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1、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 combustionto prevent and cure is explored.Abstract:In this paper,the harm of the mineral tor,s sponta正文文字大小：大 中 小 neous combu
2、stion 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 c
3、ure 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 1020%，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
4、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
5、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%
6、。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 4.57 米之
7、间,燃烧所发生的位置距矸石山表面 22.5 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
8、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
9、1 米，深 0.51. 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）2NaOH 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
10、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+ H2ONa2CO3+ SO2= Na2SO3+ CO2当燃烧区有l2（ SO4）3 形成时：NaOH+ CO2= NaCO33 NaHCO3 +l2（SO4）3+3H2O=3NaHSO4+2l（OH）3+3 CO22NaOH+l2O3=NaAlO2+ H2O2NaOH + 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
11、、 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、）。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SO2 H2S SO2 H 2S治理前（9 月 26 日） 3.914 2.232 1.371 0.358治理中（10 月 15 日） 3.967 2.173 1.167
12、0.296治理中（11 月 18 日） 1.748 1.457 0.735 0.135治理后（12 月 21 日） 0.405 0.086 0.236 0.034去 除 率 90% 96% 83% 91%特别是附近居民住宅区达到国家大气质量标准。矸石山由昔日的浓烟滚滚变为今天的清新空气。由于矸石山自燃熄灭，节省农业赔偿旨万元年，经济效益、环境效益和社会效益十分显著，使辛置矿区和附近村民大气环境质量明显改善，也改善了工农关系。其缺陷是必须做好持久战的准备，否则容易复燃，灭火后地表存在一层几厘米厚的石灰层，不能长植物。二、 煤矸石自燃的预防对策自燃1、 煤矸石自燃的分析煤矸石中含有硫、碳、水份。其
13、中硫为可自燃物质，碳为可燃物质，二者构成矸石山的自燃基础，而氧气和水份则是矸石自燃的必要条件。其中硫以硫铁矿、有机硫、硫酸盐化合态存在，硫铁矿中的硫是在缺氧的条件下生成赋存于煤和煤系地层之中，呈晶体和结核状态，经采出堆放露天场地后，由于和空气的氧接触，再加上微生物的作用便发生氧化。对于不同的外界条件，硫化铁的氧化可能产生以下四种不同的反应：4FeS2+11O2=2 Fe2O3+8 SO2FeS2+3O2= FeSO4+ SO22FeS2+2H2O+ 7O2= 2FeSO4+2H2SO44FeS2+3O2=2 Fe2O3+8 S上述四种反应均为氧化反应，反应过程中都不得伴随大量的热放出，生成 H
14、2SO4 进一步加速了硫化铁的分解，这样日积月累，矸石山内部的热量不断累积，温度不断升高，当温度达到煤的燃点（一般为360ºC）时，便可将矸石中的煤点燃，从而使矸石山自燃。水直接参与放热及燃烧的化学反应，并起到加速氧化的作用。故水对煤矸石的自燃具有促进作用、降低着火温度、提高燃烧速率等多种效应。一般来说，煤与矸石中含水量为 1015%时对自燃的促进作用最明显。煤矸石的自燃受多种因素的影响，其中含硫量的大小是主要因素。据有关矿区分析，凡开采煤层含硫量在3%左右, 硫铁矿硫占 40%，并有硫铁矿的结核体出现时, 矸石山一般都会发火自燃。2、加强综合利用煤矸石可以根据其成份不同，合理利用。
15、如：直接用于充填井下采空区，铺路、填沟造地、做建筑材料；还可以提取化工原料、制砖、制水泥、发电等，霍州矿区已建成的就有两座综合利用的发电厂，装机容量合计 48MW，年矸石吞吐量 10 万吨；目前正在筹建的 50 MW2 矸石电厂建成后吞吐矸石 30 万吨。由于矸石产生量大，因此，仍需对其多途径开发利用。3、加强煤矸石防自燃措施，做好复垦工作复垦，这里是使其经过整治以后恢复到可供利用的状态。也就是消除矿区土地退化的潜在危害，保护环境，以取得最大的土地利用价值的环境和环境效益，促进生态良性循环。对煤矸石山的复垦：必须从沟底填起，自下而上逐层填置。底层采取防渗漏措施，由下至上每一米为一层，用推土机推平压实，每堆至 3 米左右（对高硫矸须确保每周覆盖一次）覆盖黄土 0.5 米，每堆至 3 米左右覆盖黄土 0.5 米；或平时尽可能将矸石与粉煤灰泥混倒, 用推土机推平压实，每堆至 10 米左右覆盖黄土 0.5 米，边上垒坝，阶梯式回缩，顶部覆盖黄土 0.51 米（因种植的作物而定），最后进行绿化。总而言之，使可燃物质与氧气隔离，确保矸石山不会自燃，最大限度地减少煤矸石对环境产生的影响。三、 结语1、 坚持环境保护，做好污染预防和综合利用；2、 一旦自燃选择一个行之有效的治理方法非常重要；3、 领导的重视、严密的组织管理加上坚持不懈的努力是矸石山自燃预防和灭火取得成效的可靠保证。
