淺談遵義地區鎳鉬金屬礦矸石山自燃的治理方案

楊再良

（貴州一零二地質工程有限公司，貴州遵義 563000）

0 引言

隨著我國工業發展和國民生活水平上升對于礦產資源的需求量越來越高，因此全社會對于礦產資源的關注度也隨之上漲。礦產開采期間和開采后，受到多種因素影響，會有一定幾率出現自燃情況，導致礦產作業及周邊生態環境遭受威脅。但是，部分開采單位對于自燃管理工作重視度不足，導致自燃問題頻發，危害生態、影響民生。鑒于此，本次研究展開具有重要現實意義。

1 遵義地區鎳鉬金屬礦矸石山自燃影響因素

1.1 鎳鉬金屬礦矸石堆積形式對自燃的影響

長期以來,鎳鉬金屬礦矸石大面積暴露于自然環境中[1]。鎳鉬金屬礦矸石自由堆積使得表面顆粒間的空隙較大,為鎳鉬金屬礦矸石深部的自燃提供了良好的供氧通道。

1.2 大氣降水對自燃的影響

鎳鉬金屬礦矸石山的預熱區在遇到大氣降水時，殘留易燃物體由于風化加速，變得松散、破裂破碎，比表面積大大增加，使鎳鉬金屬礦矸石的吸氧能力大大提高[2]。

由于鎳鉬金屬礦矸石山的堆積形式所造成的山體底部孔隙較大，大氣降水難以堵塞孔隙，因水的流動，孔隙的流通性和山體的通風條件反而會改善[3]。同時，大氣降水使得鎳鉬金屬礦矸石山底部的環境氣溫降低，山體內外產生的溫差會促使空氣的流動，更多的空氣會進入山體的燃燒區，加劇鎳鉬金屬礦矸石的燃燒。

2 遵義地區鎳鉬金屬礦矸石山自燃治理方案

出于經濟及該矸石山的實際情況等方面的考慮，本次治理工程采用向矸石山打孔注漿+覆土壓實、密封后復綠的方法綜合處理。

2.1 打孔注漿材料配比

根據以往矸石山自燃注漿滅火的實踐和實驗數據，結合該矸石山實際情況，為取得較好的注漿滅火效果，在一般自燃區鉆孔施工前，采用灰水比為1：10的石灰水，進行降溫消毒處理（噴灑）；在采用石灰乳漿進行滅火；石灰乳漿灌注完成后，在進行覆土復綠，建議配比參數按表1進行。

表1 打孔注漿材料配比參數建議表

2.2 打孔處理

打孔注漿法的難點是在鎳鉬金屬礦矸石燃燒區鉆孔比較困難且不確定性因素較多[4]。鉆孔深度主要取決于鎳鉬金屬礦矸石燃燒的深度,注漿時石灰乳漿要能滲透到燃燒中心區,高溫燃燒區位置較深,且鎳鉬金屬礦矸石燃燒后的溫度高,這會給鉆孔施工帶來不便,高溫可能會使鉆頭溫度過高,導致機械出現故障,同時,在注漿過程中由于孔內局部溫度過高,可能會有孔內蒸汽爆炸的危險,給施工帶來不確定因素。

因此,在本次自燃治理中決定,在塊一邊坡上部一排加深,鉆孔的深度取5m,依次降低深度,邊坡中部及下部打孔注漿滅火工程中鉆孔的平均深度取3m(覆土厚度約1m),鉆孔孔徑設計為91mm[5]。具體施工中根據現場情況臨時調整。

2.3 單位注漿量

注漿量可根據火災自燃區域面積、自燃深度、矸石山空隙率28%、矸石山的平均視比重為2.0t/m3、漿液含水量、預期降溫幅度，①塊二（燃燒區）：漿液的平均滲透深度約4m、自燃區域面積約130m2，自燃區域內注漿孔為33 個，則該區域內總注漿量為42m3，因此在本次工作中，每一個單獨的注漿孔，可以按照1.3m3的標準設計注漿量；②塊一（南側區域）：漿液的平均滲透深度約4m、該區域面積約42m2，該區域內注漿孔為7個，則該區域內總注漿量為42 m3，在實際工作中，每個注漿孔注漿量大致控制在1.31m3；③塊一（北側區域）：漿液的平均滲透深度約4m、自燃區域面積約561m2，自燃區域內注漿孔為98 個，則該區域內總注漿量為128m3，在實際工作中，每個注漿孔注漿量大致控制在1.3m3。采用石灰乳漿灌注共計需170m3。

