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煤矸石山自燃防治对策分析1.西山煤电（集团）有限责任公司2.山西绿巨人环境科技有限公司摘要：煤矸石山由于结构与成分的特点，很容易出现自燃问题，煤矸石山自燃不仅影响了煤矿开采的安全，也造成了一定的经济和生态损害，需要引起格外的关注。
煤矸石山的自燃发生与煤矸石的空隙结构、空气吸附、氧化反应等都存在密切的联系，因此在进行自燃防治工作时需要关注其自燃原理的分析，合理的探讨防火灭火方式，并且注意通过生态修复的方式帮助煤矸石山恢复良好的生态条件，减少自燃问题的发生。
关键词：煤矸石山；自燃防治；对策煤矸石是煤矿生产中的常见固体废物，具有一定可燃性，而煤矸石山是煤矿开采过程中煤矸石堆放的产物，会对周边的生态环境产生一定负面影响，同时也很容易出现自燃问题，威胁周边环境安全，造成不良后果，因此煤矸石山的自燃防治工作是必须要考虑的问题。
在煤矸石山的自燃防治当中，良好的防火灭火技术应用能够比较有效的对其自燃情况进行处理，保证煤矸石山的安全性，而生态修复的基本原理，根据煤矸石山的特点进行生态修复，治理其生态环境的同时，有效控制煤矸石山的自燃问题。
因此，应该重视煤矸石山的治理与管理相结合，增加山体植被绿化面积，重构山体环境等，做好生态修复工作，有效解决其自燃问题的同时，通过生态修复改良其环境条件[1]。
一、煤矸石山自燃分析1、煤矸石分析煤矸石是煤炭采集和洗选过程中的常见产物，在煤矿开采过程中煤矸石的数量较多，一般包含煤层中夹矸、煤层顶底板以及掘进石巷道的岩石。
煤矸石是当聚煤盆地发生沉降变化时，泥炭在地质作用下形成的产物，煤矸石通常为煤炭开采中夹杂的泥岩和砂岩，以及建井过程中的混合岩体。
煤矸石根据其来源、岩性、风化程度等可划分为不同类别，不同类型的煤矸石在特点上也有一定区别，比如有易风化矸石、不易风化矸石等，在进行煤矸石的处理中也需要结合具体情况进行分析[2]。
2、煤矸石山自燃原理分析煤矸石山是煤矸石堆积而成的产物，其内部具有较大空隙，并且随着煤矿的开采进行，空气和降水也会深入煤矸石山内部代入更多的氧元素。
煤矸石自燃管理制度一、管理制度的必要性1. 煤矸石的自燃特点煤矸石中富含有机质和硫化物等易燃成分，当遇到氧气和潮湿环境时，易发生氧化反应，产生高温和火苗，引发自燃现象。
自燃引发的火灾不仅会造成矿区设施和设备的损失，还会危及人员的生命财产安全，给矿区生产和经济发展带来严重影响。
2. 保障矿区安全生产矿区是生产场所，安全生产是企业的生命线。
有效管理煤矸石的自燃问题，可以减少火灾发生的可能性，维护矿区的安全稳定，保障人员的生命财产安全，促进矿区的健康发展。
3. 法律法规的要求我国《矿山安全规程》等法律法规对矿区安全生产提出了具体要求，要求矿区建立完善的安全生产管理制度，有效防范和控制矿区火灾等重大安全事故的发生，保障矿工的生命财产安全。
二、管理制度的内容1. 煤矸石的分类与管理根据煤矸石的性质和成分，将其进行分类管理，制定相应的存放、运输、处理方案。
对易燃、易自燃的煤矸石要加强监管和控制，避免自燃风险的发生。
2. 安全防护措施矿区要配备足够的消防设备和器材，确保安全生产环境的消防设施完善齐全。
设立专门的消防队伍，定期进行消防演练和培训，提高消防应急处置的能力。
3. 安全监测与预警矿区要建立煤矸石自燃的监测系统，实时监测煤矸石的温度、湿度等参数变化，及时发现异常情况并进行预警处理。
定期进行煤矸石堆场的巡视检查，及时发现并排除安全隐患。
4. 火灾应急预案制定煤矸石自燃的火灾应急预案，明确各部门的职责和分工，建立火灾事故的报警、报告和处置流程，提前做好应急准备，有效应对各类火灾风险。
5. 安全管理责任制明确领导责任、部门责任和个人责任，建立健全煤矸石自燃管理的责任制度。
