煤矸石堆場自燃危險性綜合評價研究與應用

摘要：隨著我國煤炭產量增加，煤矸石堆場（以下簡稱堆場）也在持續(xù)增大，加劇了堆場區(qū)域地形地貌景觀破壞及地表生態(tài)環(huán)境損毀，煤矸石自燃產生的有毒有害氣體及高溫對堆場生物多樣性及開發(fā)利用造成了巨大的安全威脅。本研究運用衛(wèi)星遙感時序監(jiān)測、地表調查、有害氣體監(jiān)測及淺層地溫值探測等方法，開展堆場自燃危險性評價研究，提出了濃度結合毒性危害指數(shù)確定權重的有害氣體危險性評價方法、淺層地溫聚類分析研判地溫異常值方法及CRITIC賦權有害氣體、自燃發(fā)展危險性及自燃災害危害程度3個一級指標權重的堆場自燃危險性綜合評價方法。結果顯示，通過調整堆場開發(fā)利用平面部署，可有效降低堆場自燃危險性綜合評價危險等級，為煤矸石堆場自燃災害防治及可持續(xù)開發(fā)利用提供借鑒。

關鍵詞：煤矸石自燃；聚類分析；毒性指數(shù)；CRITIC法；綜合評價法

中圖分類號：X752.05""" 文獻標識碼：A""" doi：10.12128/j.issn.16726979.2024.10.006

收稿日期：20240606；修訂日期：20240711；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

基金項目：鄂爾多斯市能源局，鄂爾多斯地區(qū)礦山地質災害形成機理與數(shù)值模擬，ZKZB2023062

作者簡介：張守成（1984—），男，山東日照人，高級工程師，主要從事地質工程、水工環(huán)地質工程等工作；Email：254230593@qq.com

*通訊作者：郭正萌（1986—），女，山東濟寧人，工程師，主要從事水工環(huán)境地質、調查評估設計等工作；Email：42801679@qq.com

引文格式：張守成，郭正萌，趙永亮，等.煤矸石堆場自燃危險性綜合評價研究與應用——以撫順市西舍場為例［J］.山東國土資源，2024，40（10）：4352. ZHANG Shoucheng， GUO Zhengmeng， ZHAO Yongliang， et al. Study and Application of Comprehensive Evaluation for Spontaneous Combustion Risk in Coal Gangue Dumps——Taking Xishechang in Fushun City as an example［J］.Shandong Land and Resources，2024，40（10）：4352.

0" 引言

煤炭作為中國能源的壓艙石，2022年產量為45.6億t。煤炭在開采、洗選過程中，會產生約占總量10%～20%的煤矸石［1］，而煤矸石綜合利用率約75%，據(jù)此測算每年新增煤矸石1～1.5億t。雖然中國出臺了新建煤礦或改擴建煤礦，禁止建設永久煤矸石堆放場，但受歷史遺留問題制約，目前累計堆存煤矸石已超60億t［2］，且仍在增長。煤矸石在長時間堆積后易發(fā)生自燃，燃燒高溫及產生的SO2、H2S、CO、NOX等有害氣體對礦區(qū)大氣環(huán)境及地表生態(tài)造成了嚴重破壞［3］，威脅了煤矸石堆場的開發(fā)利用或修復治理成果。開展煤矸石堆場自燃危險性評價對堆場生態(tài)環(huán)境修復及開發(fā)利用具有重大的意義［4］。

在煤矸石自燃研究方面，相關學者主要聚焦自燃機理、環(huán)境污染、自燃探測及爆炸。研究發(fā)現(xiàn)，煤矸石山自燃的火源發(fā)生在約2.5m的深度［5］，70℃是煤矸石發(fā)生熱物理性質的臨界點［6］，當煤矸石堆高為1.2m時，內熱主要集中在距地表0.6～0.8m范圍內［7］。研究表明，中國煤矸石已成為一個潛在的空氣污染源［8］，煤矸石堆場燃燒產生的廢氣汞含量是大氣背景值的15～30倍［9］，C、Cl、F、S、N、As、Cd、Hg、Pb、Sn、Ge和Se等化學物質通過廢氣排放到大氣中［10］，而且煤矸石堆場氣體中含有無機和有機化合物［11］。在自燃探測方面，有關學者提出了地面紅外熱像監(jiān)測矸石山溫度變化［12］、近景拍攝及紅外測溫構建小型煤矸石山地表溫度的三維可視化模型［13］、無人機熱紅外傾斜攝影建立煤火熱紅外三維模型［14］等非接觸的方法，也提出了通過磁法、電法探測自燃火區(qū)范圍的地球物理勘測技術［1516］，研究紅外熱數(shù)據(jù)、同位素氡測定及鉆孔測溫等聯(lián)合探測技術及煤矸石自燃與植被、土壤的關系確定自燃區(qū)域的方法［1720］。在煤矸石山爆炸方面，CO和H2的存在是誘發(fā)自燃煤矸石山爆炸的主要原因［21］。