2.4 施工方法

（1）地表高溫區降溫：在鉆機鉆孔施工前，采用石灰水進行澆灌，當該區域不在冒黑煙或者溫度降至常溫后便可，本次對2 個高溫區域作地表降溫處理。

（2）鉆機成孔: 高溫區地表溫度降溫后，采用高性能工程鉆機,孔徑為91mm 進行鉆孔，自燃區鉆孔時，在斜坡處采用先下后上、先外后里、現易后難進行施工，同時采用2 臺鉆機進行施工，燃燒區孔深為3-5m[6]。在鉆孔過程中，鉆桿抽出時孔頂會有塌孔的危險，導致石灰乳漿無法注入，可在孔頂1m 范圍內安裝孔頂套管，保證注漿過程不會塌孔。

（3）注漿：在邊坡處，采用先下后上、先外后里、現易后難進行施工，灌注石灰乳漿，達到滅火降溫的效果，在注石灰乳漿過程中以鉆孔周圍矸石不再冒熱氣，或者出現冒漿時，應結束該孔注漿。注漿完成后，對施工場地進行五天的地表溫度監測，若滿足正常地表溫度，則進行下步工序，反之，不滿足地表正常溫度，應進行鉆孔加密施工，繼續注漿，致使地表溫度符合正常地表溫度。如圖1 所示為注漿工藝流程圖：

圖1 注漿工藝流程圖

（4）覆土：注漿工序完成后，在覆0.9m 厚的粘土并夯實，為保證植物的正常生長，并起到隔絕氧氣的作用，再覆壤質粘土，有效土層厚度不低于0.10m。覆土方式以整個場地客土覆蓋結合局部客土改良進行，平臺平地區、緩坡面采用全面客土覆蓋的方法，覆土方式以注漿區域客土覆蓋結合局部客土改良進行，覆土來源就近取土中收集的質量較好的土壤進行覆土。按照《土地復墾質量控制》（TD/T 1036-2013）標準，表層壤質粘土覆土有效土層厚度不低于0.10m。

（5）綠化：根據土地復墾規劃，將復墾區內邊坡區域復墾為草地，草籽選擇黑麥草，每平米混合草籽30g計算。

2.5 技術要求

（1）在自燃區先采用生石灰水對現表層高溫區進行澆灌降溫處理,溫度降低后再進行鉆孔施工,在施工時,采用先下后上、先外后里、先易后難進行施工。

（2）注漿結束標準要求:注漿孔周圍有冒漿、臨近孔之間有冒漿時,或者鉆孔周圍矸石不再冒熱氣時,應結束該孔注漿。

（3）自燃區注漿孔先采用粘土進行封填,防止注漿孔成為氧氣進入鎳鉬金屬礦矸石山的新通道。與原始地面接近的鎳鉬金屬礦矸石,必須進行機械碾壓,并在上部覆蓋粘土等惰性材料,防止氧氣進入矸石中引發復燃。

（4）注漿結束后,使用溫度計對注漿區表層(以達到常溫為準),漏注點或深部溫度仍然不滿足要求時必須補注,以徹底達到降溫效果。

（5）在降溫施工過程中,采用堿性石灰水降溫,嚴禁直接澆水降溫,當矸石山內部遇水,會加劇氧化反應,產生大量毒氣及有毒物質。

3 結束語

綜上所述，結合遵義地區鎳鉬金屬礦矸石山的自燃治理可知，充分將打孔注漿技術融入到自燃治理中，在打孔處理以及注漿量配比方面，均必須做好處理。與此同時，在覆土和綠化方面，也需要投入比較多的治理精力，才能保障金屬礦矸石山的自燃治理成效得到進一步提升。此外，在自燃治理期間，對于技術要求把控也不可忽視，如此才能真正為礦產自燃問題發生率降低起到促進作用，提升礦產管理安全。