一种适用于露天矿铁路下深部火患的置换注浆灭火方法与流程

1.本发明涉及露天矿山防灭火领域，具体涉及一种适用于露天矿铁路下深部火患的置换注浆灭火方法。


背景技术：

2.采用铁路运输的露天矿山，运输系统下方的深部区域可能存在潜在自然发火风险的岩体。随着岩体表面风化开裂，岩体裂隙透氧，如遇自然发火期，存在运输系统下部自然发火风险。如不能有效预防或及时控制，危害极大：一是岩体经过燃烧，富含的的固体碳转化成气态氧化物，致使岩体体积流失，这种流失会导致上覆岩体悬空或者产生裂隙、断裂，使岩体变得强度降低，边坡自由面可能产生垮落甚至滑坡；二是自燃岩体放热对周围岩体的影响，温度的变化会对岩体的物理力学属性有一定的影响，一般会使其力学强度降低。在外力作用下被弱化的岩体会破碎变形，进而造成其上覆岩层运移，影响边坡整体稳定性，对行车安全存在潜在威胁。
3.现有技术中，针对露天矿铁路线路下的深部区火患治理所采用的方法，一是移设铁路深挖回填，但工程量巨大，且耗费时间长，涉及部门多，投入资金多；二是针对发火区域，直接在上部水浇和掩埋。水浇法即：由地表向裂缝内部浇水，熄灭火源；掩埋法即：采用黄泥灌浆、粘土封闭相结合的方式，使火源隔绝氧气，达到灭火的目的。对于深部区火患而言，以上两种方法很难直达深部，无法彻底清除火源，且火区易向其他方位蔓延。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种适用于露天矿铁路下深部火患的置换注浆灭火方法，以解决现有技术中的问题。
5.本发明是通过如下技术方案实现的：一种适用于露天矿铁路下深部火患的置换注浆灭火方法，其特征在于：包括如下步骤：s1，确定发生火情或存在火险隐患的目标区域；s2，在目标区域相对应的铁路侧面，进行降深作业，将作业面挖掘至目标区域深度；s3，在作业面向目标区域进行钻孔，利用钻机采用湿法打钻，打钻深度至目标区域；在打钻过程中，边钻进边向钻头进水冲刷岩粉同时冷却钻头，隐患区域的岩体随着钻头向内钻进而溢出，将取出的隐患岩体粉末进行回收；s4，重复s3至钻孔数量达到要求；s5，利用注浆机向钻孔内注入阻燃物料充填；s6，设备移出后，将作业面回填至地表高度，实现全部封闭。
6.进一步的：钻孔有多个，呈梅花状分布，孔距3-5m。
7.进一步的：进行降深作业时，降深区域坡度为8%；宽度为钻杆长度的1.2倍、钻机宽度、两侧安全距离之和；钻孔布置呈梅花状分布。
8.进一步的：所述阻燃物料包括排弃物料、粉煤灰、水泥浆；注浆配制的体积比为排弃物料或粉煤灰：水：水泥=1：2：0.3。
9.进一步的：所述的两侧安全距离各为3m。
10.进一步的：回填时，将之前降深所采出的岩体，按岩层赋存顺序，由下向上逐层回填。
11.进一步的：清理深度为目标区域的上部至目标区域下部2米。
12.本发明的优点是：本发明所述方法，利用侧壁螺旋打钻，不仅可以直接取出部分可燃物料，而且直达火患深部，可以彻底从源头消除露天矿铁路线路下的深部区火患，保护矿坑大气环境，同时对可燃物料进行回收，创造经济效益。不破坏在路基下侧的区域，不影响铁路的稳定和运行。而且不仅可以用于铁路运输系统下的深部区透氧自然发火和潜在的自然发火隐患治理，还对其他不能移设区域深部区透氧自然发火和潜在的自然发火隐患治理具有借鉴作用。
附图说明
13.图1为本发明灭火前隐患面截面示意图；图2为本发明钻孔位置示意图；图3为本发明钻孔分布示意图；图4为本发明灭火后施工面示意图。
具体实施方式
14.本发明公开了一种适用于露天矿铁路下深部火患的置换注浆灭火方法，包括如下步骤：s1，确定发生火情或存在火险隐患的目标区域；s2，在目标区域相对应的铁路安全距离以外的侧部进行采掘降深形成通路，如图1所示，将作业面挖掘至目标区域深度，露出存在潜在自然发火风险的岩体或目标区域；s3，在作业面向目标区域进行钻孔，如图2所示，从侧部对铁路运输系统下部露出的隐患岩体以梅花状布局进行螺旋打钻，利用钻机采用湿法打钻，打钻深度至目标区域；在打钻过程中，边钻进边向钻头进水冲刷岩粉同时冷却钻头，隐患区域的岩体随着钻头向内钻进而溢出，将取出的隐患岩体粉末进行回收；s4，重复s3至钻孔数量达到要求，覆盖目标区域；s5，利用注浆机向钻孔内注入阻燃物料充填；s6，设备移出后，将作业面回填至地表高度，如图4所示，实现全部封闭，彻底实现空气隔绝，进而从根本上达到灭火的目的。
