煤矸石山自燃防治对策探析

煤矸石山自燃防治对策探析

摘要：1、简述了煤矸石山自燃的危害；

2、介绍了两种煤矸石山自燃的治理方法、根据本人的了解重点介绍了饱和石灰水配火碱渗透注浆法——改良的石灰乳注浆治理法；

3、对煤矸石自燃原因进行分析，并提出预防对策。

关键词：煤矸石山自燃防治

The countermeasure of the mineral tor,s spontaneous combustion

to prevent and cure is explored.

Abstract:In this paper,the harm of the mineral tor,s sponta

正文

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neous combustion is stated briefly.Two methods of the mineral tor,s spontaneous combustion to cure are introduced. The causations of the mineral tor,s spontaneous combustion are analyzed, and it bring forward the countermeasures of the prevention.

Keywords: the mineral tor; spontaneous combustion; prevent and cure

煤矸石是煤炭企业的主要污染源之一。它由煤、炭质叶岩、叶岩、夹矸岩、砂岩、石灰岩和少量的硫铁矿等组成。在矿井生产过程中，矸石排放量占采煤总量的10—20%，矸石中含硫量高时，极易引起自燃。煤矸石自燃时，每平方米一昼夜放出SO2 6.5kg、CO10.8kg、H2S和NOX0.6 kg，同时伴有大量烟尘。自燃的煤矸石山污染大气环境，抑制周围农作物生长，严重损害职工和农民的身体健康，影响煤矿的正常生产，还侵占大量耕地。如：空气中CO含量达50ppm时，会使人视力减退，严重时会使人血液循环输氧系统闭塞而致死；SO2刺激人的呼吸道发生病变等等。此外，自燃煤矸石山在雨季还会引起爆炸和酸性淋溶水对地表水污染，因此煤矸石自燃不可忽视。

目前我国大型煤矿煤矸石山自燃控制良好，但中小型煤矿就不然，必须高度警惕。1989年中煤总公司统计：共753座煤矸石山,就有106座自燃；山西省80余座大、中型煤矸石山，有41座燃烧。在目前煤炭形势见好的情况下，不少中小型煤矿蜂拥而上，但煤矸石山处置不规范，非常容易造成煤矸石自燃。虽然政府加大了收费力度，环保法要求也越来越严，但穿新鞋走老路的例子比比皆是，何况许多老煤矸石山改造也非容易之事，又缺乏有效的管理和治理方法，对环境造成严重污染，故在这里探讨一下矸石山自燃防治对策。

一、自燃后的治理

煤矸石山自燃后一般采用打钻注浆法或石灰乳注浆法

（一）打钻注浆法

对已燃或易燃的煤矸石山，可以打钻注浆，隔绝空气流通，注浆材料最好用电厂的粉煤灰，这样既解决了粉煤灰堆放的困难和防止污染问题，又节省了大量的土和砂石等资源，更主要的是它是防治煤矸石山自燃行之有效的方法。

（二）饱和石灰水配火碱渗透注浆法——改良的石灰乳注浆法

我集团公司辛置煤矿有过自燃的先例，现将煤矸石山自燃的治理情况介绍给大家，以供探究。

1、矸石山概况

辛置煤矿矸石山自1959年开始堆积。占地62亩，表面积为74750平方米，燃烧面积3100平方米，占总面积的415%。1980年开始开采东区10#下组高硫煤层，矸石含煤量6.9%，含硫量1.17%。1986年10月发现自燃。1987年10月到1988年3月采用大量清水灌注，结果煤矸石山自燃非但没有减弱，反而有加剧趋势，表层出现火堆火苗和大量青烟。1990年5月再次采用石灰水进行灌注，也未取得明显效果。90年10月集团公司领导亲自挂帅，组织得力人员，实地考察、勘探，制定最佳灭火方案，进行了第三次灭火治理。经实地考察发现：

