東曲礦排矸場(chǎng)A 區(qū)滅火防復(fù)燃工程實(shí)踐

梁永生

（西山煤電環(huán)保健康部，山西 太原 030053）

1 排矸場(chǎng)A 區(qū)現(xiàn)狀

東曲礦排矸場(chǎng)二號(hào)治理區(qū)位于矸石山治理科東側(cè)的原始山溝內(nèi)，總治理面積約22.19 萬(wàn)m2，共包括兩個(gè)區(qū)域，其中A 區(qū)位于項(xiàng)目區(qū)的東南側(cè)，治理面積約18.05 萬(wàn)m2，B 區(qū)位于項(xiàng)目區(qū)西北側(cè)，治理面積約4.14 萬(wàn)m2。A 區(qū)治理區(qū)主要由三部分組成，包括平臺(tái)、坡面和現(xiàn)排矸區(qū)。平臺(tái)治理區(qū)面積約46 414 m2，坡面治理區(qū)面積約123 835 m2，現(xiàn)排矸區(qū)面積約10 251 m2。該治理區(qū)地勢(shì)南高北低，北側(cè)為堆矸坡面，坡面坡度較陡，坡長(zhǎng)較長(zhǎng)，表面被黃土覆蓋，并采用防塵網(wǎng)苫蓋，坡面底部為一攔矸壩，最低標(biāo)高為1 110 m；南側(cè)為頂部平臺(tái)，目前正在排矸，標(biāo)高已達(dá)到1 213 m，即將役滿(mǎn)封場(chǎng)[1-2]。排矸場(chǎng)A 區(qū)煤矸石含硫量較高，自燃嚴(yán)重嚴(yán)重，危害較大，必須進(jìn)行治理。

2 排矸場(chǎng)A 區(qū)自燃情況

2.1 自燃情況

對(duì)排矸場(chǎng)A 區(qū)進(jìn)行了初步打孔測(cè)溫，探測(cè)總面積約為18.05 hm2，共計(jì)打孔2 214 個(gè)。其中2.0 m 深孔1 782 個(gè)，3 m 深孔362 個(gè)，4～6 m 深孔70 個(gè)，累計(jì)打孔深度為5 301 m。

此次初步勘測(cè)確定A 區(qū)矸石山高溫隱患區(qū)面積約36 375 m2，其中發(fā)火區(qū)面積約23 1905 m2，隱患區(qū)面積約13 1855 m2；B 區(qū)矸石山高溫隱患區(qū)面積約5 5635 m2，其中發(fā)火區(qū)面積約2 5385 m2，隱患區(qū)面積約3 0255 m2。

2.2 自燃對(duì)環(huán)境的影響

排矸場(chǎng)自燃對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在：

1）矸石自燃影響大氣和生態(tài)環(huán)境，自燃過(guò)程中，將會(huì)釋放大量的SO2、CO、H2S、NOx和C6H6等有害氣體，對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量將產(chǎn)生一定的影響。

2）矸石山自燃對(duì)人體健康會(huì)帶來(lái)一定的影響，同時(shí)也不利于植物的生長(zhǎng)，腐蝕建筑物，污染礦區(qū)的水體及土壤。自燃矸石山周?chē)貐^(qū)人群的呼吸道疾病發(fā)病率明顯高于其他地區(qū)。

3 滅火防復(fù)燃工程實(shí)踐

有效地滅火防復(fù)燃工程是山體穩(wěn)定和生態(tài)重建的基礎(chǔ)。本項(xiàng)目基于火情診斷確定滅火防復(fù)燃施工方案的同時(shí)，在滅火施工過(guò)程中及施工后實(shí)施全程測(cè)溫，調(diào)整滅火工藝[3-4]。一方面，在施工中全程測(cè)溫診斷火情，調(diào)整滅火工藝，指導(dǎo)并檢驗(yàn)滅火施工。另一方面，施工后要開(kāi)展全面監(jiān)測(cè)防復(fù)燃，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域?yàn)檎蜗髌峦谔罘讲课换蛏襟w變形部位。

3.1 滅火標(biāo)準(zhǔn)

3.1.1 外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

矸石場(chǎng)地面著火征狀況消失，治理后項(xiàng)目區(qū)應(yīng)無(wú)煙、無(wú)明火、無(wú)大面積水汽從地表析出、無(wú)結(jié)晶硫析出。

3.1.2 空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)無(wú)明顯刺激性氣味（SO2、H2S、CH4等）。

