基于熱棒防滅火技術(shù)的煤自燃區(qū)域熱遷移特征

李貝，高偉，鄧軍，畢明樹，馬礪

(1. 大連理工大學(xué)化工學(xué)院，遼寧大連，116024；2. 西安科技大學(xué)西部礦井開采及災(zāi)害防治教育部重點實驗室，陜西西安，710054)

堆積狀態(tài)的煤炭和煤矸石在生產(chǎn)、運(yùn)輸與儲存過程中常會出現(xiàn)自燃發(fā)火現(xiàn)象，煤堆、煤倉和煤矸石山等場所是煤自燃的重點區(qū)域。煤自燃引發(fā)的煤火災(zāi)害遍布多個國家和地區(qū)[1]，每年燒毀大量煤炭資源，其產(chǎn)生的CO2約占全球化石燃料碳排放的0.10%～0.22%[2]。煤自燃釋放的氣體造成溫室效應(yīng)和環(huán)境污染，損害人類健康，甚至引發(fā)事故災(zāi)難，給生態(tài)環(huán)境和安全生產(chǎn)造成極大危害。我國是煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)大國，也是受煤自燃災(zāi)害影響最嚴(yán)重的國家之一。煤自燃火災(zāi)受堆積形態(tài)、氣溫和風(fēng)速等人為和自然環(huán)境影響，自燃火源分散且難以準(zhǔn)確定位、漏風(fēng)供氧難以有效控制，這些因素加劇了煤自燃的防治難度。眾所周知，當(dāng)具備可燃物、充足的供氧和良好的蓄熱環(huán)境[3]時，便可發(fā)生自燃。從防控角度考慮，只要消除此三者中任何一項條件，就可以破壞煤堆(矸石山)自燃。已有研究主要從“隔氧”和“降溫”2個途徑來預(yù)防和抑制煤自燃發(fā)生，然而，黃土覆蓋法、阻化抑制法、灌漿注漿法和膠體滅火法等煤自燃防治技術(shù)均存在不同程度局限性，如治理時間長、成本高和易復(fù)燃等問題。從長遠(yuǎn)角度分析，在氧氣無法與堆積煤體完全隔離的條件下，通過技術(shù)手段破壞煤堆內(nèi)部蓄熱環(huán)境，導(dǎo)致其難以達(dá)到自燃發(fā)火點，是煤自燃防控工程亟待開發(fā)的重要技術(shù)解決途徑之一。此外，以更低的成本和能耗、更好的效果消除煤自燃高溫區(qū)余熱和防控自燃火災(zāi)，更加經(jīng)濟(jì)高效地減少煤自燃帶來的生態(tài)環(huán)境和安全生產(chǎn)負(fù)效應(yīng)，同樣是當(dāng)前礦山安全技術(shù)領(lǐng)域的重要研究課題。熱棒(heat pipe, HP)是一種新型傳熱元件，充分利用了熱傳導(dǎo)與相變介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，可將高溫端的熱量迅速傳遞到熱源外，其導(dǎo)熱性能優(yōu)于任何已知金屬的導(dǎo)熱性能。現(xiàn)已被廣泛用于凍土路基保護(hù)、低溫儲糧和機(jī)械工藝干式冷卻等多種領(lǐng)域[4-5]。熱棒在煤自燃防治領(lǐng)域的研究，最早見1991年徐禮華[6]開展的熱棒對煤垛降溫實驗，其研究指出每平方米煤垛插5～6根熱棒降溫效果最好；王會勤等[7]從理論角度分析了熱棒對自燃煤矸石山深部移熱工程的經(jīng)濟(jì)及技術(shù)可行性；SCHMIDT 等[8]在烏達(dá)煤田火區(qū)實地測試了單根熱棒對火區(qū)的降溫效果，實驗觀測到6月內(nèi)距離熱棒1.5 m 處測點溫度從270 ℃降到250 ℃。然而，熱棒在煤自燃蓄熱區(qū)域中的熱遷移行為、熱遷移特征和降溫性能指標(biāo)等不明確[9]，這些問題嚴(yán)重制約著熱棒防滅火技術(shù)在煤自燃領(lǐng)域的推廣與應(yīng)用，而工藝技術(shù)等問題的解決也緊密依托于熱棒在煤體介質(zhì)中移熱性能等基礎(chǔ)研究。自2014年以來，國內(nèi)對于熱棒抑制煤自燃的研究逐漸增多，屈銳[10]提出了每時平均降溫來評價熱棒對煤堆的降溫效果，指出縮小布置間距、增加插入深度以及減小布置角度均可提高熱棒儲冷量；張亞平等[11]通過改變熱棒布置方式，分析了不同布置參數(shù)下熱棒對煤自燃的抑制及降溫效果；王力偉[12]建立了煤堆內(nèi)高溫?zé)嵩袋c降溫速率與熱棒充液率之間的關(guān)系式，發(fā)現(xiàn)熱棒充液率40%時降溫能力最好；陳清華等[13]指出熱棒受內(nèi)部重力和氣液剪切力影響，采用Fluent 仿真模擬發(fā)現(xiàn)傾斜角為60°時降溫效果更顯著；鄧軍等[14-15]前期也開展大量煤自燃熱棒移熱降溫實驗，通過實驗和模擬手段研究了熱棒對煤堆溫度場分布的影響規(guī)律。熱棒防滅火技術(shù)的應(yīng)用涉及熱棒參數(shù)設(shè)計、自燃火區(qū)定位、溫度場分布勘察、自燃程度界定、現(xiàn)場施工工藝和降溫效果評估等環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有研究大多限于評估及研究熱棒降溫性能，而較少研究熱棒作用下煤自燃蓄熱區(qū)域的熱遷移行為和工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下熱棒的特征。為此，本文作者結(jié)合典型煤自燃蓄熱區(qū)域特征，基于熱棒性能測試實驗系統(tǒng)分析煤堆-熱棒-空氣系統(tǒng)傳熱，并分別從實驗室和工業(yè)現(xiàn)場條件下研究了熱棒對煤自燃高溫區(qū)域熱量移除效果，從能量角度揭示熱棒作用下煤自燃蓄熱區(qū)域中熱量的定量遷移行為，為熱棒防滅火技術(shù)的工程應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 熱棒防滅火技術(shù)原理與方法

