CN113730844B - 煤矸石自燃火灾防治处理方法 - Google Patents

煤矸石自燃火灾防治处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种煤矸石自燃火灾防治处理方法，第一步，对煤矸石山进行现场勘察，确定煤矸石山的高温热源水平范围及热源温度分布图；第二步，矸石山自燃钻探灭一体化装置准备就绪，并进行液氮、液态C02的灌装；第三步，钻、探操作，圈定煤矸石山高温点垂向深度范围；第四步，选定预裂点位置，进行分段延时预裂增透；第五步，高压Ca(OH)2水溶液灌注降温除硫。该方法能有效地探测高温热源纵向深度，选取最佳位置设置预裂点，并在钻进过程中喷射液氮对煤矸石体进行初步冷却，改变煤矸石体的热力学性质，使石体脆性增加以易于***，同时喷射的液氮对钻头具有冷却作用，使得作业工期缩短，成本降低，装置安全等级升高，可靠性增强，减少对环境的损害。

Description

煤矸石自燃火灾防治处理方法
技术领域
本发明涉及煤矸石山自燃火灾防治技术领域，具体涉及一种煤矸石山自燃火灾防治处理方法。
背景技术
煤炭作为我国的主要能源，年消耗量在40亿吨以上，并呈逐年上升的趋势。煤矸石作为副产物，年产量占煤炭产量的10％～20％，其主要处理方式为露天堆积。其内部多含有硫化物，产生物理化学反应，浪费资源，污染生态环境。硫铁矿极易在较低的温度发生缓慢的氧化反应，又因为矸石山内部存在裂隙与外界环境联通，同时具有良好的蓄热条件，因此煤矸石山内部极易发生自燃现象，如再混入瓦斯等危险气体，就具有***危险。煤矸石山高温热源的温度过高，如果直接将水灌入极有可能造成大规模***。而传统煤矸山自燃治理方式为：开挖表层土覆盖并夯实黄土从而憋灭热源或者直接打孔注浆。但两种方法存在一定局限性，前者仅针对浅部高温热源有一定治理效果，但工程量大，工作环境差，危险性高。后者因为越靠近自燃点中心温度越高，钻孔多只能停留在热源的表面，注入的浆液因矸石山内部结构所致浆液流动性和保水性差，不能准确到达自燃点；煤矸石山体积巨大，其高温热源具有分散度高，范围大，隐蔽性强等特点，因而钻孔工程量大，操作工艺复杂，经济成本高且安全性不高，所以注浆灭火效果有一定的局限性。
发明内容
本发明旨在提供一种煤矸石自燃火灾防治处理方法，能有效地探测并消除煤矸石山内高温热源，提高煤矸石山的安全性。
为此，本发明所采用的技术方案为：一种煤矸石自燃火灾防治处理方法，包括以下步骤：
第一步，对煤矸石山进行现场勘察，确定煤矸石山的高温热源水平范围及热源温度分布图；根据煤矸石山热源温度对高温预警值t进行分级：一级为煤矸石山内部温度达到200～400℃时，矸石山自燃，并解析出有害气体，属于高温风险带；二级为煤矸石山内部温度在100～200℃，部分煤矸石有自燃风险，属于中高温风险带；三级为煤矸石山内部温度在60～100℃，相对安全，但也有可能发生危险，属于低高温风险带；
第二步，矸石山自燃钻探灭一体化装置准备就绪，并进行液氮、液态C02的灌装；
所述矸石山自燃钻探灭一体化装置包括Ca(OH)2溶液供给组件、液态C02泵送组件、预裂装置和钻头，所述Ca(OH)2溶液供给组件包括Ca(OH)2溶液箱、高压泵和输送软管，所述液态C02泵送组件包括液态C02罐、电泵和输送软管；所述预裂装置包括外壁带有泄压孔、螺旋排渣槽的圆筒形钻杆，每个泄压孔内装有耐压片，所述圆筒形钻杆内由下到上依次设有液氮储存罐、加热密封推板、液态C02下储存罐、一号单向阀和液态C02上储存罐，所述液态C02下储存罐、液态C02上储存罐的侧壁上分别缠绕设置有高热电阻丝，在圆筒形钻杆的底部开有锥