加强对矿区人员的安全教育和培训，提高员工自我防护意识和安全生产意识。
6. 安全检查与评估定期进行煤矸石自燃风险评估和安全检查，发现问题及时整改。
建立煤矸石自燃风险管控机制，不断完善管理制度，提升矿区的安全管理水平。
三、管理制度的实施与落实1. 制度宣传与培训通过会议、宣传栏、培训班等方式，向矿区员工宣传煤矸石自燃管理制度，确保员工了解相关规定和要求，增强管理制度的执行力度。
煤矿及金属矿矸石山治理技术要求及管理规定1 适用范围1.1 本规定适用于煤矿及金属矿矸石山。
1.2 各电厂贮灰场治理，严格按照国家有关规定和技术标准执行。
2 矸石山选址适宜性要求2.1 选址应符合相关规划、国家有关标准、地理位置、水文地质、气象条件、交通条件、土地利用利用现状、运输距离等因素，建设单位要制定至少两个矸石山选址方案，报公司比选后确定最终场址。
2.2 选址应符合当地城乡建设总体规划及国家有关标准的要求。
2.3 应选在工业区和居民集中区主导风向下风侧，场界与居民区的距离，应通过环境影响评价确定。
2.4 禁止选在生活饮用水源保护区内、生态保护红线范围内、行洪河道内和其它需要特殊保护的区域。
2.5 应处于相对稳定的区域。
应避开断层、断层破碎带，天然滑坡或泥石流影响区；应选在满足承载力要求的地基上，以避免地基下沉的影响，特别是避免不均匀或局部下沉的影响，不宜选在沉陷不稳定的采空区之上。
2.6 不宜压占地下煤炭资源。
—12.7 不应选在煤层露头或煤层赋存深度小于10米的地方，不得选在采空区上方有漏风的范围内，与进风井口的距离不得小于80米。
2.8 优先选用运输距离短、筑坝工程量小、管理方便、汇水面积小、土源充足、有足够库容的沟壑。
3 矸石山设计要求3.1 矸石山要有专业设计，并履行环境影响评价等手续。
3.2 矸石山要因地制宜设置堤、坝、挡土墙、拦矸坝，排水系统，防粉尘污染的设施。
3.3 场址的标高应位于重现期不小于50年一遇的洪水位之上。
3.4 排矸道路设计，原则上利用矸石做路基。
3.5 对含硫量大于1.5%的煤矸石，应采取措施防止自燃。
3.6 要按照GB5086规定的方法对煤矸石进行浸出实验，属于GB18599所定义的第Ⅱ类一般工业固体废物的，矸石山设计时地基应采取防渗透措施。
4. 矸石山堆放技术要求4.1 煤矸石分层堆放、压实覆土。
要按设计边坡角度，采取“由里向外、自下而上、分层碾压、黄土覆盖”的方式堆放矸石，防止出现自燃和爆炸。
煤矸石自燃及防治措施分析煤矸石自燃及防治措施分析摘要: 煤矸石的自燃对生态环境和人类的安全健康都具有不良影响，通过对煤矸石的组成成分、自燃的条件及特征等的探索，提出对煤矸石自燃的灭火技术及防治措施。
关键词: 煤矸石；自燃；条件；特征；灭火技术；防治措施。
0 前言煤矸石是采煤和洗煤过程中的排弃物，通常占采煤量的15% ～20%。
煤矸石山对环境最大的危害除占地外就是自燃。
自燃时释放出大量CO 、S H 2、2SO 等有害气体，严重污染周围大气环境，危害人们身体健康。
在人们环保意识不断提高、环保问题备受关注的今天，如何防治煤矸石自燃，就显得尤其重要。
1 煤矸石的岩相特征及化学组成特征煤矸石的岩相特征煤矸石主要是由炭质泥岩、泥岩、粉砂岩、砂岩等岩石组成的混合物，属于积岩。
部分煤矸石结构较为致密，呈黑色，自燃后呈浅红色，结构较疏松。
煤矸石的主要矿物成分有高岭石、蒙脱石、长石、伊利石、方解石、黄铁矿、水铝石和少量稀有金属矿物等组成，元素组成多达数十种。
1 .2 煤矸石的化学组成特征煤矸石的化学成分随其地层岩石的种类和矿物组成不同而变化，煤矸石的主要化学成分有2SiO 、32O Al 、32O Fe 、CaO 、MgO 及少量2FeS 等。
其中2SiO 、32O Al 的含量是影响煤矸石潜在活性的主要因素，其含量越多，煤矸石活性越高，2FeS 及其他含S 化合物的量越多，越有助于煤矸石的自燃。
