一种用于煤矸石山自燃的灭火方法与流程

本发明属于煤矿灭火领域，涉及一种矿山灭火方法，具体为一种用于煤矸石山自燃的灭火方法。

背景技术：

煤矸石是矿山采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的黑灰色岩石，其产量约占煤炭产量的10%~20%，目前全国现有矸石山1500余座，堆积量30亿吨以上，占中国工业固体废物排放总量的40%以上。煤矸石山不仅占用土地资源，影响生态环境，而且煤矸石中含有一定的可燃物，在适宜的条件下容易发生自燃。当煤矸石山自燃之后，不仅会产生大量的有毒有害气体污染空气，更有可能引发爆炸等破坏性更大的事故，造成十分严重的后果，因此快速、有效、精准地对自燃的煤矸石山进行灭火是至关重要的。

煤矸石自燃不可或缺的3个条件是煤矸石有自燃倾向,在常温下可以很好地与氧气进行结合；有充足的氧气供应和拥有良好的储热条件。煤矸石山的供氧条件对矸石自燃起到了决定性作用。根据供氧以及蓄热条件,可以将矸石山分为3个区域:(1)不自燃区:在矸石山表面,虽然不断有氧气供应,也可以持续发生慢性的氧化反应,但是反应放热很快散失到周围环境中,不足以引起自燃。(2)窒息区:在矸石山内部,空气中氧气体积分数很小,氧化反应过程中释放热量很少,基本不会令矸石升温,故这一区域不会发生自燃,这一区域为窒息区。(3)可能自燃区:在不自燃区和窒息区之间,既有一定的氧气供应,所产生的热量也不会全部被外界空气带走,氧化产生的热量令矸石升温,称为可能自燃区。煤矿中，一般堆积成型的煤矸石山高度为60m左右，其中煤矸石山的堆积半径可达到50m左右，煤矸石山的窒息区为堆积半径大约25m的最内部煤矸石山体，煤矸石山5m左右的表层为不自燃区，在窒息区和不自燃区之间的煤矸石山体即为可能自燃区，可能自燃区的厚度大概为20m左右。所以我们对于煤矸石山自燃的灭火研究区域集中在可能自燃区。

目前国内外广泛采用的煤矸石山灭火方法是注浆法，深孔注浆灭火技术在很多自燃的煤矸石山灭火中都取得了良好的效果。但是煤矸石的堆积破碎又无规则，导致注浆法的第一大问题是钻孔困难。煤矸石山的堆积高度高达60m以上，由于自燃发生的随机性导致着火区域可能出现在各个高度上，所以钻孔深度从十几米乃至几十米均有可能，而现有的钻孔技术难以达到要求，技术上存在明显不足。此外注浆法的第二大问题是难以确定着火点。着火点的准确确定直接关系到注浆灭火的效果。煤矸石山的自燃机理复杂，而且堆积体积过大，自燃发生在煤矸石山内部导致难以确定着火区域，造成注浆灭火的效果大打折扣。常见的煤矸石山灭火是工作人员凭借经验大概确定着火范围进行注浆灭火，这种施工往往会耽误了最佳灭火时机，灭火效率差。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决背景技术中所述注浆灭火方法的钻孔困难、着火点难以确定的问题，提供了一种用于煤矸石山自燃的灭火方法，即在煤矸石山预埋管网，能够实现注浆与测温共享管路，通过对煤矸石山全面温度检测从而实现对着火区域精准注浆，安全可靠，能把握住最佳灭火时期，灭火效率高，灭火效果好。

