一種預(yù)防煤矸石山自燃的方法
【專利摘要】一種預(yù)防煤矸石山自燃的方法，該方法通過在煤矸石山溫度異常區(qū)域采用網(wǎng)格式布置方法施工鉆孔群，將單向傳熱密封管植入各個鉆孔中，利用單向傳熱密封管高效的熱傳導(dǎo)性能，將煤矸石山內(nèi)部的熱量不斷的轉(zhuǎn)移至外界空氣中，使熱量難以發(fā)生積聚，多個單向傳熱密封管協(xié)同作用形成網(wǎng)格式吸熱降溫區(qū)，高溫異常區(qū)域溫度不斷降低。多個網(wǎng)格式吸熱降溫區(qū)共同作用下，煤矸石山內(nèi)部蓄熱條件被破壞，溫度不斷降低，避免了自燃的發(fā)生,既而實現(xiàn)了煤矸石山自燃的預(yù)防。本發(fā)明提出了一種施工簡單、安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效的煤矸石自燃預(yù)防方法，具有降溫顯著、工程量小、可循環(huán)使用、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點，具有很好的推廣應(yīng)用價值。
【專利說明】一種預(yù)防煤矸石山自燃的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及礦山煤矸石山治理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種預(yù)防煤矸石山自燃的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]煤矸石是煤炭開采與加工過程中產(chǎn)生和排放的固體廢棄物，其產(chǎn)量約占煤炭產(chǎn)量的10%?15%。近年來，隨著采煤機(jī)械化程度的不斷提高和煤炭分選加工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，煤矸石的排放量逐年增加，大量煤矸石的堆積現(xiàn)已形成大小數(shù)千座矸石山，占用了土地，浪費(fèi)了資源，更為嚴(yán)重的是在空氣的長期氧化作用下矸石山會發(fā)生自燃，煤矸石山的自燃不僅會產(chǎn)生大量的S02、C0、H2S等有毒有害氣體，污染大氣環(huán)境，危害人民健康，更有可能引發(fā)爆炸等破壞性更大的災(zāi)害，因此采取有效措施對煤矸石山自燃的防治是十分必要的。
[0003]煤矸石山一旦自燃，滅火十分困難，常用的滅火方法有挖掘熄滅法、覆蓋碾壓法、澆灌滅火法和注漿滅火法等，這些方法耗資巨大，而且實施后煤矸石山復(fù)燃的可能性仍然很大，所以從環(huán)境和治理費(fèi)等各方面考慮，我們應(yīng)從煤矸石山自燃的預(yù)防工作做起，做到防患于未“燃”。我國針對煤矸石山的防治進(jìn)行了大量工作，形成了一系列預(yù)防煤矸石山自燃的方法。煤矸分離法是將矸石中的煤塊盡量分撿回收，減少矸石中飽煤含量，從而減少矸石的硫分，降低自燃系數(shù)，但其對矸石內(nèi)部的易氧化成分不能有效的解除，對煤矸石的自燃只能起到一定的阻止作用；深部注入惰性氣體法是將液氮、干冰(氣化后注入)等注入矸石山深部，降低反應(yīng)區(qū)溫度，同時代替矸石山內(nèi)部孔隙中的氣體，該方法可以使煤矸石以較長的時間保持低溫和無氧狀態(tài)，但因成本太高使其應(yīng)用受到了很大限制；此外還有壓注阻化材料、灑水降溫等方法，但都因成本高、工程量大或防治效果不理想等而難以得到廣泛的推廣應(yīng)用，煤矸石山自燃的預(yù)防問題還有待進(jìn)一步研宄解決。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是針對已有技術(shù)中存在問題，提出一種施工簡單、安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、效果好的預(yù)防煤矸石山自燃的方法。