形内螺纹孔用于与钻头的顶部锥形头相连，在圆筒形钻杆的侧壁上正对液氮储存罐开孔并安装有液氮加注单向阀，在圆筒形钻杆的顶部装有带压力阀的孔口封堵装置，所述Ca(OH)2溶液供给组件、液态C02泵送组件通过三通管汇合后接入预裂装置顶部；所述钻头采用空心结构，在钻头上设置有热源感应器，钻头内由下到上设有液氮储存室和二号单向阀，在钻头的侧壁上开设有呈圆周均布的喷射孔与液氮储存室相连；所述液氮储存罐、液态C02下储存罐上分别设置有限位器，对加热密封推板的上下行程进行限位；还包括控制台,所述圆筒形钻杆上穿设有纵向延伸的主线路，钻头上的热源感应器线束在钻头连接处与主线路相连，高热电阻丝、加热密封推板均通过主线路与控制台相连，所述Ca(OH)2溶液供给组件提供的灌注压力大于压力阀的开启压力，圆筒形钻杆的泄压孔开启压力大于二号单向阀的开启压力；
启动灌装泵，将液氮经由液氮加注单向阀灌装至液氮储存罐中，灌装开始前移动加热密封推板至下部的限位器位置，随着灌装进行加热密封推板开始上移，直至液氮灌注量达到设定值或者加热密封推板移动到上部的限位器位置处停止灌装；
待液氮灌装完毕后灌装液态C02，待液态C02上储存罐灌满后继续向罐内加压，通过一号单向阀向液态C02下储存罐中加入液态C02，直至灌满为止；
第三步，钻、探操作，圈定煤矸石山高温点垂向范围；
按照第一步中确定的一级为最高优先级，三级为最低优先级，按优先级的顺序竖直向下打钻孔来处理煤矸石自燃高温热源；每个钻孔均配备预裂装置和钻头，所有钻孔共用一套Ca(OH)2溶液供给组件、液态C02泵送组件；
在确定高温热源范围的上方，选取中心位置竖向向下钻孔；矸石山自燃钻探灭一体化装置在电机的作用下持续旋转竖直向下行进钻孔，碎石通过预裂装置上的螺旋排渣槽向上排出，热源感应器持续探测钻头前端的矸石温度，操作人员通过控制台持续监控热源感应器反馈温度，当探测温度达到高温预警值t时，代表钻头已经到达煤矸石山高温热源点的上边界，该上边界距地表距离为m，由控制台控制钻头停钻进，通过加热密封推板向液态C02下储存罐中的液态C02缓慢加热，从而使液态C02下储存罐内气压升高推动加热密封推板向前移动，以增加液氮储存罐压力；当液氮储存罐压力达到二号单向阀的开启压力时，液氮经钻头的喷射孔喷出冷却煤矸石；当热源感应器反馈的钻头前方矸石温度降至高温预警值t下限以下时，再次启动钻头向下钻探，不断重复上述操作，直至继续向前钻进热源感应器反馈温度持续低于高温预警值t，代表钻头已经到达煤矸石山高温热源的下边界，该下边界距地表距离为n，从而圈定煤矸石山高温点垂向范围为n-m；
第四步，选定预裂点位置，进行分段延时预裂增透；
通过第三步圈定的煤矸石山高温点垂向深度范围选定预裂点位置，即预裂点位置H距煤矸石山表面为(m+n)/2；通过电机反转使预裂装置中心位于预裂点位置，先向液态C02下储存罐中的高热电阻丝通电，液态C02瞬间吸热汽化极速膨胀，在膨胀过程中使一号单向阀反向锁死，延时0.1～0.3s后向液态C02上储存罐的高热电阻丝通电，液态C02瞬间吸热汽化极速膨胀通过液态C02上储存罐的泄压孔排出，两个液态C02储存罐中的液态C02吸热汽化产生的冲击波，先后冲破泄压孔的耐压片后，气态C02从泄压孔排出，对钻孔区段范围内矸石分段产生巨大的冲击作用，使矸石山内部沿着其天然裂缝剪切开来产生主裂隙，并降温产生窒息环境阻止高温热源继续氧化；
第五步，高压Ca(OH)2水溶液灌注降温除硫；