1.1 原理

圖1所示為煤自燃熱棒防滅火技術(shù)原理。由圖1可見：熱棒具有冷凝段、絕熱段和蒸發(fā)段。工程上使用的熱棒工質(zhì)一般為水或液氨。熱棒內(nèi)部工質(zhì)吸熱蒸發(fā)，在氣壓差作用下自下而上，升至冷凝段，與較冷的管壁接觸放出汽化潛熱，工質(zhì)冷凝成液體，在重力作用下沿管壁流回蒸發(fā)段，該過程往復(fù)循環(huán)，可將蒸發(fā)段熱量傳輸至冷凝段[16]。

自發(fā)產(chǎn)熱和熱量蓄積是造成煤自燃的2個關(guān)鍵因素。最初的自熱高溫區(qū)域有一定深度范圍，隨著煤體自發(fā)升溫，耗氧速度增大，高溫區(qū)域向空隙率大、供氧充分的地點移動。在自然堆積狀況下，自燃煤堆分為冷卻帶、氧化帶和窒息帶[17]。研究表明，煤堆內(nèi)部高溫區(qū)域(氧化帶)在2～4 m 范圍內(nèi)，自熱層深度小于4 m，自燃層深度小于2.5 m[18]。當(dāng)煤自燃區(qū)域內(nèi)部產(chǎn)生火源后，火源點的溫度可達(dá)數(shù)千攝氏度，煤自燃初期內(nèi)部溫度也可達(dá)到100～200 ℃。煤巖體內(nèi)部(高溫區(qū))和外部(外界環(huán)境)的溫差為熱棒的單向傳熱提供了持續(xù)的源動力。將熱棒蒸發(fā)段置入煤堆中，加快煤堆內(nèi)部高溫區(qū)域熱量散失，從而達(dá)到防治煤自燃的目的。利用熱棒防治煤自燃具有導(dǎo)熱性高、無能耗和無需日常維護(hù)等優(yōu)點。