2 煤矸石自燃机理煤矸石自燃的原因关于煤矸石自燃的原因，主要有硫铁矿氧化学说和煤氧复合自燃学说。
硫铁矿氧化学说是目前解释煤矸石自燃的主要理论。
它认为，煤矸石中的硫铁矿在低温下发生氧化，产生热量并不断聚积，使煤矸石内温度聚集，引起煤矸石中的煤和可燃有机物燃烧起来，从而导致煤矸石自燃。
而煤氧复合自燃学说则认为煤矸石中通常夹带着10 %～25 %的碳质可燃物，在常温下，煤矸石中的煤(尤其是镜煤和丝炭)会发生缓慢的氧化反应，同时放出热量，当热量聚积到一定温度时，便可引起可燃物自燃，从而导致矸石山自燃。
煤矸石山的综合治理煤矿矸石山的地理特点及物质组成，遵循“因地制宜、综合治理，整体规划、分步实施，合理布局、加快建设”的方针，考虑到煤矸石自燃、风化和淋溶的必要条件，采用黄土和石灰乳混合注浆灭火、消矸护坡、黄土覆盖，复垦种植，导排雨水，大力推广采用新型环保材料（生态垫）的应用，对煤矸石等固体废弃物进行无害化处置；提出科学合理、切实可行的治理方案，实现以害治害，变害为利的目的，取得双重环境和经济效益。
1、放缓坡度。
在我公司各单位矸石山周围有村子，首先治理的就应该是矸石山的塌方滑坡问题。
如果矸石山现在堆放坡度超出30°，会时常出现滑坡塌方现象。
矸石山的治理首先是对矸石山的坡面坡度进行消减工作，由上至下推散矸石，将现状坡度消减为30°以下，稳定坡面，修建马道，便于机械施工，建筑挡墙，防止矸石塌方。
在马道内侧设置一条排水沟，用以排除矸山石上的雨水，马道排水沟之间由边坡导流渠串联起来，最终将雨水汇集到位于矸石山东面的古城子河排走。
矸石堆场中的各条马道由一条贯穿其中的上山道路连接，使得施工及维护机械能够通过马道行驶到堆场中。
2、分层碾压。
将过去的自上向下自然倾倒排的矸石改为由下向上分层碾压，自下而上沿荒沟从底部分层往上回填矸石，排放过程中标高每升高5～10 m 建造一个台阶（分为一层），并用推土机将矸石推平压实，即边填边压，压实后喷洒石灰水，覆盖黄土。
见图1。
3、黄土覆盖。
对发生自燃的矸石进行灭火，堆散高温矸石，使其暴露于表面，促使其降温。
针对煤矸石自燃问题，可以采用黄土碾压覆盖为主，辅以局部注浆的综合性灭火方法，即采用局部灌浆、填实孔隙、固化碎块的简便易行方法。
黄土覆盖压实法是在自燃矸石山表面铺土压实，以隔绝空气进路，使自燃矸石内部空气耗尽后熄灭。
配以改变矸石坡度、堆散高温矸石促使降温，自燃现象能得到有效控制。
根据煤矸石山表面风化程度的不同，在种植之前，应采取适当的覆土措施，按覆土的厚度不同，可分为不覆土直接种植、薄覆土、厚覆土。
矸石山灭火技术方案全套资料(全套资料，可以直接使用，可编辑优秀版资料，欢迎下载）矸石山灭火技术方案矸石山灭火技术方案根据矸石山应急救援预案、矸石山事故现场处置方案应急组织及职责，当矸石山发生自燃时事故现场有关人员根据可能发生的事故及现场情况，及时向本单位值班人员及调度室汇报,根据事态发展情况，在矿长的指导下，启动相应应急预案。
一、矸石山自燃，灭火工作,应严格遵循尽早进行的原则，加强平时对矸石山外表、山体情况的观察，坚持好自燃预警管理制度,定期搞好隐患排查工作,加强特殊季节、特殊天气期间对矸石山的管理工作，出现灾情应根据现场的实际情况,积极组织人力、物力，控制火势发展，可用沙子、黄土、干粉、手雷泡沫等直接灭火。
二、矸石山自燃事故发生后,现场作业人员应及时向单位负责人及调度室汇报，立即停止作业,采取相应的应急措施,设置警戒线，撤出警戒线内的所有人员，进行灭火作业时要组织专业灭火人员，并佩戴好防护用品，防止人员中毒，严格按照技术专家组确定的方案进行灭火.三、矸石山灭火工作宜采用先易后难、先上后下、由外向里的灭火策略，防止灭火过程中发生灾害性事故，矸石山自燃发火后矿长应组织专业人员首先对整个矸石山体进行一次全面检查,勘查后，根据现场实际情况采取相应措施,在处理过程中要始终坚持以人为本的安全理念，防止二次灾害发生.四、大雨和暴雨天气严禁灭火作业，大雨和暴雨天气矸石山发生灾害时,矿应组织有关专业人员设置警戒线，对整个矸石山区域进行封闭，禁止他人误入。
