新疆煤田火災的危害及其防治

摘　要　論述了新疆煤田火災的成因、特點及產生的危害。介紹了根據(jù)新疆煤田火災的實際情況而采取的防治技術及火區(qū)的管理方法。對其它煤田的的火災滅火有一定的借鑒意義。

關鍵詞　新疆煤田火災　危害　防治

1新疆煤田火災及其危害

11　新疆煤田火災的成因及特點

新疆煤炭資源十分豐富，但煤田火災現(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，隨之產生氧化作用，積熱增溫，一旦溫度達到燃點時，煤層就會自燃，蔓延擴散后發(fā)展成為煤田火災。(2)開采技術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，火災產生后也無法處理，最后由點到面，從小到大逐漸發(fā)展為大面積的煤田火災。(3)新疆由于氣候干燥炎熱，降雨量少，這為煤田火區(qū)的產生和擴散起到了促進和催化作用。(4)新疆的大部分煤田形成于侏羅紀，成煤期比較晚，加之地域構造的特殊，煤的自燃發(fā)火期較短，最短的僅有23天。

新疆煤田火災的特點是：（1）燃燒歷史長。據(jù)地質考證，40萬年以前就有大面積煤田火災發(fā)生。(2)分布范圍廣。在全區(qū)15個地州，31個縣市都有火區(qū)。(3)火區(qū)面積大，燃燒劇烈。首批治理的5大重點火區(qū)和第二批治理的8大重點火區(qū)的活火區(qū)面積都在100萬m2以上；現(xiàn)存的7大重點火區(qū)和26個一般火區(qū)的監(jiān)測溫度都在800℃以上，最高溫度達3000℃；燃燒深度一般在100m以下，最深達317m(如拜城鐵列克火區(qū))。

12　新疆煤田火災的危害

煤田火災造成的危害是多方面的，其主要危害有：（1）煤田火災損失了大量的煤炭。據(jù)1996年普查，新疆每年因煤田火災燒損的煤炭總量為1003萬t。(2)污染了大氣環(huán)境。煤田火災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算，每年燒掉1003萬t煤炭，直接生成物和伴生物中，CO22840萬t、CO 64.19萬t、SO2 10.03萬t、大量的CH4和H2S等有毒有害氣體及8.26萬t的粉塵，同時還向大氣中排放80萬億kJ的熱量。(3)〖BFQ〗破壞了區(qū)域生態(tài)平衡?；馂乃趨^(qū)域因煤田火區(qū)燃燒，火區(qū)上部寸草不生，土質疏松，土壤有機質下降，雨雪沖刷后造成水土流失，加劇土壤的荒漠化?；饏^(qū)燒毀了草場，有的甚至引發(fā)森林火災，生物鏈被破壞，最終導致該區(qū)域內生態(tài)平衡被嚴重破壞。(4)破壞了區(qū)域水環(huán)境。在煤田火災所在的區(qū)域，由于煤炭中的金屬和非金屬元素經高溫燃燒造成酸堿性化合物，對火區(qū)附近的地表水和淺層地下水造成污染，改變了水質，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)地質災害。因煤田火區(qū)燃燒，地表形成大片焦土和燒變巖，同時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)境污染和地質災害的發(fā)生不得不遷徙或另求謀生之道(尤其是當?shù)氐哪撩?。

2　新疆煤田火災的防治

新疆煤田火災的防治技術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人員經過40多年的實踐、總結摸索出的一種技術手段易行、滅火成本經濟、滅火效果顯著的有效方法。

21　剝離注水注漿覆蓋法

此法用于火區(qū)燃燒深度小于30m時，首先剝開火源，之后注水降溫至臨界溫度70℃，再進行注漿，充填封閉裂隙，最后地表實施大范圍覆蓋，既隔絕氧氣又恢復植被。

22　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，具體操作方法是：

（1）先剝除火區(qū)露頭火源及部分燒變巖，對火區(qū)進行斜坡化處理，使火區(qū)表面形成一個具備打鉆覆蓋條件的場所。剝離有機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)內溫度降低到40℃以下，并對淺部空洞區(qū)域進行爆破處理。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)內地表的深大裂隙被填平。火區(qū)邊沿外推15m的正常區(qū)地形必須滿足覆蓋要求。
（2）燃燒深的煤田火災，剝離后必須實施鉆探，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、滅火鉆孔和觀測鉆孔3種。探火勘探線應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，沿煤層傾向布設2～3個鉆孔，其中一個鉆孔應布設在正常煤層中，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在已燃煤層底板上部15m。觀測鉆孔布設在火源中心；鉆孔孔徑73～127mm，鉆孔除孔口為實管外，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?？變瘸恋砦锊坏寐裨O煤層的1/5，否則應撈取孔內沉淀物后，方可下套管，管口設可啟閉的裝置。

（3）鉆探結束后，便以鉆孔為中心對燃燒煤層進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)內煤、巖及氣體溫度穩(wěn)定在100℃以下時，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；灌注時有靜壓注漿和壓力注漿2種方式。其灌注原則應先注水后注漿，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措施；制漿站每2小時測定泥漿濃度一次，同時專業(yè)人員應隨時進行抽樣檢查。為保證注漿質量，火區(qū)內塌陷區(qū)裂隙應基本充填，火區(qū)處于完全封閉狀態(tài)后方可停止注漿。