1.2 方法

圖2所示為煤自燃熱棒防滅火技術(shù)方法。由圖2(a)可見：根據(jù)煤自燃臨界溫度T1(60～80 ℃)、干裂溫度T2(110～130 ℃)和著火溫度T3(300～400 ℃)等特征溫度，將煤自燃發(fā)火過程劃分為潛伏期、自熱期、自燃期和燃燒期4個階段[19]，與之相對應(yīng)的自熱區(qū)域(溫度區(qū)間T1～T2)、自燃區(qū)域(溫度區(qū)間T2～T3)和燃燒高溫區(qū)域(溫度＞T3)是煤自燃防滅火工程關(guān)注的重點?；诿鹤匀紴?zāi)害“防—控—滅”分區(qū)綜合防治理念，本文提出了煤自燃自熱區(qū)域使用熱棒防滅火技術(shù)控制自燃火災(zāi)的步驟如圖2(b)所示：

圖1 煤自燃熱棒防滅火技術(shù)原理Fig.1 Principle of coal wildfire prevention with HP

圖2 煤自燃熱棒防滅火技術(shù)方法Fig.2 Fire prevention method for coal spontaneous combustion with HP

1)勘察待處理的煤火類型，選用適合的監(jiān)測手段(如紅外探測、氡檢測和鉆孔監(jiān)測等)勘探煤自燃火區(qū)范圍、部位、深度、嚴(yán)重程度和溫度分布等，掌握煤自燃火區(qū)的基本情況；

2)根據(jù)火區(qū)面積和余熱情況確定熱棒降溫功率和形狀尺寸等技術(shù)參數(shù)，設(shè)計熱棒防滅火技術(shù)方案；

3)配合堵漏隔氧和惰化阻化等防滅火技術(shù)措施(如灌漿和黃土采用覆蓋等)，設(shè)計熱棒防滅火技術(shù)工藝參數(shù)，確定熱棒施工深度、密度、數(shù)量等工藝參數(shù)和現(xiàn)場施工安裝流程與方法；

4)監(jiān)控?zé)岚舴罍缁鸸こ绦Ч捎蒙崃康汝P(guān)鍵指標(biāo)評估熱棒對煤自燃火區(qū)的降溫效果。

根據(jù)流程持續(xù)改進(jìn)，提高煤自燃防火工程的有效性、可靠性和持續(xù)性，最終消除煤自燃區(qū)高溫余熱，預(yù)防煤自燃治理工程的后期復(fù)燃。

2 煤堆-熱棒實驗系統(tǒng)構(gòu)建及熱阻網(wǎng)絡(luò)分析

2.1 實驗系統(tǒng)構(gòu)建

圖3 所示為熱棒性能測試平臺。由圖3 可見：平臺由溫控模塊、箱體模塊、熱棒模塊和監(jiān)測控制模塊4 部分組成。平板加熱器功率為1 500 W，連接220 V 交流電；實驗箱體內(nèi)腔體積約為0.24 m3，裝煤約為240 kg。實驗煤樣采集自山西天池礦，以亮煤、鏡煤為主；監(jiān)測控制模塊包含熱電阻、XSL系列溫度巡檢儀、M400溫度采集軟件和計算機(jī)；選用中溫類型碳鋼-水熱棒，總長1 500 mm，管徑和厚度分別為43 mm和3 mm，工質(zhì)為含緩蝕劑的蒸餾水。熱棒冷凝段翅片管長度、高度和厚度分別為700.00，12.82和0.76 mm，翅片間距為10 mm。