五、矸石山自燃严禁用水直接灭火,不宜采用大规模开挖方式灭火，如决定采用该方式灭火，要采用循序渐进向里开挖，逐步释放存在矸石山内部的可燃气体,防止阴燃区爆露后转成明火，点燃积存在内部可燃气团。
六、完成灭火后的矸石山，必须组织有关人员进行验收,并对采取安全措施和生态恢复措施，防止自燃再次发生。
贵州万海隆矿业集团股份甘家沟煤矿矸石山综合治理设计方案甘家沟煤矿2021年 12月12日会审人员签字矸石山综合治理设计方案摘要：本文从甘家沟煤矿煤矸石山堆积现状出发，通过采用摊矸放坡、浇筑挡墙、设置栅栏、黄土覆盖、植被绿化的方法对矸石山进行综合治理。
矸石山矸石自燃事故应急措施煤矿企业进行生产留下大量的煤矸石，这些煤矸石聚集在一起能自燃，甚至能爆炸，它的存在不仅对土壤、水、空气都造成了污染，还会占压土地，扰动周围土地, 影响到水土的保持。
大量堆积的煤矸石，不仅影响煤矿工人的身体健康，也是煤矿地区严重的安全隐患，由于煤矸石造成的环境污染、水土扰动与采矿区周边村庄可能发生纠纷，形成了矿山地区一个极不和谐的因素。
因此无论是安全生产、环境保护，还是社会和谐发展，都需要对煤矸石进行合理、规范、经济的治理和利用。
一、本矿井矸石产量本矿兼并重组后掘井矸石产率为2%，1.8 万吨；地面手选矸石为4%， 3.6 万吨。
合计产率 5.4 万吨。
二、矸石填埋选址依据环评报告书对煤矸石进行填埋处理。
拟选矸石场位于工业场地东500m的荒沟内（原环评所选矸石场），距最近村庄大峪村在 1.0km 以上。
该场地总体呈西北—东南走向，西北高，东南低，长约200m，宽约100m，深约20m，计算可堆存矸石约43 万吨。
三、本矿井矸石自然分析结论附近煤矿和本矿多年来生产实践表明本井矸石自燃的可能性较小。
加之评价提出拟在冲沟内分层、覆土、压实堆臵，由于该沟为盲沟，沟内气流流动性差，再加上覆土压实，更加阻止了矸石堆内部气流流动，因而自燃可能性极小。
四、保护措施:⑴安全性措施：沟口随矸石推存高度修筑护坡; 分层推存、压实处理。
⑵绿化防尘措施：为减少矸石扬尘污染影响，在矸石沟两侧坡顶及沟口设臵绿化林隔离带，宽度不小于20m，树种选择当地适宜生长的植物，并注重高、矮间错。
矸石要覆土、复垦、绿化。
⑶工程措施：主要包括护坡工程、绿化工程及矸石处臵（分层、压实及覆土）等内容。
⑷道路措施：对矿井工业广场与矸石场之间的土路进行改建，路面全部硬化，并对道路两侧要种植绿化带和排水沟，道路经常清扫洒水，保持路面干净，从而减少排矸石途中的扬尘污染。
⑸管理措施：制定专人负责矸石推存及有关事宜；为防止企业生产过程中矸石堆存的随意性，矿环境管理部门应进行定期检查，对有关不符合要求的状况及时指出，并要求整改。
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，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4.5～7m之间，燃烧所发生的位置距矸石山表面2～2.5m，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。
科技成果——酸性自燃煤矸石山原位治理与生态修复一体化技术适用范围酸性自燃煤矸石山原位治理与生态修复一体化技术适用于煤矸石山治理。
煤矸石排放已达58亿吨，形成了4000余座矸石山，其中1/3为酸性自燃矸石山，今后还以每年3.5-7亿吨的速度递增（矸石排放占煤产量的10-20%）。
由于煤矸石综合利用率较低，酸性矸石难以利用且污染环境，因此该技术具有很好的推广应用前景。
