新疆煤田火災(zāi)的危害及其防治
齊德香
(新疆煤田滅火處,新疆烏魯木齊市,830063)
摘 要 論述了新疆煤田火災(zāi)的成因、特點(diǎn)及產(chǎn)生的危害。介紹了根據(jù)新疆煤田火災(zāi)的實(shí)際情況而采取的防治技術(shù)及火區(qū)的管理方法。對(duì)其它煤田的的火災(zāi)滅火有一定的借鑒意義。
關(guān)鍵詞 新疆煤田火災(zāi) 危害 防治
1新疆煤田火災(zāi)及其危害
11 新疆煤田火災(zāi)的成因及特點(diǎn)
新疆煤炭資源十分豐富,但煤田火災(zāi)現(xiàn)象也頻繁出現(xiàn)。其主要成因是(1)煤層賦存多為急傾斜,露頭多,這樣暴露的煤層與空氣中的氧充分接觸,活化能大大增強(qiáng),隨之產(chǎn)生氧化作用,積熱增溫,一旦溫度達(dá)到燃點(diǎn)時(shí),煤層就會(huì)自燃,蔓延擴(kuò)散后發(fā)展成為煤田火災(zāi)。(2)開采技術(shù)水平和開采工藝很落后,又無防滅火措施,極易引發(fā)礦井火災(zāi),火災(zāi)產(chǎn)生后也無法處理,最后由點(diǎn)到面,從小到大逐漸發(fā)展為大面積的煤田火災(zāi)。(3)新疆由于氣候干燥炎熱,降雨量少,這為煤田火區(qū)的產(chǎn)生和擴(kuò)散起到了促進(jìn)和催化作用。(4)新疆的大部分煤田形成于侏羅紀(jì),成煤期比較晚,加之地域構(gòu)造的特殊,煤的自燃發(fā)火期較短,最短的僅有23天。
新疆煤田火災(zāi)的特點(diǎn)是:(1)燃燒歷史長。據(jù)地質(zhì)考證,40萬年以前就有大面積煤田火災(zāi)發(fā)生。(2)分布范圍廣。在全區(qū)15個(gè)地州,31個(gè)縣市都有火區(qū)。(3)火區(qū)面積大,燃燒劇烈。首批治理的5大重點(diǎn)火區(qū)和第二批治理的8大重點(diǎn)火區(qū)的活火區(qū)面積都在100萬m2以上;現(xiàn)存的7大重點(diǎn)火區(qū)和26個(gè)一般火區(qū)的監(jiān)測(cè)溫度都在800℃以上,最高溫度達(dá)3000℃;燃燒深度一般在100m以下,最深達(dá)317m(如拜城鐵列克火區(qū))。
12 新疆煤田火災(zāi)的危害
煤田火災(zāi)造成的危害是多方面的,其主要危害有:(1)煤田火災(zāi)損失了大量的煤炭。據(jù)1996年普查,新疆每年因煤田火災(zāi)燒損的煤炭總量為1003萬t。(2)污染了大氣環(huán)境。煤田火災(zāi)中煤的燃燒釋放出大量有毒有害氣體和粉塵,根據(jù)煤的不完全燃燒理論計(jì)算,每年燒掉1003萬t煤炭,直接生成物和伴生物中,CO22840萬t、CO 6419萬t、SO2 1003萬t、大量的CH4和H2S等有毒有害氣體及826萬t的粉塵,同時(shí)還向大氣中排放80萬億kJ的熱量。(3)〖BFQ〗破壞了區(qū)域生態(tài)平衡?;馂?zāi)所在區(qū)域因煤田火區(qū)燃燒,火區(qū)上部寸草不生,土質(zhì)疏松,土壤有機(jī)質(zhì)下降,雨雪沖刷后造成水土流失,加劇土壤的荒漠化。火區(qū)燒毀了草場(chǎng),有的甚至引發(fā)森林火災(zāi),生物鏈被破壞,最終導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)生態(tài)平衡被嚴(yán)重破壞。(4)破壞了區(qū)域水環(huán)境。在煤田火災(zāi)所在的區(qū)域,由于煤炭中的金屬和非金屬元素經(jīng)高溫燃燒造成酸堿性化合物,對(duì)火區(qū)附近的地表水和淺層地下水造成污染,改變了水質(zhì),使重碳酸型的甜水變成了氯化物型的咸水或硫化物型的苦水,從而惡化了該地區(qū)的水環(huán)境。(5)破壞了區(qū)域巖土環(huán)境的穩(wěn)定性,引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。因煤田火區(qū)燃燒,地表形成大片焦土和燒變巖,同時(shí)形成大范圍的地面裂縫和塌陷坑,容易引發(fā)泥石流和山體滑坡。(6)居住在火區(qū)附近的居民因環(huán)境污染和地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生不得不遷徙或另求謀生之道(尤其是當(dāng)?shù)氐哪撩?。