[0005]技術(shù)方案:為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的防治煤矸石山自燃的方法，包括以下步驟:
[0006]a.從煤矸石堆積成型開始，采用非接觸式紅外測溫儀定期對煤矸石山的表面溫度進(jìn)行測定，及時發(fā)現(xiàn)溫度異常情況，確定溫度異常區(qū)域位置；
[0007]b.在確定的異常溫度區(qū)域內(nèi)與水平面成夾角α傾斜施工多個鉆孔，夾角α>30°，多個鉆孔采用網(wǎng)格式布置方式形成鉆孔群，孔間距為0.5?1.5m ;
[0008]c.在施工好的多個鉆孔內(nèi)分別植入單向傳熱密封管，形成網(wǎng)格式吸熱降溫區(qū)，所述單向傳熱密封管的下部為吸熱段，吸熱段內(nèi)裝有液體工質(zhì)，單向傳熱密封管的中部為絕熱段，上部為散熱段，散熱段上安裝有散熱片；施工過程中，將吸熱段全部埋入矸石山內(nèi)部，散熱段伸出鉆孔全部暴露于空氣中；
[0009]d.按常規(guī)對鉆孔口進(jìn)行密閉封孔；
[0010]e.當(dāng)煤矸石內(nèi)部熱量積聚溫度升高，與外部環(huán)境形成一定溫差后，單向傳熱密封管在吸熱段與散熱段溫差的作用下開始工作，吸熱段內(nèi)的液體工質(zhì)受熱不斷蒸發(fā)變成氣體，在壓力差的作用下氣體不斷上升至散熱段，通過散熱片與周圍空氣進(jìn)行熱量交換，自身發(fā)生冷凝變成液體，在重力作用下流回單向傳熱密封管下部的吸熱段，完成一個氣液轉(zhuǎn)換、熱量轉(zhuǎn)移的循環(huán)，周而復(fù)始，不斷的將煤矸石內(nèi)部熱量轉(zhuǎn)移至外界空氣中，從而避免熱量發(fā)生積聚；
[0011]f.定期利用測溫儀器檢測單向傳熱密封管的散熱段溫度，考察溫度異常區(qū)域的降溫程度和效果，直至溫度異常區(qū)域達(dá)到安全溫度；
[0012]g.達(dá)到安全溫度后，將單向傳熱密封管移出鉆孔，并對該鉆孔進(jìn)行充填封堵，以防止空氣進(jìn)入引發(fā)自燃；
[0013]h.對所有溫度異常區(qū)都布置單向傳熱密封管，形成一個個網(wǎng)格式吸熱降溫區(qū)，在多個網(wǎng)格式吸熱降溫區(qū)共同作用下，實現(xiàn)煤矸石山自燃的預(yù)防。
[0014]有益效果:本發(fā)明針對當(dāng)前煤矸石山自燃防治困難的問題，通過在煤矸石山溫度異常區(qū)域布置施工網(wǎng)格式鉆孔群，將單向傳熱密封管植入各個鉆孔中，利用其高效的熱傳導(dǎo)性能，將煤矸石山內(nèi)部的熱量不斷的轉(zhuǎn)移至外界空氣中，使熱量難以發(fā)生積聚，多個單向傳熱密封管協(xié)同作用形成網(wǎng)格式吸熱降溫區(qū)，防止了煤矸石山內(nèi)部熱量的積聚，實現(xiàn)了溫度異常區(qū)域的安全降溫，在多個網(wǎng)格式吸熱降溫區(qū)共同作用下，煤矸石山內(nèi)部蓄熱條件被破壞，溫度不斷降低，有效的避免了自燃的發(fā)生，從而達(dá)到了預(yù)防煤矸石山的自燃的目的。本發(fā)明散熱高效，降溫顯著，預(yù)防效果出色；只對溫度異常區(qū)域?qū)嵤┙禍?，施工簡單，工程量??；單向傳熱密封管安全可靠，基本不需維護(hù)，同時單向傳熱密封管可實現(xiàn)循環(huán)再利用，極大的降低了經(jīng)濟(jì)成本。其施工簡單、安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、效果好，在本【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)具有廣泛的實用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的煤矸石山溫度異常點分布示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明的網(wǎng)格鉆孔施工布置示意圖。
[0017]圖3是本發(fā)明的單個傳熱密封管及降溫工作方式示意圖。