綜上所述，研究學者更關注對煤矸石自燃成因、特性分析研究，缺少堆場自燃發(fā)展的時序及自燃危險性綜合評價體系研究，這將影響堆場生態(tài)環(huán)境保護及可持續(xù)開發(fā)利用。為此本文建立了衛(wèi)星熱紅外遙感監(jiān)測、地表調查、有害氣體監(jiān)測及淺層地溫探測的堆場自燃監(jiān)測方法，并提出了基于堆場自燃有害氣體危險性Dg、自燃發(fā)展危險性Fd及自燃災害危害程度Hd的自燃危險性綜合評價體系，從而彌補了堆場自燃歷史的時序監(jiān)測，克服了單一方法評價堆場自燃危險性的局限性，對堆場自燃情況精準預測、防治及可持續(xù)開發(fā)利用提供評價。

1" 評價方法

1.1" 數(shù)據(jù)獲取

1.1.1" 堆場自燃歷史數(shù)據(jù)獲取

針對堆場自燃具有時序性的特征，運用熱紅外遙感衛(wèi)星周期性記錄數(shù)據(jù)特點，選取研究區(qū)內合適的衛(wèi)星紅外遙感歷史數(shù)據(jù)用于堆場自燃歷史地表溫度反演［22］。

1.1.2" 地表調查數(shù)據(jù)

調查內容有地形變化、植被發(fā)育、出露坡面堆積物成分及特征、地表水體分布、大氣降雨面流情況、地下水情況調查、煤矸石覆蓋與裸露情況、氣體逸出分布位置、堆場周邊建筑環(huán)境條件等，調查過程中將調查結果測繪到圖［23］。

1.1.3" 有害氣體數(shù)據(jù)獲取

根據(jù)煤矸石物質組成，確定有害氣體監(jiān)測項目，布設大氣氣體監(jiān)測儀并連續(xù)記錄，確保監(jiān)測氣體記錄數(shù)據(jù)的規(guī)范性和有效性。

1.1.4" 淺層地溫值獲取

堆場淺層地溫獲取是堆場自燃位置及現(xiàn)狀評價的最重要步驟，可選用鉆孔測溫法獲取淺層地溫數(shù)據(jù)。首先按照網格布設測溫勘測孔并進行表層地溫采集，根據(jù)采集點表層地溫數(shù)據(jù)，運用聚類方法，找出表層地溫異常點；針對地溫異常點加深內部地溫檢測點，獲取異常點的內部地溫數(shù)據(jù)；對于處于自燃階段的異常區(qū)，可加密、加深地溫探測，直至地溫值穩(wěn)定，從而準確圈定自燃范圍。

1.2" 評價分級標準構建

為準確評估堆場自燃危險性，構建了基于自燃有害氣體危險性Dg、自燃發(fā)展危險性Fd及自燃災害危害程度Hd的一級評價體系［2425］。堆場自燃有害氣體危險性Dg主要包括有害氣體對環(huán)境造成的污染和對人體造成的損傷2個方面。堆場自燃發(fā)展危險性Fd主要包括堆場自燃擴展趨勢及自燃發(fā)展現(xiàn)狀。堆場自燃災害危害程度Hd主要指自燃災情發(fā)生后對堆場及周邊的危害程度及威脅程度。

1.2.1" 有害氣體危險性分級標準

依據(jù)環(huán)境空氣質量標準、惡臭污染物排放標準、工作場所有害因素職業(yè)接觸限值、建設項目環(huán)境風險評價技術導則等相關規(guī)范文件，將有害氣體危險性按照濃度不同劃分為四級（表1），Ⅰ級代表氣體不會對空氣環(huán)境質量產生影響；Ⅱ級表示氣體會對空氣環(huán)境質量產生影響但不會引起絕大多數(shù)接觸者不良健康效應；Ⅲ級表示氣體對空氣環(huán)境質量造成污染且對人體造成可逆的健康損害；Ⅳ級表示氣體對空氣環(huán)境質量造成嚴重污染且對人體造成不可逆的健康損害。

