一种预防露天矿停采线煤层自燃的方法
【专利摘要】本发明公开了一种预防露天矿停采线煤层自燃的方法，适用于露天矿停采线煤自燃灾害的防治；首先，对停采线处煤体进行平整或斜坡化处理，形成一个相对平缓的工作面，并采用机械方法或定向爆破方法进行剥离，清除露头煤体表面松散煤体和多余的浮煤；然后在剥离处理后的露头煤体表面喷洒感温控制释放型煤自燃化学阻化剂；进而采用高水速凝封堵材料对阻化处理后的煤层露头进行充填封堵；然后将细碎的覆盖物料覆盖于停采线露头煤上方并进行压平夯实形成物料覆盖层；最后在物料覆盖层上进行土壤覆盖，为后期绿化和生态恢复提供土壤条件。该方法能够有效地预防停采线露头煤后期发生煤自燃灾害，并为闭坑后矿区的生态恢复提供基础，具有广泛的实用性。
【专利说明】
一种预防露天矿停采线煤层自燃的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种预防煤层自燃的方法，具体是一种适用于露天煤矿闭坑后停采线煤层的预防自燃的方法，属于煤炭安全开采技术领域。
【背景技术】
[0002]充分暴露在大气中的煤以及爆破后未及时采出的煤，由于和空气接触而氧化生热，在合适的通风蓄热条件下氧化产热蓄积导致煤体升温，当达煤体升至一定温度时，最终导致煤的自燃。
[0003]煤自燃不但造成巨大的经济损失，而且严重污染环境，危害人员健康，甚至导致重大的人员伤亡事故，煤自燃灾害已经成为影响煤炭安全开采的主要自然灾害之一，我国约有56%的煤矿都存在煤自燃起火的问题，仅在新疆自治区每年就约有1000万吨煤炭资源化为灰烬。
[0004]煤自燃灾害的发生形式和发生地点较多，其中露头煤层是最容易发生煤自燃灾害的主要区域之一，该类煤自燃灾害是导致煤田火区或大型煤自燃火区形成的主要原因，新疆自治区每年因煤层露头火灾造成的直接损失便高达10亿人民币。
[0005]对于浅埋藏露头煤层、开采后未妥善处理的露头煤层和早期废弃小煤窑等区域煤体来说，在未妥善处置的情况下，煤体将与空气接触并发生自热反应，若未能及时发现并采取有效的防治措施将最终导致煤自燃，且自燃火源点会沿着煤层方向不断向深部延烧，进而形成不可控的大面积煤自燃复合火区，这是我国现有煤田火区的主要致灾原因。
[0006]近年来，随着开采强度的增加，一部分露天煤矿转为井工开采或者停采闭坑，若其相应的停采线处煤层处理不当，极易与氧气接触发生氧化自热现象，进而导致煤自燃灾害的发生。
[0007]目前针对露天煤矿闭坑后停采线煤层通常是采取覆盖的方式对露头煤层进行隔绝空气以预防停采线处煤层自燃灾害的发生，在有自燃危险的露天煤矿采煤台阶，通常是每隔一个台阶设置一条消防供水主干线，用支管将水送到各采煤工作面，这种传统的对露头煤层的处理方法对覆盖厚度有较高的要求、工程量较大，且通常后期会存在风化、边坡坍塌、自然龟裂等现象，原本与氧气隔离的煤层存在与氧气再次发生复合反应的重大安全隐串
■/Ql、O
【发明内容】
[0008]针对上述问题，本发明提供一种预防露天矿停采线煤层自燃的方法，能够在充分隔离空气的前提下消除安全隐患、实现防止后期发生煤层自燃火灾，并为闭坑矿区的生态恢复提供基础。
[0009]为实现上述目的，本预防露天矿停采线煤层自燃的方法具体包括以下步骤:
a)露天矿停采后，首先对停采线区域露头煤层停采线处煤体进行平整或斜坡化处理，在停采线处形成一个相对平缓的工作面，并进行煤层剥离、清除松散煤体和多余浮煤； b)在剥离处理后的露头煤体表面及露头煤体表面与顶板、底板的结界位置喷洒煤自燃化学阻化剂形成阻化层；
C)喷洒阻化剂之后，采用封堵材料对阻化处理后的煤层露头进行充填封堵形成封堵层，封堵层至少完全覆盖煤层露头煤体及露头煤体表面与顶板、底板的结界位置，封堵层的上表面至煤体表面之间的厚度尺寸不小于I m;
d)在喷洒煤自燃化学阻化剂和固化封堵的基础上，将细碎的覆盖物料覆盖于停采线露头煤上方并进行压平夯实形成物料覆盖层，物料覆盖层至少完全覆盖封堵层，物料覆盖层的上表面至封堵层的上表面之间的厚度尺寸不小于2 m;
e)在上述环节完成的基础上进行土壤覆盖并进行压平夯实形成土壤覆盖层，土壤覆盖层至少完全覆盖物料覆盖层，土壤覆盖层的上表面至物料覆盖层的上表面之间的厚度尺寸不小于I m0
