露天煤礦、煤場儲存煤自燃的原因分析及預(yù)防處理

肖　華，戚晟德（甘肅煤田地質(zhì)研究所，甘肅蘭州730000）

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露天煤礦、煤場儲存煤自燃的原因分析及預(yù)防處理

肖華，戚晟德
（甘肅煤田地質(zhì)研究所，甘肅蘭州730000）

摘要：露天煤礦、煤場經(jīng)常儲存有大量的備用煤，因儲存周期長而經(jīng)常發(fā)生自燃現(xiàn)象，有時同時多處發(fā)生自燃，尤其電廠煤場陰燃的煤在被送到輸送和研磨設(shè)備，會造成燃燒和爆炸事故。煤的自燃既存在重大安全隱患，也降低了煤的經(jīng)濟(jì)價值。通過內(nèi)在因素和外在因素分析了煤自燃的特性，并就預(yù)防處理煤自燃提出了意見和建議。

關(guān)鍵詞：露天煤；自燃；原因分析；預(yù)防處理

1　概述

煤的自燃是一種非常嚴(yán)重的自然災(zāi)害，嚴(yán)重影響了煤炭的生產(chǎn)，造成了重大的經(jīng)濟(jì)和資源的損失，部分煤礦、煤場經(jīng)常貯有大量的備用煤，因貯煤時間過長而經(jīng)常發(fā)生自燃現(xiàn)象，有時同時幾處發(fā)生自燃。尤其電廠煤場陰燃的煤在被送到輸送和研磨設(shè)備，會造成燃燒和爆炸事故。同時，煤炭長期堆積也會因氧化作用，使煤的灰分升高，固定碳和熱值下降，降低煤的質(zhì)量。煤自燃既存在重大的安全隱患，也降低了煤的經(jīng)濟(jì)價值，因此，了解煤自燃的特性，防止煤自燃具有十分重要的意義。

2　煤發(fā)生自燃需要的具備條件

發(fā)生燃燒需要三個條件，即可燃物、助燃物和溫度。煤炭作為燃料本身就是可燃物，堆放在露天跟空氣接觸，能吸附大量的氧氣，同時具備了燃燒的兩個條件，溫度的高低成為了誘發(fā)煤自燃的關(guān)鍵因素。一般情況下，煤炭從氧化到自燃需要一個過程，氧化時間達(dá)到自燃發(fā)火期才能燃燒，一般褐煤、長焰煤自燃發(fā)火期為1～3個月，煙煤類4～6個月，無煙煤則更長。煤炭在堆放過程中持續(xù)氧化，會放出大量熱，當(dāng)聚集的熱量無法散失，煤堆溫度會持續(xù)上升，達(dá)到煤的著火點就會自燃。一般煤的著火溫度見表1。

表1　各類煤炭的著火溫度范圍

3　露天煤礦、煤場儲存煤自燃原因分析

3.1內(nèi)在因素

3.1.1水分對自燃的影響［1］

水分在一定條件下可以抑制煤的自燃氧化作用，但是在煤炭自燃初始階段，水分對煤的氧化有著極為重要的催化作用。當(dāng)煤中水分處于引起自燃的臨界范圍內(nèi)時，它可以促使煤各種放熱反應(yīng)的進(jìn)行。如硫份的酸化等會產(chǎn)生大量的熱量，產(chǎn)生的熱量又加快了氧化反應(yīng)過程，加劇了煤的自燃。潮濕空氣中的水分大，會使煤對氧的吸附能力增強，對煤體的自燃也起到一定的促進(jìn)作用。

3.1.2煤的揮發(fā)分對自燃的影響

煤中揮發(fā)分是煤化程度的一種表現(xiàn)，揮發(fā)分高煤炭變質(zhì)程度低，發(fā)熱量低，水分高，如褐煤、長煙煤等；揮發(fā)分低，煤炭變質(zhì)程度高，其發(fā)熱量高，比重大，碳含量高，如無煙煤。根據(jù)相關(guān)實驗研究，揮發(fā)分越低的煤自燃趨勢越低，這是因為煤表面易氧化的活性結(jié)構(gòu)在高溫?zé)o氧環(huán)境下裂解析出大量揮發(fā)分后活性結(jié)構(gòu)數(shù)量大大減少，從而減少了與煤發(fā)生化學(xué)吸附的氧氣總量，從而降低自燃趨勢［2］。

揮發(fā)分（Vdaf）對煤的著火溫度也有較大影響，總的規(guī)律是揮發(fā)分（Vdaf）越高的煤，其著火點越低。所以，從各類煤來看，以褐煤的著火點最低，煙煤著火點居中，無煙煤的著火點最高。在煙煤中也是煤化度低的長焰煤和不粘煤的著火點較低，貧煤的著火點最高。對相同揮發(fā)分的煤來說，焦渣特征（CRC）號越小的煤其著火點也越低。如揮發(fā)分（Vdaf）在30%的不粘煤、1/3焦煤和肥煤，由于CRC以不粘煤最小，一般為1～2號，1/3焦煤為5～7號，肥煤多為6～8號，所以，著火點是不粘煤最低，肥煤又稍高于1/3焦煤。這是由于這3類煤的芳香核大小不同，側(cè)鏈基的多少也不同，即縮合芳香核越小，側(cè)鏈基越多的不粘煤的著火點最低，肥煤的側(cè)鏈基比1/3焦煤還少，所以，其著火點也以肥煤的稍高［3］。

