자연 연소탄석산의 통치 기술은 예방과 통치의 두 가지 측면으로 나눌 수 있다. 구소련, 미국 등 외국의 주요 석탄 생산국들은 어떻게 석탄 맥석산의 자연 연소를 예방할 수 있는지에 대해 비교적 많은 경험을 쌓았으며, 우리나라 석탄 맥석산 소화 기술의 연구와 실천은 비교적 늦게 시작되었다. 보도에 따르면 미국의 통치 성공률은 50% 미만이고 중국은 더 낮다고 한다. 지금까지 성공적인 경험과 매우 성공적인 예는 없었다. 대부분 초기 성공, 후기 실패, 통치가 몇 년 만에 다시 나타났다.
우리나라는 석탄 맥석산 소화 기술 방면에서도 장기적인 탐구를 진행했다. 처음에는 맑은 물 소화법을 사용했는데, 지금은 불을 끌 수 없을 뿐만 아니라 더 심각한 문제를 일으킬 수 있다는 것을 증명하고 있다. 자연 연소가 심한 맥석산, 소량의 물이 수증기를 형성하기 위해 들어와 뜨거운 맥석과 반응하여 수소를 생산한다. 수소의 폭발 위험은 일산화탄소보다 훨씬 크며 폭발 하한선이 낮아 화원 점화에 대한 요구가 낮아 폭발 사고가 발생할 가능성이 크다. 또한, 쓰레기장 내에서는 물의 흐름을 통제할 수 없고, 모든 화구가 물에 의해 소멸된다는 보장도 없다. 물의 작용으로, 돌산의 틈새가 증가하여 통풍 성능이 크게 향상되었다. 관개를 멈추기만 하면 산소가 충분한 상황에서 남은 화구가 빠르게 되살아날 것이다. 따라서 소방 실천의 교훈 중 하나는 적합하지 않아 맑은 물을 주입할 수 없다는 것이다.
국내외 석탄 맥석산 소화 방법은 주로 화원 발굴 냉각 방법, 그라우팅 방법, 적용 방법, 제어 연소 방법, 거품 (겔) 방법, 저온 불활성 가스 방법 등이 있습니다. 이 소화 방법들은 모두 각자의 장점과 적용 범위를 가지고 있지만, 어느 정도 한계가 있다.
첫째, 굴착 냉각 방법
자연 발화 지역을 파내는 냉각 방법은 가장 쉬운 방법이다. 외국의 많은 탄광이 있고, 국내 탄광도 있다. 석탄 맥석은 연소 능력이 매우 낮은 가연물로, 자연 발화구역의 단열능력을 파괴하면 신속하게 환경에 열을 방출하고, 발열 반응과 환경으로의 열 균형 조건을 잃고, 온도가 급속히 떨어지고, 화구가 점차 꺼진다. 이런 방식의 가장 큰 단점은 안전 문제이다. 미국에서는 이미 많은 인명피해 사건이 발생했고, 대량의 공기가 노출된 맥석 산에 들어가면 내부 가연성 가스가 폭발 한계에 도달하여 폭발을 일으키기 쉽다. 고온의 석탄 맥석도 조작 조건을 매우 열악하게 하여 사람과 장비에 심각한 피해를 입혔다. 둘째, 이 방법의 철저성에 문제가 있어 불이 꺼진 후 현지에서 재연될 수 있다. 실제로이 방법은 맥석 언덕 자체 열 초기에만 적용되지만 대부분의 맥석 언덕은 맥석 언덕의 열 상태를 모니터링 할 수있는 능력이 부족하기 때문에이 방법은 홍보되지 않았습니다.