[0010]作为本发明的进一步改进方案，步骤b)中所述的煤自燃化学阻化剂是感温控制释放型煤自燃化学阻化剂。
[0011 ]作为本发明的进一步改进方案，所述的感温控制释放型煤自燃化学阻化剂是包括聚乙二醇、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、烷基糖苷、儿茶素、铵盐阻化剂的复配化学阻化剂。
[0012]作为本发明的进一步改进方案，步骤c)中所述的封堵材料是高水速凝封堵材料。
[0013]作为本发明的进一步改进方案，步骤d)中所述的覆盖物料是凝灰岩和/或风化后的绿色页岩和/或粉煤灰和/或细砂。
[0014]作为本发明的进一步改进方案，步骤a)中所述的进行煤层剥离的方法是对该处煤体采用机械方法或定向爆破方法。
[0015]与现有技术相比，本预防露天矿停采线煤层自燃的方法由于在剥离处理后的露头煤体表面喷洒感温控制释放型煤自燃化学阻化剂形成阻化层，感温控制释放型煤自燃化学阻化剂在常温条件下保持稳定，不会受环境影响流失而慢慢失去阻化作用，而是当煤自热升温至一定温度后才开始分解并与周围煤体接触，抑制其中活性基团的反应过程，进而阻断煤自热升温过程的进一步发展，从而防止煤炭自燃灾害的最终发生，因此该阻化层能够更长时间地发挥阻化作用；由于采用高水速凝封堵材料对阻化处理后的煤层露头进行充填封堵形成封堵层，因此可在有效减少后期形成漏风通道概率的同时长期保持该区域煤体湿润，进而避免为煤自热升温和复燃提供一定的供氧和蓄热升温条件；由于在封堵层上设置压平夯实的物料覆盖层，因此可进一步控制停采线处露头煤与空气之间可能发生的煤氧接触复合反应；由于在物料覆盖层上设置压平夯实的土壤覆盖层，因此可以为后期绿化和生态恢复提供土壤条件，在土壤覆盖层上种植绿植可进一步阻止露头煤与空气之间可能发生的煤氧接触复合反应，特别适用于露天矿停采线煤自燃灾害的防治。
【附图说明】
[0016]图1是本发明的结构示意图。
[0017]图中:1、阻化层，2、封堵层，3、物料覆盖层，4、土壤覆盖层，5、露头煤层，6、顶板，7、底板。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图以扎赉诺尔矿区灵泉露天煤矿停采线露头煤层的防自燃处理为例对本发明做进一步说明。
[0019]扎赉诺尔煤业有限责任公司灵泉露天煤矿按规划于2015年初闭坑，随后进行矿区复垦生态修复，并规划建设地质公园。
[0020]该矿东帮为其采煤工作帮，闭坑后采取本方法对该侧停采线露头煤层进行了处理，有效预防了该处煤层发生自燃。
[0021]如图1所示，预防停采线露头煤层自燃的方法具体实施步骤如下:
(I)对该停采线区域露头煤层5停采线处煤体进行平整或斜坡化处理，在停采线处形成一个相对平缓的工作面，并采用机械方法或定向爆破方法进行煤层剥离，剥离后清除露头煤体表面松散煤体和多余的浮煤，为后期喷洒防灭火材料、封堵漏风裂隙和覆盖等工序提供基础。
[0022](2)在剥离处理后的露头煤体表面及露头煤体表面与顶板6、底板7的结界位置喷洒包括聚乙二醇、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、烷基糖苷、儿茶素、铵盐阻化剂的复配感温控制释放型煤自燃化学阻化剂形成阻化层I，阻化剂在常温条件下保持稳定，不会受环境影响流失而慢慢失去阻化作用，而是当煤自热升温至一定温度后才开始分解并与周围煤体接触，抑制其中活性基团的反应过程进而阻断煤自热升温过程的进一步发展，因此该阻化层I能够更长时间发挥稳定的阻化作用，从而防止煤炭自燃灾害的最终发生。
[0023](3)由于高水速凝固化充填材料与传统的水泥混凝土相比，以水代替砂料，具有“点水成石”的功能，且材料强度高、胶结性能好，因此喷洒感温控制释放型煤自燃化学阻化剂之后，采用高水速凝封堵材料对阻化处理后的煤层露头进行充填封堵形成封堵层2，充填封堵厚度为1.5m，封堵层2完全覆盖煤层露头及露头煤体表面与顶板6、底板7的结界位置，本步骤有效减少后期形成漏风通道的概率、并长期保持该区域煤体湿润，进而避免为煤自热升温和复燃提供一定的供氧和蓄热升温条件。
