矸石山治理工程控制要點

趙 培 真

(山西誠正建設監理咨詢有限公司，山西 陽泉 045000)

煤矸石是采煤、洗煤過程排放的固體廢物，是一種含碳量較低、低發熱值、比煤堅硬的黑灰色巖石。煤矸石主要用于建筑材料、發電、制作化工產品等。但目前為止，煤矸石的利用力度不大，技術不完善，地區發展不平衡對環境影響依然很嚴重。

煤矸石的大量堆放，不僅壓占土地，矸石淋溶液會污染土壤及地下水，矸石的不合理堆放可發生邊坡失穩從而導致矸石山崩塌、滑移，煤矸石自燃會排放CO，SO2等有害氣體污染大氣環境或引起火災，影響居民身體健康，所以矸石山治理刻不容緩。以下為矸石山治理削坡覆土及注漿滅火工程控制要點。

1 削坡工程治理控制

1)對于舊矸石山坡度較大的坡面且影響注漿滅火機械作業時應先進行削坡處理。若需開挖的山體矸石溫度過高，可對熱矸石進行拌土降溫(矸石與黃土體積比宜為6∶4)并及時挖出晾曬降溫，冷卻后分層回填壓實。

2)坡面宜按高寬比不大于1∶1.75削坡，坡面高度不宜超過8 m；若削坡困難且坡面坡度大于1∶1.75時，可采用生態袋護坡。

3)由于治理面積大、工序多、坡度大導致削坡工程的標高、位置測量難度大，應依照設計圖紙檢查放樣布點情況，及時對場地內坐標控制點進行現場復核，控制好坡度。

2 覆土工程治理控制

注漿滅火后要對矸石表面進行覆土密封壓實以隔絕空氣，使自燃矸石山內部氧氣耗盡后熄滅。

1)回填土料控制：針對矸石山發火區矸石拌土、黃土回填，應對土質區分檢驗，保證所有回填土質符合設計及規范要求。針對不同土源、土質在試驗室做土工擊實試驗，以確定回填土最佳含水率、最大干密度；由于矸山覆土用于綠化工程應做土樣顆粒分析試驗，以測量土質各種粒徑的百分比符合要求。

2)高溫發火區回填土：在保證土質、含水率的前提下結合工藝嚴格控制虛鋪厚度、夯實遍數、標高、平整度、排水坡度；并嚴格按GB/T 50123土工試驗方法標準要求進行回填土壓實度檢測，矸石拌土可采用灌水法、黃土回填可采用環刀法檢測；高溫發火區應向下挖除1 m厚采用矸石拌土(矸石與黃土按體積比6∶4)攪拌后回填，再覆1 m厚黃土，坡面及平面回填土應按水平分層壓實，矸石拌土、黃土回填壓實系數宜不小于0.85。

3)矸石山表面與山體接壤處設置土工布，壓入土工袋。

3 發火區注漿滅火工程治理控制

根據溫度勘測報告中確定的發火區范圍，在矸石山進行削坡整平后對矸石山發火區采用“鉆孔注漿法”進行注漿滅火，通過在發火區布置一系列鉆孔，然后將不燃物(水泥、熟石灰、粉煤灰等)配置成泥漿灌注鉆孔，通過降溫、隔氧作用達到滅火目的。

3.1 鉆孔工程

各個發火區注漿滅火前可選有代表性的試驗區進行現場成孔、注漿試驗，以便對成孔工藝、漿液配比、注漿工藝、滅火效果和注漿消耗量等做進一步優化。

在各發火區范圍內正方形或梅花形均勻布置鉆孔，孔深以達到矸石山深處并方便注漿為宜，孔距宜為4 m～6 m，回轉鉆進；成孔后立即進行孔口管澆筑，地面以上部分不少于0.5 m，封孔段為1 m，采用水灰比為1∶2的純水泥漿灌注密封。

注漿管宜采用φ40 mm～50 mm鋼管，管口附近設置注漿高壓膠管，管口應設置堵頭做好密封；鋼管封孔段以下設置花孔φ10@300梅花形布置。

鉆孔孔位偏差不超過10 cm，孔斜小于2°，鉆孔位置宜設在坡頂線內不小于1.5 m，若距離太近則會造成坡面漿液流失。

控制好鉆孔個數、進尺；控制好各發火區邊線坐標、標高；將各發火區最外側的2排孔作為帷幕鉆孔，且需先進行鉆孔及注漿。

3.2 制漿原材料

水：施工拌制用水應符合《混凝土拌合用水標準》，其pH值應大于4；水泥：采用32.5級水泥，應符合相關國家標準要求，優先選用礦渣水泥；粉煤灰：應符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》國家三級質量標準，嚴格控制燒失量不大于15%；熟石灰：采用三級或以上的新鮮消石灰，應符合國家相關標準要求。

