烏拉蓋河露天煤礦褐煤自燃防范治理方案

摘 要：由于煤層自燃給烏拉蓋河露天煤礦造成很大的經濟損失，分析煤層自燃發火原因，從煤層自燃發火機理剖析，結合實際制定出從預防到治理的綜合性防滅火方案。

關鍵詞：露天煤礦；自然防范；治理方案

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.089

1 現狀

烏拉蓋河礦業有限公司露天礦是滕州辰龍能源集團于2010年4月開工建設，前期規劃生產能力為3.0Mt/a，服務年限32a。建設期間共完成土方剝離7000余萬m3，已揭露4-1、4-2號兩層煤，揭露面積52.43萬m2，估算揭露煤量749.2萬噸。公司自2013年以來一直處于停建停產狀態，采場由于長期擱置，煤層自燃嚴重。目前存在4處著火區，分別位于坑口北部固定幫、東部工作幫、東部采空區和西部露煤區，過火面積5.5萬m2，并出現大面積明火，過火深度5米以上，煤炭自燃面積不斷增加，嚴重影響了邊坡的穩定性，造成了煤炭資源的浪費和環境污染。

2 煤層自燃原因分析

本礦所采煤層為褐煤，屬于容易自燃煤層。煤中含氧官能團較多，空隙較大，煤化程度較低，容易自燃；據煤的深成變質規律，煤層處于未變質階段，容易自燃；含絲煤炭越多，自燃傾向性越強，而本礦所采煤層均已暗煤為主，絲炭次之，亮煤與鏡煤少量，因此容易自燃；4-1煤層原煤水分含量在4.67%-24.39%之間，平均為17.36%；4-2煤層原煤水分含量在5.09%-24.74之間，平均為17.30%，煤炭外在水分含量較高，隨著外水的流失，造成煤炭風化、形成裂隙等，促進煤炭自燃。

本礦自2013年停產以來，采場已揭露4-1、4-2號兩層煤，揭露面積52萬m2，據《儲量核實報告》，所采的煤層吸水性強，易風化，風化后呈團塊狀及鱗片狀。由于受坑口北幫滑坡擠壓影響，使采場西部煤層上升10米以上。在擠壓過程中，部分擠壓動能將轉變成熱能；同時煤層受到嚴重的破壞變形，產生大量裂隙通道，加速煤炭的氧化，加快了煤炭自燃的速度。再加上長期的裸露暴曬，風化嚴重，煤中的水分散失，煤體嚴重破碎。在外界風力、壓力等作用下，外界含氧空氣滲入煤體內部，促使煤炭氧化，而外界空氣中的氧氣濃度大于18%。煤層風化及滑坡擠壓力產生大量裂隙，為煤層氧化產生的熱量聚集升溫提供了便利條件，由于長期擱置，已嚴重的超過了自燃發火期，具備了煤層自燃的三個條件。

3 煤層自燃的防范措施

（1）合理留設煤量，在保證持續平衡出煤的前提下，盡可能的少留回采煤量。在季節上冬季多留，夏季少留；在空間上使其盡可能的分布在若干平盤上，通過采掘不至于長期堆積。銷售做到當月儲當月銷，防止煤堆積壓。在“開拓煤量”和“回采煤量”滿足采掘接續的情況下，合理安排采掘順序，使揭露的煤層不至于長期存放，超過自燃發火期。

（2）優化露天礦生產設計，合理安排剝離和采煤計劃，加快剝采進度，保持各采煤臺階合理推進度，既要使剝離清煤面超前，又不使煤層的裸露面過大，縮短工作面的長度，減少工作面的暴露時間，從而減少煤的自燃條件，對裂隙比較發育的采煤臺階，優先安排采掘，從根本上降低煤炭自燃隱患。

（3）加強煤面的清理，盡量減少碎煤的堆積量。充分利用輔助設備，及時清除碎煤堆，清理平整，不留不規則煤堆。

（4）采場及煤場嚴禁明火，從事電焊、氣焊等工作必須制定安全措施并嚴格執行，施工結束后，殘留火種必須清除。

（5）制訂完善的防火措施和管理制度。設立防滅火小組，指定專人負責，使防滅火工作經常化、制度化、規范化。加強生產管理，實施24 h 監控。對采剝、運輸等工作定期檢查，將防火意識滲透于生產各環節中；多觀察，發現著火、冒煙等異常現象應及時治理，防止煤層大面積自燃。

4 自燃煤層治理方案

露天煤礦滅火方法無外乎：噴水滅火、剝離火源直接滅火、覆蓋法、阻燃劑滅火法等。公司現存的4處著火區制定以下方案，主要方案原則為：開挖已裸露的煤層，將已經揭露的著火煤炭全部挖出，（在火區處理過程中，先用高壓水對明火進行降溫處理。）清除氧化的煤層，徹底根除火源，最后裸露的煤壁進行噴漿封閉并用砂土和粘土經行回填覆蓋碾壓。同時對坑底北部滑坡區進行治理，防止下部煤炭清理時出現突然滑坡引發災害事故和治理后期再度擠壓煤層引發煤層自燃。

（1）西部820、810盤露煤區，長期裸露暴曬，嚴重氧化，已大面積自燃。由于受坑口北幫滑坡擠影響，使該處煤層上升多達10米。在擠壓過程中，部分擠壓動能轉變成熱能；同時煤層嚴重變形，產生裂隙通道，加快了煤炭氧化、自燃速度。可見覆蓋砂土和碾壓封閉的方案不可行，達不到徹底滅火的效果。該處南面裸露的煤壁與底部落差高達18米，對該處掩蓋處理動用土方量太大，有效方式就是將該處煤炭全部采出，及時回填。著火嚴重，沒有利用價值的煤炭運至排土場掩埋，有利用價值的火煤運往坑下集水坑進行降溫冷卻、滅火處理后再利用。對剩余的煤炭全部采出，煤壁進行噴漿封閉并盡快回填，防止邊幫煤壁自燃同時能夠增強邊坡的穩定性，能夠有效防止滑坡。

（2）坑口北部固定幫自燃的煤層，將該處原上煤道路壓煤，未完全自燃尚有利用價值的煤炭資源全部采出，然后對該處進行回填覆蓋碾壓封閉處理。可回收煤炭資源約1.5萬噸。

（3）東部采空區和東部工作幫自燃的煤層，面積較大，且與周邊落差高達12米。由于火區自燃時間長，很多地方已經燒空，再加上東部距離坑下水區太遠，直線距離達800多米，而且沒有道路，設備無法近距離施工，不能對火體進行挖除。對治理區域采取覆蓋10米黏土，并用挖掘機和鏟車等設備進行碾壓，對火區進行封閉，徹底隔絕氧氣，避免復燃。同時對采場東部滑坡區進行治理，防止治理過程中出現滑坡事故和后期擠壓火區覆蓋層，產生裂隙，再度引發煤層自燃。

5 總結

通過對煤層自燃進行預防和治理，即減少了資源的浪費，提高經濟效益，有利于煤礦周邊生態環境建設，能達到保護地面永久設施、徹底熄滅火災、回收煤炭資源、保護草原生態環境，實現既要金山銀山又要綠水青山的目的。

參考文獻：

[1]劉世鋒.勝利東二號露天煤礦煤層自燃原因探究及防治措施[J].露天采礦技術，2016，31（11）：70-72.

[2]馬海明，馬志飛.煤層自然規律及火區探測技術研究[J].陜西煤炭，2009（01）：67-68.

作者簡介：孫揚（1978-），男，山東滕州人，本科，助理工程師，研究方向：煤礦開采技術。