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(jì)損失，分析煤層自燃發(fā)火原因，從煤層自燃發(fā)火機(jī)理剖析，結(jié)合實(shí)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(tuán)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(wàn)m3，已揭露4-1、4-2號(hào)兩層煤，揭露面積52.43萬(wàn)m2，估算揭露煤量749.2萬(wàn)噸。公司自2013年以來(lái)一直處于停建停產(chǎn)狀態(tài)，采場(chǎng)由于長(zhǎng)期擱置，煤層自燃嚴(yán)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(guò)火面積5.5萬(wàn)m2，并出現(xiàn)大面積明火，過(guò)火深度5米以上，煤炭自燃面積不斷增加，嚴(yán)重影響了邊坡的穩(wěn)定性，造成了煤炭資源的浪費(fèi)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(tuán)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(qiáng)，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(jìn)煤炭自燃。

本礦自2013年停產(chǎn)以來(lái)，采場(chǎng)已揭露4-1、4-2號(hào)兩層煤，揭露面積52萬(wàn)m2，據(jù)《儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告》，所采的煤層吸水性強(qiáng)，易風(fēng)化，風(fēng)化后呈團(tuán)塊狀及鱗片狀。由于受坑口北幫滑坡擠壓影響，使采場(chǎng)西部煤層上升10米以上。在擠壓過(guò)程中，部分?jǐn)D壓動(dòng)能將轉(zhuǎn)變成熱能；同時(shí)煤層受到嚴(yán)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(zhǎng)期的裸露暴曬，風(fēng)化嚴(yán)重，煤中的水分散失，煤體嚴(yán)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(zhǎng)期擱置，已嚴(yán)重的超過(guò)了自燃發(fā)火期，具備了煤層自燃的三個(gè)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(guò)采掘不至于長(zhǎng)期堆積。銷售做到當(dāng)月儲(chǔ)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(zhǎng)期存放，超過(guò)自燃發(fā)火期。

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

（3）加強(qiáng)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(shí)清除碎煤堆，清理平整，不留不規(guī)則煤堆。

（4）采場(chǎng)及煤場(chǎng)嚴(yán)禁明火，從事電焊、氣焊等工作必須制定安全措施并嚴(yán)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(fù)責(zé)，使防滅火工作經(jīng)?；⒅贫然?、規(guī)范化。加強(qiáng)生產(chǎn)管理，實(shí)施24 h 監(jiān)控。對(duì)采剝、運(yùn)輸?shù)裙ぷ鞫ㄆ跈z查，將防火意識(shí)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(shí)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(wú)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(guò)程中，先用高壓水對(duì)明火進(jìn)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(jìn)行噴漿封閉并用砂土和粘土經(jīng)行回填覆蓋碾壓。同時(shí)對(duì)坑底北部滑坡區(qū)進(jìn)行治理，防止下部煤炭清理時(shí)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(zhǎng)期裸露暴曬，嚴(yán)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(dá)10米。在擠壓過(guò)程中，部分?jǐn)D壓動(dòng)能轉(zhuǎn)變成熱能；同時(shí)煤層嚴(yán)重變形，產(chǎn)生裂隙通道，加快了煤炭氧化、自燃速度?？梢?jiàn)覆蓋砂土和碾壓封閉的方案不可行，達(dá)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(dá)18米，對(duì)該處掩蓋處理動(dòng)用土方量太大，有效方式就是將該處煤炭全部采出，及時(shí)回填。著火嚴(yán)重，沒(méi)有利用價(jià)值的煤炭運(yùn)至排土場(chǎng)掩埋，有利用價(jià)值的火煤運(yùn)往坑下集水坑進(jìn)行降溫冷卻、滅火處理后再利用。對(duì)剩余的煤炭全部采出，煤壁進(jìn)行噴漿封閉并盡快回填，防止邊幫煤壁自燃同時(shí)能夠增強(qiáng)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(jià)值的煤炭資源全部采出，然后對(duì)該處進(jìn)行回填覆蓋碾壓封閉處理。可回收煤炭資源約1.5萬(wàn)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(dá)12米。由于火區(qū)自燃時(shí)間長(zhǎng)，很多地方已經(jīng)燒空，再加上東部距離坑下水區(qū)太遠(yuǎn)，直線距離達(dá)800多米，而且沒(méi)有道路，設(shè)備無(wú)法近距離施工，不能對(duì)火體進(jìn)行挖除。對(duì)治理區(qū)域采取覆蓋10米黏土，并用挖掘機(jī)和鏟車等設(shè)備進(jìn)行碾壓，對(duì)火區(qū)進(jìn)行封閉，徹底隔絕氧氣，避免復(fù)燃。同時(shí)對(duì)采場(chǎng)東部滑坡區(qū)進(jìn)行治理，防止治理過(guò)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(guò)對(duì)煤層自燃進(jìn)行預(yù)防和治理，即減少了資源的浪費(fèi)，提高經(jīng)濟(jì)效益，有利于煤礦周邊生態(tài)環(huán)境建設(shè)，能達(dá)到保護(hù)地面永久設(shè)施、徹底熄滅火災(zāi)、回收煤炭資源、保護(hù)草原生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)既要金山銀山又要綠水青山的目的。

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作者簡(jiǎn)介：孫揚(yáng)（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)。