1.2.2" 自燃發(fā)展危險性分級標準

堆場煤矸石自燃可分為無氧化階段、低溫氧化階段、自熱階段、自燃階段；自燃危險性可劃分為Ⅰ級（無危險）、Ⅱ級（輕度危險）、Ⅲ級（危險）、Ⅳ級（高度危險）四類（表2）。若堆場自燃異常區(qū)為擴展趨勢，對應的擴展范圍內危險性劃分提高1級。

1.2.3" 自燃災害危害程度分級標準

堆場自燃災害危害程度指堆場發(fā)生自燃后將會對場區(qū)工作人員、環(huán)境、設施等造成的災情及險情。選取死亡人數(shù)Nd、直接經濟損失Le、受威脅人數(shù)Nt及可能直接經濟損失Lme 4個評價指標進行評價，分級標準見表3。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級表示堆場發(fā)生自燃后對場區(qū)及周邊人員生命及財產的損失程度，Ⅰ級為危害程度小，Ⅱ級為危害程度較大，Ⅲ級表示危害程度重大，Ⅳ級表示危害程度極大。

1.2.4" 自燃危險性綜合評價分級標準

為定量綜合評價堆場自燃危險性，對堆場自燃有害氣體危險性Dg、自燃發(fā)展危險性Fd、自燃災害危害程度Hd及自燃危害性綜合評價SL分級標準定量化，評價等級映射的定量評分值見表4。

1.3nbsp; 堆場自燃有害氣體危險性Dg評價方法

1.3.1" 單項有害氣體危險性評價Ei

根據(jù)堆場監(jiān)測點有害氣體濃度值，采用克里金空間插值，繪制研究區(qū)單項有害氣體濃度等值線，并按表1分級標準，繪制單項有害氣體危險性分區(qū)。

1.3.2" 混合有害氣體危險性評價Em

毒性危害指數(shù)能夠客觀反映有害氣體對人體健康的危險程度。煤矸石自燃主要產生SO2、H2S、CO、NOX、HCl及NH3等有毒有害氣體，根據(jù)職業(yè)性接觸毒物危害程度分級及氣體SDS說明，各氣體的毒性危害指數(shù)（Ti）及對人體健康影響作用的方式詳見表5。

當2種或2種以上有害氣體共同作用于同一器官、系統(tǒng)或具有相似的毒性作用時，通過計算各有害氣體的權重，再等價為單項有害氣體濃度，從而評價混合有害氣體的危險性。

（1）i氣體權重Wi計算。混合氣體中單項有害氣體所占權重與其濃度及毒性危害指數(shù)密切相關。i氣體濃度權重Wic計算見公式（1～2）。依據(jù)濃度值計算混合氣體中i氣體濃度權重Wic，并歸一化。

Wic=Ci/i∑ni=1Ci/i（1）

i=1m∑mj=1Sij（2）

式中：Ci為i氣體的監(jiān)測濃度值（mg/m3）；i為i氣體m級分級標準值的算數(shù)平均值;Sij為i氣體j標準的濃度值，具體數(shù)值查閱表2。

i氣體毒性危害指數(shù)權重Wit計算見式（3）。依據(jù)毒性危害指數(shù)Ti計算混合氣體中i氣體毒性危害指數(shù)權重，并歸一化。

Wit=Ti∑ni=1Ti（3）

i氣體權重Wi計算見式（4）。對i氣體濃度權重Wic與毒性危害指數(shù)權重Wit進行集成，求取i氣體在混合氣體中的集成權重Wi。

Wi=αWic+βwit2（4）

式中：α、β為待定常數(shù)，α+β=1，αgt;0，βgt;0，評價者根據(jù)氣體構成及危害確定Wic與Wit的權重。

（2）混合有害氣體等價濃度計算。將共同作用的混合有害氣體濃度等價為i單氣體濃度i;Wm為混合氣體中m氣體在混合氣體中的權重;Cm為m氣體的監(jiān)測濃度值，具體計算見式（5）。

i=∑jm=1WmWiCm+Ci（5）

計算等價i氣體濃度i后，依據(jù)表1繪制混合氣體等效i氣體濃度等值線圖并劃分危險性分區(qū)。

（3）混合有害氣體危險性評價。根據(jù)研究區(qū)有害氣體種類，判定混合有害氣體組合形式，根據(jù)公式（1～5）及有害氣體濃度，計算監(jiān)測點有害氣體的權重Wic、Wit、Wi及等價單項有害氣體濃度，繪制等價后的單項有害氣體濃度等值線及危險性分區(qū)圖。

