新疆煤田火灾及其治理技术

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剥离平整工程量的确定:Q剥=L·S平,式中:Q剥为 火区内剥离平整工程量(m3),L为火区内燃烧煤层走向长度 (m),S平为火区内沿煤层倾向剥离截面面积平均值(m2 )。 4.2 注水
注水的目的是为了置换火区热量,起到降温灭火的作 用。往往采用裂隙、鱼鳞坑和钻孔注水相结合的方法进行。
注 水 量 的 确 定 : Q水 =(K1+K2) × L×S×(1+K), 式 中:Q水为火区注水量(m3),L为火区沿燃烧煤层走向的长度 (m),S为火区内煤层倾向上温度异常体截面平均面积(m2), K为水的流失系数,一般取0.05~0.20,K1 为 第 一 注 水 系 数,K2为第文字记载煤田火灾的是距今两千年前的 《水经注》,记载了当时新疆南疆地区库车一带山区煤田 正在燃烧的景象。西游记里的“火焰山”就在新疆的吐鲁 番地区,其实就是煤田大范围剧烈燃烧而形成的。
迄今为止,新疆共进行了三次煤田火灾的普查工作。 1981年,国务院九人专家组依据历年来提交的煤田地质勘 探报告,统计和划分了新疆42块煤田火区,这是新疆历史 上的第一次煤田火区普查工作。此次普查工作确定了首批 治理的五大重点火区。1995~1997年对新疆煤田火区进行 了第二次普查,在普查结果的基础上编制了《新疆煤田火 区治理规划》,确定新疆共有35处火区,其中8个重点火 区和27个一般火区。2007~2008年对新疆四个煤电、煤化 工、煤焦化基地、13个重点矿区、11个一般矿区和3个煤 炭资源保护开采储备区进行了第三次煤田火区普查工作, 从普查结果来看,目前新疆有49处煤田火区,与第二次火 区普查相比,新增火区22处。 2 新疆煤田火灾的发火原因及危害
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中国西部科技 2011年02月(上旬)第10卷第04期总 第237期
火成本,同时能够最大限度降低灭火施工对火区周边生态 环境的破坏。在近十年的煤田火灾治理过程中,我们不断 总结煤田火灾治理的实践经验,采纳多年来的技术和科研 成果,对原有灭火技术进行了修改和完善,形成了目前的 煤田火灾防治技术。 4.1 剥离平整


新疆煤田火灾及其治理技术
张勇
(新疆煤田灭火工程局,新疆 乌鲁木齐 830063)
摘 要:新疆的煤炭资源十分丰富,煤田火灾也十分严重。本文介绍了新疆煤田火灾的历史、现状、发火原因及其危 害,阐述了新疆对煤田火灾的治理过程及最新防治技术。 关键词:煤田火灾;治理;技术 DOI:10.3969/j.issn.1671-6396.2011.04.001
剥离平整的目的是剥除火区露头火源及部分烧变岩, 对火区进行斜坡化处理,使火区表面形成一个具备覆盖条 件的场所。
剥离有机械剥离和爆破剥离两种方法。剥离施工前, 必须对地表高温区进行注水降温,并对浅部空区进行爆破 处理,使火区满足剥离条件,保证施工安全。剥离平整后 的火区地表坡度小于15°,或斜坡化形成阶梯地形。火区 地表裂隙被填平。火区外推15m的正常区地形必须满足覆盖 要求。
注浆的目的是为了封闭火区裂隙,惰性充填材料经搅 拌机充分搅拌并过滤后通过地表、鱼鳞坑、裂隙或钻孔注 入火区,使之形成空间多层密封堵漏帷幕,从而切断火区 供氧通道。
