矸石边坡自燃治理加固设备和自燃治理方法

技术领域

本发明涉及煤矸石技术领域，具体地，涉及一种矸石边坡自燃治理加固设备和自燃治理方法。

背景技术

井工煤矿巷道、工作面采掘及洗煤过程中，将产生一定量的煤矸石，如处置不善，将对环境及生态安全带来一定的隐患。以我国北方干旱-半干旱地区为例，大量的煤矸石地表堆积导致土地资源压占、地貌景观破坏等现象。其中，矸石山自燃、边坡失稳、金属离子污染等现象日益影响着矿区周边的环境。

一般而言，矸石堆积场设计方案对煤矸石堆放有明确的技术要求。在煤矸石堆积到3～5米后，需要用压路机等设备压实，其后再利用覆土进行压实，如此即循环完成一个设计标高的堆放。煤矸石场封场后，需要对其表层及边坡进行覆土，砌筑截排水沟后进行绿化，以期恢复原有地貌景观，减少对生态环境的扰动。

煤矸石场标准化设计及施工，从一定程度上减少了对地质环境的影响。但因煤矸石山特殊立地条件，尤其是边坡地段大型机械行走存在危险性，边坡覆土压实技术难度大、边坡覆土在降雨条件下水土流失严重等问题，从而导致边坡土层普遍较薄，冲沟严重，固土稳定性差。从而导致煤矸石边坡坡面与氧气接触概率增大，矸石边坡自燃及复燃倾向明显。

传统的煤矸石边坡火区治理方法有注浆、易燃体挖除、隔离封闭等措施，这些方法一定程度上解决了边坡自燃问题，但治理过程起火点位置难以准确定位、注浆材料单一等问题无法保证治理区长期稳定，后期再次复燃的案例较多。另外，因不同层位温差较大，针对不同温度差异性注浆研究应用较少。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明实施例提出一种矸石边坡自燃治理加固设备，该矸石边坡自燃治理加固设备在使用时可以针对不同的火区特征，选择性的采用的相适配的灭火浆料，提升了对火区的隔离效果，改善了矸石堆复燃的问题，提升了边坡的自燃治理效果。

本发明实施例还提出一种应用上述矸石边坡自燃治理加固设备的自燃治理方法。

本发明实施例的矸石边坡自燃治理加固设备包括：

板体，所述板体用于覆盖于矸石堆的表面；

筒体，所述筒体与所述板体相连并用于插入矸石内，所述筒体用于与所述板体连接的一端设有第一进口和多个第二进口，所述筒体的另一端设有至少一个出口，所述第一进口用于向所述筒体内通入灭火气体，多个所述第二进口分别用于向所述筒体内通入不同的灭火浆料，所述出口用于供所述灭火气体和所述灭火浆料排出所述筒体并排至所述矸石堆内；

固定件，所述固定件用于将所述板体固定于所述矸石堆；

温度模块，所述温度模块设于所述板体和所述筒体并用于显示所述矸石堆内的温度；

水准模块，所述水准模块用于在安装治理加工设备时校准所述板体的水平度。

本发明实施例的矸石边坡自燃治理加固设备在使用时可以针对不同的火区特征，选择性的采用的相适配的灭火浆料，提升了对火区的隔离效果，改善了矸石堆复燃的问题，提升了边坡的自燃治理效果。

在一些实施例中，至少一个所述出口包括第一出口和多个第二出口，所述第一出口用于供所述灭火气体排出，所述第二出口用于供所述灭火浆料排出；

所述筒体内设有多个通道，多个所述通道包括第一通道和多个第二通道，所述第一通道连接在所述第一进口和所述第一出口之间，多个所述第二通道一一对应的连接在多个所述第二进口和多个所述第二出口之间。

在一些实施例中，包括多个浆料管体，多个所述浆料管体均穿过所述板体并伸入所述筒体内，多个所述浆料管体位于所述板体的外侧的管口均形成所述第二进口，多个所述浆料管体位于所述筒体内的管口分别与对应的所述第二出口连通，所述浆料管体的内腔形成所述第二通道。

