乌拉盖河露天煤矿褐煤自燃防范治理方案
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摘 要：由于煤层自燃给乌拉盖河露天煤矿造成很大的经济损失，分析煤层自燃发火原因，从煤层自燃发火机理剖析，结合实际制定出从预防到治理的综合性防灭火方案。
关键词：露天煤矿；自然防范；治理方案
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.089
1 现状
乌拉盖河矿业有限公司露天矿是滕州辰龙能源集团于2010年4月开工建设，前期规划生产能力为3.0Mt/a，服务年限32a。建设期间共完成土方剥离7000余万m3，已揭露4-1、4-2号两层煤，揭露面积52.43万m2，估算揭露煤量749.2万吨。公司自2013年以来一直处于停建停产状态，采场由于长期搁置，煤层自燃严重。目前存在4处着火区，分别位于坑口北部固定帮、东部工作帮、东部采空区和西部露煤区，过火面积5.5万m2，并出现大面积明火，过火深度5米以上，煤炭自燃面积不断增加，严重影响了边坡的稳定性，造成了煤炭资源的浪费和环境污染。
2 煤层自燃原因分析
本矿所采煤层为褐煤，属于容易自燃煤层。煤中含氧官能团较多，空隙较大，煤化程度较低，容易自燃；据煤的深成变质规律，煤层处于未变质阶段，容易自燃；含丝煤炭越多，自燃倾向性越强，而本矿所采煤层均已暗煤为主，丝炭次之，亮煤与镜煤少量，因此容易自燃；4-1煤层原煤水分含量在4.67%-24.39%之间，平均为17.36%；4-2煤层原煤水分含量在5.09%-24.74之间，平均为17.30%，煤炭外在水分含量较高，随着外水的流失，造成煤炭风化、形成裂隙等，促进煤炭自燃。
本矿自2013年停产以来，采场已揭露4-1、4-2号两层煤，揭露面积52万m2，据《储量核实报告》，所采的煤层吸水性强，易风化，风化后呈团块状及鳞片状。由于受坑口北帮滑坡挤压影响，使采场西部煤层上升10米以上。在挤压过程中，部分挤压动能将转变成热能；同时煤层受到严重的破坏变形，产生大量裂隙通道，加速煤炭的氧化，加快了煤炭自燃的速度。再加上长期的裸露暴晒，风化严重，煤中的水分散失，煤体严重破碎。在外界风力、压力等作用下，外界含氧空气渗入煤体内部，促使煤炭氧化，而外界空气中的氧气浓度大于18%。煤层风化及滑坡挤压力产生大量裂隙，为煤层氧化产生的热量聚集升温提供了便利条件，由于长期搁置，已严重的超过了自燃发火期，具备了煤层自燃的三个条件。
3 煤层自燃的防范措施
（1）合理留设煤量，在保证持续平衡出煤的前提下，尽可能的少留回采煤量。在季节上冬季多留，夏季少留；在空间上使其尽可能的分布在若干平盘上，通过采掘不至于长期堆积。销售做到当月储当月销，防止煤堆积压。在“开拓煤量”和“回采煤量”满足采掘接续的情况下，合理安排采掘顺序，使揭露的煤层不至于长期存放，超过自燃发火期。
（2）优化露天矿生产设计，合理安排剥离和采煤计划，加快剥采进度，保持各采煤台阶合理推进度，既要使剥离清煤面超前，又不使煤层的裸露面过大，缩短工作面的长度，减少工作面的暴露时间，从而减少煤的自燃条件，对裂隙比较发育的采煤台阶，优先安排采掘，从根本上降低煤炭自燃隐患。
（3）加强煤面的清理，尽量减少碎煤的堆积量。充分利用辅助设备，及时清除碎煤堆，清理平整，不留不规则煤堆。
（4）采场及煤场严禁明火，从事电焊、气焊等工作必须制定安全措施并严格执行，施工结束后，残留火种必须清除。
（5）制订完善的防火措施和管理制度。设立防灭火小组，指定专人负责，使防灭火工作经常化、制度化、规范化。加强生产管理，实施24 h 监控。对采剥、运输等工作定期检查，将防火意识渗透于生产各环节中；多观察，发现着火、冒烟等异常现象应及时治理，防止煤层大面积自燃。
4 自燃煤层治理方案
露天煤矿灭火方法无外乎：喷水灭火、剥离火源直接灭火、覆盖法、阻燃剂灭火法等。公司现存的4处着火区制定以下方案，主要方案原则为：开挖已裸露的煤层，将已经揭露的着火煤炭全部挖出，（在火区处理过程中，先用高压水对明火进行降温处理。）清除氧化的煤层，彻底根除火源，最后裸露的煤壁进行喷浆封闭并用砂土和粘土经行回填覆盖碾压。同时对坑底北部滑坡区进行治理，防止下部煤炭清理时出现突然滑坡引发灾害事故和治理后期再度擠压煤层引发煤层自燃。
（1）西部820、810盘露煤区，长期裸露暴晒，严重氧化，已大面积自燃。由于受坑口北帮滑坡挤影响，使该处煤层上升多达10米。在挤压过程中，部分挤压动能转变成热能；同时煤层严重变形，产生裂隙通道，加快了煤炭氧化、自燃速度。可见覆盖砂土和碾压封闭的方案不可行，达不到彻底灭火的效果。该处南面裸露的煤壁与底部落差高达18米，对该处掩盖处理动用土方量太大，有效方式就是将该处煤炭全部采出，及时回填。着火严重，没有利用价值的煤炭运至排土场掩埋，有利用价值的火煤运往坑下集水坑进行降温冷却、灭火处理后再利用。对剩余的煤炭全部采出，煤壁进行喷浆封闭并尽快回填，防止边帮煤壁自燃同时能够增强边坡的稳定性，能够有效防止滑坡。
（2）坑口北部固定帮自燃的煤层，将该处原上煤道路压煤，未完全自燃尚有利用价值的煤炭资源全部采出，然后对该处进行回填覆盖碾压封闭处理。可回收煤炭资源约1.5万吨。
（3）东部采空区和东部工作帮自燃的煤层，面积较大，且与周边落差高达12米。由于火区自燃时间长，很多地方已经烧空，再加上东部距离坑下水区太远，直线距离达800多米，而且没有道路，设备无法近距离施工，不能对火体进行挖除。对治理区域采取覆盖10米黏土，并用挖掘机和铲车等设备进行碾压，对火区进行封闭，彻底隔绝氧气，避免复燃。同时对采场东部滑坡区进行治理，防止治理过程中出现滑坡事故和后期挤压火区覆盖层，产生裂隙，再度引发煤层自燃。
5 总结
通过对煤层自燃进行预防和治理，即减少了资源的浪费，提高经济效益，有利于煤矿周边生态环境建设，能达到保护地面永久设施、彻底熄灭火灾、回收煤炭资源、保护草原生态环境，实现既要金山银山又要绿水青山的目的。
参考文献：
[1]刘世锋.胜利东二号露天煤矿煤层自燃原因探究及防治措施[J].露天采矿技术，2016，31（11）：70-72.
[2]马海明，马志飞.煤层自然规律及火区探测技术研究[J].陕西煤炭，2009（01）：67-68.
作者简介：孙扬（1978-），男，山东滕州人，本科，助理工程师，研究方向：煤矿开采技术。
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