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1、分预案：矸石自燃突发环境事故应急分预案第一章 事故类型和危害分析1.1 矸石自燃突发环境事故应急预案的意义煤矸石自燃是一个较为普遍的现象。据统计，我国大约有三分之一的矸石山发生过自燃，放出大量的SO2，H2S，CO，CO2和氮氧化物等有害气体并伴有大量烟尘，对矿区环境造成严重污染。编制仁禾煤矿有限责任矿井矸石自燃突发环境事故应急预案，是针对一旦发生矸石自燃事故时，为防止事故恶化，保证迅速、有序、高效地开展应急救援行动，最大限度地减少环境危害、人员伤亡和降低事故损失而预先制定的有关救援计划或方案。它是在辩识和评估潜在的重大危险、事故类型、发生的可能性、发生的过程、事故后果及影响严重程度的基础上，
2、对应急机构与职责、人员、技术装备、物资、救援行动及其指挥与协调等方面预先做出的有可操作性的具体安排。其目的是增强矿井对矸石自燃突发事故的应急处理能力。1.2 事故类型和危害分析1.2.1煤矸石自燃原因分析矸石山自燃的因素既多又复杂（机理），据已有研究资料分析，可以概括为两大因素：一是矸石中存在着可燃物，如煤岩中的丝炭、镜煤、亮煤、及夹带的硫铁矿及块煤、坑木等都具有可燃性，这是矸石自燃的内因；二是在倾倒矸石时，大块矸石一般均翻滚在矸石山的底部，小块矸石及粉状矸石留在顶部，这样就自下而上形成较多连通的空隙，它为矸石自燃提供了供氧的途径。另外雨水、空气中的一定湿度为黄铁矿氧化提供了所需的水分，这是矸
3、石自燃的外因。试验证明，当空气中湿度低于15%时，矸石的吸氧量随湿度的增加而增大，煤的着火温度随水分的增加而降低。只有当水分达到一定程度时，才能阻止煤的氧化自燃。矸石山自燃一般易发生在斜坡，深度在4.57m之间，燃烧所发生的位置距矸石山表面22.5m，并且燃烧一般只发生在斜坡上。通过观察在中上部冒烟处，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烟点下方约十几米处。根据上述理论可知，煤矸石要发生自燃，必须具备以下4个条件： 含有能够在常温下氧化的物质或可燃物，即煤矸石具有自燃倾向性; 有氧气存在； 有使热量积聚的环境； 维持足够的时间以达到引燃
4、温度。由此可看出条件为煤矸石自燃的内部特征条件、和是煤矸石自燃的外部条件，为此我们要想预防煤矸石自燃发火，就必须着重研究其可以人为改变的外部条件，进而想办法抑制其自燃发火。1.2.2煤矸石自燃的特征煤矸石自燃具有两个特征：一是从矸石内部先燃烧；二是属于不完全燃烧。（1）从矸石内部先燃烧煤矸石和自燃取决于供氧条件，供氧是沿着矸石之间的孔隙和孔道向内部补给的，矸石山内的中部有利于氧化反应生成热的积聚，所以燃烧首先在这里开始。自燃后，燃烧地带具有燃烧中心的特性。（2）不完全燃烧 煤矸石在堆积时，颗粒的形状和大小是不规则的，从而在煤矸石之间形成孔隙和孔道。在自燃之前，这些孔隙和孔道首先为黄铁矿和碳质可
5、燃物的氧化提供空气；在自燃之后，又可以为可燃物质燃烧补给空气。由于煤矸石的燃烧在煤矸石山的中部开始，因此通过孔隙和孔道输送空气的速度比较缓慢；另外，孔隙和孔道所占容积较小，煤矸石内可燃物质不能与氧充分化合，也就是不能充分燃烧；所以，从整体上说，煤矸石燃烧是在供氧量不足情况下进行的，其燃烧性质属于不完全燃烧。（3）煤矸石自燃的三个过程煤矸石的自燃与其他含碳物质的燃烧一样，符合燃烧物理学原理，即必须经过缓慢反应氧化自动升温-稳定燃烧三个过程。（4）矸石自燃区域的划分据研究：一座正在自燃的矸石山根据温度高低概可划分为三个带：即燃烬带，燃烧带和未燃带。燃烬带处于矸石山的底部，温度约为100300，外观