2 新疆煤田火災(zāi)的防治
新疆煤田火災(zāi)的防治技術(shù)大部分都采用剝離打鉆注漿覆蓋的綜合滅火方法。這種方法是新疆煤田滅火工程處的廣大工程技術(shù)人員經(jīng)過40多年的實(shí)踐、總結(jié)摸索出的一種技術(shù)手段易行、滅火成本經(jīng)濟(jì)、滅火效果顯著的有效方法。
21 剝離注水注漿覆蓋法
此法用于火區(qū)燃燒深度小于30m時(shí),首先剝開火源,之后注水降溫至臨界溫度70℃,再進(jìn)行注漿,充填封閉裂隙,最后地表實(shí)施大范圍覆蓋,既隔絕氧氣又恢復(fù)植被。
22 剝離打鉆注水注漿覆蓋法
此法用于火區(qū)燃燒深度大于30m時(shí),具體操作方法是:
(1)先剝除火區(qū)露頭火源及部分燒變巖,對(duì)火區(qū)進(jìn)行斜坡化處理,使火區(qū)表面形成一個(gè)具備打鉆覆蓋條件的場(chǎng)所。剝離有機(jī)械剝離和定向爆破剝離。剝離平整工程量的確定剝離施工前,必須注水降溫,使火區(qū)內(nèi)溫度降低到40℃以下,并對(duì)淺部空洞區(qū)域進(jìn)行爆破處理。剝離平整后的火區(qū)地表坡度小于15°,或斜坡化形成階梯地形?;饏^(qū)內(nèi)地表的深大裂隙被填平?;饏^(qū)邊沿外推15m的正常區(qū)地形必須滿足覆蓋要求。
?。?)燃燒深的煤田火災(zāi),剝離后必須實(shí)施鉆探,以保證低溫的液體能充分置換高溫燃燒煤的熱量,從而降低可燃體的溫度,而且能夠把充填裂隙、隔絕氧氣的泥漿輸送到煤層周圍。滅火鉆探工程分為探火鉆孔、滅火鉆孔和觀測(cè)鉆孔3種。探火勘探線應(yīng)與地球物理勘探線重合。探火鉆孔布置原則是:以物探成果為指導(dǎo),沿煤層傾向布設(shè)2~3個(gè)鉆孔,其中一個(gè)鉆孔應(yīng)布設(shè)在正常煤層中,按先淺后深的順序安排施工。 滅火鉆孔參數(shù)選擇如下:
滅火鉆孔間距:(略)
滅火鉆孔的終孔位置一般應(yīng)在已燃煤層底板上部15m。觀測(cè)鉆孔布設(shè)在火源中心;鉆孔孔徑73~127mm,鉆孔除孔口為實(shí)管外,其它均為篩管。 探火鉆孔采用全孔或分段取芯,滅火鉆孔、觀測(cè)鉆孔可不取芯。鉆孔定位,一般可采用儀器法或半儀器法定位??變?nèi)沉淀物不得埋設(shè)煤層的1/5,否則應(yīng)撈取孔內(nèi)沉淀物后,方可下套管,管口設(shè)可啟閉的裝置。
?。?)鉆探結(jié)束后,便以鉆孔為中心對(duì)燃燒煤層進(jìn)行注水降溫和注漿封閉。注水系統(tǒng)一般由水源地、泵站、主管路、支管路、鉆孔(自然裂隙區(qū)、人工魚鱗坑)等組成。注水原則是先高溫區(qū)后低溫區(qū);間歇性注水,保證水的充分汽化。注水量的確定如下:(略)
火區(qū)內(nèi)煤、巖及氣體溫度穩(wěn)定在100℃以下時(shí),停止注水。注漿系統(tǒng)一般由供水系統(tǒng)+供料系統(tǒng)面部→制漿站→輸漿系統(tǒng)→鉆孔(自然裂隙區(qū),人工魚鱗坑)等組成。其布置方式常采用集中式或分區(qū)式布置;灌注時(shí)有靜壓注漿和壓力注漿2種方式。其灌注原則應(yīng)先注水后注漿,先外圍后中心,漿液先稀后稠,保證間歇性注漿。注漿材料必須是不可燃材料,具有較好的滲透性,收縮率少。一般選黃土。泥漿水土比一般為8∶1~5∶1。注漿系統(tǒng)必須具有防止跑水、跑漿和防凍等安全技術(shù)措施;制漿站每2小時(shí)測(cè)定泥漿濃度一次,同時(shí)專業(yè)人員應(yīng)隨時(shí)進(jìn)行抽樣檢查。為保證注漿質(zhì)量,火區(qū)內(nèi)塌陷區(qū)裂隙應(yīng)基本充填,火區(qū)處于完全封閉狀態(tài)后方可停止注漿。
