煤矸石山自燃防治对策分析

煤矸石山自燃防治对策分析
1.西山煤电（集团）有限责任公司
2.山西绿巨人环境科技有限公司
摘要：煤矸石山由于结构与成分的特点，很容易出现自燃问题，煤矸石山自燃不仅影响了煤矿开采的安全，也造成了一定的经济和生态损害，需要引起格外的关注。

煤矸石山的自燃发生与煤矸石的空隙结构、空气吸附、氧化反应等都存在密切的联系，因此在进行自燃防治工作时需要关注其自燃原理的分析，合理的探讨防火灭火方式，并且注意通过生态修复的方式帮助煤矸石山恢复良好的生态条件，减少自燃问题的发生。

关键词：煤矸石山；自燃防治；对策
煤矸石是煤矿生产中的常见固体废物，具有一定可燃性，而煤矸石山是煤矿开采过程中煤矸石堆放的产物，会对周边的生态环境产生一定负面影响，同时也很容易出现自燃问题，威胁周边环境安全，造成不良后果，因此煤矸石山的自燃防治工作是必须要考虑的问题。

在煤矸石山的自燃防治当中，良好的防火灭火技术应用能够比较有效的对其自燃情况进行处理，保证煤矸石山的安全性，而生态修复的基本原理，根据煤矸石山的特点进行生态修复，治理其生态环境的同时，有效控制煤矸石山的自燃问题。

因此，应该重视煤矸石山的治理与管理相结合，增加山体植被绿化面积，重构山体环境等，做好生态修复工作，有效解决其自燃问题的同时，通过生态修复改良其环境条件[1]。

一、煤矸石山自燃分析
1、煤矸石分析
煤矸石是煤炭采集和洗选过程中的常见产物，在煤矿开采过程中煤矸石的数量较多，一般包含煤层中夹矸、煤层顶底板以及掘进石巷道的岩石。

煤矸石是当聚煤盆地发生沉降变化时，泥炭在地质作用下形成的产物，煤矸石通常为煤
炭开采中夹杂的泥岩和砂岩，以及建井过程中的混合岩体。

煤矸石根据其来源、
岩性、风化程度等可划分为不同类别，不同类型的煤矸石在特点上也有一定区别，比如有易风化矸石、不易风化矸石等，在进行煤矸石的处理中也需要结合具体情
况进行分析[2]。

2、煤矸石山自燃原理分析
煤矸石山是煤矸石堆积而成的产物，其内部具有较大空隙，并且随着煤
矿的开采进行，空气和降水也会深入煤矸石山内部代入更多的氧元素。

燃烧的基
本条件包括可燃物、氧气以及高于燃点温度，煤矸石山自燃同样受到上述因素的
影响。

由于煤矸石山中有可燃物质，煤矸石山中空隙带有氧气，且煤矸石山中硫
铁矿等成分与氧气发生氧化反应后释放热量，热量聚集最终达到燃点，即会出现
煤矸石山自燃的情况[3]。

分析和了解煤矸石山自燃原理，能够更好地开展煤矸石
山自燃防治工作。

比如，煤矸石山的空气吸附中，由于煤矸石属于多孔介质，具
有吸附空气中氧气的特点，而在煤矸石堆积中缺乏有效的夯实碾压，煤矸石山的
空隙较大也会储存大量空气，随着吸附时间的增加，氧分子会附着在矸石表层，
对煤矸石中成分造成氧化作用，并增加其表面化学活性，因此在进行煤矸石自燃
防治工作中，应该关注煤矸石山的堆积空隙控制，减少空气和氧气吸附作用，更
好的保障煤炭开采的安全性。

此外，煤矸石自燃过程的发生与临界温度、煤矸石
自燃中氧气传导、煤矸石中残煤复合氧化以及硫化亚铁氧化等，都是自燃防治中
比较重要的内容，应该进行科学探讨与分析[4]。

二、煤矸石山防火灭火技术分析
1、煤矸石山防火技术
煤矸石山火灾的发生与可燃物、燃点、氧气因素相关，因此在进行煤矸
石山防火时，需要客观考虑其自燃原因并且根据相应原理进行防火处理。

煤矸石
山自然是物理与化学复杂作用的结果，其自燃原因有内部原因和外部原因，内部
原因主要为煤矸石山内部的硫铁矿、煤等易氧化发热物质的自燃特性，而外部原
因包括煤矸石的岩相组成、煤矸石山的堆置方式以及孔隙率等，因此在防火过程
中需要注意采取综合措施进行煤矸石山自燃防治。

煤矸石山内部条件中，氧气、
水分等是比较重要的控制氧化因素，在其自燃因素中占据着重要的地位，因此在
防火过程中可以通过抑制化学氧化的方式对其内部的水、氧气等参与化学反应因
子进行控制，通过覆盖黏土等物质对煤矸石山表面进行防护，控制水分、氧气等
进入煤矸石山内部，有利于达到防火的目的[5]。

