矸石山的自燃是一个极其复杂的物理化学过程,它从常温状态转变到燃烧状态,其氧化过程不仅受到煤矸石的物理化学性质所制约,同时也与煤矸石的岩相组成、水分含量、比表面积、孔隙率及矸石山所处的自然环境密切有关。
矸石山自燃因素有以下几点:
(1)富含高硫分可燃物
矸石是原煤经洗煤厂清洗之后生成的物质,其堆积形成矸石山,占地面积较大,且内部含有少量的煤,夹杂着少量的木材、破布等S元素质量分数较高的可燃性物质,为矸石山自燃提供了充分的条件。
(2)供氧充足
煤矸石被排放之后,由推土机将其集中推至边坡位置自然堆积。由于重力作用,矸石山底部通常为大块煤矸石,而小块的煤矸石位于顶部,长期以来矸石山出现了分级现象。尤其在边坡顶部位置,由于整体煤矸石粒度较细,空气可更容易地进入矸石山内部,使得煤矸石与O2的接触更为充分,促进了煤矸石自燃。
矸石山分级现象造成矸石山顶部较为松垮、煤矸石间空隙较大、空气流通率大等特点。煤矸石间的空隙为空气进入提供了有利条件,再加上矸石山内部存在大量的煤,形成了类似于“烟囱”的模型,O2进一步流通,使得自燃现象更加严重。
(3)蓄热条件好
在供氧条件充分的情况下,矸石山中的可燃物会逐渐地氧化储热,尽管其氧化所产生的热量会有一部分通过“烟囱”流通出去,但仍有大部分热量会集中在矸石山内部。久而久之,热量逐渐积聚,一定程度后达到煤矸石的燃烧温度,若此时供氧充足,矸石山会立刻发生自燃现象。
对于矸石山自燃治理,若利用人力对煤矸石进行处理,人力及物力成本较高,且矸石山中存在的有害气体会对工作人员生命安全造成严重威胁。此外,采用剥离法去除火源时,因改变煤矸石深部贫氧条件,造成大量供氧,煤矸石由阴燃转为明火,也给处理人员的工作增加了难度。且单一的洒水处理并无法从根源上达到治理的目的,反而会加剧储热作用。因此,针对所存在的问题,提出矸石山内部注浆治理方案。
注浆材料一般选用黄土,配合徐州吉安研发的MAG-Ⅰ型复合胶体防灭火材料与黄泥浆或粉煤灰浆复配使用,可以显著提高浆体浓度,减少管路堵塞几率,提高灌浆效率和灌浆质量,属灌浆增强型防灭火材料。
MAG-Ⅰ型复合胶体防灭火材料显著提升了黄泥灌浆的防灭火效果,与黄泥灌浆系统配合使用,综合效能数倍于单纯黄泥灌浆:
(1)固液比高,固液质量比最高可达1.5,是单纯黄泥浆固液比的7倍,显著提高注浆效率;
(2)保水量大,黄泥浆沉积物固水率超过50%,相比单纯黄泥浆具备更好的降温性能;
(3)固水性好,将易流动的常态水螯合成水凝胶,并与黄土吸附在一起,显示出良好的固水特性,在采空区可以长久保水,显著延长浆体有效期。
(4)热稳定性好,水凝胶和黄土形成的沉积物可以耐受℃以上的高温不坍塌,不融化。
(5)充填堵漏效果好:水凝胶和黄土形成的沉积物固含量高,粘结性好,相比单纯黄泥浆具备更好的充填性能。
(6)安全性高:与水混合反应过程不产生热量,游离水被水凝胶纤维固结并与黄土吸附在一起,遇到高温明火时不会出现急剧汽化的现象,可以杜绝水煤气爆炸的危险。
(7)产品无毒、无腐蚀性、安全环保。