一種預(yù)防露天礦停采線煤層自燃的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種預(yù)防露天礦停采線煤層自燃的方法，適用于露天礦停采線煤自燃災(zāi)害的防治；首先，對停采線處煤體進行平整或斜坡化處理，形成一個相對平緩的工作面，并采用機械方法或定向爆破方法進行剝離，清除露頭煤體表面松散煤體和多余的浮煤；然后在剝離處理后的露頭煤體表面噴灑感溫控制釋放型煤自燃化學(xué)阻化劑；進而采用高水速凝封堵材料對阻化處理后的煤層露頭進行充填封堵；然后將細(xì)碎的覆蓋物料覆蓋于停采線露頭煤上方并進行壓平夯實形成物料覆蓋層；最后在物料覆蓋層上進行土壤覆蓋，為后期綠化和生態(tài)恢復(fù)提供土壤條件。該方法能夠有效地預(yù)防停采線露頭煤后期發(fā)生煤自燃災(zāi)害，并為閉坑后礦區(qū)的生態(tài)恢復(fù)提供基礎(chǔ)，具有廣泛的實用性。
【專利說明】
一種預(yù)防露天礦停采線煤層自燃的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種預(yù)防煤層自燃的方法，具體是一種適用于露天煤礦閉坑后停采線煤層的預(yù)防自燃的方法，屬于煤炭安全開采技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]充分暴露在大氣中的煤以及爆破后未及時采出的煤，由于和空氣接觸而氧化生熱，在合適的通風(fēng)蓄熱條件下氧化產(chǎn)熱蓄積導(dǎo)致煤體升溫，當(dāng)達(dá)煤體升至一定溫度時，最終導(dǎo)致煤的自燃。
[0003]煤自燃不但造成巨大的經(jīng)濟損失，而且嚴(yán)重污染環(huán)境，危害人員健康，甚至導(dǎo)致重大的人員傷亡事故，煤自燃災(zāi)害已經(jīng)成為影響煤炭安全開采的主要自然災(zāi)害之一，我國約有56%的煤礦都存在煤自燃起火的問題，僅在新疆自治區(qū)每年就約有1000萬噸煤炭資源化為灰燼。
[0004]煤自燃災(zāi)害的發(fā)生形式和發(fā)生地點較多，其中露頭煤層是最容易發(fā)生煤自燃災(zāi)害的主要區(qū)域之一，該類煤自燃災(zāi)害是導(dǎo)致煤田火區(qū)或大型煤自燃火區(qū)形成的主要原因，新疆自治區(qū)每年因煤層露頭火災(zāi)造成的直接損失便高達(dá)10億人民幣。
[0005]對于淺埋藏露頭煤層、開采后未妥善處理的露頭煤層和早期廢棄小煤窯等區(qū)域煤體來說，在未妥善處置的情況下，煤體將與空氣接觸并發(fā)生自熱反應(yīng)，若未能及時發(fā)現(xiàn)并采取有效的防治措施將最終導(dǎo)致煤自燃，且自燃火源點會沿著煤層方向不斷向深部延燒，進而形成不可控的大面積煤自燃復(fù)合火區(qū)，這是我國現(xiàn)有煤田火區(qū)的主要致災(zāi)原因。
[0006]近年來，隨著開采強度的增加，一部分露天煤礦轉(zhuǎn)為井工開采或者停采閉坑，若其相應(yīng)的停采線處煤層處理不當(dāng)，極易與氧氣接觸發(fā)生氧化自熱現(xiàn)象，進而導(dǎo)致煤自燃災(zāi)害的發(fā)生。
[0007]目前針對露天煤礦閉坑后停采線煤層通常是采取覆蓋的方式對露頭煤層進行隔絕空氣以預(yù)防停采線處煤層自燃災(zāi)害的發(fā)生，在有自燃危險的露天煤礦采煤臺階，通常是每隔一個臺階設(shè)置一條消防供水主干線，用支管將水送到各采煤工作面，這種傳統(tǒng)的對露頭煤層的處理方法對覆蓋厚度有較高的要求、工程量較大，且通常后期會存在風(fēng)化、邊坡坍塌、自然龜裂等現(xiàn)象，原本與氧氣隔離的煤層存在與氧氣再次發(fā)生復(fù)合反應(yīng)的重大安全隱串