本发明解决其技术问题的技术方案是：一种用于煤矸石山自燃的灭火方法，包括以下步骤：

s1：首先在煤矸石山体中铺设管网，所述管网包括主管路和支管路，所述主管路竖直且贯穿设置在煤矸石山体的中部，所述主管路在垂直距离上每间隔2.5~5m沿水平方向连接有10~16根支管路，同一水平面上的所有支管路沿主管路的周向均匀布置且形成支管路层，所有支管路的自由端均延伸至距煤矸石山外表面2~4m的山体中，所述支管路由花管制成；所述主管路和支管路中分别设置有相连通的主测温金属线和支测温金属线，支测温金属线能检测出煤矸石山具体位置的温度信息并且通过主测温金属线实时汇集到总检测站；所有支管路中均设置有至少两层将支管路沿截面隔断的石蜡隔断层，位于同一支路管中的所有石蜡隔断层用铜质金属棒相连接；位于每一支路管层上端的主管路中均设置有主管隔断层，所述主管隔断层包括上下设置的石蜡层和水泥层；对支测温金属线进行编号，与主管路相连的不同支管路层从上至下依次编号为i1、i2、i3……ip，每层支管路层的每根支管路分别编号为j1、j2、j3……jq，进而支测温金属线的编号为apq

s2：当第apq条支测温金属线处检测到的温度大于或等于350℃时，则确认第p层支管路层的第q根支管路处的煤矸石山体中发生自燃，即实现了对着火区域的准确定位；

s3：然后开始融化主管路中的前p层主管隔断层，每一层均是先用热水融化石蜡层，再用醋酸溶解水泥层，交替使用热水和醋酸p次，直至前p层主管隔断层被贯通；第p层支管路层的第q根支管路中的石蜡隔断层由于铜质金属棒的导热作用已融化，则从主管路入口至第p层支管路层的第q根支管路全部被导通：

s4：最后对着火区域进行精准灌浆，完成灭火工作。

步骤s1中，所述主管路在垂直距离上每间隔2.5~5m沿水平方向连接有10~16根支管路，则从整体上看所述管网呈发散式布置，则管网遍布所述煤矸石山体中，当发生火情时，就能实现定点注浆；所有支管路的自由端均延伸至距煤矸石山外表面2~4m的山体中，因为煤矸石山的5m左右的表层为不自燃区，故支管路的自由端延伸至距煤矸石山外表面2~4m的山体中即可；所述支管路由花管制成，花管的管壁上均布有通孔能使浆液流到煤矸石山体中；支测温金属线能检测出煤矸石山具体位置的温度信息并且通过主测温金属线实时汇集到总检测站，这样就能够实现对煤矸石山内部着火点进行精确定位；着火区域的支管路中的石蜡隔断层在遇到高温时会自燃融化，当石蜡隔断层融化之后，所在支管路就贯通了，方便浆液流通，但是同一支路管层中的其他支路管没有贯通，所以在支管路中设置石蜡隔断层是为了避免浪费浆液，避免浆液向同一层支管路层的所有支管路中进行注浆；位于同一支路管中的所有石蜡隔断层用铜质金属棒相连接，因为支管路较长，有时候支管路上某一位置的煤矸石山体发生自燃，为了导通这根支管路，将所有石蜡隔断层用铜质金属棒相连接，铜有较好的导热性，能将着火区域的温度迅速传导到铜质金属棒的全身，铜的导热系数是377w/mk，着火区域的温度在350℃以上，热传导的温度完全可以快速达到石蜡的熔点而将同一支路管中的石蜡隔断层融化；位于每一支路管层上端的主管路中均设置有主管隔断层，所述主管隔断层包括上下设置的石蜡层和水泥层，在主管路中设置主管隔断层为了确保注浆灭火时注的浆液能准确到达着火区域而不是在重力作用下到达最底端；主管隔断层包括石蜡层和水泥层，所述水泥层是为了起到隔断、定形作用，所述石蜡层起到了隔断的作用，防止在贯通主管隔断层时，醋酸与多余的主管隔断层的水泥层反应；与主管路相连的不同支管路层从上至下依次编号为i1、i2、i3……ip，每层支管路层的每根支管路分别编号为j1、j2、j3……jq，进而支测温金属线的编号为apq，每层的每根支路管内的支测温金属线均有不同的编号，故对照支测温金属线的编号就能对应不同的支路管，就能实现对着火点精准定位。

