露天開挖法在治理淺埋藏采空區煤層自燃火區中的應用

沈少波,吳玉國,鄔劍明

(1、太原理工大學礦業工程學院，山西 太原 030024；2、朔州煤礦安全監察局，山西 朔州 036006)

露天開挖法在治理淺埋藏采空區煤層自燃火區中的應用

沈少波1,吳玉國2,鄔劍明2

(1、太原理工大學礦業工程學院，山西 太原 030024；2、朔州煤礦安全監察局，山西 朔州 036006)

分析了露天開挖法、黃土覆蓋法和鉆孔注漿等滅火方法的滅火工程和滅火效果,確定了采用露天開挖法對淺埋藏采空區自燃煤層火區進行滅火，并在三家窯煤礦進行了應用。實踐表明,露天開挖火區法在治理淺埋藏采空區自燃煤層火區中，具有施工簡單、滅火效果好、且能回收火區中的殘煤,具有較好的經濟效益和推廣價值。

自燃煤層；露天開挖；火區治理

1 火區概況

三家窯煤礦位于朔州市平魯區井坪鎮東20 km的下面高村西，主要可采煤層為4號、9號煤層。由于煤層露頭廣泛出露，煤層易自燃、厚度大，且小煤礦的亂采亂挖，造成全井田范圍內有3個高溫自燃火區分布在井田東側、中部和東北側的4號煤層采空區，火區總面積為166350 m2。

2 滅火方法選擇

根據煤田內火區的特征、范圍、燃燒深度、地形條件等，可能采用的滅火方案分述如下：

2.1 地表黃土覆蓋將火區加以隔絕

利用黃土充填覆蓋火區的地表裂縫、塌陷坑，使火區達到封閉狀態，從而斷絕火的通風供氧通道，使火區窒息熄滅。其特點是施工速度較快，施工后火區外觀形象好。覆蓋滅火對火區發展具有一定的控制作用，但由于火源沒有消除，火區僅僅被黃土“捂”了起來，火區熄滅要經過相當漫長的過程。

其優點是簡單易行；缺點有地形復雜，地下塌陷，裂隙及采空區縱橫交錯時，黃土覆蓋難以達到徹底隔絕的預期效果；火區殘留資源不能回收。針對本礦來講，此種滅火方案并未根除火區對下部礦井的安全威脅。

2.2 地面鉆孔灌漿直接滅火

通過裂縫灌漿和在地表按照一定的間隔向火區煤層打鉆孔，將一定比例的黃泥漿灌進著火煤層，阻斷火區供氧通路，進而阻止燃燒，降低火區溫度，使火區逐步窒息熄滅。其特點是不受火區面積大小、火源深度等條件限制，施工靈活，效果較好，但由于灌入火區的泥漿流向無法控制，泥漿不一定按預想到達著火體，針對性不強，漿液流失量大，灌漿效率低。

其優點是速度快、滅火工程本身安全；能夠取得滅火、防火雙重效果。缺點是該地區水資源缺乏，取材困難；工藝較為復雜；火區范圍較大，其間地下塌陷，裂隙及采空區縱橫交錯，效果差，難以徹底根除火源；火區殘留資源不能回收。此滅火方案不能徹底根除火區對下部礦井的威脅，并且火區裂隙與下部礦井溝通易產生 “潰漿”，對礦井構成新的威脅。

2.3 剝離挖除在燃體，根除火源

在火區范圍內自上而下分臺階地面開挖，超前注水，降低燃體溫度，挖除火體。其特點是滅火效果徹底，但施工工藝復雜，前期投資大，適用條件較強，火源必須埋藏較淺，火區發展速度較慢。在嚴重缺水、缺黃土情況下，采用地面開挖剝離滅火方法比較合適；挖出的殘煤，不僅可以抵補投資，而且還可以回收寶貴的煤炭資源。其缺點是工程量較大，工期較長。其優點是施工使用的中小型挖掘機、自卸卡車、推土機等設備社會上閑置較多，容易租用，可依托社會力量；使用水和黃土量較小，施工準備簡單；滅火徹底，火區內灼熱體、燃燒體和所有可燃物質可全部挖出，能徹底解決火區對下部礦井的威脅；在滅火的同時，可以回收殘煤。

綜上所述，根據火區地質資料分析，該礦的著火煤層4號煤層埋藏淺，厚度較大，采空區較多且分布又不清楚，且地表范圍內無其它重要建筑，比較適合采用露天開挖滅火。

3 露天開挖滅火施工

本次滅火采用露天剝離方式實施滅火工程。3個火區劃分為1個治理區。在火區范圍內采用自上而下分臺階剝離，挖除著火體，回收殘煤的方式，滅火工程后期，采用黃土覆蓋煤層露頭，最后采用內排方式回填剝離坑。

