粉煤灰灌漿技術(shù)在煤矸石自燃治理中的應(yīng)用研究

王 寧

(華陽集團(tuán)節(jié)能環(huán)保部，山西 陽泉 045000)

引 言

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展背景下，科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，促進(jìn)了機(jī)械化水平提高。目前，煤礦行業(yè)運(yùn)用機(jī)械化技術(shù)比較多，一是可以減少人力、物力，二是可以增加煤炭開采量，為礦產(chǎn)企業(yè)增加更多經(jīng)濟(jì)利潤。不過，煤炭開采量不斷增多，煤矸石數(shù)量也隨之提高，煤矸石長時(shí)間堆積會(huì)形成煤矸石山，煤矸石相互堆積、積壓會(huì)形成縫隙，而縫隙之間蘊(yùn)含較多氧氣，具有氧化煤矸石作用，隨著時(shí)間的延長，加上受高溫天氣影響，煤矸石內(nèi)部會(huì)蘊(yùn)含較多熱量，若礦產(chǎn)企業(yè)相關(guān)管理者為及時(shí)對(duì)煤矸石進(jìn)行散熱、降溫處理，煤矸石會(huì)出現(xiàn)自燃情況。煤矸石自燃不僅會(huì)影響礦區(qū)周圍居民的安全，還會(huì)造成環(huán)境惡化，主要是煤矸石在燃燒過程中會(huì)釋放較多污染物質(zhì)，這些污染物質(zhì)容易對(duì)大氣造成污染。并且污染物上升到大氣中后會(huì)附著在雨水表面，降雨時(shí)附近農(nóng)田、河流均會(huì)受到污染，因此礦區(qū)管理者需要將煤矸石自燃治理高度重視起來。

1 治理煤矸石山自燃方案

1.1 粉煤灰灌漿治理煤矸石自燃技術(shù)

為防止煤矸石自燃，礦區(qū)會(huì)運(yùn)用封堵縫隙、剝離火源以及灌注漿體等方式治理煤矸石山，總體運(yùn)用效果佳，不過這些方法使用限制比較多。比如，部分煤矸石山還有服務(wù)年限，每日都會(huì)有井下運(yùn)出的煤矸石，若是運(yùn)用封堵縫隙治理煤矸石，每天都會(huì)有縫隙涌現(xiàn)，因此封堵縫隙方案無法運(yùn)用。此外，煤矸石山的涉及面積大，覆蓋面廣，并且周圍區(qū)域會(huì)有多個(gè)煤矸石山，剝離火源治理方案無法運(yùn)用[1]。該種情況下可以運(yùn)用灌注漿體進(jìn)行煤矸石自燃治理，灌漿液主要是灰水，灰水比是1:1，濃度比較高，混合好的灌漿液主要通過管道運(yùn)輸?shù)矫喉肥钐?，灌漿液運(yùn)輸完成后，需要注入膠凝劑，兩者混合會(huì)形成粉煤灰混合膠體，能夠有效滲透到煤矸石細(xì)小縫隙中。通過灌注漿體能夠有效降低煤矸石山的溫度，封閉縫隙禁止有氧氣進(jìn)入，進(jìn)而降低煤矸石自燃率。注意在灌漿液時(shí)需要先從煤矸石山外緣開始，逐漸向內(nèi)部灌漿，避免在灌漿過程中出現(xiàn)爆炸情況。此外，在治理嚴(yán)重自燃區(qū)域時(shí)，需要確保煤矸石山周圍安全，防止對(duì)附近區(qū)域居民、行人安全造成威脅。