优选的，所述步骤s1中，在煤矸石山体中铺设管网的具体方法为：当煤矸石山开始堆积时，在预堆积煤矸石山的位置中部竖立第p节长为2.5~5m的主管路，然后开始堆积煤矸石，当煤矸石山的高度与第p节主管路齐平时，在第p节主管路的上部连接第p层支管路层，连接好第p层支管路层之后，再连接第p-1节主管路，然后再堆积煤矸石以及连接第p-1层支管路层，重复上述方法，直至在煤矸石山体中铺设好管网。当煤矸石山的高度与第p节主管路齐平时，在第p节主管路的上部连接第p层支管路层，那么煤矸石山会给第p层支管路层起向上承托的作用，同理一层一层铺设好管网。

优选的，所述主管隔断层在煤矸石山发生自燃贯通之后是需要再次铺设的，铺设方法是先做一个比主管路直径稍小的水泥层，在其上固定至少三根绳子，用绳子将水泥层吊入主管路的合适位置，然后浇筑石蜡层，利用石蜡的流动性和粘附性将水泥层与主管路之间的空隙填满并加以固定，形成新的主管隔断层。支管路中的石蜡隔断层在煤矸石山发生自燃融化掉之后是不需要再次铺设的，原因是发生过自燃的煤矸石区域中的空隙被之前灭火时注入的浆液填充而不具备氧气条件，不会发生二次自燃。而主管路中的主管隔断层是需要重新设置的，这是为了当煤矸石山的其他位置发生自燃后，本发明所述方法还能重复利用。

优选的，所述水泥层由93%~97%的碳酸钙和3%~7%的硅酸盐配比而成，93%~97%的碳酸钙是为了和醋酸反应，3%~7%的硅酸盐是为了定型，碳酸钙和醋酸反应之后生成醋酸钙和二氧化碳气体。

本发明的有益效果是：通过采用在煤矸石山中预埋管路的方法，能够实现注浆与测温共享管路，能够有效避免注浆灭火过程中钻孔困难的问题，实现高效注浆；同时利用布置的测温线路对温度的监测能够有效确定着火区域，实现精准注浆，从而安全可靠，能把握住最佳灭火时期，灭火效率高，灭火效果好。

附图说明

图1是本发明的煤矸石山管网分布整体结构示意图。

图2是本发明的煤矸石山管网分布俯视结构示意图。

图3是本发明的主管路和支管路的局部结构示意图。

图中：1-主管路；2-支管路；3-主测温金属线；4-支测温金属线；5-石蜡隔断层；6-铜制金属棒；7-石蜡层；8-水泥层。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。

参见附图1、2、3，现对本发明提供的一种用于煤矸石山自燃的灭火方法进行说明。

一种用于煤矸石山自燃的灭火方法，包括以下步骤：

s1：首先在煤矸石山体中铺设管网，如图1所示，所述管网包括主管路1和支管路2，所述主管路1竖直且贯穿设置在煤矸石山体的中部，所述主管路1在垂直距离上每间隔2.5~5m沿水平方向连接有10~16根支管路2，同一水平面上的所有支管路2沿主管路1的周向均匀布置且形成支管路层，所有支管路2的自由端均延伸至距煤矸石山外表面2~4m的山体中，所述支管路2由花管制成；所述主管路1和支管路2中分别设置有相连通的主测温金属线3和支测温金属线4，支测温金属线4能检测出煤矸石山具体位置的温度信息并且通过主测温金属线3实时汇集到总检测站；所有支管路2中均设置有至少两层将支管路2沿截面隔断的石蜡隔断层5，位于同一支路管中的所有石蜡隔断层5用铜质金属棒6相连接；位于每一支路管层上端的主管路1中均设置有主管隔断层，所述主管隔断层包括上下设置的石蜡层7和水泥层8；对支测温金属线4进行编号，与主管路1相连的不同支管路层从上至下依次编号为i1、i2、i3……ip，每层支管路层的每根支管路2分别编号为j1、j2、j3……jq，进而支测温金属线4的编号为apq；