둘째, 그라우팅 방법
그라우팅 방법은 국내외에서 널리 사용되는 소화 기술입니다. 그라우팅법은 냉각과 산소 차단의 상호 작용을 통해 불을 끄는 목적이다. 그라우팅 깊이에 따라 표면 스프레이 방법과 심층 그라우팅 방법으로 나눌 수 있습니다. 표면 살포법은 일반적으로 석탄 맥석 언덕 표면에 펄프를 뿌리거나 구덩이를 파서 구덩이 도랑에 석회를 주입한다. 심층적 인 그라우팅 방법의 과정은 먼저 소화 재료를 일정 농도의 슬러리로 만든 다음 석탄 맥석 산불 지역에 일련의 시추공을 배치 한 다음 그라우팅 펌프를 사용하여 석탄 맥석 산에 소화 슬러리를 주입하는 것입니다. 소화액이 고온 석탄과 접촉한 후, 장액의 수분은 빠르게 증발하여 대량의 열량을 빼앗아 석탄 맥석을 식힌다. 진흙 속의 고체 물질은 석탄 맥석 표면에 싸여 있거나 석탄 맥석 사이의 틈으로 채워져 공기를 막는다. 그라우팅 재료에 석회 등 알칼리성 물질이 포함되어 있다면 석탄 맥석 연소로 방출되는 SO2, SO3 등의 일부 가스도 흡수할 수 있어 자연 연소탄석산의 오염도를 낮추는 데 도움이 되며 석회와 SO2, SO3 반응으로 생성된 아황산 칼슘과 황산칼슘도 일정한 방산소 작용을 한다. 동시에, 석탄 맥석 언덕의 내부 환경은 산성에서 알칼리성으로 변하여 황균의 성장을 억제하여 황철광의 산화 속도와 석탄 맥석 언덕의 자연 발화 가능성을 크게 감소시켰다.
이 방법의 가장 큰 장점은 연소된 석탄 맥석을 빠르게 냉각시킬 수 있어 산소 분리 효과가 좋다는 것이다. 러시아, 미국, 우크라이나, 체코 등은 이런 소화 방식에 대해 높은 평가를 받고 있다. 각국의 그라우팅 소화 기술은 대동소이하다. 돈바스 광업회사에서 채택된 방법은 분사기로 5% 의 희석 석회유를 석탄 맥석 더미 2.5 ~ 3 m 의 깊이로 주입하는 것이다. 덩네크 공대가 제시한 방법은 주공옆에 배기관을 배치하고, 주유하면서 진공펌프로 공기를 뽑아서 석탄 맥석산 내부에 국부적으로 부압을 발생시켜 장액의 침투에 도움이 된다. 체코 학자들은 석탄 맥석 산비탈에 구멍을 뚫을 때 다음과 같은 원칙을 따라야 한다고 제안했다. 아래쪽 수평 드릴의 상단은 위쪽 수평 드릴의 하단보다 높아야 공기 침투를 줄일 수 있다 (그림 4- 1).
장액을 더 깊은 석탄 맥석산에 주입하기 위해 현재 석탄과원 항저우 환경보호가 제시한 심층 그라우팅 소화 기술이 널리 사용되고 있다. 심층주법은 구멍을 뚫어 석탄 맥석 산에 장액을 주입하여 소화 효과가 좋다. 그러나 깊은 그라우팅 방법의 단점은 화재 지역의 시추가 어렵다는 것이다. 돌산 화재는 주로 사면에서 발생하는데, 일부 대형 돌산의 사면 길이는 왕왕 100 미터를 넘는다. 맥석 언덕 대 면적 연소 후 화재 지역에 들어가기가 어렵습니다. 유해 가스 농도와 주변 온도가 매우 높으며, 위의 롤링 스톤이 사람을 다치게 하는 것을 방지하여 운영자에게 어느 정도 위험성을 줄 수 있다.
그림 4- 1 맥석 언덕 경사면 드릴링 레이아웃
셋. 커버 및 코팅 방법
코팅법은 석탄 맥석산 표면에 황토, 연탄가루 등 타성 물질을 덮고 공기를 차단하여 자연 연소를 방지하는 것이다. 이런 방법 경제는 국내외에서 광범위하게 사용된다. 또한 적절한 불연재나 난연재를 선택해 맥석 더미 연소처를 감싸 공기를 차단하고 산소 부족으로 꺼질 수도 있다. 소포와 커버에 사용되는 재료에는 갈아진 석회석 가루, 진흙, 황토, 점토, 시멘트 가마의 폐기물 등이 있다. 이 재료들은 비교적 싸기 때문에 현지에서 구할 수 있다. 자발적 연소가 발생한 석탄 맥석 언덕의 경우 석탄 맥석의 온도가 너무 높으면 고온의 영향으로 원래 압축 된 표토가 천천히 말라서 균열이 생겨 결국 봉토가 실패하게 되므로 반드시 보전에 주의해야 한다. 소포재는 폴리우레탄 거품으로 소포가 촘촘하고 균열이 없다. 그러나 미리 맥석 더미에 물을 뿌려 맥석의 온도를 연소점 이하로 유지해야 한다. 그러나 이런 재료는 가격이 비싸서 대규모 소화에서 보급하기 어렵다.
