摘 要 论述了新疆煤田火灾的成因、特点及产生的危害。介绍了根据新疆煤田火灾的实际情况而采取的防治技术及火区的管理方法。对其它煤田的的火灾灭火有一定的借鉴意义。
关键词 新疆煤田火灾 危害 防治
1新疆煤田火灾及其危害
11 新疆煤田火灾的成因及特点
新疆煤炭资源十分丰富，但煤田火灾现象也频繁出现。其主要成因是（1）煤层赋存多为急倾斜，露头多，这样暴露的煤层与空气中的氧充分接触，活化能大大增强，随之产生氧化作用，积热增温，一旦温度达到燃点时，煤层就会自燃，蔓延扩散后发展成为煤田火灾。(2)开采技术水平和开采工艺很落后，又无防灭火措施，极易引发矿井火灾，火灾产生后也无法处理，最后由点到面，从小到大逐渐发展为大面积的煤田火灾。(3)新疆由于气候干燥炎热，降雨量少，这为煤田火区的产生和扩散起到了促进和催化作用。(4)新疆的大部分煤田形成于侏罗纪，成煤期比较晚，加之地域构造的特殊，煤的自燃发火期较短，最短的仅有23天。
新疆煤田火灾的特点是：（1）燃烧历史长。据地质考证，40万年以前就有大面积煤田火灾发生。(2)分布范围广。在全区15个地州，31个县市都有火区。(3)火区面积大，燃烧剧烈。首批治理的5大重点火区和第二批治理的8大重点火区的活火区面积都在100万m2以上；现存的7大重点火区和26个一般火区的监测温度都在800℃以上，最高温度达3000℃；燃烧深度一般在100m以下，最深达317m(如拜城铁列克火区)。
12 新疆煤田火灾的危害
煤田火灾造成的危害是多方面的，其主要危害有：（1）煤田火灾损失了大量的煤炭。据1996年普查，新疆每年因煤田火灾烧损的煤炭总量为1003万t。(2)污染了大气环境。煤田火灾中煤的燃烧释放出大量有毒有害气体和粉尘，根据煤的不完全燃烧理论计算，每年烧掉1003万t煤炭，直接生成物和伴生物中，CO22840万t、CO 6419万t、SO2 1003万t、大量的CH4和H2S等有毒有害气体及826万t的粉尘，同时还向大气中排放80万亿kJ的热量。(3)〖BFQ〗破坏了区域生态平衡。火灾所在区域因煤田火区燃烧，火区上部寸草不生，土质疏松，土壤有机质下降，雨雪冲刷后造成水土流失，加剧土壤的荒漠化。火区烧毁了草场，有的甚至引发森林火灾，生物链被破坏，最终导致该区域内生态平衡被严重破坏。(4)破坏了区域水环境。在煤田火灾所在的区域，由于煤炭中的金属和非金属元素经高温燃烧造成酸碱性化合物，对火区附近的地表水和浅层地下水造成污染，改变了水质，使重碳酸型的甜水变成了氯化物型的咸水或硫化物型的苦水，从而恶化了该地区的水环境。(5)破坏了区域岩土环境的稳定性，引发地质灾害。因煤田火区燃烧，地表形成大片焦土和烧变岩，同时形成大范围的地面裂缝和塌陷坑，容易引发泥石流和山体滑坡。(6)居住在火区附近的居民因环境污染和地质灾害的发生不得不迁徙或另求谋生之道(尤其是当地的牧民)。
2 新疆煤田火灾的防治
新疆煤田火灾的防治技术大部分都采用剥离打钻注浆覆盖的综合灭火方法。这种方法是新疆煤田灭火工程处的广大工程技术人员经过40多年的实践、总结摸索出的一种技术手段易行、灭火成本经济、灭火效果显著的有效方法。
21 剥离注水注浆覆盖法
此法用于火区燃烧深度小于30m时，首先剥开火源，之后注水降温至临界温度70℃，再进行注浆，充填封闭裂隙，最后地表实施大范围覆盖，既隔绝氧气又恢复植被。