[0018]圖中:1-煤矸石山，2-溫度異常區(qū)域，3-鉆孔群，4-單向傳熱密封管，5-散熱段，6-絕熱段，7-吸熱段，8-煤砰石，9-液體工質(zhì)，10-吸熱段工質(zhì)蒸汽流向，11-散熱段冷凝工質(zhì)流向，12-散熱片。

【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進(jìn)一步的描述:
[0020]如圖1所示，首先，對已經(jīng)堆積成型的煤矸石山1，利用非接觸式紅外測溫儀對其進(jìn)行表面溫度的測定，檢測并標(biāo)定出溫度異常區(qū)2，確定溫度異常區(qū)的位置。隨后，對各個溫度異常區(qū)分別施工鉆孔，圖2為溫度異常區(qū)2的鉆孔施工布置示意圖，在溫度異常區(qū)域2內(nèi)，采用網(wǎng)格式的方式布置鉆孔群3，鉆孔間距L為0.5?1.5m，具體L長度視該區(qū)域溫度情況而定，實驗顯示，當(dāng)兩根單向傳熱密封管之間距離L小于1.5m時，單向傳熱密封管4對煤矸石山I內(nèi)部的溫度分布影響較大，當(dāng)L大于1.5m時，兩根單向傳熱密封管的中間區(qū)域的溫度會有明顯的上升，溫度分布線凸起較為明顯，認(rèn)為其降溫效果不理想，因此要求L不得大于1.5mο
[0021]如圖3所示，在施工好的鉆孔內(nèi)分別植入單向傳熱密封管4，形成網(wǎng)格式吸熱降溫區(qū)，所述單向傳熱密封管4的下部為吸熱段7，吸熱段7內(nèi)裝有液體工質(zhì)9，單向傳熱密封管4的中部為絕熱段6，上部為散熱段5，散熱段5上安裝有散熱片12 ;施工過程中，將吸熱段7全部埋入矸石山內(nèi)部，散熱段5伸出鉆孔全部暴露于空氣中；該單向傳熱密封管4管材和液體工質(zhì)的選擇是同步的，管材應(yīng)具有耐腐蝕性、化學(xué)穩(wěn)定性和較高的強(qiáng)度，液體工質(zhì)9應(yīng)具有較高的熱傳導(dǎo)能力，其化學(xué)組成穩(wěn)定且不與密封管發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對于管材和液體工質(zhì)9的選取，針對溫度異常區(qū)域2的溫度范圍確定了兩類組合方式，一類是氨-碳鋼單向傳熱密封管，工作溫度為-60?120°C，適用于升溫初期溫度異常區(qū)域2煤矸石自燃的預(yù)防；一類是水-碳鋼單向傳熱密封管，工作溫度為30?250°C，適用于升溫發(fā)展階段溫度異常區(qū)域2煤矸石自燃的預(yù)防。施工時，吸熱段7全部埋入煤矸石8內(nèi)部，散熱段5伸出鉆孔全部暴露于空氣中，絕熱段6可沒入鉆孔中也可暴露于空氣中，可根據(jù)高溫區(qū)域深度靈活調(diào)整。為了保證冷凝后的液體工質(zhì)9在重力作用下能正?；亓鞯轿鼰岫?，保持密封管穩(wěn)定性和提高降溫效果，單向傳熱密封管的傾斜角度即鉆孔施工角度α>30° ；
[0022]植入單向傳熱密封管4后，按常規(guī)對鉆孔口進(jìn)行封閉處理，防止其與外界空氣聯(lián)通加劇煤矸石的自燃。
[0023]當(dāng)煤矸石8內(nèi)部熱量積聚溫度升高，與外部環(huán)境形成一定溫差后，單向傳熱密封管4植入鉆孔內(nèi)后即在吸熱段7與散熱段5溫差的作用下開始工作，吸熱段7內(nèi)的液體工質(zhì)9受熱不斷蒸發(fā)變成氣體，在壓力差的作用下氣體沿方向10不斷上升至上部散熱段5，通過散熱片12將熱量傳給周圍空氣，與周圍空氣進(jìn)行熱量交換，同時自身發(fā)生冷凝變成液體，在重力作用下沿方向11流回到下部的吸熱段7，完成一個氣液轉(zhuǎn)換、熱量轉(zhuǎn)移的循環(huán)，周而復(fù)始，進(jìn)行下一個氣液轉(zhuǎn)換、熱量轉(zhuǎn)移的循環(huán)，不斷的將煤矸石8內(nèi)部熱量轉(zhuǎn)移至外界空氣中，從而避免熱量發(fā)生積聚；隨著單向傳熱密封管4的不斷工作，溫度異常區(qū)2內(nèi)部的熱量便不斷被轉(zhuǎn)移至外界空氣中，使熱量難以積聚。