制漿原材料應依據規范要求進行批量檢測，應符合國家質量檢測標準。

3.3 漿液配合比及制漿

漿液水固比為1∶1.0～1∶1.2(帷幕鉆孔注漿1∶1.2)，水泥∶熟石灰∶粉煤灰的重量比為1∶2∶7。在發火區外圍宜采用稠漿，內部宜采用稀漿，單孔注漿濃度宜先稀后稠，應根據現場試驗和灌漿情況進行調整。

應按最終確定的試驗配合比配制漿液，制漿原材料應采用定量容器進行計量，采用二級攪拌進行制漿，每次攪拌時間不得少于10 min，且攪拌均勻，制漿時做好漿液比重、材料配合比等各項性能指標檢測。

3.4 注漿工程

各個發火區注漿前必須先做成孔、注漿試驗，以便結合現場實際情況對設計的施工方法、工藝參數等做進一步優化。可選有代表性的試驗區進行現場注漿試驗，其內容包括：成孔工藝、漿液配合比、注漿工藝、滅火效果、注漿消耗量等。

注漿前按設計漿液配合比，采用現場制漿原材料在試驗室做漿液配合比試驗，試驗內容包括漿液在不同配比下每立方米漿液中干料含量、漿液比重、初凝及終凝時間、結石率等。

根據發火區范圍和燃點位置，注漿順序宜由外向內、從四周到中心、由淺孔至深孔逐步推進，不得采用大面積展開的“地毯式推進”方法。

鉆孔與注漿宜同步施工，注漿時不得采用高壓力、大泵量、一次性將孔注滿，應以實時溫度變化情況為參考，宜采用多次反復、低壓注漿，停歇時及時采用稀漿洗孔。

注漿時要定時觀測孔口壓力、孔內溫度，做好漿液結石率、比重檢測。

3.5 終止注漿標準(注漿量控制)

帷幕鉆孔注漿：孔口壓力達到1.0 MPa以上，灌入量小于5 L/min，且持續15 min；或者坡面大量溢漿。

鉆孔注漿：孔口壓力達到0.5 MPa以上，灌入量小于7 L/min，且持續15 min；或者坡面大量溢漿。

坡面注漿：孔口壓力達到0.2 MPa以上，灌入量小于5 L/min，且持續15 min；或者坡面大量溢漿。

所有鉆孔注漿后的溫度均不得高于170 ℃。

3.6 其他注意事項

成孔后要立即對鉆孔進行內部測溫，施工過程中應對孔內溫度和有害氣體進行定期監測，做好記錄。

若有縮孔、塌孔現象，嚴重影響成孔時，淺孔可采用打入式注漿管，然后直接注漿；深孔可在鉆至設計深度后不起鉆桿，直接采用鉆桿注漿，待注漿完成后再拔出鉆桿，然后灌滿鉆孔。

開始注漿時宜采用稀漿進行高壓沖孔，保持管道暢通，以防塌孔、堵孔；不宜采用清水沖孔，以防孔內溫度過高引發氣爆現象。

單孔注漿工作必須連續進行，若因停電、機械故障等問題被迫中斷應盡快恢復注漿，否則應立即沖洗鉆孔，而后恢復注漿，若無法沖洗應進行掃孔或補孔后注漿。

對于發火區特別嚴重區域，在進行鉆孔注漿后，若溫度仍然居高不降或長時間高于170 ℃，應在相鄰原孔位之間的中心位置加密布孔及注漿，采用反復注漿、持續測溫的方法。

注漿滅火時，若地面覆土較厚、碾壓較密實、無貫通縫隙，很容易發生“氣爆”，必須做好現場安全防護措施。

3.7 滅火效果檢測和監測

注漿滅火作業時應在各個發火區布置監測孔，面積較大的發火區和發火嚴重區域應增加監測孔數量，注漿后對監測孔及時埋置熱電偶，實時觀測孔內溫度變化。

矸石山治理工程完成后應委托第三方對矸石山進行溫度監測，對高溫區進行重點監測，根據監測記錄形成最終的監測報告；在治理后的矸石山布置環境監測點，以檢測SO2,NO2,CO等有毒有害氣體。

4 結語

削坡覆土及注漿滅火工程是一項實踐性很強的工作，矸石山治理工程重點在于控制好以下幾點：注漿滅火降溫、覆土密封以隔絕空氣、溫度監測及后期維護。