1.3.3" 有害氣體危險性評價Dg

疊加各單項有害氣體和等價后的單項有害氣體危險性分區(qū)圖，取各位置危險等級最高值作為有害氣體危險性評價最終結論并繪制有害氣體危險性圖。

1.4" 堆場自燃發(fā)展危險性Fd評價

1.4.1" 堆場自燃發(fā)展趨勢研判

根據(jù)下載的歷史紅外遙感數(shù)據(jù)，通過輻射標定、大氣校正、地表比輻射率計算、黑體輻射亮度計算等步驟［26］，反演地表溫度，再對矢量數(shù)據(jù)進行鑲嵌、裁剪，再進行數(shù)據(jù)異常提取，繪制地表穩(wěn)定度等值線級溫度異常區(qū)圖，通過對比歷史地表溫度異常區(qū)變化，研判堆場自燃的發(fā)展趨勢。

1.4.2" 堆場自燃發(fā)展危險性評價

根據(jù)各地溫勘測點中最高溫度值，繪制研究區(qū)地溫等值線圖，并根據(jù)煤矸石自燃溫度評價標準（表2），劃分自燃發(fā)展危險性分區(qū)圖；此外，依據(jù)堆場自燃發(fā)展趨勢，當研究區(qū)自燃趨勢為發(fā)展期時，溫度異常點自燃發(fā)展危險等級調高一級。

1.5" 堆場自燃災害危害程度Hd評價

根據(jù)堆場開發(fā)利用方案及自燃發(fā)展危險性分區(qū)圖，計算自燃發(fā)展危險性Ⅲ、Ⅳ級分區(qū)面積及引發(fā)災害的傷亡情況、直接經濟損失、受威脅人數(shù)及可能直接經濟損失4個指標值，并依據(jù)表3，確定煤矸石自燃災害危害程度分級。

1.6" 堆場自燃危險性綜合評價

1.6.1" 勘測點一級評價指標賦值

為定量綜合評價堆場自燃危險性，依據(jù)表4，對堆場各勘測點位進行自燃有害氣體危險性Dg、自燃發(fā)展危險性Fd、自燃災害危害程度Hd賦值。

1.6.2" 評價指標權重確定

CRITIC權重法是一種客觀賦權方法，主要用于多指標綜合評價問題中確定各項評價指標的權重。在堆場自燃危險性評價體系中，CRITIC權重法能夠很好處理堆場Dg、Fd及Hd三個一級評價指標權重。具體步驟如下：

（1）根據(jù)堆場不同測點位置的有害氣體危險性、地表溫度及自燃災害危害程度等m個評價指標，構建評價場區(qū)n個測點n×m矩陣X（式6）。

X=x1（L1）x2（L1）…xm（L1）

x1（L2）x2（L2）…xm（L2）

…

x1（Ln）x2（Ln）…xm（Ln）=（xj（Li））n×mi=1，2，…，n；j=1，2，…，m（6）

式中：n為監(jiān)測點個數(shù);m為評價指標數(shù)，本文m=3，xm（Ln）為Ln測點m評價指標對應的評價等級分值，可查閱表7。

（2）對矩陣X指標進行Min-Max歸一化，得到標準化矩陣x*（式7）。

x*j（Li）=xj（Li）-xmin（Lmin）xmax（Lmax）-xmin（Lmin），i=1，2，…，n；j=1，2，…，m（7）

式中：xmax（Lmax）為j指標的最大值;xmin（Lmin）為j指標的最小值。

（3）計算相關系數(shù)矩陣。對標準化矩陣x*計算相關系數(shù)矩陣B=B=（rkl）m×m，k=1，2，…，m；l=1，2，…，m;rkl為指標k與l的相關系數(shù)。