（4）為確保溫度降到臨界溫度的煤層與空氣中的氧氣隔絕，最后還要進行二次封閉——覆蓋，此外也要恢復被火災破壞的地形地貌，使治理后的火區(qū)植被重生，再現(xiàn)綠色。 覆蓋厚度的計算公式如下：（略）
覆蓋工序一般有采土、運土、平整、壓實、修防洪堤，恢復植被。覆蓋區(qū)厚度達標率應在95％以上，而且覆蓋結束后一年內無返潮現(xiàn)象。

據(jù)統(tǒng)計，新疆先后對21個煤田火區(qū)、83個子火區(qū)采用剝離打鉆注漿覆蓋的綜合滅火方法進行治理后，滅火效果普遍較好，經濟效益也非常顯著(噸煤滅火成本僅0.79元)。

煤田滅火必須建立火區(qū)監(jiān)測制度，對火區(qū)狀態(tài)實行定期監(jiān)測。在煤田滅火施工前3個月必須建立火區(qū)監(jiān)測網，進行前期監(jiān)測工作。滅火施工期間，要定期監(jiān)測，掌握火區(qū)動態(tài)。滅火工程項目驗收后，繼續(xù)定期監(jiān)測，時間應不少于一年。監(jiān)測的手段主要有溫度監(jiān)測法；紅外感應監(jiān)測法；氣相色譜分析法；地球物理監(jiān)測法(電法和磁法)共4種。

3　火區(qū)的管理

煤田火災的防治主要有兩方面的工作，一是防治技術，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、滅火過程中的項目管理和滅火后期管理。管理程序如圖1。

31　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，為及時全面掌握和了解火區(qū)現(xiàn)狀、科學合理地進行宏觀決策提供可靠依據(jù)。(2)在火區(qū)普查的基礎上制定科學合理的治理規(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量相結合的方法，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)劃全面有效地指導了煤田滅火工作，使全疆19處煤田火災得到了治理，300多億t的煤炭資源受到了保護。第三次規(guī)劃確定在2012年前徹底根治最后33個重點和一般火區(qū)，使427億t煤炭資源免受火災的威脅和吞噬，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m2的優(yōu)良牧場重新披上了綠裝，將使火區(qū)所在的31個縣市的區(qū)域生態(tài)環(huán)境和水環(huán)境得到改善，將杜絕火區(qū)內發(fā)生以往類似地質災害，有力促進火區(qū)所在地的區(qū)域經濟健康持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展。

圖1　火區(qū)管理程序圖　（略）

32　火區(qū)項目管理

火區(qū)治理規(guī)劃確定后，火區(qū)的管理重心應下移到對每個階段、每個滅火項目的管理上來。煤田滅火工程是一項涉及地質、采礦、環(huán)保、水文、氣象、物探、測量、煤化學、流體動力學、機械工程、電氣工程、巖土力學、氣相色譜學、礦井災害和安全工程等復雜的系統(tǒng)工程，是一門交叉的邊緣技術工程，它也是一項無短期經濟收益、保護資源和環(huán)境的非贏利性的社會公益性工程，所以對它的管理一定要用現(xiàn)代化的思想指導工程項目的進行；對它的管理模式和組織結構一定要采用高效實用的現(xiàn)代企業(yè)管理方式；對它的決策一定要科學和民主，實行專家決策機制，走程序化和規(guī)范化的道路；對它的管理要引入競爭機制，公開招投標，嚴格按照法律法規(guī)操作運行；對它的項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，項目的計劃、控制和協(xié)調緊緊圍繞投資、進度、成本和質量等核心內容，使項目既定目標一旦有偏差能得到及時糾正，確保項目目標在事前、事中和事后都能得到及時有效的控制；為保證煤田滅火項目的質量，應加強項目的每個子火區(qū)的滅火效果的監(jiān)測和單項工程質量的監(jiān)理，并建立一套獨立的運作系統(tǒng)。煤田滅火項目是一個完整的系統(tǒng)，對它的竣工驗收也要認真總結，查找產生失誤的原因，為今后項目的實施提供借鑒和幫助，同時它也是對項目進行監(jiān)督的有效手段，隨著項目的不斷展開和項目終身負責制的實施，對它的移交和后期評價也顯得越來越重要。

33　火區(qū)的后期管理

每個火區(qū)治理結束、監(jiān)測一年并經一定級別的專家驗收后宜納入火區(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、州級人民政府正式移交，移交后火區(qū)由當?shù)卣婀芾怼?2)為了鞏固和保護滅火成果，應對全國或全省已滅火區(qū)繼續(xù)進行動態(tài)監(jiān)測，隨時了解和掌握火區(qū)現(xiàn)狀，以利于更好開發(fā)利用資源，促進地方區(qū)域經濟健康穩(wěn)定的發(fā)展。目前新疆已建立起了火區(qū)動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，即煤田火區(qū)監(jiān)測的GIS系統(tǒng)。該系統(tǒng)是將各種信息進行綜合集成，為設計、施工、監(jiān)測、相關查詢、分析和有關決策提供依據(jù)。