22 剥离打钻注水注浆覆盖法
此法用于火区燃烧深度大于30m时，具体操作方法是：
（1）先剥除火区露头火源及部分烧变岩，对火区进行斜坡化处理，使火区表面形成一个具备打钻覆盖条件的场所。剥离有机械剥离和定向爆破剥离。剥离平整工程量的确定剥离施工前，必须注水降温，使火区内温度降低到40℃以下，并对浅部空洞区域进行爆破处理。剥离平整后的火区地表坡度小于15°，或斜坡化形成阶梯地形。火区内地表的深大裂隙被填平。火区边沿外推15m的正常区地形必须满足覆盖要求。
（2）燃烧深的煤田火灾，剥离后必须实施钻探，以保证低温的液体能充分置换高温燃烧煤的热量，从而降低可燃体的温度，而且能够把充填裂隙、隔绝氧气的泥浆输送到煤层周围。灭火钻探工程分为探火钻孔、灭火钻孔和观测钻孔3种。探火勘探线应与地球物理勘探线重合。探火钻孔布置原则是：以物探成果为指导，沿煤层倾向布设2～3个钻孔，其中一个钻孔应布设在正常煤层中，按先浅后深的顺序安排施工。 灭火钻孔参数选择如下：
灭火钻孔间距：（略）
灭火钻孔的终孔位置一般应在已燃煤层底板上部15m。观测钻孔布设在火源中心；钻孔孔径73～127mm，钻孔除孔口为实管外，其它均为筛管。 探火钻孔采用全孔或分段取芯，灭火钻孔、观测钻孔可不取芯。钻孔定位，一般可采用仪器法或半仪器法定位。孔内沉淀物不得埋设煤层的1/5，否则应捞取孔内沉淀物后，方可下套管，管口设可启闭的装置。
（3）钻探结束后，便以钻孔为中心对燃烧煤层进行注水降温和注浆封闭。注水系统一般由水源地、泵站、主管路、支管路、钻孔(自然裂隙区、人工鱼鳞坑)等组成。注水原则是先高温区后低温区；间歇性注水，保证水的充分汽化。注水量的确定如下：（略）
火区内煤、岩及气体温度稳定在100℃以下时，停止注水。注浆系统一般由供水系统＋供料系统面部→制浆站→输浆系统→钻孔(自然裂隙区，人工鱼鳞坑)等组成。其布置方式常采用集中式或分区式布置；灌注时有静压注浆和压力注浆2种方式。其灌注原则应先注水后注浆，先外围后中心，浆液先稀后稠，保证间歇性注浆。注浆材料必须是不可燃材料，具有较好的渗透性，收缩率少。一般选黄土。泥浆水土比一般为8∶1～5∶1。注浆系统必须具有防止跑水、跑浆和防冻等安全技术措施；制浆站每2小时测定泥浆浓度一次，同时专业人员应随时进行抽样检查。为保证注浆质量，火区内塌陷区裂隙应基本充填，火区处于完全封闭状态后方可停止注浆。
（4）为确保温度降到临界温度的煤层与空气中的氧气隔绝，最后还要进行二次封闭——覆盖，此外也要恢复被火灾破坏的地形地貌，使治理后的火区植被重生，再现绿色。 覆盖厚度的计算公式如下：（略）
覆盖工序一般有采土、运土、平整、压实、修防洪堤，恢复植被。覆盖区厚度达标率应在95％以上，而且覆盖结束后一年内无返潮现象。
据统计，新疆先后对21个煤田火区、83个子火区采用剥离打钻注浆覆盖的综合灭火方法进行治理后，灭火效果普遍较好，经济效益也非常显著(吨煤灭火成本仅079元)。
煤田灭火必须建立火区监测制度，对火区状态实行定期监测。在煤田灭火施工前3个月必须建立火区监测网，进行前期监测工作。灭火施工期间，要定期监测，掌握火区动态。灭火工程项目验收后，继续定期监测，时间应不少于一年。监测的手段主要有温度监测法；红外感应监测法；气相色谱分析法；地球物理监测法(电法和磁法)共4种。
3 火区的管理