（4）計算指標沖突性Rl（式9）。計算相關系數(shù)矩陣每列中的（1-rkl）的和，即：

Rl=∑mk=1（1-rkl）（8）

（5）計算l指標包含的信息量Cl（式9）。

Cl=σ1∑mk=1（1-rkl）（9）

計算l指標權重。Cl越大，表示l指標在整個評價體系的作用越大，需賦予更大權重Wl。

（6）計算l指標的權重Wl（式10）。

Wl=Cl∑ml=1Cl，l=1，2，…，m（10）

（7）計算研究區(qū)堆場Dg、Bg及Hd的權重W1、W2及W3。

2" 工程實例

2.1" 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于遼寧省撫順市望花區(qū)西舍場西南側（圖1），占地面積約1.83km2，場區(qū)地勢北高南低，起伏較大，屬于煤矸石堆積形成，高出地表約70m，標高96～172m，北部比較平坦，地面標高157～172m，南部屬于煤矸石山斜坡，后期經過幾次人工放坡，形成多級階梯式坡面。西舍場作為亞洲最大的煤矸石場區(qū)，工作階段為1937—2000年，原為西露天礦開采剝離出的煤矸石、土砂等廢棄物外排場地，占地12.9km2，堆積高度120m，矸石堆積量8.6億m3。為充分利用該煤矸石堆場，規(guī)劃開展“光伏+生態(tài)”治理方案，但該矸石場存在有自燃現(xiàn)象，為防治煤矸石自燃對場區(qū)開發(fā)利用的威脅，特此開展堆場自燃危險性綜合評價研究。

2.2" 現(xiàn)場調查

現(xiàn)場調查數(shù)據(jù)一方面用于監(jiān)測點布置依據(jù)，另一方面能夠間接反映評價結論與實際情況是否相符。通過調查，研究區(qū)地層由上而下為素填土和雜填土，素填土主要為黏性土，一般厚10～30cm，最厚約50cm，局部矸石裸露；雜填土以頁巖、泥巖、煤矸石碎塊為主；堆積形式屬于傾倒重力分選，煤矸石呈條帶狀不均勻分布，局部富集。場區(qū)土地利用為林地、草地及裸地，無地表水系分布（圖2）。

2.3" 堆場自燃有害氣體危險性Dg評價

（1）數(shù)據(jù)采集。本研究區(qū)主要有害氣體為SO2、NOX、H2S，場區(qū)同時布設7臺大氣檢測儀并記錄數(shù)據(jù)（表6），背景值采用望花區(qū)空氣自動站檢測結果。

（2）單項有害氣體危險性評價。根據(jù)表6各監(jiān)

測點數(shù)據(jù)，繪制研究區(qū)單項有害氣體濃度等值線圖及危險性分區(qū)（圖3）。

（3）混合有害氣體危險性評價。由表5可知，SO2、NOX具有相似的毒性作用，故研究區(qū)需計算并評價SO2及H2S的混合氣體危險性。根據(jù)公式（1～5）及混合有害氣體濃度，計算DQ1～DQ7各監(jiān)測點的各有害氣體的權重Wic、Wit、Wi及等價SO2、NOX氣體濃度CSO2、CNOX（表7），繪制等價后的混合氣體濃度等值線圖及危險性分區(qū)圖（圖3）。

2.4" 堆場自燃發(fā)展危險性Fd評價

（1）研判堆場自燃的發(fā)展趨勢。研究選取Landsat 8衛(wèi)星數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采用軌道號為11931、云量均低于0.25的Landsat8遙感影像［27］，日期分別為2016.4.22、2018.4.28、2020.4.10。通過反演地表溫度，繪制等值線及溫度異常區(qū)圖（圖4），能夠發(fā)現(xiàn)近5年研究區(qū)堆場自燃經過了自燃發(fā)展期后進入自燃衰退區(qū)。

（2）地溫異常值判定及自燃發(fā)展危險性評價。按100m×100m間距網格布設1m深度淺層地溫探測點，共布設167點位，采用鉆孔測溫技術探測地溫值，聚類分析方法提取1m深度地溫異常點；對1m深度地溫異常點（19個點）及代表性地溫正常點（11個點）繼續(xù)測量3m、5m、7m深度處的地溫值（合計30個點）并聚類；對7m深度地溫值增量較高觀測點，繼續(xù)鉆探測量9m、12m深地溫值，并聚類及研判溫度異常原因。地溫勘測點不同深度溫度值及聚類瀑布圖見圖5。

