露天煤礦、煤場儲存煤自燃的原因分析及預防處理

肖　華，戚晟德（甘肅煤田地質研究所，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防處理

肖華，戚晟德
（甘肅煤田地質研究所，甘肅蘭州730000）

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

關鍵詞：露天煤；自燃；原因分析；預防處理

1　概述

煤的自燃是一種非常嚴重的自然災害，嚴重影響了煤炭的生產，造成了重大的經濟和資源的損失，部分煤礦、煤場經常貯有大量的備用煤，因貯煤時間過長而經常發生自燃現象，有時同時幾處發生自燃。尤其電廠煤場陰燃的煤在被送到輸送和研磨設備，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，降低煤的質量。煤自燃既存在重大的安全隱患，也降低了煤的經濟價值，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　煤發生自燃需要的具備條件

發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煤自燃的關鍵因素。一般情況下，煤炭從氧化到自燃需要一個過程，氧化時間達到自燃發火期才能燃燒，一般褐煤、長焰煤自燃發火期為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氧化，會放出大量熱，當聚集的熱量無法散失，煤堆溫度會持續上升，達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。當煤中水分處于引起自燃的臨界范圍內時，它可以促使煤各種放熱反應的進行。如硫份的酸化等會產生大量的熱量，產生的熱量又加快了氧化反應過程，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作用。

3.1.2煤的揮發分對自燃的影響

煤中揮發分是煤化程度的一種表現，揮發分高煤炭變質程度低，發熱量低，水分高，如褐煤、長煙煤等；揮發分低，煤炭變質程度高，其發熱量高，比重大，碳含量高，如無煙煤。根據相關實驗研究，揮發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構在高溫無氧環境下裂解析出大量揮發分后活性結構數量大大減少，從而減少了與煤發生化學吸附的氧氣總量，從而降低自燃趨勢［2］。

揮發分（Vdaf）對煤的著火溫度也有較大影響，總的規律是揮發分（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，側鏈基的多少也不同，即縮合芳香核越小，側鏈基越多的不粘煤的著火點最低，肥煤的側鏈基比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性質會發生變化，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生自燃。

3.1.4煤的吸氧量對煤自燃的影響［4］

煤在自燃發生過程中要經歷物理吸附，化學吸附兩個階段，深度氧化主要發生在化學吸附階段，物理吸附受時間影響比較小，因為在短時間內物理吸附就能達到平衡，溫度對吸附影響比較大，低溫時，吸附氧氣較多，溫度升高，在達到化學吸附之前，吸附氧氣會減少，但發生化學吸附后，由于化學反應需要消耗大量的氧氣，煤炭吸附的氧氣會直線提高，一旦發生燃燒現象后，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季節地域性因素

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

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，根據煤礦、儲煤場煤堆自燃的實際情況看，自燃一般發生在氧化層［5］。如圖2所示。

圖2　煤堆側面剖析圖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，產生的熱量不易散失，達到自燃條件便會發生自燃，是煤堆自燃的關鍵層；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，不易發生自燃［6］。

4　露天煤礦、煤場儲存煤自燃的預防處理

4.1盡可能縮短堆放時間

煤堆的存放時間應根據煤質而定，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留有一定的防火間距。含硫分、揮發分高的煤應分成小堆堆放。

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，一旦發現冒煙現象，絕對禁止向煤堆噴水降溫，以免引起更大的火災。

4.4加強內部管控和監管

加強煤自燃傾向性的測試及煤堆內部溫度的定期檢測，發現煤堆內部溫度有升高趨勢后，應及早采取有效措施，妥善進行降溫處理。

4.5滅火處理

對于已經發生了自燃的，可以采用挖火源法、注水法、覆土法等方法進行滅火處理［7］，避免更大的燃燒事故，造成經濟損失和資源浪費。

參考文獻：

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

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

［3］于實，李豐田.煤質檢測分析新技術新方法與化驗結果的審查計算使用手冊［M］.北京：當代中國音像出版社，2009.

［4］肖華，魏志全.吸氧法測定煤自燃傾向性中氧氣吸附特性研究［J］.煤質技術，2013（1）：45-47.

［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.煤矸石自燃機理及其防治技術研究［J］.環境科學與技術，2005，28（2）：71-72.

中圖分類號：T-1