技术原理煤矸石山自燃的主要原因是由于硫铁矿的氧化产酸、产热，其中氧化菌的催化氧化和空气的存在是最主要的驱动力，利用专性杀菌剂杀死氧化菌抑制氧化、并用还原菌抑制氧化过程、采用惰性材料覆盖碾压隔绝空气，实现很好的防火；通过科学的诊断表面温度场和深部着火位置，采用表面喷浆和深部注浆相结合的灭火方法，再覆盖适宜的植被生长介质和采用植被恢复技术，实现酸性自燃煤矸石山的原位治理和生态修复。
关键技术1、煤矸石山酸性和自燃诊断技术：提出用净产酸潜力（NAP）取代传统的pH诊断煤矸石真实酸性的方法，研发了基于表面温度场测量的深部着火位置诊断技术。
2、抑氧隔氧防火技术：发明了集氧化菌专性杀菌剂、硫酸盐还原菌和覆盖碾压防火层为一体的防火方法与材料。
3、浅层喷浆与深部注浆相结合的综合灭火技术：摒弃用水灭火的传统做法和单一灭火措施，将绿化整地和覆压阻燃防火等技术与注浆灭火技术有机融合，提出了采用“从上向下、推散火层、局部注浆、斜坡压实、封闭覆盖”的灭火新工艺，革新了注浆材料。
4、植被恢复技术：构建防火层+生长介质层两层植被恢复型土壤剖面结构，提出了以灌木草本为主、少用乔木的灌草防燃型植被群落配置模式和适宜的种群。
5、提出了煤矸石山自燃综合治理技术新工艺：即以立地条件调查及诊断为基础、防灭火措施为核心、植被恢复为关键、整地为纽带，重点将整地、防灭火措施和植被恢复三者相耦合，确定了各工序的时空衔接。
技术流程本工艺技术主要包括监测诊断、防灭火和植被恢复三个工艺单元。
主要技术指标表面温度异常的空间定位精度在0.02cm-0.15m，深部着火位置点预计偏差在0.15m-0.5m；植被覆盖率为70%以上；5年复燃率小于15%。
预防煤炭和矸石自燃发火安全技术措施概述煤炭和矸石的自燃发火是在储存、运输和加工过程中经常遇到的安全隐患。
为了有效预防和控制煤炭和矸石的自燃发火，保障生产安全，必须采取一系列的安全技术措施。
本文档将介绍预防煤炭和矸石自燃发火的安全技术措施。
储存安全堆场设计在进行煤炭和矸石的堆场设计时，应根据物料性质和堆场容量合理进行规划和布置。
堆场应远离火源、易燃物和高温区，并且应保证堆场内足够的排水和通风条件，以降低自燃发火的风险。
分区管理对于储存的煤炭和矸石，应划分为不同的区域，并且根据物料的自燃性和危险性采取相应的措施。
例如，将易燃物与不易燃物分开储存，减少自燃的可能性。
湿度控制煤炭和矸石的自燃易受湿度的影响，因此应控制其湿度。
可以使用覆盖材料或喷水等方式，保持煤炭和矸石的湿度在安全范围内。
运输安全包装和容器选择在煤炭和矸石的运输过程中，选择合适的包装和容器是非常重要的。
包装和容器应具有防潮、防火和防爆破的功能，并且能够抵抗外部冲击和挤压。
车辆保养运输车辆的保养是预防自燃发火的关键。
车辆应定期进行检查，确保油箱和引擎的密封性良好，并且排除任何可能导致燃料泄漏的问题。
定期检查在运输过程中，应定期检查煤炭和矸石的状态和温度。
如果发现异常，应及时采取措施，避免事故的发生。
加工安全通风系统加工设施应配备良好的通风系统，以及监测和报警装置。
通风系统能够有效排除积聚的可燃气体，并保持加工区域的温度在安全范围内。
温湿控制在加工过程中，应控制煤炭和矸石的温度和湿度。
可以使用冷却设备和加湿设备，确保物料的温湿度始终处于安全水平。
灭火器材加工区域应配备足够数量和种类的灭火器材，并定期检查和维护。
当发生火灾时，及时使用合适的灭火器进行扑灭，避免事故的扩大。
应急应对培训和演习为了应对煤炭和矸石自燃发火等意外事件，员工应接受相关的安全培训。
应定期组织应急演习，提高员工的应急能力和自救能力。
应急预案制定有效的应急预案对于控制和处理自燃发火事故至关重要。
