烏拉蓋河露天煤礦褐煤自燃防范治理方案

摘 要：由于煤層自燃給烏拉蓋河露天煤礦造成很大的經(jīng)濟損失，分析煤層自燃發(fā)火原因，從煤層自燃發(fā)火機理剖析，結(jié)合實際制定出從預(yù)防到治理的綜合性防滅火方案。

關(guān)鍵詞：露天煤礦；自然防范；治理方案

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.089

1 現(xiàn)狀

烏拉蓋河礦業(yè)有限公司露天礦是滕州辰龍能源集團于2010年4月開工建設(shè)，前期規(guī)劃生產(chǎn)能力為3.0Mt/a，服務(wù)年限32a。建設(shè)期間共完成土方剝離7000余萬m3，已揭露4-1、4-2號兩層煤，揭露面積52.43萬m2，估算揭露煤量749.2萬噸。公司自2013年以來一直處于停建停產(chǎn)狀態(tài)，采場由于長期擱置，煤層自燃嚴重。目前存在4處著火區(qū)，分別位于坑口北部固定幫、東部工作幫、東部采空區(qū)和西部露煤區(qū)，過火面積5.5萬m2，并出現(xiàn)大面積明火，過火深度5米以上，煤炭自燃面積不斷增加，嚴重影響了邊坡的穩(wěn)定性，造成了煤炭資源的浪費和環(huán)境污染。

2 煤層自燃原因分析

本礦所采煤層為褐煤，屬于容易自燃煤層。煤中含氧官能團較多，空隙較大，煤化程度較低，容易自燃；據(jù)煤的深成變質(zhì)規(guī)律，煤層處于未變質(zhì)階段，容易自燃；含絲煤炭越多，自燃傾向性越強，而本礦所采煤層均已暗煤為主，絲炭次之，亮煤與鏡煤少量，因此容易自燃；4-1煤層原煤水分含量在4.67%-24.39%之間，平均為17.36%；4-2煤層原煤水分含量在5.09%-24.74之間，平均為17.30%，煤炭外在水分含量較高，隨著外水的流失，造成煤炭風(fēng)化、形成裂隙等，促進煤炭自燃。

本礦自2013年停產(chǎn)以來，采場已揭露4-1、4-2號兩層煤，揭露面積52萬m2，據(jù)《儲量核實報告》，所采的煤層吸水性強，易風(fēng)化，風(fēng)化后呈團塊狀及鱗片狀。由于受坑口北幫滑坡擠壓影響，使采場西部煤層上升10米以上。在擠壓過程中，部分擠壓動能將轉(zhuǎn)變成熱能；同時煤層受到嚴重的破壞變形，產(chǎn)生大量裂隙通道，加速煤炭的氧化，加快了煤炭自燃的速度。再加上長期的裸露暴曬，風(fēng)化嚴重，煤中的水分散失，煤體嚴重破碎。在外界風(fēng)力、壓力等作用下，外界含氧空氣滲入煤體內(nèi)部，促使煤炭氧化，而外界空氣中的氧氣濃度大于18%。煤層風(fēng)化及滑坡擠壓力產(chǎn)生大量裂隙，為煤層氧化產(chǎn)生的熱量聚集升溫提供了便利條件，由于長期擱置，已嚴重的超過了自燃發(fā)火期，具備了煤層自燃的三個條件。

3 煤層自燃的防范措施

（1）合理留設(shè)煤量，在保證持續(xù)平衡出煤的前提下，盡可能的少留回采煤量。在季節(jié)上冬季多留，夏季少留；在空間上使其盡可能的分布在若干平盤上，通過采掘不至于長期堆積。銷售做到當(dāng)月儲當(dāng)月銷，防止煤堆積壓。在“開拓煤量”和“回采煤量”滿足采掘接續(xù)的情況下，合理安排采掘順序，使揭露的煤層不至于長期存放，超過自燃發(fā)火期。

（2）優(yōu)化露天礦生產(chǎn)設(shè)計，合理安排剝離和采煤計劃，加快剝采進度，保持各采煤臺階合理推進度，既要使剝離清煤面超前，又不使煤層的裸露面過大，縮短工作面的長度，減少工作面的暴露時間，從而減少煤的自燃條件，對裂隙比較發(fā)育的采煤臺階，優(yōu)先安排采掘，從根本上降低煤炭自燃隱患。