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對上述問題，本發(fā)明提供一種預(yù)防露天礦停采線煤層自燃的方法，能夠在充分隔離空氣的前提下消除安全隱患、實現(xiàn)防止后期發(fā)生煤層自燃火災(zāi)，并為閉坑礦區(qū)的生態(tài)恢復(fù)提供基礎(chǔ)。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本預(yù)防露天礦停采線煤層自燃的方法具體包括以下步驟:
a)露天礦停采后，首先對停采線區(qū)域露頭煤層停采線處煤體進行平整或斜坡化處理，在停采線處形成一個相對平緩的工作面，并進行煤層剝離、清除松散煤體和多余浮煤； b)在剝離處理后的露頭煤體表面及露頭煤體表面與頂板、底板的結(jié)界位置噴灑煤自燃化學(xué)阻化劑形成阻化層；
C)噴灑阻化劑之后，采用封堵材料對阻化處理后的煤層露頭進行充填封堵形成封堵層，封堵層至少完全覆蓋煤層露頭煤體及露頭煤體表面與頂板、底板的結(jié)界位置，封堵層的上表面至煤體表面之間的厚度尺寸不小于I m;
d)在噴灑煤自燃化學(xué)阻化劑和固化封堵的基礎(chǔ)上，將細(xì)碎的覆蓋物料覆蓋于停采線露頭煤上方并進行壓平夯實形成物料覆蓋層，物料覆蓋層至少完全覆蓋封堵層，物料覆蓋層的上表面至封堵層的上表面之間的厚度尺寸不小于2 m;
e)在上述環(huán)節(jié)完成的基礎(chǔ)上進行土壤覆蓋并進行壓平夯實形成土壤覆蓋層，土壤覆蓋層至少完全覆蓋物料覆蓋層，土壤覆蓋層的上表面至物料覆蓋層的上表面之間的厚度尺寸不小于I m0
[0010]作為本發(fā)明的進一步改進方案，步驟b)中所述的煤自燃化學(xué)阻化劑是感溫控制釋放型煤自燃化學(xué)阻化劑。
[0011 ]作為本發(fā)明的進一步改進方案，所述的感溫控制釋放型煤自燃化學(xué)阻化劑是包括聚乙二醇、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、烷基糖苷、兒茶素、銨鹽阻化劑的復(fù)配化學(xué)阻化劑。
[0012]作為本發(fā)明的進一步改進方案，步驟c)中所述的封堵材料是高水速凝封堵材料。
[0013]作為本發(fā)明的進一步改進方案，步驟d)中所述的覆蓋物料是凝灰?guī)r和/或風(fēng)化后的綠色頁巖和/或粉煤灰和/或細(xì)砂。
[0014]作為本發(fā)明的進一步改進方案，步驟a)中所述的進行煤層剝離的方法是對該處煤體采用機械方法或定向爆破方法。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本預(yù)防露天礦停采線煤層自燃的方法由于在剝離處理后的露頭煤體表面噴灑感溫控制釋放型煤自燃化學(xué)阻化劑形成阻化層，感溫控制釋放型煤自燃化學(xué)阻化劑在常溫條件下保持穩(wěn)定，不會受環(huán)境影響流失而慢慢失去阻化作用，而是當(dāng)煤自熱升溫至一定溫度后才開始分解并與周圍煤體接觸，抑制其中活性基團的反應(yīng)過程，進而阻斷煤自熱升溫過程的進一步發(fā)展，從而防止煤炭自燃災(zāi)害的最終發(fā)生，因此該阻化層能夠更長時間地發(fā)揮阻化作用；由于采用高水速凝封堵材料對阻化處理后的煤層露頭進行充填封堵形成封堵層，因此可在有效減少后期形成漏風(fēng)通道概率的同時長期保持該區(qū)域煤體濕潤，進而避免為煤自熱升溫和復(fù)燃提供一定的供氧和蓄熱升溫條件；由于在封堵層上設(shè)置壓平夯實的物料覆蓋層，因此可進一步控制停采線處露頭煤與空氣之間可能發(fā)生的煤氧接觸復(fù)合反應(yīng)；由于在物料覆蓋層上設(shè)置壓平夯實的土壤覆蓋層，因此可以為后期綠化和生態(tài)恢復(fù)提供土壤條件，在土壤覆蓋層上種植綠植可進一步阻止露頭煤與空氣之間可能發(fā)生的煤氧接觸復(fù)合反應(yīng)，特別適用于露天礦停采線煤自燃災(zāi)害的防治。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中:1、阻化層，2、封堵層，3、物料覆蓋層，4、土壤覆蓋層，5、露頭煤層，6、頂板，7、底板。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖以扎賚諾爾礦區(qū)靈泉露天煤礦停采線露頭煤層的防自燃處理為例對本發(fā)明做進一步說明。