通过Ca(OH)2溶液供给组件向液态C02上储存罐中灌注Ca(OH)2水溶液，当Ca(OH)2水溶液经过预裂装置顶部的孔口封堵装置的压力阀时，因水压大于压力阀，Ca(OH)2水溶液灌注孔口封堵装置，封堵装置膨胀，从而实现钻孔封闭；然后高压Ca(OH)2水溶液通过泄压孔泄出，注入到预裂产生的主裂隙中，进一步起到降低热源温度及灭火的作用，同时有效去除煤矸石山中的硫化气体。
作为上述方案的优选，所述加热密封推板的主体为滑动推板，滑动推板上设置有加热电阻，滑动推板能在液氮储存罐与液态C02下储存罐之间上下滑动，从而可根据待灭火点高温预警值大小智能调节液氮储存罐、液态C02下储存罐的容积并实现密封、加热。
进一步优选为，所述泄压孔由上到下设置有多组，每组共三个并呈圆周均布，部分泄压孔水平向下倾斜呈45°，部分泄压孔水平向上倾斜呈45°，同一组泄压孔的倾斜方向一致。
进一步优选为，所述孔口封堵装置共两个且上下相邻设置，每个孔口封堵装置均带有压力阀。
进一步优选为，呈圆周均布的所述喷射孔共三个，三个喷射孔斜向布置呈三角锥型。
本发明的有益效果：本方法通过对煤矸石山热源温度进行平面分级划分，钻探操作圈定煤矸石山高温点垂向深度范围，进而选定预裂点位置进行分段延时预裂增透，高压Ca(OH)2水溶液灌注降温除硫等步骤，实现了煤矸石自燃火灾钻探灭一体化防治处理。该方法能有效地探测高温热源垂向深度，选取最佳位置设置预裂点，并在钻进过程中喷射液氮对煤矸石体进行极速冷却，改变煤矸石体的热力学性质，同时喷射的液氮对钻头具有冷却作用，使得作业工期缩短，成本降低，装置安全等级升高，可靠性增强；钻孔贯穿整个高温热源区，灭火不仅仅停留在热源表面，采用分段延时预裂增透以及改变泄压方向，进一步促使裂隙网络的产生和发展，增大预裂效果和范围，配合高压Ca(OH)2压注作用，提高灭火措施的针对性和有效性，Ca(OH)2水溶液在灭火同时可有效去除H2S、SO2等硫化气体，提高了煤矸石山灭火的效率与安全性。
附图说明
图1为煤矸石山热源温度分布图。
图2为本发明的示意图。
图3为矸石山自燃钻探灭一体化装置的结构示意图。
图4为图3的D-D剖面图。
图5为钻头的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
一种煤矸石自燃火灾防治处理方法，包括以下步骤：
第一步，对煤矸石山进行现场勘察，确定煤矸石山的高温热源水平范围及热源温度分布图；如图1所示，根据煤矸石山热源温度对高温预警值t进行分级：一级为煤矸石山内部温度达到200～400℃时，矸石山自燃，并解析出有害气体，属于高温风险带；二级为煤矸石山内部温度在100～200℃，部分煤矸石有自燃风险，属于中高温风险带；三级为煤矸石山内部温度在60～100℃，相对安全，但也有可能发生危险，属于低高温风险带。
第二步，矸石山自燃钻探灭一体化装置准备就绪，并进行液氮、液态C02的灌装。
结合图3—图5所示，矸石山自燃钻探灭一体化装置主要由Ca(OH)2溶液供给组件A、液态C02泵送组件B、预裂装置C和钻头1组成。
Ca(OH)2溶液供给组件A主要由Ca(OH)2溶液箱2、高压泵3和输送软管组成，主要为预裂装置C供给Ca(OH)2溶液。液态C02泵送组件B主要由液态C02罐4、电泵5和输送软管组成，主要为预裂装置C供给液态C02，液态C02灌装在液态C02罐4中。
预裂装置C的圆筒形钻杆6的外壁上开设有泄压孔6a、螺旋排渣槽6b。预裂装置C采用内空钻杆的结构形式，借用钻杆的螺旋排渣槽6b，在钻进过程中能自动排渣。泄压孔6a与圆筒形钻杆6的内腔相通，每个泄压孔6a内装有耐压片(图中未示出)，当圆筒形钻杆6的内腔压力超过耐压片的极限耐压值时，耐压片开启进行泄压。最好是，泄压孔6a由上到下设置有多组，每组共三个并呈圆周均布，部分泄压孔6a水平向下倾斜呈45°，部分泄压孔6a水平向上倾斜呈45°，同一组泄压孔6a的倾斜方向一致。