3.1.3 溫度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

熱電偶打孔測(cè)溫，深度2 m、3 m。

1）測(cè)量值低于或等于環(huán)境溫度，判定已滅火。

2）測(cè)量值高于環(huán)境溫度小于等于70 ℃，持續(xù)監(jiān)測(cè)：測(cè)量值下降趨勢(shì)明顯，判定為已滅火；測(cè)量值上升趨勢(shì)明顯，判定為復(fù)燃；溫度值不變，加深探測(cè)深度，延長(zhǎng)持續(xù)測(cè)溫時(shí)間，直至判斷其溫度變化趨勢(shì)。

3）測(cè)量值高于70 ℃低于90 ℃，加密監(jiān)測(cè)點(diǎn)，加深探測(cè)深度，確定最高溫度點(diǎn)，持續(xù)監(jiān)測(cè)，判定標(biāo)準(zhǔn)同上。

4）測(cè)量值高于90 ℃，判定為復(fù)燃或滅火不合格。

3.2 滅火防復(fù)燃工程實(shí)踐

3.2.1 高溫區(qū)挖除滅火

根據(jù)排矸場(chǎng)A 區(qū)的矸石自燃現(xiàn)場(chǎng)情況，設(shè)計(jì)了在高溫區(qū)挖除滅火的方案。根據(jù)測(cè)溫結(jié)果，對(duì)A 區(qū)挖除滅火的挖除深度設(shè)計(jì)為6 m 左右，配套挖掘機(jī)挖渣+自卸車(chē)運(yùn)渣。火源挖出后第一時(shí)間堆放于安全區(qū)域，及時(shí)進(jìn)行降溫措施，然后矸石混拌黃土、粉煤灰、阻燃劑和石灰等降溫后分層回填。對(duì)于A 區(qū)高溫區(qū)的挖除滅火區(qū)域總面積達(dá)23 190 m2。

3.2.2 山體結(jié)合部灌漿封閉隔氧防復(fù)燃

矸石堆體與原始山體結(jié)合部極易形成供氧通道，需進(jìn)行開(kāi)溝灌漿，分層回填并碾壓夯實(shí)。對(duì)開(kāi)挖基槽灌漿后，再分層回填并碾壓夯實(shí)，工藝方案如圖1 所示，回填后剩余混合物回填于坡面及平臺(tái)。該工藝目的是封堵供氧通道，防止自燃。矸石堆體與原始山體結(jié)合部封閉防復(fù)燃總長(zhǎng)度1 747 m，封閉溝溝槽開(kāi)挖斷面為上口寬4.8 m，下口1.5 m，平均深度4.5 m 的梯形（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫情況調(diào)整）。

圖1 山體結(jié)合部灌漿封閉隔氧防復(fù)燃開(kāi)溝斷面示意圖

3.2.3 田字形開(kāi)溝灌漿封閉滅火

針對(duì)排矸場(chǎng)A 區(qū)的實(shí)際情況，對(duì)其頂部平臺(tái)采用田字形開(kāi)溝灌漿法封閉隔氧滅火防復(fù)燃。分段開(kāi)挖的方式，開(kāi)挖溝槽后馬上進(jìn)行灌漿施工，灌漿到漿液不再下滲。降溫后分層回填并碾壓夯實(shí)，回填后剩余混合物回填于坡面或平臺(tái)。田字形開(kāi)溝方法如圖2 所示，總計(jì)開(kāi)溝長(zhǎng)度2 156 m。

圖2 田字形開(kāi)溝施工示意圖

技術(shù)流程：田字形開(kāi)挖溝槽→注漿降溫→溫度監(jiān)測(cè)→分層碾壓回填。田字形開(kāi)挖溝槽：上口為5 m，下口為2 m，平均深度為5 m(根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫情況調(diào)整)，溝槽中心間距約為17 m，分段開(kāi)挖。

注漿：開(kāi)挖溝槽后馬上進(jìn)行注漿施工，降溫防止火情蔓延，，注漿量約1 m3/m2（溝底面積計(jì)算）。

溫度監(jiān)測(cè)：田字形內(nèi)持續(xù)測(cè)溫，監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)3～5 d，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況確定總體回填或縮小網(wǎng)格間距降溫封閉。