煤矸石（煤矸山）挖方路基处理关键技术摘要：针对煤矸石（煤矸山）自燃、松散、环境污染的特性，会对生态环境和人类的安全健康产生不良影响，研究煤矸石路基治理措施, 通过施工现场实操工艺验证,改进钻孔方式、封闭措施、注浆工艺，提高了煤矸石路基的处理效率,也有效避免研石山灭火后的复燃。
关键词：煤矸山注浆灭火自燃0引言煤矸石是采煤和洗煤过程中产生的排弃物，—般煤矸石综合排放量占原煤产量的15%～20%,其自燃时产生的大量CO、H2S、SO2等有害气体,对周围的生态环境造成严重污染,雨水季节时,矸石中的有害成分会在雨水流经研石山时随其一并渗透到地下,污染了当地的水环境和土壤环境。
如何高效快捷治理矸石山，同时防止灭火不彻底矸石山复燃情况的发生,保证路基安全快速施工，要求治理者必须根据矸石山的特性选择最适当的最快捷适用的施工工艺。
1煤矸石特性研究文献并结合从山西阳泉阳煤集团五矿了解到的情况，煤矸石存在自燃、松散、环境污染等特点，对施工安全和质量存在影响，具体如下：1.1自燃特性引起矸石自燃的因素很多，目前的研究结果表明：硫铁矿结核体是引起矸石自燃的决定因素，水和氧气是矸石自燃的必要条件，碳元素是矸石自燃的物质基础。
煤层中全硫含量，是由硫铁矿、有机硫和硫酸盐硫所组成，其中硫铁矿硫和有机硫是可燃硫，尤其是硫铁矿硫是缺氧还原环境中生成的，赋存于煤层及煤系地层中，成结构和结晶状态，未开采前埋藏于地下，隔绝空气，难以氧化，出井排放后，矸石经过大面积接触空气而氧化，同时放出大量的热，硫铁矿的燃点仅为280℃，所以易引起自燃，从而引起其它可燃物的燃烧。
氧是煤矸石自燃不可缺少的条件，只有供给氧才能产生自燃，供氧量的多少，直接影响燃烧程度的大小。
水也是加速矸石自燃的一个重要条件，由于水的存在，硫铁矿才能产生硫酸溶液，并产生大量的热，从而促进自燃。
另外，矸石处理场其他可燃物如煤、木头等是使燃烧扩大、蔓延的必要条件。
因此，除含硫量之外，矸石处置后是否自燃，还可以从可燃成分、通风状况、氧化蓄热条件、堆积处理方式等方面来评价。
阳泉矿区煤矸石山自燃治理技术 专业:采矿工程 学生：艾德昊 指导教师：李剑
摘 要 煤矸石即采煤过程和洗煤过程中排出的废弃物，大量的煤矸石长期露天堆放 不加处理，不仅会引发崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害，煤矸石中含有的硫还会引发自燃，产生大量烟尘并释放出有害气体，对环境及人身安全的危害极大。虽然国外对煤矸石山自燃的治理研究开展了大量的研究工作，也取得了很好的效果，但是有些方法也属于探索阶段，且各国煤矸石的成分及物理力学特性不尽相同，地理位置差异很大，不能将国外的治理方法直接应用到我国煤矸石山的治理中。针对煤矸石山煤矸石自燃机理的研究现状，这方面的研究还没有形成比较完善的 理论研究体系，目前还处于试验积累资料阶段，同时，对于煤矸石山边坡稳定性 问题尚存在诸多难题，因此，对煤矸石山自燃的预防和治理以及山体稳定性进行 研究是必要的。 根据大量的研究数据和理论成果，探讨了煤矸石山自燃的机理与治理方法，结合桑树坪煤矿煤矸石山综合治理工程，对自燃治理方法及山体稳定性进行了研究。室内和现场试验表明，采用注浆灭火工艺时，在粘土中添加一定比例的石灰作为注浆灭火材料有较好的灭火效果，得到了粘土与石灰配制的浆液的浓度和控制比例，工程实践表明浆液具有良好的稳定性和流变性，为其它类似煤矸石山自燃治理工程提供了参考。为了准确评价桑树坪煤矸石山的稳定性，利用有限元分析软件 ABAQUS 对桑树坪煤矿煤矸石山的边坡进行了稳定性分析，确定了山体边坡的潜在滑裂面位置及其对应的最小安全系数，为了保证边坡的稳定性，采用改变边坡几何形状并在滑裂面底部位置修建挡土墙的方法进行加固，有效的提高了山体的安全性。 关键词：煤矸石；自燃；注浆灭火；；治理 1.矸石的危害 煤炭作为一次性能源，在我国能源构成比例中占 74%左右，直接影响到国民经济