煤田火灾的防治主要有两方面的工作，一是防治技术，二是火区的管理。煤田火区的管理主要指灭火前期的管理、灭火过程中的项目管理和灭火后期管理。管理程序如图1。
31 前期管理
火区的前期管理主要工作有：定期做好火区普查，为及时全面掌握和了解火区现状、科学合理地进行宏观决策提供可靠依据。(2)在火区普查的基础上制定科学合理的治理规划。
火区普查的手段主要有3种：卫星遥感、航空测量和陆地普查。新疆近期的火区普查采用了陆地普查和航空测量相结合的方法，都收到不同程度的良好效果。
新疆的火区治理规划先后在1981年、1997年和2004年制定过3次。前2次的规划全面有效地指导了煤田灭火工作，使全疆19处煤田火灾得到了治理，300多亿t的煤炭资源受到了保护。第三次规划确定在2012年前彻底根治最后33个重点和一般火区，使427亿t煤炭资源免受火灾的威胁和吞噬，有效遏制了火区每年向大气层排放100多万t各种有毒有害气体，受火区危害的826万m2的优良牧场重新披上了绿装，将使火区所在的31个县市的区域生态环境和水环境得到改善，将杜绝火区内发生以往类似地质灾害，有力促进火区所在地的区域经济健康持续稳定地发展。
图1 火区管理程序图 （略）
32 火区项目管理
火区治理规划确定后，火区的管理重心应下移到对每个阶段、每个灭火项目的管理上来。煤田灭火工程是一项涉及地质、采矿、环保、水文、气象、物探、测量、煤化学、流体动力学、机械工程、电气工程、岩土力学、气相色谱学、矿井灾害和安全工程等复杂的系统工程，是一门交叉的边缘技术工程，它也是一项无短期经济收益、保护资源和环境的非赢利性的社会公益性工程，所以对它的管理一定要用现代化的思想指导工程项目的进行；对它的管理模式和组织结构一定要采用高效实用的现代企业管理方式；对它的决策一定要科学和民主，实行专家决策机制，走程序化和规范化的道路；对它的管理要引入竞争机制，公开招投标，严格按照法律法规操作运行；对它的项目施工管理要做到人员专业化，作业手段信息化，思想观念现代化，项目的计划、控制和协调紧紧围绕投资、进度、成本和质量等核心内容，使项目既定目标一旦有偏差能得到及时纠正，确保项目目标在事前、事中和事后都能得到及时有效的控制；为保证煤田灭火项目的质量，应加强项目的每个子火区的灭火效果的监测和单项工程质量的监理，并建立一套独立的运作系统。煤田灭火项目是一个完整的系统，对它的竣工验收也要认真总结，查找产生失误的原因，为今后项目的实施提供借鉴和帮助，同时它也是对项目进行监督的有效手段，随着项目的不断展开和项目终身负责制的实施，对它的移交和后期评价也显得越来越重要。
33 火区的后期管理
每个火区治理结束、监测一年并经一定级别的专家验收后宜纳入火区的后期管理。后期管理的主要工作有：(1)由火区治理单位向火区所在地的地、州级人民政府正式移交，移交后火区由当地政府全面管理。(2)为了巩固和保护灭火成果，应对全国或全省已灭火区继续进行动态监测，随时了解和掌握火区现状，以利于更好开发利用资源，促进地方区域经济健康稳定的发展。目前新疆已建立起了火区动态监测系统，即煤田火区监测的GIS系统。该系统是将各种信息进行综合集成，为设计、施工、监测、相关查询、分析和有关决策提供依据。
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