圆筒形钻杆6内由下到上依次设有液氮储存罐7、加热密封推板8、液态C02下储存罐9、一号单向阀10和液态C02上储存罐11。液态C02下储存罐9、液态C02上储存罐11的侧壁上分别缠绕设置有高热电阻丝15，用于对各自的储存罐加热，高热电阻丝最好设置在储存罐的内壁上。
在圆筒形钻杆6的底部开有锥形内螺纹孔用于与钻头1的顶部锥形头相连。在圆筒形钻杆6的侧壁上正对液氮储存罐7开孔并安装有液氮加注单向阀12，用于向液氮储存罐7内加入液氮。在圆筒形钻杆6的顶部装有带压力阀13的孔口封堵装置14，用于钻孔后进行孔口封堵。最好是，孔口封堵装置14共两个且上下相邻设置，每个孔口封堵装置14均带有压力阀13。Ca(OH)2溶液供给组件A、液态C02泵送组件B通过三通管19汇合后接入预裂装置C顶部。
钻头1采用空心结构，钻头1前端为四翼钻尖。在钻头1上设置有热源感应器16，钻头1内由下到上设有液氮储存室17和二号单向阀18，在钻头1的侧壁上开设有呈圆周均布的喷射孔1a与液氮储存室17相连。呈圆周均布的喷射孔1a最好为三个，且三个喷射孔1a斜向布置呈三角锥型。当钻头1与预裂装置C相连后，液氮储存罐7能通过二号单向阀18向液氮储存室17充氮，再通过喷射孔1a向外喷出。
加热密封推板8的主体为滑动推板，滑动推板上设置有加热电阻，滑动推板能在液氮储存罐7与液态C02下储存罐9之间上下滑动，从而可根据待灭火点高温预警值大小智能调节液氮储存罐7、液态C02下储存罐9的容积并实现密封、加热。最好是，液氮储存罐7、液态C02下储存罐9上分别设置有限位器20，对加热密封推板8的上下行程进行限位。
矸石山自燃钻探灭一体化装置还包括控制台21。圆筒形钻杆6上穿设有纵向延伸的主线路22，钻头1上的热源感应器16线束在钻头连接处与主线路22相连，高热电阻丝15、加热密封推板8均通过主线路22与控制台21相连。
热源感应器16设置在钻头1中心，周围布置隔热材料，避免掘进过程中钻头热量对感应器干扰。
Ca(OH)2溶液供给组件A提供的灌注压力大于压力阀13的开启压力，以确保压力阀13打开，灌注孔口封堵装置14，用于钻孔的孔口封堵。优选为，一号单向阀10的开启压力为0.5MPa，当液态C02上储存罐11与液态C02下储存罐9的压力差大于0.5MPa时，液态C02上储存罐11内储液进入液态C02下储存罐9；液态C02下储存罐9内压力达到300MPa时，一号单向阀10被反向锁死。二号单向阀18的开启压力为2.5MPa，当液氮储存罐7内压力达到2.5MPa时，液氮储存罐7内液氮进入钻头1。圆筒形钻杆6的泄压孔开启压力大于二号单向阀18的开启压力。
液氮灌注量可依据煤矸石灭火高温点的情况进行调整，上下限位器限制最大灌注量。
启动灌装泵，将液氮经由液氮加注单向阀12灌装至液氮储存罐7中，灌装开始前移动加热密封推板8至下部的限位器20位置，随着灌装进行加热密封推板8开始上移，直至液氮灌注量达到设定值或者加热密封推板8移动到上部的限位器20位置处停止灌装。
待液氮灌装完毕后灌装液态C02，待液态C02上储存罐11灌满后继续向罐内加压，通过一号单向阀10向液态C02下储存罐9中加入液态C02，直至灌满为止。
第三步，钻、探操作，圈定煤矸石山高温点垂向范围。
按照第一步中确定的一级为最高优先级，三级为最低优先级，按优先级的顺序竖直向下打钻孔来处理煤矸石自燃高温热源；每个钻孔均配备预裂装置C和钻头1，所有钻孔共用一套Ca(OH)2溶液供给组件A、液态C02泵送组件B，如图2所示。