현재, 석탄 맥석산 화재를 다스리는 것은 주로 커버와 코팅 방법을 채택하고 있다. 화재를 진압하는 관건은 흙을 꽉 메우는 것이고, 석탄 맥석은 어느 정도 냉각해야 흙을 덮을 수 있다. 양탄그룹, 펀서수유 탄광, 진성고서원 탄광, 선양채툰 탄광 등. 이런 방법으로 대면적 또는 국지적 석탄 맥석산의 화재를 진압한 적이 있다.
넷째, 제어된 연소법
이 방법은 1980 에서 처음 제기되었고 1983 에서 특허를 받았습니다. 미국은 웨스트버지니아 주의 한 석탄 맥석 산에서 연소법을 통제하는 공업 실험을 진행했다. 기본 아이디어는 석탄 맥석 언덕이 통제 된 조건에서 연소되고 연소로 인한 연기가 처리 된 후 배출되어 생성 된 열이 이용되는 것입니다. 석탄 맥석산 규모는 약 9000t 로 9 개월 만에 태워서 열 1.2× 108kJ 를 생산할 계획입니다. 실험하기 전에 석탄 맥석산 밑바닥에 길이 43m, 지름 0.09m 의 스테인리스강 연소관과 길이 15m 의 다공성 기관지가 수평으로 설치되었다. 시험 팬 작동 1600 시간 후 고온과 음압의 이중작용으로 연소관이 파괴되었다. 테스트가 여기서 멈추자 700 톤의 석탄 맥석이 연소되어 8.6× 1.06 kJ 의 열이 발생한 것으로 추정된다 (그림 4-2).
이 방법의 주요 문제점은 송풍기를 이용해 물을 퍼올려 강제 산소를 공급하는 것이고, 탄석산은 여전히 불완전 연소 상태에 있다는 것이다. 연기에는 SO2, CO, H2S 등 유독유해 가스가 다량 함유되어 있어 2 차 연소 등 처리방법을 통해 정화해야 한다. 또한 연기 온도는 높고 부식성이 강하며, 장비, 특히 파이프 가격이 비싸 매립 방부하기가 어렵다.
그림 4-2 제어 연소 공정 흐름도
동사 (verb 의 약어) 거품 법
거품법은 거품 소화제를 화구에 주입하여 산소를 차단하고 열을 흡수하여 석탄 맥석의 온도를 낮추어 불을 끄는 목적을 달성하는 것이다. 일반 그라우팅법에 비해 거품은 물 수송의 한 형태로서, 석탄 맥석의 틈에서 빨리 빠져나가지 않고 오랫동안 물을 석탄 맥석의 틈에 유지할 수 있다. 따라서 물 주입법보다 냉각 및 산소 차단 효과가 더 좋습니다.
거품은 주로 물과 발포제로 이루어져 있다. 이 발포제는 발포 배수가 높아서 석탄 맥석 사이의 틈을 빠르게 채울 수 있지만 이런 거품은 깨지기 쉽다. 거품이 낮은 것은 내구성이 강하지만 반드시 틈을 메울 수 있는 것은 아니다. 일반적으로 발포율이 적당한 발포제를 선택하고 증점제나 젤류를 넣어 거품의 안정성을 높여야 한다.
이 방법은 미국에서 소규모 산업 실험에 성공적으로 사용되었지만, 비바람에 어떻게 석탄 맥석 틈 사이의 거품의 장기적 안정성을 유지할 수 있을지는 여전히 어려운 문제이다. Xi' an mining college 는 겔법으로 작은 석탄 더미 화재를 진압하려고 시도했다. 젤은 물을 주는 방법보다 스프레이 영역을 더 오래 폐쇄하고 효과가 뚜렷하다. 그러나 고온작용에서는 젤이 탈수되어 소화 효과에 영향을 미친다.