在一些实施例中，包括气体管体，所述气体管体穿过所述板体并伸入所述筒体内，所述气体管体位于所述板体的外侧的管口形成所述第一进口，所述气体管体位于所述筒体的内部的管口通过所述筒体的内腔与所述第一出口间接相连，且所述筒体的内腔形成所述第一通道。

在一些实施例中，所述第一出口有多个，多个所述第一出口沿着所述筒体的周向间隔排布，且多个所述第一出口位于所述板体和多个所述第二出口之间。

在一些实施例中，所述灭火气体包括如下至少一种：惰性气体、二氧化碳、七氟丙烷；

和/或，所述灭火浆料包括如下至少一种：水玻璃、灭火膏体、黄泥浆。

在一些实施例中，所述温度模块包括温度传感器、温度显示器和线缆，所述温度传感器设于所述筒体设有所述出口的一端，所述温度显示器设于所述板体，所述线缆将所述温度传感器和所述温度显示器电性相连。

在一些实施例中，所述水准模块设于所述板体；

和/或，所述出口处设有阀门，所述阀门可控制所述出口的启闭；

和/或，所述固定件包括锚杆和锚固板，所述锚杆穿过所述板体并用于固定在所述矸石堆内，所述锚固板与所述锚杆相连并与所述板体挡止装配。

本发明实施例的的自燃治理方法包括以下步骤：

S1：确定矸石堆上起火点位置，在起火点位置施工安装孔，然后将治理加固设备的筒体插入安装孔内；

S2：在上下方向上将矸石堆分为多个地段，然后逐步将治理加固设备向上提升以沿着从下至上的方向依次对每个所述地段进行灭火作业，且每个所述地段的灭火作业包括以下步骤：

S21：通过第一进口向对应的地段内注入灭火气体；

S22：利用温度模块监测对应的所述地段的温度；

S23：若监测的温度符合要求，则通过对应的第二进口向对应的所述地段内注入对应的灭火浆料；

S3：将治理加固设备继续向上提升至设定高度，利用对应的第二进口加注对应的灭火材料。

在一些实施例中，在对每个所述地段注入对应的灭火浆料的过程中，通过对应的所述第二进口注入设定量的水以起到灭火、控温和调节灭火浆料浓度的作用。

附图说明

图1是本发明实施例的治理加固设备的俯视示意图。

图2是本发明实施例的治理加固设备的使用状态示意图。

附图标记：

板体1；

筒体2；第一进口21；第二进口22；第一出口23；第二出口24；

固定件3；锚杆31；锚固板32；

温度模块4；温度传感器41；线缆42；温度显示器43；

水准模块5；

浆料管体6。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1和图2所示，本发明实施例的矸石边坡自燃治理加固设备(以下简称治理加固设备)包括板体1，筒体2，固定件3，温度模块4和水准模块5。

如图1所示，板体1大体可以为矩形平板，板体1的材质可以为金属，板体1用于在使用时覆盖于矸石堆(煤矸石等)的表面，且板体1需要与固定件3搭配使用，固定件3可以包括杆状物，固定件3的一端可以与板体1连接固定，固定件3的另一端可以插入矸石堆内并与矸石对固定，由此，可以实现对板体1的安装固定，借由板体1可以起到压盖和堵漏的效果，进而可以起到对矸石堆的加固作用。

筒体2与板体1相连并用于插入矸石内，筒体2用于与板体1连接的一端设有第一进口21和多个第二进口22，筒体2的另一端设有至少一个出口，第一进口21用于向筒体2内通入灭火气体，多个第二进口22分别用于向筒体2内通入不同的灭火浆料，出口用于供灭火气体和灭火浆料排出筒体2并排至矸石堆内。

例如，如图1所示，筒体2大体可以为圆筒状，筒体2可以与板体1固定相连，固定的方式具体可以为焊接、一体成型、紧固件固定等。筒体2的顶端可以设有端板，端板可以与板体1一体成型，第一进口21和第二进口22可以设在筒体2的端板上。