1.2 粉煤灰灌漿系統(tǒng)裝備

礦區(qū)煤矸石山的情況不同，治理時(shí)所運(yùn)用的粉煤灰灌漿系統(tǒng)裝備也存在差異，運(yùn)用的裝備總共有三種，分別為井下移動(dòng)式、地面移動(dòng)式以及地面固定式，與之相匹配的型號(hào)為ZMJ-15、MYZ-30、MDZ-60，其中井下移動(dòng)式裝備的購買成本比較低，系統(tǒng)裝備的體積相對(duì)較小，灌漿流量比較小，不適合覆蓋面廣的煤矸石山，但是該設(shè)備的滅火功能比較靈敏[2]。而地面移動(dòng)式能夠根據(jù)自燃治理需要隨意移動(dòng)灌漿站，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，不過灌漿流量大無法有效控制灌漿位置。最后，地面固定式設(shè)備的治理系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定，并且灌漿液量大，治理范圍廣，但是該系統(tǒng)的運(yùn)用成本最高，需要專業(yè)人員進(jìn)行操作，所需要的灌漿管路長。因此，在治理煤矸石山自燃時(shí)需要合理評(píng)估，根據(jù)矸石山的實(shí)際情況選擇合適的治理設(shè)備。

2 煤矸石山自燃機(jī)理現(xiàn)狀

煤礦企業(yè)在開采煤炭、清洗煤炭過程中會(huì)形成一種固態(tài)物質(zhì)，被稱之為煤矸石，煤矸石是在成煤過程中形成，硬質(zhì)堅(jiān)硬，顏色為灰黑色。受煤礦機(jī)械化開采影響，煤層開采條件逐漸下降，隨著開采時(shí)間的延長會(huì)有大量煤矸石排出，大量堆積形成煤矸石山，自燃率比較高，嚴(yán)重影響周圍區(qū)域居民安全，破壞周圍生態(tài)環(huán)境。煤矸石自燃受多種因素影響，需要在一定條件下才會(huì)發(fā)生自燃，比如煤矸石內(nèi)部有低溫氧化物、可燃物時(shí)就會(huì)發(fā)生自燃，煤矸石內(nèi)有氧氣流通通道、有較多熱量物質(zhì)積聚時(shí)也會(huì)發(fā)生自燃。此外，煤矸石中有較多的可燃物質(zhì)，主要包括殘余煤渣、煤矸聯(lián)合體以及硫鐵礦，其中硫?qū)儆诳扇嘉?，而煤矸石中蘊(yùn)含較多硫，具體為硫體礦、有機(jī)硫、單質(zhì)硫以及硫酸鹽硫，其中硫酸鹽硫的可燃性比較低，而單質(zhì)硫有易燃性，不過含量相對(duì)小，有機(jī)硫的可燃性最高，表現(xiàn)形式為-SH、-S-S-主要分布于煤矸石殘余煤基分子中。

3 矸石山滅火材料現(xiàn)狀

目前，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，煤矸石自燃治理技術(shù)不斷提升，注漿滅火法被廣泛運(yùn)用到矸石山滅火中，該種治理方式能夠在短時(shí)間內(nèi)對(duì)煤矸石進(jìn)行降溫，具有堵漏、隔氧作用，能夠有效避免“煙囪效應(yīng)”出現(xiàn)，運(yùn)用比較多的注漿材料為黃泥、粉煤灰，其中粉煤灰的成分主要為CaO，遇水后轉(zhuǎn)變?yōu)镃a(OH)2，能夠有效與煤矸石的燃燒氣體形成化學(xué)反應(yīng)，形成隔氧層，起到自燃治理效果。

4 粉煤灰灌漿技術(shù)對(duì)山區(qū)治理過程及效果

4.1 粉煤灰灌漿技術(shù)對(duì)山區(qū)治理過程

粉煤灰灌漿技術(shù)治理煤矸石山自燃相較于其他技術(shù)具有較高的合理性，可以根據(jù)煤矸石山實(shí)際情況進(jìn)行分布治理，從而提升煤矸石山治理效果。在實(shí)施治理前需要將運(yùn)輸煤矸石的軌道進(jìn)行疏通，測(cè)量煤矸石山兩側(cè)溫度，在保證礦區(qū)運(yùn)行安全、工作人員安全的情況下才可開始治理，礦區(qū)嚴(yán)重自燃區(qū)域最后治理，防止出現(xiàn)暴躁情況。