的发展，但是矿产资源开发过程中形成的废弃物所引起的一系列生态问题也是环境与发展的焦点，在煤炭开采及加工过程排放出的煤矸石，是目前排放量最大的矿业固体废弃物之一。据统计，煤矸石的排量占煤炭产量的 10%～30%，而 我国煤矸石每年的排量约为 1.5 亿～2.0 亿 t，这给矿区及其周边的环境造成了严重的破坏。 在我国，煤矸石的处理方式主要是露天堆放，顺坡填沟，绝大多数排放于荒野高山之中，据统计我国国有重点煤矿现有矸石山1600 多座，并且随着煤炭工业的发展而以每年 10%的速度增加。大量的煤矸石长期露天堆放不加处理，不仅侵占了大量耕地资源，破坏生态平衡，而且矸石山经降水淋溶后浸出的有害物质还会严重污染地下水源和江河地表水，致使人畜不能饮用，更不能用于灌溉农田；煤矸石堆放形成矸石山后，在暴雨或长期降雨天气时，可以引发滑坡和泥石流等地质灾害；矸石山还会引发沙尘暴，大量粉尘飞扬、悬浮于大气中，如果人类吸入肺中，会导致各种呼吸系统疾病的发生；除此之外，煤矸石中含有的硫会引发煤矸石的自燃，自燃后不仅产生大量烟尘，还会释放出大量有害气体，如二氧化硫、一氧化碳、硫化氢等，甚至还有爆炸的危险，这将严重危害人类身体健康，使植物枯萎死亡，对环境及人身安全危害极大[1-6]。 尽管关于煤矸石的综合利用研究及矸石山稳定性分析现阶段有所进展，但是 由于我国的特殊国情，煤矸石的利用率还很低，煤矸石山的综合治理也远远不够， 因此对煤矸石山的综合治理研究是我国急需进行的重要课题。通过研究可以有效 的预防煤矸石山堆积所导致的地质灾害的发生，及时对煤矸石山进行综合治理，防止矿区环境进一步恶化，保障矿区人民的身体健康，给矿区带来巨大的社会效 益、经济效益和生态效益，对于其它同类矸石山治理工程研究也可以提供理论依 据，具有重要的理论意义和实用价值。 2. 煤矸石山治理的研究现状 国内外目前对煤矸石山的治理研究的内容主要有以下几点：煤矸石山边坡的 稳定性研究；煤矸石山自燃的防治技术研究；针对煤矸石山自燃的灭火治理方案 研究；煤矸石山防污治理改造技术研究；煤矸石山绿化环境恢复治理研究等方面。 矸石山灭火治理方法主要包括挖出火源法、水力灭火法、包裹覆盖法、覆盖 灭火法和注浆灭火法等[13-18]，其中灭火效果最明显的是注浆法灭火，这种方法主 要是从含硫可燃物和通风供氧这两个条件着手，并充分利用阻燃、充填浆液中的 水降低深部区域煤矸石的温度，用泥浆、石灰浆包裹含硫可燃物、充填空隙，隔 绝氧气，以达到阻断燃烧、降温、灭火的目的，使得煤矸石不再具备燃烧条件。 美国、俄罗斯等工业大国对注浆灭火方法的应用较多，各国注浆灭火采用的 工艺参数也各有不同。顿巴斯矿业公司曾经将 5%的稀石灰乳用喷射器压入矸石 堆 2.5-3m 深处进行灭火。顿涅克工学院则是在注浆孔旁布置一个抽气管，在注浆 的同时，用真空泵抽出注浆孔注浆时所排出的高温水蒸气，将矸石山内部局部区域的气压降低为负值，有利于浆液的渗透[19]。捷克在进行煤矸石山坡面注浆时，下水平钻孔的上端位置要高于上水平钻孔的下端位置，减少了渗入山体内部的空 气。美国也曾在一座小型的煤矸石山上，先后应用了覆盖灭火法与注浆灭火法进 行灭火，采用覆盖灭火法的成功率仅达到 40%左右，效果不是很好，这种方法主要用于控制煤矸石山火势，而采用粉煤灰做注浆灭火材料灭火，取得了很好的灭火效果。张成梁根据大量的试验分析，将黄土作为浆液的主要原材料，并研究出了黄 土与石灰配制浆液的合理比例。同时，针对传统的注浆方法不能大规模灌浆灭火 的缺陷，研制出了一种特殊注浆管，并申请了“自燃煤矸石山隔氧灭火注浆管” 实用新型专利。他还在传统的覆土技术基础上提出了复层结构覆土，即在 30cm 黄土压实层上面覆盖 20cm 原状土壤，既可以封闭燃烧区，还能满足种植的要求[20]。 同时，国内外正在探索一些新的煤矸石山灭火方法，如控制燃烧法、泡沫法、 低温惰性气体法等。控制燃烧法是假设可以控制煤矸石的燃烧，将燃烧产生的烟 气进行净化，释放的热量则加以利用[18]。