如图1所示，第一进口21和第二进口22均可以为圆孔状并沿着上下方向贯穿板体1，即第一进口21和第二进口22均可以与筒体2的内腔连通，其中第一进口21可以设有一个，第二进口22可以设有四个，四个第二进口22可以沿着第一进口21的周向间隔排布。

使用时，借由第一进口21可以向筒体2内通入灭火气体，灭后气体具体可以为惰性气体，在其他一些实施例中，也可以为二氧化碳、七氟丙烷等气体。借由第二进口22则可以向筒体2内通入灭火介质，灭火介质可以为水玻璃、灭火膏体、黄泥浆等，其中灭火膏体具体可以为石灰等灭火材料按照一定比例混合而成的浆状物或膏状物。

需要说明的是，在自燃治理过程中，可以通过不同的第二进口22向筒体2内加注不同类型的灭火浆料，从而可以使得自燃治理过程更有针对性，即针对不同的位置所展现出的不同温度可以选择相适应的灭火浆料。

筒体2的底端可以设有至少一个出口，出口可以将筒体2的内腔与外界连通，借由出口可以使得注入筒体2内的灭火气体和灭火浆料排出，从而可以实现对矸石堆的灭火防治作业。需要说明的是，出口可以仅设有一个，此时，灭火气体和各种类型的灭火浆料可以经由同一个出口排出，在其他一些实施例中，出口也可以设有多个，此时，灭火浆料和各种类型的灭火浆料也可以经由不同的出口排出。

为了方便了筒体2的插入，如图2所示，筒体2的底部可以设计为类锥形结构，即筒体2的底部的横截面积可以沿着从下至上的方向逐渐变大。

温度模块4设于板体1和筒体2并用于显示矸石堆内的温度，例如，温度模块4可以包括监测部件，其中监测部件可以安装在筒体2上，监测部件可以对矸石堆内的温度进行测量，且监测部件测量的温度信息可以通过有线或无线的形式向外传输，从而方便了操作人员实时了解相应位置的温度信息。

水准模块5用于在安装治理加工设备时校准板体1的水平度。例如，水准模块5可以为水准仪，水准模块5可以固定在板体1的上端面上。使用时，可以通过水准模块5对板体1的安装的倾斜度进行监测，确保板体1能够安装到位，从而可以进一步提高注浆过程的稳定性和准确性。

本发明实施例的矸石边坡自燃治理加固设备在使用时可以针对不同的火区特征，选择性的采用的相适配的灭火浆料，相比于现有技术中采用单一注浆材料防治自燃的情况，使得治理过程更有针对性，提升了对火区的隔离效果，改善了矸石堆复燃的问题，进而提升了边坡的自燃治理效果。

其次，通过将温度模块4集成在治理加固设备上，可以实时对矸石堆内的温度进行监测，避免了相关技术中钻孔测温和注浆需要分阶段进行的情况，实现了两者的平行作业，提升了作业效率。

在一些实施例中，至少一个出口包括第一出口23和多个第二出口24，第一出口23用于供灭火气体排出，第二出口24用于供灭火浆料排出，筒体2内设有多个通道，多个通道包括第一通道和多个第二通道，第一通道连接在第一进口21和第一出口23之间，多个第二通道一一对应的连接在多个第二进口22和多个第二出口24之间。

例如，如图2所示，第一出口23可以通孔，第一出口23可以沿着筒体2的径向方向贯穿筒体2的筒壁，且第一出口23可以设有多个，多个第一出口23可以沿着筒体2的周向间隔排布，从而可以使得灭火气体能够在筒体2的周侧均匀分布，有利于保证灭火效果。第二出口24也可以设有多个，第二出口24的数量可以与第一进口21的数量相同。

筒体2内可以设有多个通道，例如，筒体2内可以设有多个隔板，隔板可以与筒体2的内壁围合成通道，按照通入的介质的不同，多个通道可以包括一个第一通道和多个第二通道，其中第一通道可以连接在相应的第一进口21和第一出口23之间。多个第二通道的数量与第二进口22(第二出口24)的数量相同，每个第二通道均连接在相应的第二进口22和第二出口24之间。