?。?)為確保溫度降到臨界溫度的煤層與空氣中的氧氣隔絕,最后還要進(jìn)行二次封閉——覆蓋,此外也要恢復(fù)被火災(zāi)破壞的地形地貌,使治理后的火區(qū)植被重生,再現(xiàn)綠色。 覆蓋厚度的計(jì)算公式如下:(略)
覆蓋工序一般有采土、運(yùn)土、平整、壓實(shí)、修防洪堤,恢復(fù)植被。覆蓋區(qū)厚度達(dá)標(biāo)率應(yīng)在95%以上,而且覆蓋結(jié)束后一年內(nèi)無返潮現(xiàn)象。
據(jù)統(tǒng)計(jì),新疆先后對(duì)21個(gè)煤田火區(qū)、83個(gè)子火區(qū)采用剝離打鉆注漿覆蓋的綜合滅火方法進(jìn)行治理后,滅火效果普遍較好,經(jīng)濟(jì)效益也非常顯著(噸煤滅火成本僅079元)。
煤田滅火必須建立火區(qū)監(jiān)測(cè)制度,對(duì)火區(qū)狀態(tài)實(shí)行定期監(jiān)測(cè)。在煤田滅火施工前3個(gè)月必須建立火區(qū)監(jiān)測(cè)網(wǎng),進(jìn)行前期監(jiān)測(cè)工作。滅火施工期間,要定期監(jiān)測(cè),掌握火區(qū)動(dòng)態(tài)。滅火工程項(xiàng)目驗(yàn)收后,繼續(xù)定期監(jiān)測(cè),時(shí)間應(yīng)不少于一年。監(jiān)測(cè)的手段主要有溫度監(jiān)測(cè)法;紅外感應(yīng)監(jiān)測(cè)法;氣相色譜分析法;地球物理監(jiān)測(cè)法(電法和磁法)共4種。
3 火區(qū)的管理
煤田火災(zāi)的防治主要有兩方面的工作,一是防治技術(shù),二是火區(qū)的管理。煤田火區(qū)的管理主要指滅火前期的管理、滅火過程中的項(xiàng)目管理和滅火后期管理。管理程序如圖1。
31 前期管理
火區(qū)的前期管理主要工作有:定期做好火區(qū)普查,為及時(shí)全面掌握和了解火區(qū)現(xiàn)狀、科學(xué)合理地進(jìn)行宏觀決策提供可靠依據(jù)。(2)在火區(qū)普查的基礎(chǔ)上制定科學(xué)合理的治理規(guī)劃。
火區(qū)普查的手段主要有3種:衛(wèi)星遙感、航空測(cè)量和陸地普查。新疆近期的火區(qū)普查采用了陸地普查和航空測(cè)量相結(jié)合的方法,都收到不同程度的良好效果。
新疆的火區(qū)治理規(guī)劃先后在1981年、1997年和2004年制定過3次。前2次的規(guī)劃全面有效地指導(dǎo)了煤田滅火工作,使全疆19處煤田火災(zāi)得到了治理,300多億t的煤炭資源受到了保護(hù)。第三次規(guī)劃確定在2012年前徹底根治最后33個(gè)重點(diǎn)和一般火區(qū),使427億t煤炭資源免受火災(zāi)的威脅和吞噬,有效遏制了火區(qū)每年向大氣層排放100多萬t各種有毒有害氣體,受火區(qū)危害的826萬m2的優(yōu)良牧場(chǎng)重新披上了綠裝,將使火區(qū)所在的31個(gè)縣市的區(qū)域生態(tài)環(huán)境和水環(huán)境得到改善,將杜絕火區(qū)內(nèi)發(fā)生以往類似地質(zhì)災(zāi)害,有力促進(jìn)火區(qū)所在地的區(qū)域經(jīng)濟(jì)健康持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展。
圖1 火區(qū)管理程序圖?。裕?/P>
32 火區(qū)項(xiàng)目管理