1）矸石含硫量大，主要以黄铁矿结核的形式存在；

2）矸石含煤量高，尤其是洗煤厂洗矸。煤的氧化助长了黄铁矿的氧化，煤成为煤矸石自燃的主要原料；3）洗煤厂洗矸含水量大，水份在煤的气相氧化初期会形成过氧化作用；

4）燃烧浓度一般在4.5—7米之间,燃烧所发生的位置距矸石山表面2—2.5米，并且燃烧一般只发生在斜坡上。我们观察到在中上部冒烟处，其供氧则是从斜坡的下部进入并产生“烟囱”效应，空气沿着斜坡的表层向上流动，而燃烧中心则在斜坡冒点下方十几米处；

5）不能用纯水灭火。水蒸气600ºC高温时，与赤热的碳发生化学反应，生成氢气和一氧化碳：H2O+C（赤热）—→H2+CO

在标准状态下，一公斤水可产生1.24立方米的氢气和1.24立方米的一氧化碳，使气体体积在矸石空隙间骤增而发生爆炸，反而助长底层火源的燃烧，使表层已经熄灭了的火源重新复燃。

2FeS2+2H2O+7O2=2 FeSO4+2H2SO4

生成的硫酸反而促进黄铁矿的氧化。

根据以上特点，我们采用了饱和石灰水配火碱并结合剥离火层的灭火方案。

2、用饱和石灰水配火碱治理自燃煤矸石山

经集团公司环境监测站采样分析，煤矸石自燃放出大量的SO2、CO、CO2、、H2S等酸性气体，我们采用了饱和石灰水配火碱吸收中和酸性气体，使硫铁矿氧化受到限制，自燃逐步熄灭。

我们对矸石山坡度大于30º的斜坡，用饱和石灰水喷注，自上而下剥离火层，以达到散热降温的目的。使燃放的矸石与石灰水混合冲击至坡底，此混合物逐渐形成凝固状态，温度降为常温，火被熄灭。这样可节约用料和减少投资；对矸石山顶部和坡度小于30º的缓坡，则先用石灰水剥开火层后，再用人工挖槽，槽宽1米，深0.5—1. 5米，呈阶梯状，防止灰浆流失。然后用Ca（OH）2——NaOH灰浆进行渗透注浆，力求做到渗透均匀，深度超过5米以上，矸石厚度超过20米者要做到渗透在10米以上。对于强火区，可加大渗透量。根据计算，每吨水配火碱2kg，后期为5 kg即可。按比例配入灰浆池后，搅拌机搅拌均匀，用泥浆泵经胶管喷洒火区，灭火工艺流程如下图所示：

该方法灭火机理是以Ca（OH）2—NaOH混合碱液吸收、固定自燃煤矸石放出的SO2、CO、CO2、、H 2S 等酸性气体，使得黄铁矿的氧化反应得以中止，还可使混合碱液向燃烧层自由渗透，并且碱液在高温下与矸石中某些成份发生反应，形成胶凝状产物。这些产物及石灰类物质可包裹可燃物和充填矸石空隙，阻碍空气流通，隔断氧的通道，达到灭火目的。NaOH是强碱，它与CO2仍能与SO2起反应，不会降低其中的酸的效力。

2NaOH+ CO2=Na2CO3+ H2O

Na2CO3+ SO2= Na2SO3+ CO2↑

当燃烧区有Ａl2（SO4）3形成时：

NaOH+ CO2= NaCO3

3 NaHCO3 +Ａl2（SO4）3+3H2O=3NaHSO4+2Ａl（OH）3+3 CO2↑

2NaOH+Ａl2O3=NaAlO2+ H2O

2NaOH + SiO2= Na2SiO3+ H2O

产生大量胶凝状化合物，与中和反应的生成物共同形成隔离层，起到封闭作用。

3、治理结果与经济效益

灭火后经本集团公司监测站抽测，矸石山的温度下降526.5ºC，SO2含量降低了83％，H 2S含量降低了91％（见表１、２）。

表格 1 矸石山灭火温度变化情况表（单位°C）

治理阶段火区分布治理前治理中治理后平均降温

第一火区664 210 82 582

第二火区545 190 69 471

表格2二氧化硫、硫化物变化情况表（单位mg/m3）

分区治理阶段矸石山着火区附近居民住宅区