由此，经由对应的第二进口22注入的对应的灭火浆料可以经由对应的通道输送至对应的第二出口24处，使得各种类型的灭火浆料的输送相对独立，这样一方面可以避免不同类型的灭火浆料在筒体2内发生反应的情况，进而可以避免反应固结等容易造成筒体2堵塞的问题，从而保证了使用的稳定性。另一方面由于输送的相对独立性，也避免了残留在筒体2内的不同灭火浆料容易在对另一灭火位置注入灭火浆料时造成灭火浆料的容易被掺杂的情况，保证了灭火浆料的纯度。

可选地，多个第一出口23位于板体1和多个第二出口24之间。例如，如图2所示，在上下方向上，多个第一出口23和多个第二出口24均位于筒体2的底部，且多个第一出口23均位于多个第二出口24的上方。

在一些实施例中，治理加固设备包括多个浆料管体6，多个浆料管体6均穿过板体1并伸入筒体2内，多个浆料管体6位于板体1的外侧的管口均形成第二进口22，多个浆料管体6位于筒体2内的管口分别与对应的第二出口24连通，浆料管体6的内腔形成第二通道。

例如，如图2所示，浆料管体6可以穿过板体1并与板体1固定相连，具体地，每个浆料管体6的顶端可以延伸至板体1的上侧，每个浆料管体6的底端可以延伸至筒体2内并可以与筒体2的内壁连接固定，且每个浆料管体6的出口均可以与对应的第二进口22一一对应连通。

使用时，可以经由多个浆料管体6分别注入对应的灭火浆料，浆料管体6的设置方便了与外部注浆设备的对接安装，也方便了筒体2内不同的第二通道的构造形成。

在一些实施例中，治理加固设备包括气体管体，气体管体穿过板体1并伸入筒体2内，气体管体位于板体1的外侧的管口形成第一进口21，气体管体位于筒体2的内部的管口通过筒体2的内腔与第一出口23间接相连，且筒体2的内腔形成第一通道。

例如，气体管体可以穿过板体1并与板体1固定相连，即气体管体的顶端可以延伸至板体1的上侧，气体管体的底端可以延伸至筒体2的内部并与筒体2的内腔连通。使用时，可以通过气体管体向筒体2的内腔内注入灭火气体，然后灭火气体可以经由筒体2上的第一出口23排出。由此，借助筒体2的内腔可以实现对灭火气体的输送，实现了灭火气体和灭火浆料输送的分隔和独立性。

在一些实施例中，温度模块4包括温度传感器41、温度显示器43和线缆42，温度传感器41设于筒体2设有出口的一端，温度显示器43设于板体1，线缆42将温度传感器41和温度显示器43电性相连。

例如，如图2所示，温度传感器41可以安装在筒体2的底部，线缆42可以为耐高温线缆，线缆42可以穿设在筒体2内并可以经由板体1的上的通孔穿出，温度显示器43可以安装在板体1的上侧面并与线缆42相连。使用时，温度传感器41可以实时监测矸石堆内的温度，温度显示器43则可以以示数的形式对温度实时显示，从而方便了人员实时了解钻头处(筒体2的底部)的温度信息。

在一些实施例中，出口处设有阀门，阀门可控制出口的启闭，从而可以起到及时关闭注浆的作用，进而可以保证注浆过程的有序性。

在一些实施例中，固定件3包括锚杆31和锚固板32，锚杆31穿过板体1并用于固定在矸石堆内，锚固板32与锚杆31相连并与板体1挡止装配。

例如，如图1和图2所示，固定件3可以设有四个，四个固定件3可以分别安装在板体1的四个边角处。在注浆过程中，由于灭火气体和灭火浆料的动力反冲，固定件3可以提供反向作用力，从而可以保证设备整体的稳定性。

下面描述本发明实施例的自燃治理方法。

本发明实施例的的自燃治理方法包括以下步骤：

S1：确定矸石堆上起火点位置，在起火点位置施工安装孔，然后将治理加固设备的筒体2插入安装孔内。具体地，在对煤矸石进行坡面清理后，可以利用测温装置确定边坡上起火点位置，然后可以在边坡上利用长螺旋灌注桩基进行成孔，待安装孔成孔完成后，即可将治理加固设备的筒体2插入安装孔中。