6、呈灰白色或灰红色；燃烧带处于矸石山的中部，最高温度可达1000；未燃带处于矸石山顶部，温度约为300500。1.2.3矸石自燃环境危害效应（1）空气污染自燃的矸石山不但放出大量的SO2 、CO2，还释放出大量的H2S和CO气体，也释出一定量的S。H2S的污染比SO22的污染更为严重，而这一点往往被人所忽视。矸石中的有机物在氧化分解过程中还生成一定量的氮氧化物和苯并（a）芘等有害物质。苯并芘系一种强致癌物质，它是由于煤和煤矸石不完全燃烧和裂解所产生的。苯并芘以气相或吸附在烟尘中排入大气。它在水中可溶性极低，在土壤中完全失效所需时间35a。总之，煤矸石自燃不仅严重污染大气，而且对周围居民的健康影响
7、非常巨大。（2）其他环境效应除以上危害外，矸石堆积区尚有矸石爆炸效应、平川堆积区的稳定效应和山谷堆积区的伴生效应等。 爆炸效应由煤矸石爆炸造成矸石雨伤人事件，国内外皆有报道。正在燃烧的矸石山，一俟冷水浇淋，产生温度效应，可立即引起爆裂，由温度差形成的气浪可使不同粒径的破碎矸石以抛物线的形式四面喷射，酷似黑色冰雹，重者伤人致残。 稳定效应矸石山堆积区的区域范围除受矸石体积影响外，尚受矸石堆积高度及其周边允许坡度的限制。一般而言，较低的矸石山可能获得较大的稳定性，但较高的矸石山可能获得较大的经济效益（占地少）。因此，决定其高度大小，需经技术、经济比较后始级确定。矸石山的稳定性受矸石堆基础岩土体的抗
8、剪强度特性、矸石山本身结构和基础岩土体孔隙水压力、堆放矸石我、区的地表斜率、矸石堆高度以及它周边的边坡角等因素所控制。矸石山的高度及周边的边坡角均决定于矸石体和岩土体的抗剪强度。如果基础的抗剪强度明显高于矸石堆积的抗剪强度，则坡高、坡度二大参数则决定于矸石体的抗剪强度，反之亦然。矸石山的抗剪强度决定于矸石的类型、密度、级配和其孔隙水压力。而密度与孔隙水压力又决定于堆积时间长短、淋溶程度和堆卸矸石所采用的方法。鉴于废矸石与岩土体基础的稳定性均受孔隙水压力和影响，故应避免跨过较大排水沟（含其它通道）堆放，或对矸石堆基础以下的渗流通道采取有效措施。同时为了使水池和流入矸石堆基础的地表水流量减至最小，
9、应沿矸石堆上方坡开挖排水沟，以拦截和引导地表径流，并将其引至计划堆积的侧向范围以外。 堆积河谷或丘陵地带的伴生效应不论矸石堆积在河谷或丘陵地带，都属不稳定体。泥石流是固、液两相物质在山坡或河谷内相互作用的产物。亦即矸石山作为泥石流的固体物质来源。如堆积区的河谷有一定的汇水面积和适宜的坡度，在雨季一俟雨强达到60mm/h，即可爆发泥石流。我国煤矸石堆积区也时有滑坡、泥石流发生，只是一般爆发规模小，频率低和尚未造成人员财产重大伤亡而已，今后应加强这方面的研究和监控。第二章 矸石场综合治理方案为保证矸石堆存不产生对环境的明显影响，在矸石场使用的全程中实施修筑汇水泄洪、防渗处理、分层堆放压实、绿化防尘
10、等环境保护措施。2.1 工程方案根据矸石场的现状及问题、结合矿方意见和专家建议、同类型煤矿的治理经验。煤矸石首先综合利用，用作工业广场平整的填充垫层，剩余部分规范堆放，按照一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准（GB18599-2001）标准对煤矸石及其堆场主要采取的综合治理措施有：（1）在煤矸石堆场底部进行防渗处理。（2）在矸石场修建过水涵洞，保证从沟内山间下的洪水能够顺利通过矸石场。（3）矸石堆安全堆放，分层堆放并用黄土压实。（4）在矸石场沟外侧入口处修建挡墙，防止矸石堆滑坡泻出矸石沟，对沟外的工业场地造成损害。（5）煤矸石场进行排水设计，在矸石场地沟的坡面两侧布设集水沟，防止坡面雨水汇
