露天開挖法在治理淺埋藏采空區(qū)煤層自燃火區(qū)中的應(yīng)用

沈少波,吳玉國,鄔劍明

(1、太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024；2、朔州煤礦安全監(jiān)察局，山西 朔州 036006)

露天開挖法在治理淺埋藏采空區(qū)煤層自燃火區(qū)中的應(yīng)用

沈少波1,吳玉國2,鄔劍明2

(1、太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024；2、朔州煤礦安全監(jiān)察局，山西 朔州 036006)

分析了露天開挖法、黃土覆蓋法和鉆孔注漿等滅火方法的滅火工程和滅火效果,確定了采用露天開挖法對淺埋藏采空區(qū)自燃煤層火區(qū)進(jìn)行滅火，并在三家窯煤礦進(jìn)行了應(yīng)用。實(shí)踐表明,露天開挖火區(qū)法在治理淺埋藏采空區(qū)自燃煤層火區(qū)中，具有施工簡單、滅火效果好、且能回收火區(qū)中的殘煤,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和推廣價值。

自燃煤層；露天開挖；火區(qū)治理

1 火區(qū)概況

三家窯煤礦位于朔州市平魯區(qū)井坪鎮(zhèn)東20 km的下面高村西，主要可采煤層為4號、9號煤層。由于煤層露頭廣泛出露，煤層易自燃、厚度大，且小煤礦的亂采亂挖，造成全井田范圍內(nèi)有3個高溫自燃火區(qū)分布在井田東側(cè)、中部和東北側(cè)的4號煤層采空區(qū)，火區(qū)總面積為166350 m2。

2 滅火方法選擇

根據(jù)煤田內(nèi)火區(qū)的特征、范圍、燃燒深度、地形條件等，可能采用的滅火方案分述如下：

2.1 地表黃土覆蓋將火區(qū)加以隔絕

利用黃土充填覆蓋火區(qū)的地表裂縫、塌陷坑，使火區(qū)達(dá)到封閉狀態(tài)，從而斷絕火的通風(fēng)供氧通道，使火區(qū)窒息熄滅。其特點(diǎn)是施工速度較快，施工后火區(qū)外觀形象好。覆蓋滅火對火區(qū)發(fā)展具有一定的控制作用，但由于火源沒有消除，火區(qū)僅僅被黃土“捂”了起來，火區(qū)熄滅要經(jīng)過相當(dāng)漫長的過程。

其優(yōu)點(diǎn)是簡單易行；缺點(diǎn)有地形復(fù)雜，地下塌陷，裂隙及采空區(qū)縱橫交錯時，黃土覆蓋難以達(dá)到徹底隔絕的預(yù)期效果；火區(qū)殘留資源不能回收。針對本礦來講，此種滅火方案并未根除火區(qū)對下部礦井的安全威脅。

2.2 地面鉆孔灌漿直接滅火

通過裂縫灌漿和在地表按照一定的間隔向火區(qū)煤層打鉆孔，將一定比例的黃泥漿灌進(jìn)著火煤層，阻斷火區(qū)供氧通路，進(jìn)而阻止燃燒，降低火區(qū)溫度，使火區(qū)逐步窒息熄滅。其特點(diǎn)是不受火區(qū)面積大小、火源深度等條件限制，施工靈活，效果較好，但由于灌入火區(qū)的泥漿流向無法控制，泥漿不一定按預(yù)想到達(dá)著火體，針對性不強(qiáng)，漿液流失量大，灌漿效率低。

其優(yōu)點(diǎn)是速度快、滅火工程本身安全；能夠取得滅火、防火雙重效果。缺點(diǎn)是該地區(qū)水資源缺乏，取材困難；工藝較為復(fù)雜；火區(qū)范圍較大，其間地下塌陷，裂隙及采空區(qū)縱橫交錯，效果差，難以徹底根除火源；火區(qū)殘留資源不能回收。此滅火方案不能徹底根除火區(qū)對下部礦井的威脅，并且火區(qū)裂隙與下部礦井溝通易產(chǎn)生 “潰漿”，對礦井構(gòu)成新的威脅。

