在露天矿开采过程中较为常见，火区形成于原小窑采空塌陷区，其上覆岩层经过冒落，孔隙和裂隙育极度发，形成良好的漏风通道。松散介质火区在露天矿表现为高温虚量钻孔和地表高温区，受制于泡沫在松散介质的扩散特性，松散介质火区治理主要采用注水、注浆、覆盖、挖除等措施。6.4地表高温区治理的方法对于地表高温区和明火的治理方法是采用构建挡水坝和细水雾的方法，对地表裂隙也采用注浆堵漏和用黄土进行遮盖的方法。7结语东露天矿火区灭火治理工程从2013年开始进行，经过矿领导及相关技术人员的共同努力，基本构建了东露天矿防灭火系统，有效治理了东露天矿的火区，火区温度和气体均达到安全范围以下，未因火区造成任何生产事故和安全事故，保证了东露天矿正常爆破、剥离和生产，保证了工作人员人身安全，改善了矿坑作业环境。露天矿煤炭自燃防灭火工作，是一项复杂而艰巨的任务，必须结合先进的防灭火技术及细致的灭火管理制度进行综合治理［6］。通过对火区进行治理后，大幅度降低有害气体的浓度，实现人员和设备的作业安全，降低露天煤矿大型设备沉陷危险性，实现设备安全作业［4］。既实现了创建安全高产高效矿井，又能够有效地为煤矿企业创造更大的经济效益和社会价值。参考文献：［1］杨荣新.露天采矿学［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1990.[2]骆中洲.露天采矿学(上)[M].徐州：中国矿业学院出版社，1986.[3]中国矿业学院.露天采矿手册[M].北京：煤炭工业出版社，1986.王晓明