王清
中建二局第三建筑工程有限公司 北京 100070
摘要：针对煤矸石（煤矸山）自燃、松散、环境污染的特性，会对生态环境和人类的安全健康产生不良影响，研究煤矸石路基治理措施, 通过施工现场实操工艺验证,改进钻孔方式、封闭措施、注浆工艺，提高了煤矸石路基的处理效率,也有效避免研石山灭火后的复燃。
关键词：煤矸山 注浆 灭火 自燃
0引言
煤矸石是采煤和洗煤过程中产生的排弃物，—般煤矸石综合排放量占原煤产量的15%～20%,其自燃时产生的大量CO、H2S、SO2等有害气体,对周围的生态环境造成严重污染,雨水季节时,矸石中的有害成分会在雨水流经研石山时随其一并渗透到地下,污染了当地的水环境和土壤环境。如何高效快捷治理矸石山，同时防止灭火不彻底矸石山复燃情况的发生,保证路基安全快速施工，要求治理者必须根据矸石山的特性选择最适当的最快捷适用的施工工艺。
1煤矸石特性
研究文献并结合从山西阳泉阳煤集团五矿了解到的情况，煤矸石存在自燃、松散、环境污染等特点，对施工安全和质量存在影响，具体如下：
1.1自燃特性
引起矸石自燃的因素很多，目前的研究结果表明：硫铁矿结核体是引起矸石自燃的决定因素，水和氧气是矸石自燃的必要条件，碳元素是矸石自燃的物质基础。煤层中全硫含量，是由硫铁矿、有机硫和硫酸盐硫所组成，其中硫铁矿硫和有机硫是可燃硫，尤其是硫铁矿硫是缺氧还原环境中生成的，赋存于煤层及煤系地层中，成结构和结晶状态，未开采前埋藏于地下，隔绝空气，难以氧化，出井排放后，矸石经过大面积接触空气而氧化，同时放出大量的热，硫铁矿的燃点仅为280℃，所以易引起自燃，从而引起其它可燃物的燃烧。
氧是煤矸石自燃不可缺少的条件，只有供给氧才能产生自燃，供氧量的多少，直接影响燃烧程度的大小。水也是加速矸石自燃的一个重要条件，由于水的存在，硫铁矿才能产生硫酸溶液，并产生大量的热，从而促进自燃。另外，矸石处理场其他可燃物如煤、木头等是使燃烧扩大、蔓延的必要条件。
因此，除含硫量之外，矸石处置后是否自燃，还可以从可燃成分、通风状况、氧化蓄热条件、堆积处理方式等方面来评价。
1.2松散
煤矸石因其结构松散、稳定性差，长期暴露地表，每逢雨季，矸石山产生滑坡或泥石流等地质灾害现象也屡见不鲜。
1.3环境污染
矸石自燃影响大气和生态环境。其中碳、硫构成矸石自燃的物质基础。露天堆放的矸石内部热量逐渐积蓄，当温度达到可燃物的燃点时便自燃，自燃过程中，将会释放大量的S02、C0、H2S、N0x和C6H6等有害气体，对环境空气质量将产生一定的影响。
2工程背景
本项目位于山西省阳泉市平定县，煤矸山弃渣由附近煤矿、电厂弃渣堆填形成，约1992～1993年开始堆填，堆积形成时间约20年，渣体厚度约5～50m不等，成分混杂以碎石、煤矸石、粉煤灰为主，夹有煤矸石，结构松散～稍密，空隙较大。K36+420～K36+530段由附近煤矿弃渣堆填形成，约2011年开始堆填，堆积形成时间约7年，渣体厚度约2～20m不等。
3煤矸石路基施工技术
3.1总体施工方法
本段路基为挖方路堑，设计标高以下19.56m范围内为弃渣。路堑边坡先行按1：1开挖，路床强夯后，再人工刷坡至1：1.5,然后做100cm的边坡人工培土，边坡釆用客土喷播植草防护。
3.2施工工艺
3.2.1温度、气体探查
根据现场调查情况和设计地勘图纸，分析本路基段可能存在煤矸石弃渣内部自燃，因此在施工前对路基煤矸石弃渣进行温度探查和气体探测，以确定煤矸石弃渣是否自燃、自燃深度、自燃范围，有害气体对施工人员的影响以便于采取相对应探查范围
1、测温点布置
采用“梅花型”布设测温点，平台及坡面均以行距20m，排距20m布设测温点进行测温。测温范围为表层6米深度范围阶梯深度测温，系统诊断火情。主要包括热电偶测温、表观、气味等。
