矸石山治理工程控制要点

赵 培 真

(山西诚正建设监理咨询有限公司，山西 阳泉 045000)

煤矸石是采煤、洗煤过程排放的固体废物，是一种含碳量较低、低发热值、比煤坚硬的黑灰色岩石。煤矸石主要用于建筑材料、发电、制作化工产品等。但目前为止，煤矸石的利用力度不大，技术不完善，地区发展不平衡对环境影响依然很严重。

煤矸石的大量堆放，不仅压占土地，矸石淋溶液会污染土壤及地下水，矸石的不合理堆放可发生边坡失稳从而导致矸石山崩塌、滑移，煤矸石自燃会排放CO，SO2等有害气体污染大气环境或引起火灾，影响居民身体健康，所以矸石山治理刻不容缓。以下为矸石山治理削坡覆土及注浆灭火工程控制要点。

1 削坡工程治理控制

1)对于旧矸石山坡度较大的坡面且影响注浆灭火机械作业时应先进行削坡处理。若需开挖的山体矸石温度过高，可对热矸石进行拌土降温(矸石与黄土体积比宜为6∶4)并及时挖出晾晒降温，冷却后分层回填压实。

2)坡面宜按高宽比不大于1∶1.75削坡，坡面高度不宜超过8 m；若削坡困难且坡面坡度大于1∶1.75时，可采用生态袋护坡。

3)由于治理面积大、工序多、坡度大导致削坡工程的标高、位置测量难度大，应依照设计图纸检查放样布点情况，及时对场地内坐标控制点进行现场复核，控制好坡度。

2 覆土工程治理控制

注浆灭火后要对矸石表面进行覆土密封压实以隔绝空气，使自燃矸石山内部氧气耗尽后熄灭。

1)回填土料控制：针对矸石山发火区矸石拌土、黄土回填，应对土质区分检验，保证所有回填土质符合设计及规范要求。针对不同土源、土质在试验室做土工击实试验，以确定回填土最佳含水率、最大干密度；由于矸山覆土用于绿化工程应做土样颗粒分析试验，以测量土质各种粒径的百分比符合要求。

2)高温发火区回填土：在保证土质、含水率的前提下结合工艺严格控制虚铺厚度、夯实遍数、标高、平整度、排水坡度；并严格按GB/T 50123土工试验方法标准要求进行回填土压实度检测，矸石拌土可采用灌水法、黄土回填可采用环刀法检测；高温发火区应向下挖除1 m厚采用矸石拌土(矸石与黄土按体积比6∶4)搅拌后回填，再覆1 m厚黄土，坡面及平面回填土应按水平分层压实，矸石拌土、黄土回填压实系数宜不小于0.85。

3)矸石山表面与山体接壤处设置土工布，压入土工袋。

3 发火区注浆灭火工程治理控制

根据温度勘测报告中确定的发火区范围，在矸石山进行削坡整平后对矸石山发火区采用“钻孔注浆法”进行注浆灭火，通过在发火区布置一系列钻孔，然后将不燃物(水泥、熟石灰、粉煤灰等)配置成泥浆灌注钻孔，通过降温、隔氧作用达到灭火目的。

3.1 钻孔工程

各个发火区注浆灭火前可选有代表性的试验区进行现场成孔、注浆试验，以便对成孔工艺、浆液配比、注浆工艺、灭火效果和注浆消耗量等做进一步优化。

在各发火区范围内正方形或梅花形均匀布置钻孔，孔深以达到矸石山深处并方便注浆为宜，孔距宜为4 m～6 m，回转钻进；成孔后立即进行孔口管浇筑，地面以上部分不少于0.5 m，封孔段为1 m，采用水灰比为1∶2的纯水泥浆灌注密封。

注浆管宜采用φ40 mm～50 mm钢管，管口附近设置注浆高压胶管，管口应设置堵头做好密封；钢管封孔段以下设置花孔φ10@300梅花形布置。

钻孔孔位偏差不超过10 cm，孔斜小于2°，钻孔位置宜设在坡顶线内不小于1.5 m，若距离太近则会造成坡面浆液流失。

控制好钻孔个数、进尺；控制好各发火区边线坐标、标高；将各发火区最外侧的2排孔作为帷幕钻孔，且需先进行钻孔及注浆。

3.2 制浆原材料

水：施工拌制用水应符合《混凝土拌合用水标准》，其pH值应大于4；水泥：采用32.5级水泥，应符合相关国家标准要求，优先选用矿渣水泥；粉煤灰：应符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》国家三级质量标准，严格控制烧失量不大于15%；熟石灰：采用三级或以上的新鲜消石灰，应符合国家相关标准要求。