s2：当第apq条支测温金属线4处检测到的温度大于或等于350℃时，则确认第p层支管路层的第q根支管路2处的煤矸石山体中发生自燃，即实现了对着火区域的准确定位；

s3：然后开始融化主管路1中的前p层主管隔断层，每一层均是先用热水融化石蜡层7，再用醋酸溶解水泥层8，交替使用热水和醋酸p次，直至前p层主管隔断层被贯通；第p层支管路层的第q根支管路2中的石蜡隔断层5由于铜质金属棒6的导热作用已融化，则从主管路1入口至第p层支管路层的第q根支管路2全部被导通：

s4：最后对着火区域进行精准灌浆，完成灭火工作。

步骤s1中，所述主管路1在垂直距离上每间隔2.5~5m沿水平方向连接有10~16根支管路2，则从整体上看所述管网呈发散式布置，则管网遍布所述煤矸石山体中，当发生火情时，就能实现定点注浆；所有支管路2的自由端均延伸至距煤矸石山外表面2~4m的山体中，因为煤矸石山的5m左右的表层为不自燃区，故支管路2的自由端延伸至距煤矸石山外表面2~4m的山体中即可；所述支管路2由花管制成，花管的管壁上均布有通孔能使浆液流到煤矸石山体中；支测温金属线4能检测出煤矸石山具体位置的温度信息并且通过主测温金属线3实时汇集到总检测站，这样就能够实现对煤矸石山内部着火点进行精确定位；着火区域的支管路2中的石蜡隔断层5在遇到高温时会自燃融化，当石蜡隔断层5融化之后，所在支管路2就贯通了，方便浆液流通，但是同一支路管层中的其他支路管没有贯通，所以在支管路2中设置石蜡隔断层5是为了避免浪费浆液，避免浆液向同一层支管路层的所有支管路2中进行注浆；位于同一支路管中的所有石蜡隔断层5用铜质金属棒6相连接，因为支管路2较长，有时候支管路2上某一位置的煤矸石山体发生自燃，为了导通这根支管路2，将所有石蜡隔断层5用铜质金属棒6相连接，铜有较好的导热性，能将着火区域的温度迅速传导到铜质金属棒6的全身，铜的导热系数是377w/mk，着火区域的温度在350℃以上，热传导的温度完全可以快速达到石蜡的熔点而将同一支路管中的石蜡隔断层5融化；位于每一支路管层上端的主管路1中均设置有主管隔断层，所述主管隔断层包括上下设置的石蜡层7和水泥层8，在主管路1中设置主管隔断层为了确保注浆灭火时注的浆液能准确到达着火区域而不是在重力作用下到达最底端；主管隔断层包括石蜡层7和水泥层8，所述水泥层8是为了起到隔断、定形作用，所述石蜡层7起到了隔断的作用，防止在贯通主管隔断层时，醋酸与多余的主管隔断层的水泥层8反应；与主管路1相连的不同支管路层从上至下依次编号为i1、i2、i3……ip，每层支管路层的每根支管路2分别编号为j1、j2、j3……jq，进而支测温金属线4的编号为apq，每层的每根支路管内的支测温金属线4均有不用的编号，故对照支测温金属线4的编号就能对应不用的支路管，就能实现对着火点精准定位。

进一步的，作为本发明所述的一种用于煤矸石山自燃的灭火方法的一种具体实施方式，所述步骤s1中，在煤矸石山体中铺设管网的具体方法为：当煤矸石山开始堆积时，在预堆积煤矸石山的位置中部竖立第p节长为2.5~5m的主管路1，然后开始堆积煤矸石，当煤矸石山的高度与第p节主管路1齐平时，在第p节主管路1的上部连接第p层支管路层，连接好第p层支管路层之后，再连接第p-1节主管路1，然后再堆积煤矸石以及连接第p-1层支管路层，重复上述方法，直至在煤矸石山体中铺设好管网。当煤矸石山的高度与第p节主管路1齐平时，在第p节主管路1的上部连接第p层支管路层，那么煤矸石山会给第p层支管路层起向上承托的作用，同理一层一层铺设好管网。