[0024]定期利用測溫儀器檢測單向傳熱密封管4的散熱段5溫度，以檢查單向傳熱密封管4的工作狀態(tài)，考察溫度異常區(qū)域2的降溫程度和效果，在網(wǎng)格式吸熱降溫區(qū)內(nèi)所有單向傳熱密封管的協(xié)同作用下，高溫異常區(qū)域2溫度就會不斷降低，直至網(wǎng)格式吸熱降溫區(qū)內(nèi)所有單向傳熱密封管的溫度均降低到安全溫度以下，此時，認(rèn)為溫度異常區(qū)域2達(dá)到了一個安全溫度；
[0025]達(dá)到安全溫度后，將單向傳熱密封管4移出鉆孔，并對該鉆孔進(jìn)行充填封堵，以防止空氣進(jìn)入引發(fā)自燃；將單向傳熱密封管4移至其他溫度異常區(qū)域進(jìn)行循環(huán)再利用，單向傳熱密封管4移出后對鉆孔3進(jìn)行充填封堵，以防治空氣進(jìn)入引發(fā)自燃。
[0026]對所有溫度異常區(qū)2都布置單向傳熱密封管4后，就形成一個個網(wǎng)格式吸熱降溫區(qū)，在多個網(wǎng)格式吸熱降溫區(qū)共同作用下，煤矸石山I內(nèi)部蓄熱條件被破壞，溫度異常區(qū)的溫度不斷降低，自燃無法發(fā)生，最終實現(xiàn)煤矸石山I自燃的預(yù)防。
【權(quán)利要求】
1.一種防治煤矸石山自燃的方法，其特征在于包括以下步驟: a.從煤矸石堆積成型開始，采用非接觸式紅外測溫儀定期對煤矸石山(I)的表面溫度進(jìn)行測定，及時發(fā)現(xiàn)溫度異常情況，確定溫度異常區(qū)域(2)位置； b.在確定的異常溫度區(qū)域(2)內(nèi)與水平面成夾角α傾斜施工多個鉆孔，夾角α>30°，多個鉆孔采用網(wǎng)格式布置方式形成鉆孔群(3)，孔間距為0.5-1.5m ; c.在施工好的多個鉆孔內(nèi)分別植入單向傳熱密封管(4)，形成網(wǎng)格式吸熱降溫區(qū)，所述單向傳熱密封管(4)的下部為吸熱段(7 )，吸熱段(7 )內(nèi)裝有液體工質(zhì)(9 )，單向傳熱密封管(4)的中部為絕熱段(6)，上部為散熱段(5)，散熱段(5)上安裝有散熱片(12);施工過程中，將吸熱段(7 )全部埋入矸石山內(nèi)部，散熱段(5 )伸出鉆孔全部暴露于空氣中； d.按常規(guī)對鉆孔口進(jìn)行密閉封孔； e.當(dāng)煤矸石(8)內(nèi)部熱量積聚溫度升高，與外部環(huán)境形成一定溫差后，單向傳熱密封管(4)在吸熱段(7)與散熱段(5)溫差的作用下開始工作，吸熱段(7)內(nèi)的液體工質(zhì)(9)受熱不斷蒸發(fā)變成氣體，在壓力差的作用下氣體不斷上升至散熱段(5)，通過散熱片(12)與周圍空氣進(jìn)行熱量交換，自身發(fā)生冷凝變成液體，在重力作用下流回到單向傳熱密封管(4)下部的吸熱段(7)，完成一個氣液轉(zhuǎn)換、熱量轉(zhuǎn)移的循環(huán)，周而復(fù)始，不斷的將煤矸石(8)內(nèi)部熱量轉(zhuǎn)移至外界空氣中，從而避免熱量發(fā)生積聚； f.定期利用測溫儀器檢測單向傳熱密封管(4)的散熱段(5)溫度，考察溫度異常區(qū)域(2)的降溫程度和效果，直至溫度異常區(qū)域(2)達(dá)到安全溫度； g.達(dá)到安全溫度后，將單向傳熱密封管(4)移出鉆孔，并對該鉆孔進(jìn)行充填封堵，以防止空氣進(jìn)入引發(fā)自燃； h.對所有溫度異常區(qū)(2)都布置單向傳熱密封管(4)，形成一個個網(wǎng)格式吸熱降溫區(qū)，在多個網(wǎng)格式吸熱降溫區(qū)共同作用下，實現(xiàn)煤矸石山(I)自燃的預(yù)防。
【文檔編號】A62C2/00GK104492004SQ201410675810
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】林柏泉, 楊威, 劉統(tǒng) 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)