將熱棒安裝在待測煤堆中，蒸發(fā)段底端接觸到實驗箱體底面。熱棒在煤中埋深490 mm，距離加熱面100 mm。通過溫控模塊調(diào)節(jié)熱平板加熱溫度，模擬煤自燃火源不同放熱強(qiáng)度，獲取熱棒對煤堆內(nèi)的溫度影響效果。

2.2 熱阻網(wǎng)絡(luò)分析

圖3 熱棒性能測試平臺Fig.3 Experimental devices and systems of HP

“熱阻”指傳輸單位熱量所需溫差。熱量從煤堆-熱棒-空氣之間的傳遞過程總熱阻由7項分熱阻Rn組成[20]，將熱阻網(wǎng)絡(luò)劃分為3 部分如圖3 所示，即熱源(煤體)與熱棒蒸發(fā)段外壁之間的換熱熱阻(R1)、熱棒的熱阻(R2+R3+R4+R5+R6)和熱棒冷凝段外表面與空氣對流換熱熱阻(R7)，其中R2為蒸發(fā)段外表面與內(nèi)表面之間的導(dǎo)熱熱阻，R3為蒸發(fā)段內(nèi)表面與熱棒介質(zhì)的蒸發(fā)換熱熱阻，R4為熱棒內(nèi)蒸汽從蒸發(fā)段流向冷凝段的熱阻(常忽略)，R5為熱棒內(nèi)介質(zhì)與冷凝段內(nèi)表面之間的凝結(jié)換熱熱阻，R6為冷凝段內(nèi)表面至外表面之間的導(dǎo)熱熱阻。煤堆-熱棒-空氣系統(tǒng)的總熱阻R如下式所示：

式中：r為煤堆內(nèi)有效降溫半徑，m；Di和D0分別為熱棒內(nèi)徑和外徑，m；Le和Lc分別為蒸發(fā)段和冷凝段長度，m；λm和λw分別為松散煤體和熱棒管壁導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)；he,i和hc,i分別為工質(zhì)蒸發(fā)傳熱系數(shù)和冷凝傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)；Ac為冷凝段散熱面積，m2；α為冷凝段與空氣對流換熱系數(shù)，W/(m2·℃)。

熱量平衡可確定熱棒傳熱功率qi為

由式(2)可得

式中：Tm為煤堆平均溫度，℃；Thp,e和Thp,c分別為熱棒蒸發(fā)段和冷凝段管壁溫度，℃；Tair為環(huán)境溫度，℃；

熱棒在煤堆中dt時刻瞬時散熱量的表達(dá)如下[21]

式中：τ為熱棒工作時間，s；

對式(4)積分，可得熱棒總散熱量Qhp的表達(dá)式

3 煤自燃熱棒防滅火技術(shù)移熱性能

3.1 熱棒作用下煤堆內(nèi)部熱遷移

采用熱平板恒溫150 ℃加熱實驗煤堆，模擬火源條件下插入熱棒對煤堆內(nèi)部熱遷移行為的影響，觀測熱棒作用前后煤堆內(nèi)部溫度場變化。熱棒強(qiáng)化自燃煤堆散熱過程涉及熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射等多種傳熱形式，傳熱過程十分復(fù)雜。圖4所示為監(jiān)測云臺拍攝的實驗系統(tǒng)和紅外熱成像圖。實驗期間室內(nèi)溫度約為14.0 ℃，紅外熱像圖顯示熱棒表面溫度為23.0～32.7 ℃，熱棒冷凝段溫度均高于環(huán)境溫度，說明熱棒已啟動工作，煤堆中的熱量通過熱棒不斷散入到空氣中。熱棒靠近煤體部分，熱棒表面溫度較高，而頂端溫度較低。這是由于熱棒管壁熱傳導(dǎo)和內(nèi)部工質(zhì)相變傳熱循環(huán)引起軸向熱分布不均。紅外熱像圖形象的顯示出熱棒強(qiáng)化煤堆散熱的熱遷移過程。