在确定高温热源范围的上方，选取中心位置竖向向下钻孔。矸石山自燃钻探灭一体化装置在电机的作用下持续旋转竖直向下行进钻孔，碎石通过预裂装置C上的螺旋排渣槽6b向上排出，热源感应器16持续探测钻头1前端的矸石温度，操作人员通过控制台21持续监控热源感应器16反馈温度。当探测温度达到高温预警值t时，代表钻头1已经到达煤矸石山高温热源点的上边界，该上边界距地表距离为m，由控制台21控制钻头1停钻进，通过加热密封推板8向液态C02下储存罐9中的液态C02缓慢加热，从而使液态C02下储存罐9内气压升高推动加热密封推板8向前移动，以增加液氮储存罐7压力。当液氮储存罐7压力达到二号单向阀18的开启压力时，液氮经钻头1的喷射孔1a喷出冷却煤矸石。当热源感应器16反馈的钻头前方矸石温度降至高温预警值t下限以下时，再次启动钻头向下钻探，不断重复上述操作，直至继续向前钻进热源感应器16反馈温度持续低于高温预警值t，代表钻头1已经到达煤矸石山高温热源的下边界，该下边界距地表距离为n，从而圈定煤矸石山高温点垂向范围为n-m。
在第三步中，当钻头出现过热情况时，液氮经钻头1的喷射孔1a喷出能为钻头降温。
第四步，选定预裂点位置，进行分段延时预裂增透。
通过第三步圈定的煤矸石山高温点垂向深度范围选定预裂点位置，即预裂点位置H距煤矸石山表面为(m+n)/2。如经探测高温热源上边界距地表2.28米，下边界距地表3.44米，即m为2.28m，n为3.44m，则增透点深度H为2.86m。
通过电机反转使预裂装置中心位于预裂点位置，先向液态C02下储存罐9中的高热电阻丝15通电，液态C02瞬间吸热汽化极速膨胀，在膨胀过程中使一号单向阀10反向锁死。延时0.1～0.3s后向液态C02上储存罐11的高热电阻丝15通电，液态C02瞬间吸热汽化极速膨胀通过液态C02上储存罐11的泄压孔排出，两个液态C02储存罐中的液态C02吸热汽化产生的冲击波，先后冲破泄压孔6a的耐压片后，气态C02从泄压孔6a排出，对钻孔区段范围内矸石分段产生巨大的冲击作用，使矸石山内部沿着其天然裂缝剪切开来产生主裂隙，并降温产生窒息环境阻止高温热源继续氧化。
第五步，高压Ca(OH)2水溶液灌注降温除硫。
通过Ca(OH)2溶液供给组件A向液态C02上储存罐11中灌注Ca(OH)2水溶液，当Ca(OH)2水溶液经过预裂装置C顶部的孔口封堵装置14的压力阀13时，因水压大于压力阀13，Ca(OH)2水溶液灌注孔口封堵装置14，封堵装置膨胀，从而实现钻孔封闭。然后高压Ca(OH)2通过泄压孔6a泄出，注入到预裂产生的主裂隙中，进一步起到降低热源温度及灭火的作用，同时有效去除煤矸石山中的硫化气体。

Claims (3)

1.一种煤矸石自燃火灾防治处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，对煤矸石山进行现场勘察，确定煤矸石山的高温热源水平范围及热源温度分布图；根据煤矸石山热源温度对高温预警值t进行分级：一级为煤矸石山内部温度达到200～400℃时，矸石山自燃，并解析出有害气体，属于高温风险带；二级为煤矸石山内部温度在100～200℃，部分煤矸石有自燃风险，属于中高温风险带；三级为煤矸石山内部温度在60～100℃，相对安全，但也有可能发生危险，属于低高温风险带；
第二步，矸石山自燃钻探灭一体化装置准备就绪，并进行液氮、液态C02的灌装；