（3）加強煤面的清理，盡量減少碎煤的堆積量。充分利用輔助設(shè)備，及時清除碎煤堆，清理平整，不留不規(guī)則煤堆。

（4）采場及煤場嚴禁明火，從事電焊、氣焊等工作必須制定安全措施并嚴格執(zhí)行，施工結(jié)束后，殘留火種必須清除。

（5）制訂完善的防火措施和管理制度。設(shè)立防滅火小組，指定專人負責(zé)，使防滅火工作經(jīng)?；?、制度化、規(guī)范化。加強生產(chǎn)管理，實施24 h 監(jiān)控。對采剝、運輸?shù)裙ぷ鞫ㄆ跈z查，將防火意識滲透于生產(chǎn)各環(huán)節(jié)中；多觀察，發(fā)現(xiàn)著火、冒煙等異?，F(xiàn)象應(yīng)及時治理，防止煤層大面積自燃。

4 自燃煤層治理方案

露天煤礦滅火方法無外乎：噴水滅火、剝離火源直接滅火、覆蓋法、阻燃劑滅火法等。公司現(xiàn)存的4處著火區(qū)制定以下方案，主要方案原則為：開挖已裸露的煤層，將已經(jīng)揭露的著火煤炭全部挖出，（在火區(qū)處理過程中，先用高壓水對明火進行降溫處理。）清除氧化的煤層，徹底根除火源，最后裸露的煤壁進行噴漿封閉并用砂土和粘土經(jīng)行回填覆蓋碾壓。同時對坑底北部滑坡區(qū)進行治理，防止下部煤炭清理時出現(xiàn)突然滑坡引發(fā)災(zāi)害事故和治理后期再度擠壓煤層引發(fā)煤層自燃。

（1）西部820、810盤露煤區(qū)，長期裸露暴曬，嚴重氧化，已大面積自燃。由于受坑口北幫滑坡擠影響，使該處煤層上升多達10米。在擠壓過程中，部分擠壓動能轉(zhuǎn)變成熱能；同時煤層嚴重變形，產(chǎn)生裂隙通道，加快了煤炭氧化、自燃速度。可見覆蓋砂土和碾壓封閉的方案不可行，達不到徹底滅火的效果。該處南面裸露的煤壁與底部落差高達18米，對該處掩蓋處理動用土方量太大，有效方式就是將該處煤炭全部采出，及時回填。著火嚴重，沒有利用價值的煤炭運至排土場掩埋，有利用價值的火煤運往坑下集水坑進行降溫冷卻、滅火處理后再利用。對剩余的煤炭全部采出，煤壁進行噴漿封閉并盡快回填，防止邊幫煤壁自燃同時能夠增強邊坡的穩(wěn)定性，能夠有效防止滑坡。

（2）坑口北部固定幫自燃的煤層，將該處原上煤道路壓煤，未完全自燃尚有利用價值的煤炭資源全部采出，然后對該處進行回填覆蓋碾壓封閉處理。可回收煤炭資源約1.5萬噸。

（3）東部采空區(qū)和東部工作幫自燃的煤層，面積較大，且與周邊落差高達12米。由于火區(qū)自燃時間長，很多地方已經(jīng)燒空，再加上東部距離坑下水區(qū)太遠，直線距離達800多米，而且沒有道路，設(shè)備無法近距離施工，不能對火體進行挖除。對治理區(qū)域采取覆蓋10米黏土，并用挖掘機和鏟車等設(shè)備進行碾壓，對火區(qū)進行封閉，徹底隔絕氧氣，避免復(fù)燃。同時對采場東部滑坡區(qū)進行治理，防止治理過程中出現(xiàn)滑坡事故和后期擠壓火區(qū)覆蓋層，產(chǎn)生裂隙，再度引發(fā)煤層自燃。

5 總結(jié)

通過對煤層自燃進行預(yù)防和治理，即減少了資源的浪費，提高經(jīng)濟效益，有利于煤礦周邊生態(tài)環(huán)境建設(shè)，能達到保護地面永久設(shè)施、徹底熄滅火災(zāi)、回收煤炭資源、保護草原生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)既要金山銀山又要綠水青山的目的。

參考文獻：

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作者簡介：孫揚（1978-），男，山東滕州人，本科，助理工程師，研究方向：煤礦開采技術(shù)。