여섯째, 저온 불활성 가스 방법
저온 불활성 기체법은 화구에 액체 질소, 액체 이산화탄소 등 불활성 가스를 주입하여 기화시 거대한 흡열 작용을 이용하여 석탄석산을 빠르게 식히고, 동시에 석탄석산 틈새에 남아 있는 불활성 기체도 산소를 차단하는 역할을 한다. 저온 불활성 가스가 맥석산에 주입된 후 액체가 기체로 변하는 과정에서 대량의 열을 흡수하면서 부피가 빠르게 팽창하여 냉압파를 형성한 다음 주입원에서 빠르게 확산되어 저밀도의 열연기가 지표로 올라오면서 신선한 공기를 차단하여 맥석산에 들어가는 역할을 하며 소화냉각의 이중적 목적을 달성하고, 화구장을 오랫동안 저온으로 유지하고, 맥석산 내부의 착화점을 유지한다. 실습에 따르면 액체 질소나 고체 이산화탄소를 단독으로 사용하는 것은 혼합물이 운송하기 쉽고 상대 비용이 낮기 때문에 혼합하는 것보다 효과가 더 낮은 것으로 나타났다. 현장 실험을 통해 저온 불활성 가스법 소화 비용은 기존 주류법과 비슷하지만, 주류법 소화액은 중력의 영향을 받아 주로 아래로 침투하는데, 이런 냉가스의 확산은 중력의 영향을 받지 않고, 작용 범위가 더 넓고, 효과가 더욱 균일하다.
일정한 조건 하에서는 저온 불활성 가스법을 그라우팅법과 함께 사용할 수 있어 효과가 더 좋을 수 있다. 중국 평탄그룹사 4 광에서 채택한 소화방법은 CO2 를 이용해 불을 끄고 온도를 낮추는 것이고, 다시 주류법과 결합해 종합적으로 다스리는 것으로 좋은 효과를 거두었다. 먼저 전용 KY-360 CO2 발생기를 이용하여 CO2 가스를 생성하고, 자체 제작 전용 드릴 설비를 이용하여 맥석산 자체 연소점에 인공으로 구멍을 뚫어 CO2 가스를 주입한다. 마지막으로, 화원을 공기와 격리시켜 소화 성과를 공고히 하는 그라우팅 방식을 채택하였다.
미국은 이런 방법으로 소규모 실험을 진행했다. 0.38 m3/h 의 속도로 온도가 약100 C 인 석탄 더미 (l5.3m3) 에 5t 액체 질소를 주입하고, 그라우트 지점 부근 몇 분 후 온도가-68 C 로 내려가고, 석탄 더미 최저 온도가-1으로 떨어집니다. 이 방법의 냉각 효과는 의심할 여지 없이 매우 좋지만, 석탄 맥석을 냉각하려면 대량의 불활성 가스가 필요하며, 가스원과 소화비용이 이 방법의 주요 문제이다. 현재 미국의 많은 광구에서는 대규모 공업 실험을 진행하고 있다.
일곱째, 석탄 맥석 자발 연소 억제제 저항.
석탄 맥석의 자발 연소를 방지하고 광산 지역의 환경 품질을 향상시키고 석탄 맥석 자발 연소 억제제의 차단 메커니즘을 밝히고 연구하며 효율적인 석탄 맥석 자발 연소 억제제를 찾고 최근 몇 년 동안 흡착 그룹을 갖는 고분자 및 계면 활성제로 구성된 고분자 에멀젼은 석탄 맥석의 자발 연소에 좋은 차단 효과를 가지고 있음을 발견했습니다. 연구 결과는 석탄 맥석 언덕 석탄 맥석의 자연 발화 관리에 일정한 지도의 의의가 있다. 폴리머와 표면활성제로 구성된 중합체 로션은 흡착기단이 있는 중합체가 다중점 흡착을 형성하여 산소가 석탄 맥석 표면과 접촉하는 것을 막고, 표면활성제는 친수성과 친유기단을 가지고 있기 때문에 친유기단이 석탄 맥석과 접촉하고 친수기단이 공기로 뻗어 석탄 맥석을 친수시키고, 그 로션이 석탄 맥석 표면에 물막을 형성하여 공기가 석탄 맥석과 접촉하는 것을 막는 저항 작용을 한다. NH4+ 기단이 있는 중합체 저항제는 고온에서 NH3 가스를 방출하여 자갈이 공기 중의 산소와 접촉하는 것을 막아 자연 연소를 방지하는 데 도움이 된다. 흡착기단이 있는 중합체와 표면활성제로 구성된 중합체 로션 연소억제제는 석탄 맥석의 산화열을 막아 석탄 맥석의 자연 발화를 방지하는 목적을 달성하지만, 이 방법은 비용이 많이 든다.
위의 분석을 바탕으로 자연 연소 석탄 맥석 언덕의 사용 및 기존 소화 방법을 요약합니다. 적용 전망 및 적용 가능한 조건은 표 4- 1 에 나와 있습니다.
표 4- 1 자발 연소 석탄 맥석 언덕 소화 방법 및 개발 전망
계속됨