进一步的，作为本发明所述的一种用于煤矸石山自燃的灭火方法的一种具体实施方式，所述主管隔断层在煤矸石山发生自燃贯通之后是需要再次铺设的，铺设方法是先做一个比主管路1直径稍小的水泥层8，在其上固定至少三根绳子，用绳子将水泥层8吊入主管路1的合适位置，然后浇筑石蜡层7，利用石蜡的流动性和粘附性将水泥层8与主管路1之间的空隙填满并加以固定，形成新的主管隔断层。支管路2中的石蜡隔断层5在煤矸石山发生自燃融化掉之后是不需要再次铺设的，原因是发生过自燃的煤矸石区域中的空隙被之前灭火时注入的浆液填充而不具备氧气条件，不会发生二次自燃。而主管路1中的主管隔断层是需要重新设置的，这是为了当煤矸石山的其他位置发生自燃后，本发明所述方法还能重复利用。

进一步的，作为本发明所述的一种用于煤矸石山自燃的灭火方法的一种具体实施方式，所述水泥层8由93%~97%的碳酸钙和3%~7%的硅酸盐配比而成，93%~97%的碳酸钙是为了和醋酸反应，3%~7%的硅酸盐是为了定型，碳酸钙和醋酸反应之后生成醋酸钙和二氧化碳气体。

进一步的，作为本发明所述的一种用于煤矸石山自燃的灭火方法的一种具体实施方式，所述石蜡隔断层5、水泥层8和石蜡层7的厚度均为4~10cm。在这个范围内即能够刚好实现各自的作用，而且不会浪费材料。

进一步的，作为本发明所述的一种用于煤矸石山自燃的灭火方法的一种具体实施方式，所述主管路1为注浆用无缝钢管，所述支管路2由花管和钢管间隔1m交替铺设，所述主管路1要承受较大的灌浆时的冲击力，所以用无缝钢管更加能够满足强度要求；所述支管路2采用花管和钢管间隔1m交替铺设是为了节约成本，所述花管的成本要比钢管的高。

进一步的，作为本发明所述的一种用于煤矸石山自燃的灭火方法的一种具体实施方式，所述主测温金属线3和支测温金属线4上涂覆有聚四氟乙烯层。所述聚四氟乙烯层能够耐高温、抗酸抗碱、抗各种有机溶剂，避免测温金属线在长期的环境作用下被腐蚀。

进一步的，作为本发明所述的一种用于煤矸石山自燃的灭火方法的一种具体实施方式，所述支管路2中的花管其表面包裹一层三元乙丙橡胶。所述三元乙丙橡胶是一种低熔点塑料，遇到高温会融化暴露出花管上的孔；因为支路管很长，着火区域可能在支路管的某一段上，所以只需要把着火区域上的花管上的通孔导通即可，这样既能使浆液从支管路2的管道内流入着火的煤矸石中，又能防止浆液从未着火区域的花管中漏出，节省了注浆材料，能更加精准的对着火区域进行注浆。

进一步的，作为本发明所述的一种用于煤矸石山自燃的灭火方法的一种具体实施方式，所述主管路1上端的管口上设有端盖。在主管路1上端的管口设端盖是为了防止异物进入主管路1将其封堵。

进一步的，作为本发明所述的一种用于煤矸石山自燃的灭火方法的一种具体实施方式，步骤s1中，所述主管路1在垂直距离上每间隔3m沿水平方向连接有12根支管路2；所有支管路2的自由端均延伸至距煤矸石山外表面3m的山体中；所述主管路1与主管路1之间、主管路1与支管路2之间均采用焊接、法兰连接等连接方式；所述石蜡隔断层和石蜡层均采用52号石蜡。通过计算以及试验得到，采取上述设计参数能起到最好的灭火效果。具体实施中，主管路1的管径为12寸或者14寸，支管路2的管径为4寸、5寸或6寸。52号石蜡熔点较低，能更敏感得反应出温度的升高。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。