在對煤堆持續(xù)加熱300 h后，內(nèi)部溫度趨于穩(wěn)定，此時實驗煤堆的熱量輸入和散熱處于動態(tài)平衡。303 h 時將熱棒插入煤堆預(yù)定位置，當(dāng)實驗進(jìn)行460 h(熱棒工作時間約150 h)時煤堆內(nèi)溫度再次趨于穩(wěn)定，其內(nèi)部各測點溫度如圖5(a)所示。由圖5(a)可見：插入熱棒后煤堆內(nèi)各監(jiān)測溫度快速降低。測點距離熱棒越近，降溫幅度越大，其中1號測點溫度降幅最大，從84.1 ℃降至50.9 ℃(圖5(b))，降溫率達(dá)39.6%，并且在插入熱棒后煤堆出現(xiàn)溫度變化速率的峰值。熱棒對煤堆的降溫效果與熱棒和煤體之間的距離成反比。由于煤巖體導(dǎo)熱系數(shù)低，煤堆一定范圍內(nèi)的降溫主要依靠緩慢的熱傳導(dǎo)實現(xiàn)，隨著與熱棒邊緣距離增大，熱棒對煤堆內(nèi)部溫度場的分布影響逐漸減小。一般認(rèn)為，煤自燃臨界溫度范圍是60～80 ℃，煤溫低于自燃臨界溫度，煤的耗氧速率和氧化升溫速率增長緩慢，當(dāng)煤溫高于自燃臨界溫度，視為煤炭開始自燃[19]。熱棒作用下煤堆溫度最高不超過75 ℃，可見熱棒的強(qiáng)化散熱特性能夠加快煤堆內(nèi)部熱量散失，實驗條件下煤堆溫度維持在自燃臨界溫度以下，煤堆自燃受到抑制。

3.2 熱棒對煤堆移熱性能計算及評估

降溫半徑和散熱量可作為客觀評價熱棒性能的指標(biāo)。定義熱棒的有效降溫半徑為插入熱棒后煤堆內(nèi)部降低1 ℃的位置與熱棒之間的距離。取無熱棒和有熱棒時煤堆內(nèi)部的穩(wěn)定溫度，計算煤堆不同測點處的降溫幅度。圖6所示為插入熱棒后煤堆不同位置處的降溫幅度，熱源溫度為150 ℃時，插入熱棒后煤堆最大降溫幅度在33 ℃左右，溫度穩(wěn)定時煤堆的平均溫度約為37 ℃，對距離-溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，計算得到實驗條件下熱棒對煤堆的有效降溫半徑為0.37 m。

圖4 煤堆-熱棒實驗系統(tǒng)及紅外熱成像Fig.4 Experimental system of coal-HP and infrared thermal images

圖5 煤堆溫度變化隨時間的變化關(guān)系Fig.5 Coal temperature change of coal storage pile with time

圖6 熱棒作用下煤堆內(nèi)部降溫幅度Fig.6 Cooling amplitude of coal pile with HP

煤堆-熱棒-空氣系統(tǒng)熱物性參數(shù)如表1 所示，根據(jù)式(1)計算得到冷凝段外表面到空氣的熱阻R7≈1.289 5 ℃/W， 熱棒熱阻R2+R3+R4+R5+R6≈0.010 3 ℃/W，煤堆傳熱熱阻R1≈2.893 9 ℃/W，煤堆-熱棒-空氣系統(tǒng)的總熱阻是4.193 7 ℃/W。熱棒的散熱量與煤堆和環(huán)境溫差以及熱棒工作時間呈正比，與熱棒熱阻呈反比，隨著時間推移，煤堆內(nèi)溫度保持平穩(wěn)。熱棒插入煤堆的工作時間為167 h，實驗期間室內(nèi)平均溫度為14 ℃。依據(jù)式(3)可求得實驗條件下熱棒的降溫功率為5.48 W。熱棒累積散熱量隨著時間增加而增大，計算得到167h熱棒的散熱量為3.30 MJ。