[0019]扎賚諾爾煤業(yè)有限責(zé)任公司靈泉露天煤礦按規(guī)劃于2015年初閉坑，隨后進行礦區(qū)復(fù)墾生態(tài)修復(fù)，并規(guī)劃建設(shè)地質(zhì)公園。
[0020]該礦東幫為其采煤工作幫，閉坑后采取本方法對該側(cè)停采線露頭煤層進行了處理，有效預(yù)防了該處煤層發(fā)生自燃。
[0021]如圖1所示，預(yù)防停采線露頭煤層自燃的方法具體實施步驟如下:
(I)對該停采線區(qū)域露頭煤層5停采線處煤體進行平整或斜坡化處理，在停采線處形成一個相對平緩的工作面，并采用機械方法或定向爆破方法進行煤層剝離，剝離后清除露頭煤體表面松散煤體和多余的浮煤，為后期噴灑防滅火材料、封堵漏風(fēng)裂隙和覆蓋等工序提供基礎(chǔ)。
[0022](2)在剝離處理后的露頭煤體表面及露頭煤體表面與頂板6、底板7的結(jié)界位置噴灑包括聚乙二醇、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、烷基糖苷、兒茶素、銨鹽阻化劑的復(fù)配感溫控制釋放型煤自燃化學(xué)阻化劑形成阻化層I，阻化劑在常溫條件下保持穩(wěn)定，不會受環(huán)境影響流失而慢慢失去阻化作用，而是當(dāng)煤自熱升溫至一定溫度后才開始分解并與周圍煤體接觸，抑制其中活性基團的反應(yīng)過程進而阻斷煤自熱升溫過程的進一步發(fā)展，因此該阻化層I能夠更長時間發(fā)揮穩(wěn)定的阻化作用，從而防止煤炭自燃災(zāi)害的最終發(fā)生。
[0023](3)由于高水速凝固化充填材料與傳統(tǒng)的水泥混凝土相比，以水代替砂料，具有“點水成石”的功能，且材料強度高、膠結(jié)性能好，因此噴灑感溫控制釋放型煤自燃化學(xué)阻化劑之后，采用高水速凝封堵材料對阻化處理后的煤層露頭進行充填封堵形成封堵層2，充填封堵厚度為1.5m，封堵層2完全覆蓋煤層露頭及露頭煤體表面與頂板6、底板7的結(jié)界位置，本步驟有效減少后期形成漏風(fēng)通道的概率、并長期保持該區(qū)域煤體濕潤，進而避免為煤自熱升溫和復(fù)燃提供一定的供氧和蓄熱升溫條件。
[0024](4)在噴灑感溫控制釋放型阻化劑和固化封堵的基礎(chǔ)上，采用自卸式汽車或鏟車裝運細(xì)碎的凝灰?guī)r、風(fēng)化后的綠色頁巖、粉煤灰或細(xì)砂等物料覆蓋于停采線露頭煤上方，并采用機械進行壓平夯實形成物料覆蓋層3，本物料覆蓋層3壓實后的厚度為3 m，物料覆蓋層3完全覆蓋封堵層2，進一步控制停采線處露頭煤與空氣之間可能發(fā)生的煤氧接觸復(fù)合反應(yīng)。
[0025](5)在上述環(huán)節(jié)完成的基礎(chǔ)上，進行土壤覆蓋并進行壓平夯實形成土壤覆蓋層4，土壤覆蓋層4的壓實厚度為1.5 m，土壤覆蓋層4完全覆蓋物料覆蓋層3，為后期綠化和生態(tài)恢復(fù)提供土壤條件。
[0026]本預(yù)防露天礦停采線煤層自燃的方法由于在剝離處理后的露頭煤體表面噴灑感溫控制釋放型煤自燃化學(xué)阻化劑形成阻化層I，感溫控制釋放型煤自燃化學(xué)阻化劑在常溫條件下保持穩(wěn)定，不會受環(huán)境影響流失而慢慢失去阻化作用，而是當(dāng)煤自熱升溫至一定溫度后才開始分解并與周圍煤體接觸抑制其中活性基團的反應(yīng)過程阻斷煤自熱升溫過程的進一步發(fā)展，從而防止煤炭自燃災(zāi)害的最終發(fā)生，因此阻化層I能夠更長時間地發(fā)揮阻化作用；由于采用高水速凝封堵材料對阻化處理后的煤層露頭進行充填封堵形成封堵層2、且厚度尺寸不小于I