4.2 運(yùn)矸軌道附近火山治理過程

軌道附近火山治理難度相對(duì)較高，需要先確定灌漿管道位置，一般管道與運(yùn)矸軌道路線相同，在地面處安裝一直到煤矸山頂為止。隨后需要制作注漿孔，注漿管道由鋼管制成，可直接將有注漿孔的鋼管插入煤矸石山內(nèi)部，插入深度為2 m左右，然后下注漿孔處注入粉煤灰漿液，注意灌漿需要自下而上進(jìn)行，灌漿結(jié)束后需要在通過注漿孔注入凝膠劑，使粉煤灰漿液與凝膠劑相互混合形成膠體，填充到煤矸石縫隙中[3]。注意在灌漿過程中盡量增加粉煤灰漿液的濃度，凝膠劑的注入劑量，避免出現(xiàn)煤矸石爆炸情況，條件允許情況下可適當(dāng)在粉煤灰復(fù)合膠內(nèi)注入少量草籽，具有綠化煤矸石山作用。

4.3 距運(yùn)矸軌道較遠(yuǎn)處嚴(yán)重火山區(qū)域治理過程

距運(yùn)矸軌道較遠(yuǎn)處嚴(yán)重火山區(qū)域治理過程具體如下，管道設(shè)置位置具體為出矸軌道平緩區(qū)域，為保證通道安裝人員安全，需要在管道水平位置安裝金屬梯，以便在出現(xiàn)爆炸、自燃的情況時(shí)安裝人員通行，一次安裝管道長度為5 m，間斷性向火山區(qū)域延伸。在治理該種嚴(yán)重火山區(qū)域時(shí)，需要在周邊插入灌漿套管，防止在出現(xiàn)爆炸情況時(shí)造成火勢(shì)蔓延，并且該管道還需要與管道相連接進(jìn)行灌漿。其他灌漿操作流程、注意事項(xiàng)與運(yùn)矸軌道附近火區(qū)治理相同。

管道安全人員對(duì)將管道向煤矸石內(nèi)部進(jìn)行延伸時(shí)，需要測(cè)量原安裝管道10 m范圍處的溫度。為保證煤矸石周圍居民、行人的安全，在進(jìn)行管路安裝時(shí)需要拉設(shè)警戒線，并在該附近區(qū)域安排工作人員，禁止非工作人員進(jìn)入，灌漿過程中切忌有人登煤矸石山，避免出現(xiàn)安全事故。

5 粉煤灰灌漿技術(shù)對(duì)山區(qū)治理效果

運(yùn)用粉煤灰灌漿技術(shù)對(duì)山區(qū)進(jìn)行治理，通過注入粉煤灰、凝膠劑，能夠有效將煤矸石發(fā)火區(qū)域撲滅，并且還能夠?qū)⒚喉肥p隙進(jìn)行填充，避免有氧氣出現(xiàn)。該種粉煤灰灌漿技術(shù)治理煤矸石后不會(huì)再次出現(xiàn)復(fù)燃情況，若是在粉煤灰復(fù)合膠內(nèi)注入少量草籽，在一定時(shí)間內(nèi)會(huì)有長出綠色植被，不僅可以防止煤矸石山自燃，還能夠有效改善附近區(qū)域的環(huán)境，保證居民安全。

6 結(jié)語

綜上所述，煤矸石長時(shí)間堆積成，內(nèi)部會(huì)有大量熱氣聚集，在高溫環(huán)境影響下煤矸石山會(huì)出現(xiàn)自燃情況。若是使用高濃度的粉煤灰漿液、凝膠劑進(jìn)行填充，能夠有效防止煤矸石自燃，同時(shí)可以對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行改善，避免對(duì)居民、行人安全造成威脅。