3.1 施工工序

注水降溫→上覆土、巖層開挖剝離→排渣→火區殘煤回收及運輸→黃土封堵坑底邊界煤層露頭→回填平整剝離坑→黃土覆蓋→綠化。

3.2 開挖溝布置

治理區拉溝位置布置在治理區的北部邊界東西方向“一”字形拉溝，工作線向南推進；根據治理區的自燃煤層實際賦存情況，采用沿4號煤層底板降深。工作面最大高度10m，巖石采掘帶寬度8m，煤層采掘帶寬度8 m，剝離臺階最小工作平盤寬度32 m，采煤臺階最小工作平盤寬度50 m，臺階坡面角為60o。

3.3 施工設備

剝離采用單斗-卡車工藝，選用2.0 m3～2.5 m3液壓反鏟14臺、32t自卸卡車74臺、KQ150型鉆機3臺、3m3裝載機4臺。

3.4 運輸系統布置

滅火工程采用公路運輸方式。剝離物采用自卸卡車由水平工作線經移動坑線通過礦山公路運往排土場；殘煤采用自卸卡車由坑內采煤工作面經移動坑線通過礦山公路道路運至儲煤場。

3.5 外排與內排相結合的排土系統布置

治理區外排土場布置在治理區的東部，外排土場容量為534.2萬m3；具備內排條件時，剝離物全部內排。

3.6 防排水系統布置

滅火工程采用地表截水與坑內排水相結合的防排水方式。在火區境界外設防洪堤，坑內最低處設集水坑，采用移動泵站外排。

3.7 滅火標準

滅火工程達到 《煤田火災滅火規范》（試行）規定的熄滅標準。即：地表著火征狀消失；觀測孔內氣體溫度、CO濃度、O2濃度全部呈持續下降趨勢，持續時間不少于6個月，觀測孔內氣體溫度穩定在70℃以下、CO濃度穩定在100 PPm以下、O2濃度穩定在7%以下。

3.8 火區監測方法

滅火工程的火區監測按 《煤田火災滅火規范》（試行）規定執行。設立火區監測專業組，負責火區監測工作，在滅火工程施工前3個月開始監測，施工期間定期監測，滅火工程驗收后繼續定期監測1a。

3.9 滅火工期

滅火工程總工期2 a，其中剝離工程工期1 a，后期監測期1a。

4 結論

對于淺埋藏采空區自燃煤層火區治理，由于其燃燒時間長、面積大、廢巷道多且已引起地面塌陷并形成大量與地表貫通的裂隙;因而適宜于采用露天開挖火區法進行滅火。采用露天開挖火區法滅火時,在火區范圍內采用自上而下分臺階剝離，挖除著火體，回收殘煤的方式。滅火工程后期，采用黃土覆蓋煤層露頭，最后采用內排方式回填剝離坑，并覆土綠化。實踐表明,露天開挖火區法在淺埋藏采空區自燃煤層火區治理中，具有較好的經濟和社會效益,值得推廣應用。

[1]王文才，李忠東.露天開挖火區法在淺地表自燃煤層火區滅火中的應用[J].內蒙古科技大學學報.2007,26(4).

[2]王成.露天煤礦大面積火區滅火方法[J].露天采煤技術,2002,22(5).

[3]李三紅.論采空區煤層自燃的滅火方法[J].中州煤炭,2005,(02).

[4]吳海.烏達煤田滅火方法簡述[J].內蒙古煤炭經濟,2008,(03).

[5]劉寶龍,周俊峰.煤田地面滅火方法的探討[J].露天采礦技術,2005,(02).

The Applications of Strip Mining in the Mined-out Shallow Buried Coal Seam with Spontaneous Combustion Fire Zone Control

SHEN Shao-bo1WU Yu-guo2,WU Jian-ming2
(1.Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024;2.Shuozhou Coal Safety Inspecting Bureau,Shuozhou Shanxi 036006,China)

It is determined to take strip mining to govern the mined-out shallow buried coal seam with spontaneous combustion fire zone,by comparing the strip mining,loess covering and the drilling hole slurry-injection in the aspects of fire extinguishing effect and resilience,which is applied in San Jiayao Coal Mine,Shuozhou,Shanxi Province.The strip mining has a remarkable economic result,is worth extensively spreading,because of the simplicity of the construction,completely of the fire extinguishing effect and recycling the remnant coal in the fire zone.

Coal Seam of Spontaneous Combustion,Strip Mining,Fire Zone Control

TD75+3

A

1672-5050（2010）01-0074-03

2009-11-20

沈少波(1971—），男，山西長治人，在讀工程碩士，高級工程師，從事煤礦安全監察工作。

劉新光