2.3 剝離挖除在燃體，根除火源

在火區(qū)范圍內(nèi)自上而下分臺階地面開挖，超前注水，降低燃體溫度，挖除火體。其特點(diǎn)是滅火效果徹底，但施工工藝復(fù)雜，前期投資大，適用條件較強(qiáng)，火源必須埋藏較淺，火區(qū)發(fā)展速度較慢。在嚴(yán)重缺水、缺黃土情況下，采用地面開挖剝離滅火方法比較合適；挖出的殘煤，不僅可以抵補(bǔ)投資，而且還可以回收寶貴的煤炭資源。其缺點(diǎn)是工程量較大，工期較長。其優(yōu)點(diǎn)是施工使用的中小型挖掘機(jī)、自卸卡車、推土機(jī)等設(shè)備社會上閑置較多，容易租用，可依托社會力量；使用水和黃土量較小，施工準(zhǔn)備簡單；滅火徹底，火區(qū)內(nèi)灼熱體、燃燒體和所有可燃物質(zhì)可全部挖出，能徹底解決火區(qū)對下部礦井的威脅；在滅火的同時，可以回收殘煤。

綜上所述，根據(jù)火區(qū)地質(zhì)資料分析，該礦的著火煤層4號煤層埋藏淺，厚度較大，采空區(qū)較多且分布又不清楚，且地表范圍內(nèi)無其它重要建筑，比較適合采用露天開挖滅火。

3 露天開挖滅火施工

本次滅火采用露天剝離方式實(shí)施滅火工程。3個火區(qū)劃分為1個治理區(qū)。在火區(qū)范圍內(nèi)采用自上而下分臺階剝離，挖除著火體，回收殘煤的方式，滅火工程后期，采用黃土覆蓋煤層露頭，最后采用內(nèi)排方式回填剝離坑。

3.1 施工工序

注水降溫→上覆土、巖層開挖剝離→排渣→火區(qū)殘煤回收及運(yùn)輸→黃土封堵坑底邊界煤層露頭→回填平整剝離坑→黃土覆蓋→綠化。

3.2 開挖溝布置

治理區(qū)拉溝位置布置在治理區(qū)的北部邊界東西方向“一”字形拉溝，工作線向南推進(jìn)；根據(jù)治理區(qū)的自燃煤層實(shí)際賦存情況，采用沿4號煤層底板降深。工作面最大高度10m，巖石采掘帶寬度8m，煤層采掘帶寬度8 m，剝離臺階最小工作平盤寬度32 m，采煤臺階最小工作平盤寬度50 m，臺階坡面角為60o。

3.3 施工設(shè)備

剝離采用單斗-卡車工藝，選用2.0 m3～2.5 m3液壓反鏟14臺、32t自卸卡車74臺、KQ150型鉆機(jī)3臺、3m3裝載機(jī)4臺。

3.4 運(yùn)輸系統(tǒng)布置

滅火工程采用公路運(yùn)輸方式。剝離物采用自卸卡車由水平工作線經(jīng)移動坑線通過礦山公路運(yùn)往排土場；殘煤采用自卸卡車由坑內(nèi)采煤工作面經(jīng)移動坑線通過礦山公路道路運(yùn)至儲煤場。

3.5 外排與內(nèi)排相結(jié)合的排土系統(tǒng)布置

治理區(qū)外排土場布置在治理區(qū)的東部，外排土場容量為534.2萬m3；具備內(nèi)排條件時，剝離物全部內(nèi)排。

3.6 防排水系統(tǒng)布置

滅火工程采用地表截水與坑內(nèi)排水相結(jié)合的防排水方式。在火區(qū)境界外設(shè)防洪堤，坑內(nèi)最低處設(shè)集水坑，采用移動泵站外排。