15.优选的：钻孔有多个，如图3所示，呈梅花状分布，孔距3-5m。
16.优选的：进行降深作业时，降深区域坡度为8%；宽度为钻杆长度的1.2倍、钻机宽度、两侧安全距离之和；钻孔布置呈梅花状分布。
17.优选的：所述阻燃物料包括排弃物料、粉煤灰、水泥浆；注浆配制的体积比为排弃物料或粉煤灰：水：水泥=1：2：0.3。
18.优选的：所述的两侧安全距离各为3m。
19.优选的：回填时，将之前降深所采出的岩体，按岩层赋存顺序，由下向上逐层回填。
20.优选的：清理深度为目标区域的上部至目标区域下部2米，两侧为目标区域边界或边界外延各1米。
21.优选的：根据钻孔区域，逐步降深。即降深到最上层钻孔区域后，钻孔并注浆，完毕后再降深至次一层。
实施例
22.对铁道下部进行监测，在发现自然发火隐患后，首先对自然发火区域进行地质勘察，绘制地质平面图、剖面图。根据工程地质、水文地质条件建立工程地质简化模型，判断隐患区域地质情况，确认火患区域岩性。根据以往地质资料确定岩土体物理力学指标，根据岩体赋存状态确定自然发火机理和清理深度，通常清理深度为目标区域的上部至目标区域下部2米，两侧为目标区域边界或边界外延各1米。结合以上各研究结果确定铁路侧部降深区域位置，进行治理方案设计。
23.在进行实地治理时，降深区域坡度为8%；宽度为钻杆长度的1.2倍、钻机宽度、两侧安全距离（各3m）之和；钻孔布置呈梅花状分布；孔距、行距根据岩性确定，以钻孔直径600mm为例，岩石硬度大于v的孔距为5m，岩石硬度小于或等于v孔距为3m。钻进角度为俯角3
°‑8°
。钻孔后向内充填阻燃物，阻燃物料常见组成为排弃物料、粉煤灰、水泥浆等，注浆配制比例为排弃物料或粉煤灰：水：水泥=1：2：0.3（体积比）。治理方案设计完成后，morgenstern-price（摩根斯坦-普瑞斯）法，对方案边坡进行稳定性分析与评价，按照《露天煤矿工程设计规范（gb
·
50194-94）》和《dz/t0218-2006滑坡防治工程勘查规范》种的技术参数要求，反复调整设计，使之符合技术标准。最后制定边坡综合防治措施，进行开工前准备。
24.根据工程量和降深区域技术面貌，选择满足施工条件的机械设备，包括大孔径钻机、挖沟机、注浆机、运输车辆等。安排设备进场，各设备到达施工地点后，按照设计坡度，安排工程机械进行降深，直至到达设计深度露出隐患岩体。降深过程中采掘出的覆盖岩体按岩层种类，合理排弃堆放，便于后期按岩层赋存层次进行回填。对侧壁对露出的隐患岩体以梅花状分布来布置钻孔，在设计好开孔直径及开孔角度后，安排钻机采用湿法打钻，边钻进边向钻头进水冲刷岩粉同时冷却钻头，隐患岩体随着钻头向内钻进而溢出，深度达到设计要求后，将钻杆和钻头升上退回，将取出的隐患岩体粉末进行回收，集中装车运走。安排注浆机将阻燃物料充填至钻孔内。待全部钻孔充填完毕后，将之前降深所采出的岩体，按岩层赋存顺序，由下向上逐层回填，最后回填至地表高度，实现全部封闭，彻底实现隔绝空气，进而从根源上达到灭火的目的。
25.本发明与之前普遍使用方法相比，是一种新型治理方法，既能彻底消除自然发火隐患、同时保护矿坑大气环境、保护边坡稳定、保证上部铁路运输系统正常运行，而且投入资金少，见效快，效果持久。优点一是不需要移设铁路，减少工程量和投入资金，不涉及铁路相关部门，耗费时间相对较少。二是治理可直达火患深部，从根源上彻底清除火源，阻断火区向其他方位蔓延，同时对可燃物料进行回收，创造经济效益。三是本发明为俯式角钻孔，注浆机轻压将浆液打入钻孔，浆液在重力作用下延倾角向下流动，与水平孔高压注浆相比，减少耗能。四是与井下高位钻孔注浆灭火方法相比，本发明为开阔式施工，避免引发可燃物料燃烧不完全产生的co等有毒有害气体对作业人员构成威胁。