注浆系统一般由供水系统、供料系统、制浆站、输浆 系统、钻孔(自然裂隙区,人工鱼鳞坑)等组成。有静压注 浆和压力注浆两种注浆方式。注浆原则是先注水,后注 浆;先外围后中心;浆液先稀后稠;间歇性注浆。注浆材 料不含可燃及助燃材料,直径不大于2mm,小于1mm应占 75﹪,含砂量适中达到25﹪~30﹪。一般采用黄土,必要 时可用其他材料。泥浆水土比一般为8:1~3:1。注浆量计 算公式如下:
K1=[2214.82( T-100) ]/[4186.8( 100-t0) +2256685]K2=[0.529( 100-t)]/[50+t/2-t0], 式 中 : T为 火区岩石平均温度(℃),t为灭火设计降温温度(℃),t0 为 供水温度(℃) 。
注水施工应采用先高温区后低温区的顺序,为保证水 的充分汽化,应采用分散、间歇、交替注水。火区内煤、 岩及气体温度在停止注水48小时稳定在100℃以下并无上升 趋势时,方可最终停止注水。 4.3 钻探
新疆对煤田火灾的治理主要采用剥离平整、注水、钻 探、注浆、覆盖的综合灭火方法。实践证明,采用这种综合 灭火方法不仅能有效地治理煤田火灾,还可以大幅度降低灭
收稿日期:2010-12-07 修回日期:2010-12-29 作者简介:张勇(1970-),男,硕士,高级工程师,现任新疆煤田灭火工程局安全技术处处长,主要从事煤田灭火安全生产和施工技术 管理工作。
钻探的目的是开凿向地下深部火源或高温煤岩体注水 注浆和测温采样的通道。
钻探分为探火钻孔、灭火钻孔和观测钻孔三种;探火 勘探线应与物探线重合;探火钻孔布置以物探成果为指 导,沿煤层倾向布设2~3个钻孔,其中一个钻孔应布设在 正常煤层中,按先浅后深的顺序安排施工, 探火孔可作为 灭火孔或观测孔使用。灭火钻孔线间距15~30m,孔间距 10~25m;火源中心必须布设观测孔,观测钻孔间距50~ 80m,可保留已完成注水,但没有注浆的灭火孔或者探火孔 作为观测钻孔;探火孔终孔位置一般应在燃烧煤层底板下 部5~10m;灭火孔终孔位置一般应在燃烧煤层顶板上部5~ 20m。钻孔孔径(73~127mm)。钻孔套管除孔口为实管外其 它均为筛管。探火钻孔采用全孔或分段取芯,灭火钻孔、 观测钻孔可不取芯。 4.4 注浆
新疆的煤炭资源十分丰富,预测储量2.19万亿吨,居 全国首位。煤田火灾也十分严重,不仅烧毁了宝贵的煤炭 资源,同时对环境等其他方面也形成了严重的破坏。新疆 自1958年开始对煤田火灾的治理工作,目前对煤田火灾的 治理主要采用剥离、注水、钻探、注浆、覆盖的综合灭火 方法。 1 新疆煤田火灾的历史及现状
造成的。 煤田火灾不仅烧毁了宝贵的煤炭资源,同时对环境等其
他方面也形成了严重的破坏,其危害主要有以下几个方面: (1)煤田火灾损失了大量宝贵的煤炭资源。新疆每年白白 烧掉数百万吨煤炭资源,本身就是重大的经济损失。(2) 破坏了大气环境。煤田火灾中煤的燃烧释放出大量的有害气 体和粉尘,这些生成物,在低空造成有害气体严重超标,在 中空对流层形成大范围的酸雨,在高空破坏了臭氧层。 (3)破坏了土壤和植被。因煤田火区燃烧,地表形成大片 焦土和烧变岩,同时形成大范围的地面裂缝和塌陷坑。火区 上部寸草不生,造成土壤的荒漠化。(4)破坏了水资源。 煤炭中的金属和非金属元素经高温燃烧造成酸碱性化合物, 对火区附近的地表水和浅层地下水造成污染,污染了水源, 改变了水质。 3 新疆煤田火灾治理过程