3.7 滅火標(biāo)準(zhǔn)

滅火工程達(dá)到 《煤田火災(zāi)滅火規(guī)范》（試行）規(guī)定的熄滅標(biāo)準(zhǔn)。即：地表著火征狀消失；觀測孔內(nèi)氣體溫度、CO濃度、O2濃度全部呈持續(xù)下降趨勢，持續(xù)時間不少于6個月，觀測孔內(nèi)氣體溫度穩(wěn)定在70℃以下、CO濃度穩(wěn)定在100 PPm以下、O2濃度穩(wěn)定在7%以下。

3.8 火區(qū)監(jiān)測方法

滅火工程的火區(qū)監(jiān)測按 《煤田火災(zāi)滅火規(guī)范》（試行）規(guī)定執(zhí)行。設(shè)立火區(qū)監(jiān)測專業(yè)組，負(fù)責(zé)火區(qū)監(jiān)測工作，在滅火工程施工前3個月開始監(jiān)測，施工期間定期監(jiān)測，滅火工程驗(yàn)收后繼續(xù)定期監(jiān)測1a。

3.9 滅火工期

滅火工程總工期2 a，其中剝離工程工期1 a，后期監(jiān)測期1a。

4 結(jié)論

對于淺埋藏采空區(qū)自燃煤層火區(qū)治理，由于其燃燒時間長、面積大、廢巷道多且已引起地面塌陷并形成大量與地表貫通的裂隙;因而適宜于采用露天開挖火區(qū)法進(jìn)行滅火。采用露天開挖火區(qū)法滅火時,在火區(qū)范圍內(nèi)采用自上而下分臺階剝離，挖除著火體，回收殘煤的方式。滅火工程后期，采用黃土覆蓋煤層露頭，最后采用內(nèi)排方式回填剝離坑，并覆土綠化。實(shí)踐表明,露天開挖火區(qū)法在淺埋藏采空區(qū)自燃煤層火區(qū)治理中，具有較好的經(jīng)濟(jì)和社會效益,值得推廣應(yīng)用。

[1]王文才，李忠東.露天開挖火區(qū)法在淺地表自燃煤層火區(qū)滅火中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古科技大學(xué)學(xué)報.2007,26(4).

[2]王成.露天煤礦大面積火區(qū)滅火方法[J].露天采煤技術(shù),2002,22(5).

[3]李三紅.論采空區(qū)煤層自燃的滅火方法[J].中州煤炭,2005,(02).

[4]吳海.烏達(dá)煤田滅火方法簡述[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì),2008,(03).

[5]劉寶龍,周俊峰.煤田地面滅火方法的探討[J].露天采礦技術(shù),2005,(02).

The Applications of Strip Mining in the Mined-out Shallow Buried Coal Seam with Spontaneous Combustion Fire Zone Control

SHEN Shao-bo1WU Yu-guo2,WU Jian-ming2
(1.Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024;2.Shuozhou Coal Safety Inspecting Bureau,Shuozhou Shanxi 036006,China)

It is determined to take strip mining to govern the mined-out shallow buried coal seam with spontaneous combustion fire zone,by comparing the strip mining,loess covering and the drilling hole slurry-injection in the aspects of fire extinguishing effect and resilience,which is applied in San Jiayao Coal Mine,Shuozhou,Shanxi Province.The strip mining has a remarkable economic result,is worth extensively spreading,because of the simplicity of the construction,completely of the fire extinguishing effect and recycling the remnant coal in the fire zone.

Coal Seam of Spontaneous Combustion,Strip Mining,Fire Zone Control

TD75+3

A

1672-5050（2010）01-0074-03

2009-11-20

沈少波(1971—），男，山西長治人，在讀工程碩士，高級工程師，從事煤礦安全監(jiān)察工作。

劉新光