微生物催化同样是煤矸石山自燃
中不可忽视的内容，煤矸石的氧化反应会受到微生物催化作用的影响进一步加快，进而增加其自燃的几率，其中氧化亚铁硫杆菌等微生物对煤矸石的酸化氧化起到
了重要作用，因此在进行防火时，还可以利用杀菌剂、还原菌或碱性材料等对微
生物进行杀菌或者抑制产酸菌，达到防火的目的。

2、煤矸石山灭火技术
①挖除火源
煤矸石山中的成分可能受到氧化作用的影响，发生放热反应进而引发火灾，因此通过探查煤矸石山的自热区，挖除火源十分必要。

在挖除火源过程中，
一方面要注意检测技术的应用确定自热区，而后要注意将发热煤矸石挖出后采取
必要的冷却方式使其冷却，通常为浇水冷却或自然冷却，而后将其回填，保证煤
矸石山的结构稳定[6]。

②水力灭火
应用水的吸热降温特性进行灭火是煤矸石山常用的灭火技术，受煤矸石
山的特性影响，利用水力灭火时应该根据煤矸石山的结构特点，选取合适区域取土，而后将水通过空隙渗入煤矸石山内，而后附图碾压达到灭火的目的，发热表
面喷水、钻孔注水等都是煤矸石山水力灭火的常用方法，但水力灭火通常为暂时
性灭火，灭火后煤矸石山内部会留有一定空隙，复燃的概率比较大，需要与其他
灭火方式进行配合。

③覆盖与压实灭火
覆盖与压实是通过隔绝空气进入达到灭火目的的灭火方式，但在煤矸石
山自燃防治中，由于其煤矸石自燃特点，实际应用的成功率比较低，并且若煤矸
石山温度过高表面覆盖的阻燃层密封效果也会受到影响，从而复燃。

④注浆灭火
煤矸石山还可以通过挖坑、穴注浆或打孔注浆灭火的方式进行处理，一
般所注入的是碱性溶液的灭火浆液，具有隔绝空气、阻止燃烧的效果。

碱性溶液
的注入不仅可以对煤矸石进行降温，还可以与其燃烧后产生的酸性气体反应达到
中和效果，生成的硫酸钙、碳酸钙和铝硅酸盐等产物能够填充空隙，隔绝空气，
进而降低煤矸石可燃性。

煤矸石自燃中的硫杆菌类细菌在践行环境下生长缓慢，
且黄铁矿的氧化反应速率也会下降，能够跟好的达到灭火和自燃防治效果[7]。

需
要注意打孔注入碱性溶液灭火浆液的效果虽然比较好，但也具有较高的施工难度，特别是部分斜坡较长的煤矸石山体，钻孔操作难度较大，此外注浆过程中浆液液
化后产生的蒸气可能从注浆孔喷出，造成蒸汽爆炸等问题，需要格外注意施工安
全性。

⑤泡沫法灭火
泡沫法灭火是灭火方式中比较优质的一类，使用惰性气体和水对煤矸石
山进行灭火，在这一过程中，水可以吸热降温，惰性气体能够隔绝氧气与煤矸石
接触，从而达到灭火效果，在灭火中使用液氮、固体二氧化碳等低温惰性气体可
以更好的让其弥漫至煤矸石山空隙中，取代煤矸石山内部吸附的原有气体，达到
降温隔氧的作用，并且具有较好的延续时间。

三、煤矸石山生态修复技术
1、煤矸石山立地条件调查
煤矸石山自燃与外部环境具有较强关联，在其自燃防治对策中需要重视
煤矸石山的立地条件调查，通过了解煤矸石山的煤矿与煤层条件，分析煤矸石山
所处的地质、水文、气候条件，进行综合分析，提高自燃防治工作质量。

在这一
过程中，首先要进行立地分析，通过对造林立地的环境因子分析，对煤矸石山适
宜种植的树木进行筛选，做好地形、地质组成、水分特征的分析，并对煤矸石山
的风化物进行科学分析，了解其物理化学性质，更好的完成治理工作。

煤矸石山
离地条件调查中，首先需要对煤矸石堆体情况进行分析，了解堆体的组成部分，
由于不同位置的煤矸石自燃特征不同，在进行调查时，需要格外注意煤矸石成分、
堆矸方式、堆矸地形、煤矸石粒径等问题的分析，通过对煤矸石山基本情况的分析，了解其结构特点，对堆场发生滑坡、泥石流等问题进行分析。

在煤矸石堆体
调查中，还需要结合当地的地质、水文、气候条件，因此调查研究中地理位置、
气候条件、地形地貌等都是重要的调查内容[8]。

除此之外，立地调查工作需要格
外关注堆场所处区域的气温、积温、风向、降水等条件，通过调查和分析上述内容，了解煤矸石山的环境条件可能对自燃产生的影响，在后续处理过程中进行科
学规划，做好相应的自燃防治措施。