分層碾壓回填：回填厚度分別為2 m、2 m、l m。

3.2.4 坡面全封閉隔氧防復(fù)燃

針對(duì)排矸場(chǎng)A 區(qū)的實(shí)際情況，基A 區(qū)坡面矸石堆放的較為松散的情況，使用矸石混拌黃土、阻燃劑等分層砌筑坡面，進(jìn)行坡面全封閉隔氧防復(fù)燃處理。采用土矸混合封閉坡面，節(jié)約黃土，該治理方案不會(huì)形成硬殼，同時(shí)也不會(huì)形成開(kāi)裂，杜絕供氧通道的形成，可以對(duì)坡面起到較好的保護(hù)作用。

坡腳碾壓夯實(shí)后堆砌邊坡。從設(shè)計(jì)坡腳基準(zhǔn)點(diǎn)向內(nèi)實(shí)施分層碾壓回填，逐區(qū)推進(jìn)，夯填厚度分別為l m、l m、l m，頂部坡面回填矸石渣粒徑小于15 cm。坡面封閉隨分層回填高度逐級(jí)向上形成坡面、馬道與坡面結(jié)合部位，預(yù)留馬道后逐級(jí)向上對(duì)坡面分層封閉。本項(xiàng)目區(qū)實(shí)施坡面全封閉總面積66 266 m2，封閉厚度3 m（含植被改良層l m 厚）。

3.3 滅火防復(fù)燃過(guò)程動(dòng)態(tài)控制

通過(guò)測(cè)溫對(duì)矸石山的滅火防復(fù)燃措施進(jìn)行指導(dǎo)，包括三個(gè)環(huán)節(jié)：

3.3.1 系統(tǒng)診斷

施工前對(duì)矸石山自燃狀況進(jìn)行系統(tǒng)診斷，目的在于指導(dǎo)滅火防復(fù)燃方案編制。

3.3.2 施工期測(cè)溫

包括挖除區(qū)域周邊測(cè)溫、田字形及山體結(jié)合部等開(kāi)溝溝槽周邊部位的測(cè)溫，目的在于檢驗(yàn)、評(píng)估滅火效果，調(diào)整滅火工藝并指導(dǎo)施工。

3.3.3 施工后（治理后）測(cè)溫

目的在于對(duì)矸石堆體的整體滅火防復(fù)燃效果進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)評(píng)估，為整改、治理效果評(píng)價(jià)及驗(yàn)收提供依據(jù)[5-6]。

1）確定監(jiān)測(cè)區(qū)域。全面監(jiān)測(cè)區(qū)域有邊坡、距邊坡20 m 的平臺(tái)部位。重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域有臨時(shí)動(dòng)土、或沉降、裂縫部位為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域。隨機(jī)監(jiān)測(cè)區(qū)域?yàn)槠渌课粸槟繙y(cè)隨機(jī)監(jiān)測(cè)區(qū)域。

2）監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置。20 m×20 m，品字形分布；10 m×10 m，品字形分布；5 m×5 m，品字形分布。

3）鉆探深度。人工l m、1.5 m；機(jī)械3 m、6 m。

4）監(jiān)測(cè)時(shí)間。經(jīng)過(guò)持續(xù)監(jiān)測(cè)，項(xiàng)目區(qū)溫度呈現(xiàn)穩(wěn)定性狀態(tài)時(shí)完成監(jiān)測(cè)。

5）監(jiān)測(cè)點(diǎn)與鉆探深度選擇。根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)溫度變化情況選擇：不再監(jiān)測(cè)；持續(xù)監(jiān)測(cè)；加密監(jiān)測(cè)點(diǎn)、加深鉆探深度。

6）溫度異常應(yīng)急處置。根據(jù)不同診斷情況，按照本設(shè)計(jì)有關(guān)理念、工藝，結(jié)合溫度異常部位具體情況采取有針對(duì)性的應(yīng)急處理措施。

4 效果分析

通過(guò)對(duì)東曲礦排矸場(chǎng)A 區(qū)實(shí)施滅火防復(fù)燃工程以來(lái)，已經(jīng)徹底消除了矸石山自燃現(xiàn)象并有效防止其復(fù)燃，有效保證了矸石山山體穩(wěn)定。項(xiàng)目實(shí)施后，生態(tài)環(huán)境效益的提升將極為明顯。同時(shí)排矸場(chǎng)A 區(qū)滅火防復(fù)燃后，將明顯改善項(xiàng)目區(qū)周邊的大氣、土壤、水質(zhì)等指標(biāo)，為京津冀及周邊地區(qū)打贏“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”做出貢獻(xiàn)。