m，因此可有效減少后期形成漏風(fēng)通道的概率，并長期保持該區(qū)域煤體濕潤，進而避免為煤自熱升溫和復(fù)燃提供一定的供氧和蓄熱升溫條件；由于在封堵層2上設(shè)置壓平夯實的物料覆蓋層3、且厚度尺寸不小于2 m，因此可進一步控制停采線處露頭煤與空氣之間可能發(fā)生的煤氧接觸復(fù)合反應(yīng)；由于在物料覆蓋層3上設(shè)置壓平夯實的土壤覆蓋層4、且厚度尺寸不小于I m，因此可以為后期綠化和生態(tài)恢復(fù)提供土壤條件，在土壤覆蓋層4上種植綠植可進一步阻止露頭煤與空氣之間可能發(fā)生的煤氧接觸復(fù)合反應(yīng)，特別適用于露天礦停采線煤自燃災(zāi)害的防治。
【主權(quán)項】
1.一種預(yù)防露天礦停采線煤層自燃的方法，其特征在于，具體包括以下步驟: a)露天礦停采后，首先對停采線區(qū)域露頭煤層(5)停采線處煤體進行平整或斜坡化處理，在停采線處形成一個相對平緩的工作面，并進行煤層剝離、清除松散煤體和多余浮煤； b)在剝離處理后的露頭煤體表面及露頭煤體表面與頂板(6)、底板(7)的結(jié)界位置噴灑煤自燃化學(xué)阻化劑形成阻化層(I); c)噴灑阻化劑之后，采用封堵材料對阻化處理后的煤層露頭進行充填封堵形成封堵層(2)，封堵層(2)至少完全覆蓋煤層露頭煤體及露頭煤體表面與頂板(6)、底板(7)的結(jié)界位置，封堵層(2)的上表面至煤體表面之間的厚度尺寸不小于I m; d)在噴灑煤自燃化學(xué)阻化劑和固化封堵的基礎(chǔ)上，將細(xì)碎的覆蓋物料覆蓋于停采線露頭煤上方并進行壓平夯實形成物料覆蓋層(3)，物料覆蓋層(3)至少完全覆蓋封堵層(2)，物料覆蓋層(3)的上表面至封堵層(2)的上表面之間的厚度尺寸不小于2 m; e)在上述環(huán)節(jié)完成的基礎(chǔ)上進行土壤覆蓋并進行壓平夯實形成土壤覆蓋層(4)，土壤覆蓋層(4)至少完全覆蓋物料覆蓋層(3)，土壤覆蓋層(4)的上表面至物料覆蓋層(3)的上表面之間的厚度尺寸不小于I m。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)防露天礦停采線煤層自燃的方法，其特征在于，步驟b)中所述的煤自燃化學(xué)阻化劑是感溫控制釋放型煤自燃化學(xué)阻化劑。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的預(yù)防露天礦停采線煤層自燃的方法，其特征在于，所述的感溫控制釋放型煤自燃化學(xué)阻化劑是包括聚乙二醇、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、烷基糖苷、兒茶素、銨鹽阻化劑的復(fù)配化學(xué)阻化劑。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的預(yù)防露天礦停采線煤層自燃的方法，其特征在于，步驟c)中所述的封堵材料是高水速凝封堵材料。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的預(yù)防露天礦停采線煤層自燃的方法，其特征在于，步驟d)中所述的覆蓋物料是凝灰?guī)r和/或風(fēng)化后的綠色頁巖和/或粉煤灰和/或細(xì)砂。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的預(yù)防露天礦停采線煤層自燃的方法，其特征在于，步驟a)中所述的進行煤層剝離的方法是對該處煤體采用機械方法或定向爆破方法。
【文檔編號】E21F5/08GK105863713SQ201610197528
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】戚緒堯, 白子明, 王德明, 辛海會
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)