2、测温仪器
测温仪器采用非接触式红外测温仪与WRNK式铠装热电偶安全防护措施。
3、测温布点和定位
4、温度分区
根据大量研究及多年的实践经验，探查将温度区间分为发火区、蓄热区、临界区、防控区（安全区）。
发火区为1—6米任意深度温度大于等于230℃所含区域；蓄热区为1—6米任意深度温度大于等于90℃小于230℃的区域；临界区为1—6米任意深度温度大于等于70℃小于90℃的区域；防控区为1—6米任意深度温度小于70℃的区域。
5、测气体方法
现场有毒有害气体检测利用测温孔和现有地表裂隙，采用四合一气体检测仪，主要针对O2、EX可燃气、H2S硫化氢、CO一氧化碳等。
3.2.2低温区路基施工工艺
1、防控区、临界区（低温）按照一般弃渣路基采用分层纵向开挖法施做，每层开挖长度不超过20m，层厚不超过6m，开挖一层用黄土及时覆盖，避免煤矸石长时间暴露；
2、路基开挖
采用挖机对煤矸石弃渣上的原覆盖土进行剥离，按照纵向分层开挖的方法，分层分段进行施工，每层开挖长度不超过20m，层厚不超过6m，开挖一层用黄土及时覆盖，避免煤矸石长时间暴露。
路堑边坡按照设计1:1.5坡比一次性开挖成型，开挖至路床后覆盖干拌土并进行强夯，重夯夯能控制在1000KN以下。然后顶面再换填30cm的3%水泥土并进行压实。 开挖面积超过160㎡必须覆盖黄土，边坡增加覆盖100cm 厚的覆土并碾压密实，压实系数不小于0.85，边坡釆用客土喷播植草防护。
边坡开挖前先施做边坡的截排水沟，避免雨水汇入煤矸石弃渣内部引起自燃或沉降。水沟采用柔性材料铺底，码砌植生袋形式成型，边坡坡面每50m设置一道竖向急流槽进行集中排水。
3.2.3高温区路基施工工艺
蓄热区、发火区（高温）开挖施工前采用挖掘机混填矸拌土和钻孔注浆灭火 等方式降低矸石弃渣温度，防止火区蔓延。然后按照低温路基施工。
1、钻孔
采用Φ73-Φ89干钻或冲击钻进，把花管（带孔的钻杆）送入孔底指定部位。所有钻孔开孔口径不得小于50mm。孔位布置如下图示意：
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2、注浆
注入水泥粉煤灰浆液，水固比1:1.0-1:1.2,水泥、熟石灰（白灰）和粉煤灰的重量比为1:2:7。
注浆过程要采用定量定压，孔口压力要小，每个孔每次注浆量要小于5m3，若大于5m3，浆液中掺加水泥重量2％的水玻璃。当注浆量过大（开始地表溢浆） 时，采用间歇式注浆。
注浆应随钻随注，注浆时人员应远离孔口。并随时观测孔口及蒸汽量情况，避免出现水蒸气爆炸现象。严禁向注浆管内注水。
3、注浆效果检验
注浆完毕3个月后，应根据实际情况采用钻孔抽检法进行灭火效果检测
（1）各观测孔内气体温度呈持续下降趋势，全孔最高温度小于100℃，且90%以上观测孔最高温度稳定在70℃以下；
（2）各观测孔内一氧化碳浓度持续下降，孔内最高值小于625mg/Nm3，且90%以上观测孔一氧化碳最大浓度稳定在125mg/Nm3以下；
（3）各观测孔内气体温度及一氧化碳浓度的月平均值在6个月内呈持续下降趋势。
4、达到注浆效果后，按低温区路基施工。
5结束语
在矸石山路基施工过程中,通过现场施工工艺的前后对比,优化了孔口封堵措施和注浆浆液的配比,改变了钻孔方法，保证快捷有效的施工，达到了煤矸石路基处理的效果。也有效避免矸石山灭火后的复燃。施工过程中通过有效措施，控制了安全风险，同时保证了施工人员的职业健康。
参考文献：
［1］胡建勇.高速公路特殊路基煤矸石路段的灭火处理.《山西建筑》 2016(12)