所述矸石山自燃钻探灭一体化装置包括Ca(OH)2溶液供给组件（A）、液态C02泵送组件（B）、预裂装置（C）和钻头（1），所述Ca(OH)2溶液供给组件（A）包括Ca(OH)2溶液箱（2）、高压泵（3）和输送软管，所述液态C02泵送组件（B）包括液态C02罐（4）、电泵（5）和输送软管；所述预裂装置（C）包括外壁带有泄压孔（6a）、螺旋排渣槽（6b）的圆筒形钻杆（6），每个泄压孔（6a）内装有耐压片，所述圆筒形钻杆（6）内由下到上依次设有液氮储存罐（7）、加热密封推板（8）、液态C02下储存罐（9）、一号单向阀（10）和液态C02上储存罐（11），所述液态C02下储存罐（9）、液态C02上储存罐（11）的侧壁上分别缠绕设置有高热电阻丝（15），在圆筒形钻杆（6）的底部开有锥形内螺纹孔用于与钻头（1）的顶部锥形头相连，在圆筒形钻杆（6）的侧壁上正对液氮储存罐（7）开孔并安装有液氮加注单向阀（12），在圆筒形钻杆（6）的顶部装有带压力阀（13）的孔口封堵装置（14），所述Ca(OH)2溶液供给组件（A）、液态C02泵送组件（B）通过三通管（19）汇合后接入预裂装置（C）顶部；所述钻头（1）采用空心结构，在钻头（1）上设置有热源感应器（16），钻头（1）内由下到上设有液氮储存室（17）和二号单向阀（18），在钻头（1）的侧壁上开设有呈圆周均布的喷射孔（1a）与液氮储存室（17）相连；所述液氮储存罐（7）、液态C02下储存罐（9）上分别设置有限位器（20），对加热密封推板（8）的上下行程进行限位；还包括控制台（21）,所述圆筒形钻杆（6）上穿设有纵向延伸的主线路（22），钻头（1）上的热源感应器（16）线束在钻头连接处与主线路（22）相连，高热电阻丝（15）、加热密封推板（8）均通过主线路（22）与控制台（21）相连，所述Ca(OH)2溶液供给组件（A）提供的灌注压力大于压力阀（13）的开启压力，圆筒形钻杆（6）的泄压孔的开启压力大于二号单向阀（18）的开启压力；
所述加热密封推板（8）的主体为滑动推板，滑动推板上设置有加热电阻，滑动推板能在液氮储存罐（7）与液态C02下储存罐（9）之间上下滑动，从而可根据待灭火点高温预警值大小智能调节液氮储存罐（7）、液态C02下储存罐（9）的容积并实现密封、加热；
所述泄压孔（6a）由上到下设置有多组，部分泄压孔（6a）水平向下倾斜呈45°，部分泄压孔（6a）水平向上倾斜呈45°，同一组泄压孔（6a）的倾斜方向一致；
所述孔口封堵装置（14）共两个且上下相邻设置，每个孔口封堵装置（14）均带有压力阀（13）；
所述热源感应器（16）设置在钻头（1）中心，周围布置隔热材料，避免掘进过程中钻头热量对感应器干扰；
启动灌装泵，将液氮经由液氮加注单向阀（12）灌装至液氮储存罐（7）中，灌装开始前移动加热密封推板（8）至下部的限位器（20）位置，随着灌装进行加热密封推板（8）开始上移，直至液氮灌注量达到设定值或者加热密封推板（8）移动到上部的限位器（20）位置处停止灌装；
待液氮灌装完毕后灌装液态C02，待液态C02上储存罐（11）灌满后继续向罐内加压，通过一号单向阀（10）向液态C02下储存罐（9）中加入液态C02，直至灌满为止；
第三步，钻、探操作，圈定煤矸石山高温点垂向范围；
按照第一步中确定的一级为最高优先级，三级为最低优先级，按优先级的顺序竖直向下打钻孔来处理煤矸石自燃高温热源；每个钻孔均配备预裂装置（C）和钻头（1），所有钻孔共用一套Ca(OH)2溶液供给组件（A）、液态C02泵送组件（B）；