[0024](4)在喷洒感温控制释放型阻化剂和固化封堵的基础上，采用自卸式汽车或铲车装运细碎的凝灰岩、风化后的绿色页岩、粉煤灰或细砂等物料覆盖于停采线露头煤上方，并采用机械进行压平夯实形成物料覆盖层3，本物料覆盖层3压实后的厚度为3 m，物料覆盖层3完全覆盖封堵层2，进一步控制停采线处露头煤与空气之间可能发生的煤氧接触复合反应。
[0025](5)在上述环节完成的基础上，进行土壤覆盖并进行压平夯实形成土壤覆盖层4，土壤覆盖层4的压实厚度为1.5 m，土壤覆盖层4完全覆盖物料覆盖层3，为后期绿化和生态恢复提供土壤条件。
[0026]本预防露天矿停采线煤层自燃的方法由于在剥离处理后的露头煤体表面喷洒感温控制释放型煤自燃化学阻化剂形成阻化层I，感温控制释放型煤自燃化学阻化剂在常温条件下保持稳定，不会受环境影响流失而慢慢失去阻化作用，而是当煤自热升温至一定温度后才开始分解并与周围煤体接触抑制其中活性基团的反应过程阻断煤自热升温过程的进一步发展，从而防止煤炭自燃灾害的最终发生，因此阻化层I能够更长时间地发挥阻化作用；由于采用高水速凝封堵材料对阻化处理后的煤层露头进行充填封堵形成封堵层2、且厚度尺寸不小于I m，因此可有效减少后期形成漏风通道的概率，并长期保持该区域煤体湿润，进而避免为煤自热升温和复燃提供一定的供氧和蓄热升温条件；由于在封堵层2上设置压平夯实的物料覆盖层3、且厚度尺寸不小于2 m，因此可进一步控制停采线处露头煤与空气之间可能发生的煤氧接触复合反应；由于在物料覆盖层3上设置压平夯实的土壤覆盖层4、且厚度尺寸不小于I m，因此可以为后期绿化和生态恢复提供土壤条件，在土壤覆盖层4上种植绿植可进一步阻止露头煤与空气之间可能发生的煤氧接触复合反应，特别适用于露天矿停采线煤自燃灾害的防治。
【主权项】
1.一种预防露天矿停采线煤层自燃的方法，其特征在于，具体包括以下步骤: a)露天矿停采后，首先对停采线区域露头煤层(5)停采线处煤体进行平整或斜坡化处理，在停采线处形成一个相对平缓的工作面，并进行煤层剥离、清除松散煤体和多余浮煤； b)在剥离处理后的露头煤体表面及露头煤体表面与顶板(6)、底板(7)的结界位置喷洒煤自燃化学阻化剂形成阻化层(I); c)喷洒阻化剂之后，采用封堵材料对阻化处理后的煤层露头进行充填封堵形成封堵层(2)，封堵层(2)至少完全覆盖煤层露头煤体及露头煤体表面与顶板(6)、底板(7)的结界位置，封堵层(2)的上表面至煤体表面之间的厚度尺寸不小于I m; d)在喷洒煤自燃化学阻化剂和固化封堵的基础上，将细碎的覆盖物料覆盖于停采线露头煤上方并进行压平夯实形成物料覆盖层(3)，物料覆盖层(3)至少完全覆盖封堵层(2)，物料覆盖层(3)的上表面至封堵层(2)的上表面之间的厚度尺寸不小于2 m; e)在上述环节完成的基础上进行土壤覆盖并进行压平夯实形成土壤覆盖层(4)，土壤覆盖层(4)至少完全覆盖物料覆盖层(3)，土壤覆盖层(4)的上表面至物料覆盖层(3)的上表面之间的厚度尺寸不小于I m。2.根据权利要求1所述的预防露天矿停采线煤层自燃的方法，其特征在于，步骤b)中所述的煤自燃化学阻化剂是感温控制释放型煤自燃化学阻化剂。3.根据权利要求2所述的预防露天矿停采线煤层自燃的方法，其特征在于，所述的感温控制释放型煤自燃化学阻化剂是包括聚乙二醇、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、烷基糖苷、儿茶素、铵盐阻化剂的复配化学阻化剂。4.根据权利要求1或2或3所述的预防露天矿停采线煤层自燃的方法，其特征在于，步骤c)中所述的封堵材料是高水速凝封堵材料。5.根据权利要求1或2或3所述的预防露天矿停采线煤层自燃的方法，其特征在于，步骤d)中所述的覆盖物料是凝灰岩和/或风化后的绿色页岩和/或粉煤灰和/或细砂。6.根据权利要求1或2或3所述的预防露天矿停采线煤层自燃的方法，其特征在于，步骤a)中所述的进行煤层剥离的方法是对该处煤体采用机械方法或定向爆破方法。
【文档编号】E21F5/08GK105863713SQ201610197528
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】戚绪尧, 白子明, 王德明, 辛海会
【申请人】中国矿业大学