火區(qū)治理規(guī)劃確定后,火區(qū)的管理重心應(yīng)下移到對(duì)每個(gè)階段、每個(gè)滅火項(xiàng)目的管理上來。煤田滅火工程是一項(xiàng)涉及地質(zhì)、采礦、環(huán)保、水文、氣象、物探、測(cè)量、煤化學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、機(jī)械工程、電氣工程、巖土力學(xué)、氣相色譜學(xué)、礦井災(zāi)害和安全工程等復(fù)雜的系統(tǒng)工程,是一門交叉的邊緣技術(shù)工程,它也是一項(xiàng)無短期經(jīng)濟(jì)收益、保護(hù)資源和環(huán)境的非贏利性的社會(huì)公益性工程,所以對(duì)它的管理一定要用現(xiàn)代化的思想指導(dǎo)工程項(xiàng)目的進(jìn)行;對(duì)它的管理模式和組織結(jié)構(gòu)一定要采用高效實(shí)用的現(xiàn)代企業(yè)管理方式;對(duì)它的決策一定要科學(xué)和民主,實(shí)行專家決策機(jī)制,走程序化和規(guī)范化的道路;對(duì)它的管理要引入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制,公開招投標(biāo),嚴(yán)格按照法律法規(guī)操作運(yùn)行;對(duì)它的項(xiàng)目施工管理要做到人員專業(yè)化,作業(yè)手段信息化,思想觀念現(xiàn)代化,項(xiàng)目的計(jì)劃、控制和協(xié)調(diào)緊緊圍繞投資、進(jìn)度、成本和質(zhì)量等核心內(nèi)容,使項(xiàng)目既定目標(biāo)一旦有偏差能得到及時(shí)糾正,確保項(xiàng)目目標(biāo)在事前、事中和事后都能得到及時(shí)有效的控制;為保證煤田滅火項(xiàng)目的質(zhì)量,應(yīng)加強(qiáng)項(xiàng)目的每個(gè)子火區(qū)的滅火效果的監(jiān)測(cè)和單項(xiàng)工程質(zhì)量的監(jiān)理,并建立一套獨(dú)立的運(yùn)作系統(tǒng)。煤田滅火項(xiàng)目是一個(gè)完整的系統(tǒng),對(duì)它的竣工驗(yàn)收也要認(rèn)真總結(jié),查找產(chǎn)生失誤的原因,為今后項(xiàng)目的實(shí)施提供借鑒和幫助,同時(shí)它也是對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)督的有效手段,隨著項(xiàng)目的不斷展開和項(xiàng)目終身負(fù)責(zé)制的實(shí)施,對(duì)它的移交和后期評(píng)價(jià)也顯得越來越重要。
33 火區(qū)的后期管理
每個(gè)火區(qū)治理結(jié)束、監(jiān)測(cè)一年并經(jīng)一定級(jí)別的專家驗(yàn)收后宜納入火區(qū)的后期管理。后期管理的主要工作有:(1)由火區(qū)治理單位向火區(qū)所在地的地、州級(jí)人民政府正式移交,移交后火區(qū)由當(dāng)?shù)卣婀芾怼?2)為了鞏固和保護(hù)滅火成果,應(yīng)對(duì)全國或全省已滅火區(qū)繼續(xù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),隨時(shí)了解和掌握火區(qū)現(xiàn)狀,以利于更好開發(fā)利用資源,促進(jìn)地方區(qū)域經(jīng)濟(jì)健康穩(wěn)定的發(fā)展。目前新疆已建立起了火區(qū)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),即煤田火區(qū)監(jiān)測(cè)的GIS系統(tǒng)。該系統(tǒng)是將各種信息進(jìn)行綜合集成,為設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)、相關(guān)查詢、分析和有關(guān)決策提供依據(jù)。