選取代表性地溫正常點的溫度最大值賦值給其他未探測地溫點；最后取各測點溫度最大值繪制地溫等值線圖，并依據(jù)表2，劃分各深度堆場自燃危險性等級（圖6）。由于研究區(qū)自燃發(fā)展期為衰退區(qū)，各探測點自燃發(fā)展危險等級無需調整。

2.5" 堆場自燃災害危害程度Hd評價

依據(jù)研究區(qū)開發(fā)利用可行性報告，本研究區(qū)擬開發(fā)為光伏電站，主要部署有光伏場區(qū)及升壓站。光伏區(qū)建設成本約1.4億元，建設面積183hm2，根據(jù)自燃危險性分區(qū)圖，研究區(qū)處于Ⅲ級危險區(qū)域的面積0.59hm2，據(jù)此若發(fā)生自燃災害，直接或可能經濟損失最大約45.1萬元，受威脅人數(shù)小于5人，故研究區(qū)內光伏區(qū)自燃災害危害程度評定為Ⅰ級。升壓站（146、147、161、162點位）若發(fā)生自燃災害，將會造成重大設備損毀，直接影響光伏電站輸送電力，其自燃災害危害程度評定為Ⅲ級（圖7）。

2.6" 堆場自燃危險性綜合評價

（1）勘測點評價指標賦值。根據(jù)圖3、圖6、圖7，依據(jù)表4，對研究區(qū)167點位的自燃有害氣體危險性Dg、自燃發(fā)展危險性Fd、自燃災害危害程度Hd評價等級定量賦分SDg、SFd、SHd。

（2）計算評價指標權重。根據(jù)研究區(qū)167處監(jiān)測點位的SDg、SFd、SHd，用CRITIC權重法計算權重，結果見表8。

（3）勘測點自燃危險性綜合評價賦值。根據(jù)一級評價指標權重W1，計算研究區(qū)167個監(jiān)測點位Li監(jiān)測點l指標危險性評價權重得分Sl（Li），再根據(jù)公式（12）計算Li監(jiān)測點煤矸石自燃危險性綜合評價分值S（Li），最后根據(jù)研究區(qū)所有監(jiān)測點的綜合評價分值，繪制綜合評價等值線，并依據(jù)表4劃分研究區(qū)堆場自燃危險性綜合評價分區(qū)圖（圖8）。

S（Li）=∑ml=1Sl（Li）=∑ml=1Wl（Li）×Sl（Li）（11）

式中：Wl（Li）、Sl（Li）為Li監(jiān)測點l指標所占權重及危險性評價等級賦值。

3" 結果與分析

（1）單項有害氣體與混合有害氣體危險性評價結果差異的分析。由圖3可知，研究區(qū)煤矸石自燃單項有害氣體（SO2、H2S、NOX）危險性Ⅱ級區(qū)域面積最大為19.51hm2，而等價為NOX的混合有害氣體危險性Ⅱ級區(qū)域面積為112.86hm2，主要原因是SO2、NOX、H2S對人體的呼吸黏膜有強烈的刺激危害，在評價過程中，要考慮這3種有害氣體對人體傷害的疊加作用，否則評價結果將與事實差異顯著。

（2）堆場自燃易發(fā)性的空間分布特征。由圖6可知，研究區(qū)堆場自燃發(fā)展危險性Ⅱ級、Ⅲ級區(qū)域面積分別為76.3hm2及0.59hm2，輕度危險（Ⅱ級）主要分布在矸石場區(qū)臨空邊坡及薄覆土區(qū)，該區(qū)域處于低溫氧化階段，可在這些區(qū)域重新覆蓋一定厚度的黏性土，并做好水土流失防治措施，阻絕煤矸石自燃進一步發(fā)展。危險（Ⅲ級）區(qū)域煤矸石處于自熱階段，極易盡一步發(fā)展至自燃階段，可通過鉆孔注漿集中滅火的方式消除危險區(qū)域自燃風險。

（3）堆場自燃危害程度與場地利用規(guī)劃的關聯(lián)性。由圖7可知，研究區(qū)堆場自燃災害危害程度Ⅱ級、Ⅲ級區(qū)域面積分別為2.45hm2及3.73hm2，主要分布在布置有重要設備的升壓站區(qū)域。為降低重要區(qū)域的危險等級，可將重要設施部署在有害氣體危險性、自燃發(fā)展危險性I級區(qū)域內，從而在危險性綜合評價中降低該區(qū)域的危險等級。