2、煤矸石山整形整地技术
征地整形技术在煤矸石山中应用有利于帮助其维持山体稳定，避免其灭
火后复燃，并且为生态系统重建提供良好的帮助。

立地分析完成后开始进行整形
整地操作，由于煤矸石山结构松散会增加其氧气吸附率，因此需要重视地形整改，通过对煤矸石山的坡度进行调节，进行排水和土质改良等，利用客土法、生物改
良法、灌溉与施肥和绿肥改良等方式进行整改，为生态恢复创造良好条件。

根据
立地调查了解煤矸石山的煤矿与煤层条件，分析煤矸石自然情况，并对其堆矸方
式等进行探讨后，需要充分结合煤矸石山的土力学、水文地质学相关内容对其进
行堆体的整形、整地，保证煤矸石山的堆积高度合理，改良其内部空间形态，提
升堆体的稳定性与可靠性，在避免由于煤矸石山内部空隙导致的空气吸附等达到
自燃条件的同时，通过整形整地让煤矸石山的环境条件得以更好的维持，减少其
侵蚀、沉降、滑坡等问题。

在进行煤矸石山整形整地时，应该从煤矸石山的具体
情况出发，通过应力分析以及稳定性分析对其整形措施进行确定，选择微整形或
建立排水渠、柔性坡脚等方式进行整治，尽可能的通过整形整地的方式改善煤矸
石山的构造条件，避免其受到风力、水利等侵蚀因素的影响，减少山体的水土流失，为自燃防治工作奠定良好的基础[9]。

3、煤矸石山植被重建技术
煤矸石山植被重建技术是对其生态条件进行改善的条件，不仅可以帮助
恢复生态，对煤矸石山的自燃也具有良好的防治效果。

植被重建技术可以对煤矸
石山进行生态恢复，帮助其恢复土地自身生产力，并通过动植物、微生物生态的
恢复，在煤矸石山矿区内形成稳定、高效的人工植被可持续生态系统，达到良好
的生态演变效果，改善其环境条件和植物群落类型，通过矿区生态环境的改善，
降低煤矸石山自燃问题的发生率。

在煤矸石山植被重建过程中，需要遵循相应的
生态学原则，以群落作为基本单位，对生物多样性、景观多样性等进行分析，并
且坚持适地适树和整体性原则进行植被恢复，帮助其更好的恢复生态条件。

在煤
矸石山植被重建过程中需要进行立地条件分析、机制改良、植物类型选择等各类
工作，保证其植被重建的可靠性。

合理的选择植物种类，遵循先绿化后经济的原
则在煤矸石山上种植乔木、灌木、花草等植物，注意尽量选择容易在本地存活的
乡土品种，优先考虑满足煤矸石山土壤匮乏、立地条件差的先锋植物品种，对生
长速度快的浅根性植物、萌发性较强的树种等进行种植，选择耐旱、耐贫瘠、根
系发达的植物进行种植，更加有效的改良煤矸石山的生态条件[10]。

油松、刺柏、杜鹃、臭椿、地肤、野燕麦、野苜蓿等，都是比较常见的煤矸石山生态改良品种。

结束语：
煤矸石山的自燃防治对于保证煤矿开采安全性，减轻环境污染等具有重
要的意义，在进行自燃防治工作时需要注意了解其自燃原因以及主要条件，客观
的进行燃烧条件控制，做好防火灭火措施的应用，从化学和物理角度进行科学分析，有效降低煤矸石山自燃的发生率。

另一方面应该关注生态修复对煤矸石山的
环境的影响，利用生态修复的技术和条件，营造良好生态环境的同时，对自燃进
行防治。

参考文献：
[1]赵宝龙.通过分级预处理降低煤矸石山自燃的技术研究[J].应用能源技
术,2022,11(03):1-4.
[2]苏继光,吉振华,郑锐国,郭德生,郭园,王琪.温控热管技术治理大垴梁煤
矸石山自燃效果研究[J].山西建筑,2022,48(01):159-161.
[3]彭晶晶.煤矸石山自燃防治及灭火标准方法[J].中国石油和化工标准与质量,2021,41(21):103-104.
[4]吴冷.复合胶体技术在煤矸石山自燃治理中的应用[J].工程建
设,2020,52(12):48-52.
[5]汪洋,彭斌,白宇,雷沛德.高硫煤矸石山自燃火灾治理技术研究[J].能源技术与管理,2020,45(05):52-54.
[6]颜朝润.煤矸石山自燃的覆盖法治理优缺点探讨[J].内蒙古煤炭经
济,2020,09(02):120+122.
[7]董红娟,卢悦,王荣国,温磊,张金山.浅析煤矸石山自燃的形成条件及影响因素[J].内蒙古煤炭经济,2019,17(24):17-18.
[8]冯乾,王景刚,李敏婕,石峥.热管治理煤矸石山自燃技术的实验研究[J].煤炭与化工,2019,42(08):110-114.
[9]郝鹏霞.煤矸石山自燃治理与综合防治研究[J].煤,2017,26(11):73-
74+82.
[10]张振宇.煤矿煤矸石山自燃的治理研究[J].煤炭与化
工,2017,40(06):148-149+153.
个人简介：王毅斌男 1989年11月生学历硕士研究生职称：工程师。