表1 煤堆-熱棒-空氣系統(tǒng)熱物性參數(shù)Table 1 Geometry and thermal parameters of Coal-HPair system

4 工業(yè)試驗

4.1 現(xiàn)場試驗方案

圖7 熱棒現(xiàn)場安裝及監(jiān)測布置圖Fig.7 Installation and monitoring layout of HP

由于野外煤自燃現(xiàn)場漏風(fēng)通道不明，地下火源位置分散且在不斷變化，工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境條件往往比較復(fù)雜。在某礦自燃煤場開展了熱棒防滅火工業(yè)試驗，該地區(qū)屬于山區(qū)氣候，試驗期間正值冬季，外界氣溫在-4～4 ℃之間波動(取平均值為0 ℃)。圖7所示為熱棒現(xiàn)場安裝及監(jiān)測布置圖。由圖7(a)可見：自燃高溫區(qū)域溫度均大于40 ℃(部分高溫達(dá)80 ℃)。在自燃高溫區(qū)域共安裝2根熱棒如圖7(b)所示，熱電阻所在測點位置為Ti-j(i=1～6,j=1～5)。熱棒管體為不銹鋼材質(zhì)，長4 m(蒸發(fā)段2 m埋入地下，冷凝段2 m 外露于空氣中)，直徑38 mm，壁厚5 mm。共設(shè)計2個安裝鉆孔，配有4個監(jiān)測鉆孔。2 根熱棒間距為3 m，熱棒安裝鉆孔直徑為120 mm，下4 寸套管，監(jiān)測鉆孔間距為0.5 m。溫度采集選用耐高溫鎧裝熱電阻，最高耐溫800 ℃。

4.2 工業(yè)現(xiàn)場施工工藝

圖8 所示為煤自燃熱棒防滅火技術(shù)工藝流程。由圖8可見：熱棒現(xiàn)場安裝及施工程序為平整場地→測量放線→鉆機(jī)就位→鉆孔→護(hù)孔→熱棒安裝→熱棒固定→解除固定。針對勘察出的煤自燃高溫區(qū)域，圈定治理范圍。測溫打孔根據(jù)地形條件、人工和氣動潛孔鉆進(jìn)行施工，在高溫點安裝熱棒。根據(jù)勘察出的火區(qū)面積和降溫半徑等關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計和布置熱棒。鉆頭宜比熱棒直徑大5～8 cm，為避免松散煤巖體的塞孔，打鉆時可加套管。按設(shè)計距離確定鉆孔中心位置，并加以標(biāo)識，中心位置偏差控制在2 cm 以內(nèi)。鉆孔深度應(yīng)比設(shè)計深10 cm左右。鉆孔經(jīng)檢驗合格后，安裝熱棒，采用煤回填法固定熱棒。當(dāng)回填料充分達(dá)到設(shè)計規(guī)定的強(qiáng)度后，即可解除固定熱棒的臨時支撐。