制浆原材料应依据规范要求进行批量检测，应符合国家质量检测标准。

3.3 浆液配合比及制浆

浆液水固比为1∶1.0～1∶1.2(帷幕钻孔注浆1∶1.2)，水泥∶熟石灰∶粉煤灰的重量比为1∶2∶7。在发火区外围宜采用稠浆，内部宜采用稀浆，单孔注浆浓度宜先稀后稠，应根据现场试验和灌浆情况进行调整。

应按最终确定的试验配合比配制浆液，制浆原材料应采用定量容器进行计量，采用二级搅拌进行制浆，每次搅拌时间不得少于10 min，且搅拌均匀，制浆时做好浆液比重、材料配合比等各项性能指标检测。

3.4 注浆工程

各个发火区注浆前必须先做成孔、注浆试验，以便结合现场实际情况对设计的施工方法、工艺参数等做进一步优化。可选有代表性的试验区进行现场注浆试验，其内容包括：成孔工艺、浆液配合比、注浆工艺、灭火效果、注浆消耗量等。

注浆前按设计浆液配合比，采用现场制浆原材料在试验室做浆液配合比试验，试验内容包括浆液在不同配比下每立方米浆液中干料含量、浆液比重、初凝及终凝时间、结石率等。

根据发火区范围和燃点位置，注浆顺序宜由外向内、从四周到中心、由浅孔至深孔逐步推进，不得采用大面积展开的“地毯式推进”方法。

钻孔与注浆宜同步施工，注浆时不得采用高压力、大泵量、一次性将孔注满，应以实时温度变化情况为参考，宜采用多次反复、低压注浆，停歇时及时采用稀浆洗孔。

注浆时要定时观测孔口压力、孔内温度，做好浆液结石率、比重检测。

3.5 终止注浆标准(注浆量控制)

帷幕钻孔注浆：孔口压力达到1.0 MPa以上，灌入量小于5 L/min，且持续15 min；或者坡面大量溢浆。

钻孔注浆：孔口压力达到0.5 MPa以上，灌入量小于7 L/min，且持续15 min；或者坡面大量溢浆。

坡面注浆：孔口压力达到0.2 MPa以上，灌入量小于5 L/min，且持续15 min；或者坡面大量溢浆。

所有钻孔注浆后的温度均不得高于170 ℃。

3.6 其他注意事项

成孔后要立即对钻孔进行内部测温，施工过程中应对孔内温度和有害气体进行定期监测，做好记录。

若有缩孔、塌孔现象，严重影响成孔时，浅孔可采用打入式注浆管，然后直接注浆；深孔可在钻至设计深度后不起钻杆，直接采用钻杆注浆，待注浆完成后再拔出钻杆，然后灌满钻孔。

开始注浆时宜采用稀浆进行高压冲孔，保持管道畅通，以防塌孔、堵孔；不宜采用清水冲孔，以防孔内温度过高引发气爆现象。

单孔注浆工作必须连续进行，若因停电、机械故障等问题被迫中断应尽快恢复注浆，否则应立即冲洗钻孔，而后恢复注浆，若无法冲洗应进行扫孔或补孔后注浆。

对于发火区特别严重区域，在进行钻孔注浆后，若温度仍然居高不降或长时间高于170 ℃，应在相邻原孔位之间的中心位置加密布孔及注浆，采用反复注浆、持续测温的方法。

注浆灭火时，若地面覆土较厚、碾压较密实、无贯通缝隙，很容易发生“气爆”，必须做好现场安全防护措施。

3.7 灭火效果检测和监测

注浆灭火作业时应在各个发火区布置监测孔，面积较大的发火区和发火严重区域应增加监测孔数量，注浆后对监测孔及时埋置热电偶，实时观测孔内温度变化。

矸石山治理工程完成后应委托第三方对矸石山进行温度监测，对高温区进行重点监测，根据监测记录形成最终的监测报告；在治理后的矸石山布置环境监测点，以检测SO2,NO2,CO等有毒有害气体。

4 结语

削坡覆土及注浆灭火工程是一项实践性很强的工作，矸石山治理工程重点在于控制好以下几点：注浆灭火降温、覆土密封以隔绝空气、温度监测及后期维护。