这种方法虽然比较新颖，但它存在的问题也比较多，一是无论采用什么方法控制煤矸石的燃烧，都无法使其达到完全燃烧的状态；二是排放的有毒烟气需要进行二次燃烧及其它处理方法加以净化；三是处理设备需进行防腐处理，使得成本增加。泡沫法是把灌浆和泡沫灭火结合在一起，先向火区灌浆，再注入泡沫灭火剂，以此隔绝氧气与吸收热量，降低煤矸石温度，缩短灭火时间，达到灭火目的。 对煤矸石山的治理可以得到良好的生态效益，有效的改善煤矸石山周围的环境，最直接的方法就是对其进行绿化，以植被绿化为主体的生态恢复方式，最大的特点就是投资少、见效快、处理量大。由于处理后的土地利用价值大大的提升， 因此还可以获得长远的经济效益。随着我国煤炭产量的不断增大，矿山环境治理与恢复工程在实践中遇到问题的会越来越多，所以，对于急需相关专家和学者展 开这方面的研究。 3. 煤矸石山自燃特征及影响因素 3.1 自燃所需的条件 煤矸石山的自燃现象，属于一种复杂的物理化学反应过程，反应发生必须具 备三个基本条件，即可燃物含量充足，氧气供应充足，蓄热条件良好并达到高于 维持燃烧的温度。 1.可燃物 煤矸石山中的可燃物主要是指硫化物、炭质岩、油页岩、残存煤及残余木料等，这些物质都会使煤矸石的自燃倾向性变大，极易发生低温氧化反应，导致煤矸石的自燃，它们存在的状态、含量的多少，会直接影响到煤矸石燃烧的速度、强度和规模。 可燃物中的硫是引发煤矸石自燃的一个重要因素，煤矸石中的硫的形态主要 包括硫铁矿、硫酸盐、单质硫和有机硫化物等四种。其中硫铁矿极易燃烧，我国煤矸石中硫铁矿含硫量占全硫量的 75%左右，它与煤共生或者伴生在煤岩裂隙中； 硫酸盐几乎不燃烧；单质硫虽然容易燃烧，但是在全硫量中的比例非常小；有机 硫化物可燃，但它常以-SH 和-S-S-等基团形式分布在煤基分子的多环结构中，存在于煤矸石的残存煤中。因此，煤矸石中的硫铁矿是导致煤矸石自燃的关键因素。 硫铁矿一般分为黄铁矿、白铁矿和磁铁矿等，黄铁矿（FeS2）是煤矸石中的主要成分，黄铁矿的燃点低，约为 290℃；耗氧量较小；还原性较强，在低温条件下极易与空气中的氧气发生一系列的氧化还原反应，并放出大量的热。尤其是在洗煤破碎过程中体积较大的黄铁矿，其自身的氧化外膜破坏后，比表面积变大，极易氧化自燃放热，使矸石山内部温度升高，当某一局部达到一定温度后，引发其他可燃物的燃烧，对于黄铁矿含量相对较大的氧化反应中，它可以加快反应速度和强度。 2.氧气供应 煤矸石自燃必须要有充足的氧气供应，才能保证可燃物的低温氧化反应的顺利进行。煤矸石山内部燃烧的氧气是通过煤矸石颗粒间空隙进入的，空隙的大小 和风速决定了煤矸石自燃的强度。 煤矸石的排放形式大多是自卸堆积，煤矸石沿斜坡的滚落具有一定的分选性，也称粒度偏析现象，即大颗粒的煤矸石滚落到山体底层，较细颗粒留在顶部，而中等粒度的则分布在山体的中部。因此，煤矸石山底部的透气性较好，具有良好的供氧通道，而顶部气体流通和热量散失速率较低。 3.蓄热条件与温度 从缓慢升温阶段到自动加速升温阶段时的温度称为煤矸石自燃的临界温度， 大部分煤矸石的临界温度在 80～90℃[21]之间。当煤矸石中氧化反应所释放出来的 热量不能够及时的散发到煤矸石山外部时，就会使得矸石山内局部温度急剧升高， 一旦达到煤矸石的临界温度后，煤矸石的氧化反应速度会迅速提高，很快进入自 燃状态。 煤矸石山的表层煤矸石氧化后，产生的热量很难蓄积下来，局部温度达不到 临界温度，煤矸石中的可燃物很难自燃。但是在表层 3m 以下深度处，即使氧化 条件较表层差，但氧化反应释放出的热量可以保存并蓄积起来。氧化反应中，以 硫铁矿为主的硫化物，经微生物的催化作用，在有水和空气的条件下首先发生氧 化反应，并释放热量： 4FeS2+15O2+2H2O 催化剂 2Fe(SO4)3+2H2SO4 （2-1）