4.3 工業(yè)試驗結(jié)果

圖8 煤自燃熱棒防滅火工藝流程Fig.8 Process flow of coal fire prevention with HP technique

按照上述工藝施工及安裝后，除監(jiān)測點T6-2故障外，其余均能正常采集數(shù)據(jù)。工業(yè)實驗持續(xù)時間約730 h，圖9所示為2根熱棒試驗期間的軸向溫度分布。1 號和2 號熱棒蒸發(fā)段溫度范圍分別在30～85 ℃和55～78 ℃，冷凝段溫度范圍分別在15～30 ℃和5～25 ℃，而試驗期間環(huán)境平均氣溫低于4 ℃，煤堆內(nèi)外溫差為熱棒的啟動提供適宜條件，分析可知熱棒在工業(yè)現(xiàn)場順利啟動并正常工作。蒸發(fā)段處測點溫度T1-1＞T1-2＞T1-3，T6-1＞T6-3，深度越大，蒸發(fā)段外表面溫度越高。冷凝段處測點溫度T1-4＞T1-5，T6-4＞T6-5，自下至上存在溫度梯度。熱棒工作期間外表面上的軸向溫度差異，與圖4(b)所示室內(nèi)紅外云臺檢測到的熱棒冷凝段溫度分布一致。

圖9 工業(yè)實驗現(xiàn)場熱棒軸向溫度分布Fig.9 Axial temperature distribution of HP at the industrial experiment site

圖10 所示為熱棒安裝后工業(yè)實驗現(xiàn)場不同深度處溫度分布。由圖10(a)可見：地面以下0.4 m和1.7 m 的2 根熱棒安裝部位處的溫度均在75 ℃以下。垂直深度0.4 m處除監(jiān)測點T1-3和T5-3處溫度出現(xiàn)5 ℃升溫外，其他測點溫度均降低，其中監(jiān)測點T3-3處降溫幅度達(dá)到104 ℃。由圖10(b)可見：垂直深度1.7 m處監(jiān)測點溫度T4-1～T6-1均出現(xiàn)降溫，但監(jiān)測點T1-1～T3-1均出現(xiàn)不同程度升溫現(xiàn)象。垂深1.7 m處埋深較大，測點溫度受環(huán)境影響較小，如果測點附近有內(nèi)熱源，測點處溫度會上升明顯；否則，隨著時間推移，熱棒作用下垂直深度內(nèi)相應(yīng)測點處溫度應(yīng)基本保持穩(wěn)定并逐步降低。分析可知，1號熱棒側(cè)垂深0.4～1.7 m處可能存在熱源或著火點。

綜上，煤自燃防滅火工程的實施通常需要考慮氣候環(huán)境、火區(qū)范圍、堆體漏風(fēng)狀態(tài)和內(nèi)部火源等多種因素，工程實踐過程中應(yīng)綜合選用和設(shè)計技術(shù)方案，采用熱棒移熱降溫防滅火技術(shù)的同時，配合黃土覆蓋和灌漿注膠等常規(guī)隔氧堵漏防滅火技術(shù)，能夠更加高效地實現(xiàn)自燃火災(zāi)防控的工程技術(shù)效果，最大限度提高煤自燃治理工程的有效性和經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié)論

1)熱棒對于煤自燃高溫區(qū)域移熱降溫性能明顯。煤堆-熱棒-空氣系統(tǒng)總熱阻為4.193 7 ℃/W，熱棒工作167 h的散熱量為3.30 MJ。實驗條件下熱棒作用下實驗煤堆內(nèi)最大降幅達(dá)到33.2 ℃左右，降溫率達(dá)39.6 %，煤堆內(nèi)部溫度最高不超過75 ℃，煤自燃受到明顯抑制。

2)熱棒散熱量與其工作時間呈正比，與熱棒熱阻呈反比，熱棒對煤堆內(nèi)部溫度場的分布影響隨距離增加而逐漸減小。另外，熱棒管壁熱傳導(dǎo)和內(nèi)部工質(zhì)相變傳熱循環(huán)會引起熱棒軸向熱分布不均。

3)煤自燃防治工程應(yīng)綜合選用和設(shè)計防滅火技術(shù)，在實施熱棒防滅火技術(shù)的同時，配合實施黃土覆蓋、灌漿注膠等常規(guī)滅火技術(shù)措施，最大限度地提高煤自燃治理工程的有效性和經(jīng)濟(jì)性。