3.1.3煤的硫分對自燃的影響

煤中含有一定的硫份，硫在一定溫度下化學(xué)性質(zhì)會發(fā)生變化，生成氧化硫，氧化硫遇水生成稀硫酸，這一系列氧化反應(yīng)過程為放熱過程，從而提高了煤堆中的溫度。因此，一般來說，含硫量高的煤更易發(fā)生自燃。

3.1.4煤的吸氧量對煤自燃的影響［4］

煤在自燃發(fā)生過程中要經(jīng)歷物理吸附，化學(xué)吸附兩個階段，深度氧化主要發(fā)生在化學(xué)吸附階段，物理吸附受時間影響比較小，因為在短時間內(nèi)物理吸附就能達(dá)到平衡，溫度對吸附影響比較大，低溫時，吸附氧氣較多，溫度升高，在達(dá)到化學(xué)吸附之前，吸附氧氣會減少，但發(fā)生化學(xué)吸附后，由于化學(xué)反應(yīng)需要消耗大量的氧氣，煤炭吸附的氧氣會直線提高，一旦發(fā)生燃燒現(xiàn)象后，氧氣作為助燃劑被消耗。如圖1所示。

圖1　自燃過程中O2在煤上的吸附特性

3.2外在因素

3.2.1季節(jié)地域性因素

夏季由于氣溫較高，尤其干旱少雨地區(qū)的地表溫度就能達(dá)到40℃以上，再加上煤炭自身攜帶水分的影響，很容易發(fā)生自燃，而冬季相對于其他季節(jié)來說，地表空氣較為寒冷干燥，在這樣的條件下，熱量積聚就少，就不易導(dǎo)致煤堆自燃發(fā)火的現(xiàn)象發(fā)生。

3.2.2堆放因素

煤堆的堆放可以將煤堆劃分為三層，即冷卻層、氧化層和窒息層，根據(jù)煤礦、儲煤場煤堆自燃的實際情況看，自燃一般發(fā)生在氧化層［5］。如圖2所示。

圖2　煤堆側(cè)面剖析圖Ⅰ.冷卻層，Ⅱ.氧化層，Ⅲ.窒息層

冷卻層：是煤堆的表層，與空氣接觸充分，容易被氧化，但散熱條件好，不易發(fā)生自燃；氧化層：位于煤堆中部，冷卻層以下，煤炭顆粒間間距較大，能吸附大量氧氣，水分儲存豐富，產(chǎn)生的熱量不易散失，達(dá)到自燃條件便會發(fā)生自燃，是煤堆自燃的關(guān)鍵層；窒息層：該層位于最下層，每層相對壓實，供氧不充分，氧化程度低，不易發(fā)生自燃［6］。

4　露天煤礦、煤場儲存煤自燃的預(yù)防處理

4.1盡可能縮短堆放時間

煤堆的存放時間應(yīng)根據(jù)煤質(zhì)而定，一般無煙煤和貧煤的存放時間可稍長一些，但以不超過4個月為宜。長焰煤、不粘煤、弱粘煤和褐煤的堆存時間以不超過1個月為宜。

4.2采用合理的堆煤方位和方式

根據(jù)陽光照射的時間，煤堆的方向以南北方向取長為好。這樣，東西兩面可以半天日照，半天背陰，以減小陽光對整體煤堆的直接照射面，從而減少煤堆中太陽輻射的熱量聚集。同時，塊煤和粉煤以分開貯存為宜。煤堆不宜過高，從底部開始層層壓實，增大煤堆窒息層，相鄰兩煤堆之間還應(yīng)留有一定的防火間距。含硫分、揮發(fā)分高的煤應(yīng)分成小堆堆放。

4.3水分的影響

水分的影響比較大，儲煤場首先要做好防水、防雨、防潮工作，盡量保證煤樣的

干燥性。但是，一旦發(fā)現(xiàn)冒煙現(xiàn)象，絕對禁止向煤堆噴水降溫，以免引起更大的火災(zāi)。

4.4加強內(nèi)部管控和監(jiān)管

加強煤自燃傾向性的測試及煤堆內(nèi)部溫度的定期檢測，發(fā)現(xiàn)煤堆內(nèi)部溫度有升高趨勢后，應(yīng)及早采取有效措施，妥善進(jìn)行降溫處理。

4.5滅火處理

對于已經(jīng)發(fā)生了自燃的，可以采用挖火源法、注水法、覆土法等方法進(jìn)行滅火處理［7］，避免更大的燃燒事故，造成經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費。

參考文獻(xiàn)：

［1］梁曉瑜，王德明.水分對煤炭自燃的影響［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2003，22（4）：35-37.

［2］劉偉，秦躍平，楊小彬，等.揮發(fā)分對煤自燃特性影響的試驗研究［J］.煤炭學(xué)報，2014，39（5）：45-47.

［3］于實，李豐田.煤質(zhì)檢測分析新技術(shù)新方法與化驗結(jié)果的審查計算使用手冊［M］.北京：當(dāng)代中國音像出版社，2009.

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［5］胡明紅，王紅漢，范喜生.煤堆自燃原因分析及防治措施［J］.工業(yè)安全與防塵，2001，27（1）：35-37.

［6］劉清龍.用臺階式插管定量注水發(fā)放置露天煤堆自燃［J］.煤礦安全，2000（6）：40-42.

［7］李松，萬潔.煤矸石自燃機(jī)理及其防治技術(shù)研究［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2005，28（2）：71-72.

中圖分類號：T-1