在确定高温热源范围的上方，选取中心位置竖向向下钻孔；矸石山自燃钻探灭一体化装置在电机的作用下持续旋转竖直向下行进钻孔，碎石通过预裂装置（C）上的螺旋排渣槽（6b）向上排出，热源感应器（16）持续探测钻头（1）前端的矸石温度，操作人员通过控制台（21）持续监控热源感应器（16）反馈温度，当探测温度达到高温预警值t时，代表钻头（1）已经到达煤矸石山高温热源点的上边界，该上边界距地表距离为m，由控制台（21）控制钻头（1）停钻进，通过加热密封推板（8）向液态C02下储存罐（9）中的液态C02缓慢加热，从而使液态C02下储存罐（9）内气压升高推动加热密封推板（8）向前移动，以增加液氮储存罐（7）压力；当液氮储存罐（7）压力达到二号单向阀（18）的开启压力时，液氮经钻头（1）的喷射孔（1a）喷出冷却煤矸石；当热源感应器（16）反馈的钻头前方矸石温度降至高温预警值t下限以下时，再次启动钻头向下钻探，不断重复上述操作，直至继续向前钻进热源感应器（16）反馈温度持续低于高温预警值t，代表钻头（1）已经到达煤矸石山高温热源的下边界，该下边界距地表距离为n，从而圈定煤矸石山高温点垂向范围为n-m；
在第三步中，当钻头出现过热情况时，液氮经钻头（1）的喷射孔（1a）喷出能为钻头降温；
第四步，选定预裂点位置，进行分段延时预裂增透；
通过第三步圈定的煤矸石山高温点垂向深度范围选定预裂点位置，即预裂点位置H距煤矸石山表面为(m+n)/2；通过电机反转使预裂装置中心位于预裂点位置，先向液态C02下储存罐（9）中的高热电阻丝（15）通电，液态C02瞬间吸热汽化极速膨胀，在膨胀过程中使一号单向阀（10）反向锁死，延时0.1～0.3s后向液态C02上储存罐（11）的高热电阻丝（15）通电，液态C02瞬间吸热汽化极速膨胀通过液态C02上储存罐（11）的泄压孔排出，两个液态C02储存罐中的液态C02吸热汽化产生的冲击波，先后冲破泄压孔（6a）的耐压片后，气态C02从泄压孔（6a）排出，对钻孔区段范围内矸石分段产生巨大的冲击作用，使矸石山内部沿着其天然裂缝剪切开来产生主裂隙，并降温产生窒息环境阻止高温热源继续氧化；
第五步，高压Ca(OH)2水溶液灌注降温除硫；
通过Ca(OH)2溶液供给组件（A）向液态C02上储存罐（11）中灌注Ca(OH)2水溶液，当Ca(OH)2水溶液经过预裂装置（C）顶部的孔口封堵装置（14）的压力阀（13）时，因水压大于压力阀（13），Ca(OH)2水溶液灌注孔口封堵装置（14），封堵装置膨胀，从而实现钻孔封闭；然后高压Ca(OH)2通过泄压孔（6a）泄出，注入到预裂产生的主裂隙中，进一步起到降低热源温度及灭火的作用，同时有效去除煤矸石山中的硫化气体。
2.按照权利要求1所述的煤矸石自燃火灾防治处理方法，其特征在于：所述泄压孔（6a），每组共三个并呈圆周均布。
3.按照权利要求1所述的煤矸石自燃火灾防治处理方法，其特征在于：呈圆周均布的所述喷射孔（1a）共三个，三个喷射孔（1a）斜向布置呈三角锥型。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104027911A (zh) * 2014-05-22 2014-09-10 山东科技大学 一种用于煤矸石山的防灭火方法
CN104492004A (zh) * 2014-11-21 2015-04-08 中国矿业大学 一种预防煤矸石山自燃的方法
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104027911A (zh) * 2014-05-22 2014-09-10 山东科技大学 一种用于煤矸石山的防灭火方法
CN104492004A (zh) * 2014-11-21 2015-04-08 中国矿业大学 一种预防煤矸石山自燃的方法
CN106823230A (zh) * 2017-02-28 2017-06-13 开封大学 一种适用于煤矸石自燃的赤泥基灭火及防自燃材料

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