Q浆=K′×L×S×n 式中:Q浆为注浆量(m3),K′为注浆备用系数,一般 取1.05~1.20,L为火区沿燃烧煤层走向的长度(m),S为 火区内煤层倾向上温度异常体截面平均面积(m2),n为煤 层上部烧变岩体孔隙率,一般取0.05~0.20。 注浆施工时必须具有防止跑水,跑浆和防冻等安全技 术措施;制浆站每2小时测定泥浆浓度一次,并随时进行抽 样检查。对每个注浆孔保证完成设计注浆量,塌陷区裂隙 基本充填,火区处于完全封闭状态后停止注浆。 4.5 覆盖 覆盖目的是通过向火区地表铺设一层黄土等具有一定 密实性的惰性材料,起到密闭火区、抑制火风压和隔绝氧 气的作用。 覆盖材料厚度计算公式如下:D=D1+D2,式中:D为覆盖 材料厚度(m),D1为自燃极限风量计算的单位面积覆盖厚度 (m)。 D1=K0Hf/μq,式中:q为单位面积烟气流量(m3 /m2 · s),取1.67×10-4m3/m2· s;K0为多孔介质的渗透率,可根 据经验取值或通过实验测定;Hf为火区火风压(Pa);μ为 流体的动力粘度系数(Pa·s),可取空气的动力粘度系 数 。 D 2为 一 年 内 抵 抗 自 然 剥 蚀 作 用 所 要 的 覆 盖 层 的 厚 度 (m)。(经验取值:0.5~2.0m) 覆盖工序为:采运→平整→压实→修防洪堤→恢复植 被(适用于具有植被生长条件的区域)。覆盖区厚度达标 率在95%以上。覆盖区普遍压实。覆盖区内无芒硝、硫 磺、煤焦油附着和返潮现象出现。 新疆的煤田灭火工作经过艰苦努力虽然已经取得瞩目 成就,但从第三次火区普查最新结果看,全区还有49处煤 田火灾,火区面积达992万平方米,年燃煤损失量达855万 吨,火区威胁储量477亿吨,年排放的有毒有害气体和烟尘 36万多吨,年释放的温室气体CO2达到1238万吨,灭火任务 仍然十分艰巨。 参考文献: [1] 煤田火灾灭火规范.国家能源局,2010. [2] 新疆第三次煤田火区普查报告[R].新疆煤田灭火工程局,2009. [3] 齐 德 香 .新 疆 煤 田 火 灾 的 危 害 及 其 防 治 [J].中 国 煤 炭,2005,31(6):34~36,51. [4] 新疆煤田火区普查报告[R].新疆煤田灭火工程处.,1996.
新疆煤田火灾的发火原因主要有以下几点:(1)地 质构造运动,让深埋地下的侏罗纪煤层逐渐抬升出地表, 并形成倾斜和急倾斜地层,暴露的煤层与空气发生氧化反 应,积热增温度达到燃点时自燃。 (2)历代小煤窑不规 范开采,也不采取有效的防火措施,煤层发火后,放弃小 煤窑,也不进行有效的防火密闭,火势逐步蔓延形成煤田 火灾。(3)部分地区为防止煤炭被盗采,人为点燃露头 煤层引发煤田火灾。(4)干旱少雨的大陆性气候,切割 强烈以及高落差的地形地貌,致使新疆的煤田火灾迅速的 蔓延。总体来说,新疆目前煤田频频发火主要是人为活动 造成的,火灾蔓延速度快主要是矿区自然地理和地质特点
新疆的煤田灭火开始于1958年,大致经历了三个阶段: 第一阶段从1958年至1983年,主要进行矿井火灾的治理,由 于财力有限,治理规模很小,灭火施工主要以人工为主,虽 然效率低下,但探索和积累了丰富经验。 第二阶段从 1984年至1999年,国家正式启动新疆首批治理的5大重点火 区的灭火施工,先后治理了乌鲁木齐铁厂沟、奇台北山、阜 康白杨河、阜康小龙口、阜康小黄山等5大重点火区。逐步 形成了从火区勘查、灭火设计、灭火施工、火区监测和维护 为一体的煤田灭火技术体系。煤田灭火逐步进入专业化治理 阶段。第三阶段从2000年开始至今,启动了新疆第二批35处 煤田火灾的治理工作。进一步加大投入,在原有灭火队伍的 基础上,组建了三个专业的煤田灭火工程队,灭火进度比前 一阶段大幅度提高。已先后治理了昌吉硫磺沟、托克逊克尔 碱、拜城铁列克、轮台阳霞和拜城库尔阿肯等5个重点火区 和库车阿艾、温宿巴依里、乌鲁木齐松树头煤田等12个一般 火区,煤田灭火进入快速治理阶段。 4 新疆煤田火灾治理技术