S2：在上下方向上将矸石堆分为多个地段，然后逐步将治理加固设备向上提升以沿着从下至上的方向依次对每个地段进行灭火作业，且每个地段的灭火作业包括以下步骤：

S21：通过第一进口21向对应的地段内注入灭火气体。灭火气体在注浆前通入，一方面借由灭火气体可以起到对底部的灭火作用，即由于灭火气体的相变、体积膨胀等，灭火气体能够从注入点迅速扩散至其他区域，并可以将矸石堆内的热烟气排挤上升，使其升至煤矸石山的表面，达到隔绝空气，灭火降温的双重作用。

另一方面由于灭火气体的输送的作用力为压力和浮力，比较容易扩散至全火区，从而保证了较大的灭火作用范围。

S22：利用温度模块4监测对应的地段的温度。

S23：若监测的温度符合要求(例如，在相应的地段，测得温度范围通过灭火气体的注入已经下降至一定的温度以下，则认为符合要求)，则通过对应的第二进口22向对应的地段内注入对应的灭火浆料。

S3：将治理加固设备继续向上提升至设定高度，然后利用对应的第二进口22加注对应的灭火材料。

在一些实施例中，在对每个地段注入对应的灭火浆料的过程中，通过对应的第二进口22注入设定量的水以起到灭火、控温和调节灭火浆料浓度的作用。

下面描述本发明实施例的自燃治理方法的一个具体示例。

在对煤矸石边坡进行坡面清理后，利用测温装置确定边坡起火点位置，在边坡上部利用长螺旋灌注桩基进行成孔，其后将治理加固设备的筒体2放于成型的安装孔中，并利用温度模块4进行测温，根据温度特征，可以决定下一步工程的具体治理方案。

煤矸石的地段可以沿着从下至上的方向分为两段，安装治理加固设备时，可以首先将筒体2的底端插入安装孔的底部，此时，筒体2上的出口与下方的地段相对应。

治理加固设备放置到孔底接受温度信息反馈后，可以首先通过气体管体向矸石堆内注入惰性气体等灭火气体，灭火气体在筒体2的底部的第一出口23逸出。一定时间后，查看温度显示器43上温度变化情况。其后在板体1上施工锚杆31，施工过程可以利用水准模块5调节板体1的水平，待板体1达到要求后，可以在板体1上加固锚固板32，从而可以将治理加固设备安装固定。，待安装完成后，针对渗透较强的下方地段，可以通过对应的第二进口22向该地段内加注水玻璃，从而可以实现底部的灭火浆料的加注，由于下方的地段距离起火点较近，水玻璃注浆，提高了火区的隔离效果。

底部的地段注浆完成后，可以将用于加注水玻璃的第二出口24封堵(通过相应的阀门实现封闭控制)。然后可以利用外界设备将治理加固设备向上提升，并直至与上方地段对应。然后可以首先注入灭火气体，然后利用温度模块4了解对应地段的温度情况，然后可以打开对应的第二出口24，针对上部段的渗透性差异部位，可以通过注入膏体材料的方式进行注浆灭火。膏体材料的注入可以进一步提升坡面稳定性，防止氧气渗透。需要说明的是，在该地段注浆时，固定件3的一部分可以从矸石堆内拔出，一部分可以依然固定插入矸石堆内。

待上方地段注浆完成后，可以将治理加固设备继续向上提升，此时，可以拆除固定件3(卸除锚固板32，并取出锚杆31)，然后可以利用支撑设备将板体1固定在距离地面0.5m的高度位置，然后可以打开对应的第二进口22，通过该第二进口22可以向矸石堆处加注黄泥浆，表层通过黄泥浆注浆，减少煤矸石与空气接触。

本发明实施例的自燃治理方法能够根据起火点不同层位有针对性的控制注浆材料(灭火气体和灭火浆料)，实现了不同材料同孔注浆，达到较好的灭火及固坡效果。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。