11、入矸石堆。在矸石场底部及挡墙内侧修建引水沟，把矸石场地的雨水引出矸石场排入工业场地排水网，防止雨水汇集浸泡矸石堆和冲刷矸石场外工业场地。（6）对矸石场地进行绿化，包括矸石沟两侧坡地，矸石堆封顶覆土后的绿化，挡墙外侧的绿化隔离带。2.2 煤矸石场综合治理工程措施2.2.1建防渗层、过水涵洞（1）矸石场防渗措施 矸石场防渗采用膨润土防水毯（GCL）。膨润土和矿物学名称为蒙脱石，按化学成分主要分为钠基和钙基两大类。膨润土具有遇水膨胀的特性，一般钙基膨润土膨胀时，其膨胀仅为自身体积的3倍左右，而钠基膨润土遇水时吸附自身重量五倍的水，体积膨胀到原来的15-17倍以上，将钠基膨润土锁在两层土工合成材料中间
12、，起保护和加固的作用，使膨润土防水毯（GCL）具有一定的整体抗剪强度，因而广泛应用于环境工程中的废弃物填埋场、地下水库、地下基础设施建设等工程中，解决密封、隔离、防渗漏问题，效果好，抗破坏性强。（2）过水涵洞排水涵洞采用拱形断面，下部为矩形净宽尺寸150cmx150cm，浆砌片石衬砌厚30cm;上部拱形半径75cm，拱石厚30cm。在挡土墙下游设消力池，沉沙池为矩形断面，块石砌筑并抹面，内控尺寸长x宽x深为8.00mx2.00mx2.00m。排水涵洞工程量：排水涵洞长约500m，土方开挖1866m3，浆砌石2219 m3、碎石垫层148 m3。2.2.2矸石堆安全堆放措施矸石从工业场地通过汽车
13、拉入矸石沟，自沟底向上、向外堆存，用推土机将碎石推平，并通过推土机往返对矸石进行压实。矸石采用分层（每3米为一层）碾压工艺，矸石层之间采用厚度为0.4m的粘土隔开，压实标准以水的渗透速率作为标准，即K渗1x10-5m/s。泄水建筑物采用竖井形式，以排放施工期和建设期间不同高度的来水；弃渣过程中，边排矸石边进行碾压。矸石堆放至沟顶后，需对矸石堆外边坡进行整留，留出运矸道路，然后进行复土、绿化。在矸石堆表面覆盖厚度为0.6m的黄土层，然后营造防护林，以防止水土流失和大气污染，并可改善生态环境。此方案需土1450m3。在矸石场将矸石分层堆置之后再覆土、压实，可防止矸石自燃。为填土封闭的运行期间，若遇
14、到矸石自燃现象，可采用深孔注浆法：在局部着火点将灭火浆液（石灰、黄土和水搅拌制成的乳浆，重量配比为1：1：1，用G3工程钻机注至矸石山内部，由于浆液的渗透深度较深，可以直接接触到高温矸石，故灭火效果明显。2.2.3矸石堆挡墙工程措施 矸石场拦矸石采用重力式浆砌式拦渣墙挡护，挡墙断面尺寸为：墙长50m，墙高5m，墙顶宽1m，坡度1：1.05。2.2.4排水措施在矸石堆场上沿设置30cmx30cm的矩形的集水沟，减少坡面来水汇入矸石处置场。矸石堆分层堆放每升高5m，设2m宽的平台，平台内侧设30cmx30cm的集水沟，收集坡面来水，排至矸石堆底部两侧的引水沟。在矸石堆底部两和在挡墙内侧距墙1m与墙
15、平行方向修建引水沟，引水沟为50cmx50cm的矩形浆砌石通道。2.3 矸石场绿化工程措施（1）堆顶覆土及复垦绿化：当矸石堆放达到顶部时，及时进行覆土绿化，覆土厚度要达到农业复垦要求（0.81.0m）。为了良土壤增加肥力，可先期种植固氮类农作物，如豆类、薯类等12年，然后栽种侧柏等植成水土保持林。矸石堆绿化效果示意图见图2.1。图2.1矸石堆绿化效果示意图（2）沿沟两侧坡地设绿化带，林带宽度为10米，种植高大树林如杨树等，起到初期对矸石堆遮挡、屏蔽的作用。绿化树种选择适合当地生长的树种，栽种季节宜选择在春季，草种选择耐旱、繁殖力强的品种（树种选择见生态保护章节。）树木栽种方式采用客土坑载，客土采用熟土及肥料按比例混合，肥料可用生活污水站的污泥。为了保证绿化和树木成活率，要定时浇水。植树中应注意排与排有一定差距，对林带后的矸石堆起到遮挡、屏蔽的作用。（3）挡墙后绿化带，进一步减少矸石场扬尘远距离扩散。绿化隔离带长70米，宽6米，采用分排用多行交叉种植常绿乔木、灌木，乔木株距2m，乔木间密植灌木。绿化带呈带状密植，形成树屏。乔木选择侧柏等易于吸、带粉尘的树木。第三章 矸石自燃应急机构及应急响应3.1 应急救援组织机构、组成人员3.1.1应急救援组织机