（4）堆場自燃危險性一級指標評價結論與綜合評價結論差異的分析。由圖8可知，研究區(qū)堆場自燃危險性綜合評價Ⅱ級面積為58.26hm2，少于有害氣體危險性Ⅱ級區(qū)域面積為112.86hm2及自燃發(fā)展危險性Ⅱ級區(qū)域面積為76.3hm2，其主要原因為研究區(qū)煤矸石自燃災害危害程度多為Ⅰ級（圖7），在綜合評價過程中，會降低危險性綜合評價Ⅱ級、Ⅲ級面積。

4" 結論

本文研究了衛(wèi)星遙感、地表調查、有害氣體監(jiān)測、淺層地溫探測等技術方法在煤矸石場區(qū)自燃危險性評價中的應用，并提出了基于堆場自燃有害氣體危險性評價Dg、自燃發(fā)展危險性評價Fd及自燃災害危害程度Hd的煤矸石場區(qū)危險性綜合評價體系，所得結論如下：

（1）歸納了堆場自燃溫度監(jiān)測技術現(xiàn)狀，建立了衛(wèi)星遙感時序監(jiān)測、地表調查、有害氣體監(jiān)測及淺層地溫探測的多指標堆場自燃監(jiān)測方法，可用于確定堆場自燃發(fā)展趨勢、自燃原因、有害氣體影響區(qū)域、自燃位置、范圍、發(fā)展情況等。

（2）提出了基于濃度及毒性危害指數(shù)確定權重的混合有害氣體危險性評價方法，為堆場自燃有害氣體的危險性評價提供了新的方法。

（3）構建了基于堆場自燃有害氣體危險性Dg、自燃發(fā)展危險性Fd及自燃災害危害程度Hd的堆場自燃危險性綜合評價體系，并提出CRITIC權重法定量確定3個一級評價指標權重的方法。

（4）堆場自燃危險性綜合評價在煤矸石場區(qū)開發(fā)利用前期規(guī)劃中具有重要意義，通過合理規(guī)劃項目總平面圖，控制堆場自燃災害危害程度Hd等級，從而降低堆場自燃危險性綜合等級。

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Study and Application of Comprehensive Evaluation for Spontaneous Combustion Risk in Coal Gangue Dumps——Taking Xishechang in Fushun City as an example

ZHANG Shoucheng1，2，3， GUO Zhengmeng2， ZHAO Yongliang2， WANG Ruzhen2， DONG Qingya2， YANG Kai2

（1. China University of Mining and Technology （Beijing）， Beijing 100083， China; 2.Shandong Huaying Geomineral Engineering Exploration Limited Corporation， Shandong Ji'nan 250000， China; 3.Shandong Qinqi Construction Project Consulting Limited Corporation， Shandong Ji'nan 250100， China）

Abstract：Accompanying with the increasing of coal production， coal gangue dumps （from now on referred to as “dumps”） have been increased continuously， and the destruction of the terrain and landscape of the storage yard area have been aggravatied." Due to the toxic and harmful gases and high temperatures generated by the spontaneous combustion of coal gangue， the damage to the surface ecological environment， and a huge safety threaten to the biodiversity and development and utilization of the storage yard will be caused. In this paper， by using satellite remote sensing time series monitoring， surface investigation， harmful gas monitoring， and shallow ground temperature detection methods，" the risk assessment of spontaneous combustion in storage yards has been carried out." A method for evaluating the risk of spontaneous combustion in storage yards has been put forward. A hazardous gas hazard assessment method based on concentration combined with toxicity hazard index to determine weights， a shallow ground temperature clustering analysis method to judge ground temperature anomalies， and a CRITIC weighted comprehensive evaluation method for yard self ignition hazard based on three primary indicators of hazardous gas， self ignition development risk， and self ignition disaster hazard degree have been put forward. It is showed that by adjusting the deployment of the yard development and utilization plan， comprehensive evaluation of the risk level of spontaneous combustion in the yard can be effectively reduced. It will provide some references for the prevention and control of spontaneous combustion disasters in coal gangue yards and sustainable development and utilization.

Key words：Spontaneous combustion of coal gangue; cluster analysis; toxicity index; CRITIC method; comprehensive evaluation method