上海廟西部礦區(qū)儲煤自燃監(jiān)測預警及防控技術(shù)

王 敏 張磊鑫 姜 偉

(新礦內(nèi)蒙古有限責任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 016299)

1 概 況

山東能源新礦集團內(nèi)蒙能源公司堆煤儲量分別為8萬t和14萬t。煤含硫量為3%左右，易自燃，堆煤時間已超過3個月。儲煤高度均大于10m，分層壓實布置，但儲煤堆表層通風良好。受煤質(zhì)與銷量的影響，儲煤還需要有3個月的時間才能完成銷售，而煤堆自然發(fā)火期為3～6個月，一旦出現(xiàn)煤堆自燃，將會給公司帶來很大的經(jīng)濟損失和社會影響。

2 煤堆自燃因素的確定

煤堆自燃的形成主要受煤質(zhì)、水分、揮發(fā)分、粒徑等因素影響。內(nèi)蒙能源煤含硫量為2.8%～3.2%，水分含量為11%左右，灰分為8%～10%。高硫煤是易自燃煤種之一，而水分是煤炭自燃的催化劑，揮發(fā)分較高的煤種揮發(fā)分活性強且易燃。通過研究確定了煤堆易自燃的區(qū)域主要分布在：煤堆底層周邊、煤堆交匯處、煤堆向風面、過水區(qū)域、斷面疏松區(qū)。由于內(nèi)蒙地區(qū)降水量相對較少，堆孔隙內(nèi)相對濕度較其他季節(jié)更高，煤中水分向大氣逸散的趨勢更加明顯，氧量交換更頻繁，煤炭對氧的吸附能力增強，煤的氧化處于相對活躍期。由于早晚溫差大，煤堆堆積厚度大，形成自然風壓大，煤堆裂隙存在漏風，極易氧化自燃。通常，煤堆自燃大概分四個階段：氧化蓄熱初期、氧化蓄熱中期、氧化蓄熱后期和自燃擴展期。常用滅火方法有煤堆底層周邊機械化處理，正確使用水滅火，合理組堆減少向風面，熱棒移熱技術(shù)，自燃風險高的煤于專區(qū)儲存或與灰分高的煤混合儲存等。內(nèi)蒙能源采用綜合治理措施防止自燃，對煤堆中自燃蓄熱高溫區(qū)域進行深部熱量轉(zhuǎn)移，減少煤堆自燃的因素，確保了煤堆的安全儲存。

3 儲煤自燃監(jiān)測預警及防控技術(shù)實施

采用理論分析、實驗測定、數(shù)值模擬和現(xiàn)場工業(yè)試驗相結(jié)合的研究方法，結(jié)合地面煤堆研究煤自燃發(fā)生及發(fā)展的全過程，確定煤自燃過程中特征溫度及與之相對應煤炭自燃程度判定指標，判定提出煤堆自燃危險區(qū)域，提高儲煤場所的防滅火能力。

3.1 地面儲煤場所自燃危險區(qū)域特點和規(guī)律

實驗測定2個不同煤場堆積類型（煤堆、封閉煤場、煤倉）的最短自然發(fā)火期，在不同氣候條件下自燃特征溫度及自燃程度判定表征參數(shù)。

（1）通過工業(yè)分析測試得到煤的含水量、灰分、揮發(fā)分和固定碳等。選用全自動吸附儀，測試煤樣的孔徑分布，對比表面積及真密度等煤樣的基礎(chǔ)物性參數(shù)，確定煤樣本身性質(zhì)對煤樣的氧化性的影響。

（2）利用程序升溫實驗臺在不同煤體溫度情況下，測試不同煤樣的耗氧特性及其他自燃特性參數(shù)。確定煤自然發(fā)火期，測算出煤自燃全過程中的放熱強度、耗氧速率、各種指標性氣體的產(chǎn)生率等特性參數(shù)，這些指標對原煤的堆放使用周期具有指導意義。

（3）采用傅里葉紅外光譜和熱重分析聯(lián)用實驗系統(tǒng)，研究煤在不同氧氣濃度情況下，從室溫開始被空氣氧化而達到著火點以至燃燒結(jié)束時煤的重量變化全過程，以及煤氧化過程中氣態(tài)產(chǎn)物的變化規(guī)律。掌握煤自燃特征溫度點、活性炭表面官能團的氧化種類和數(shù)量。

（4）采用微量熱儀C80實驗系統(tǒng)，確定煤在空氣條件下氧化升溫的放熱量及放熱的真實溫度，從而判定煤的自燃性能。

3.2 地面儲煤場所煤自燃在線監(jiān)測預警技術(shù)

地面儲煤場所煤自燃在線監(jiān)測預警系統(tǒng)集多參數(shù)氣體傳感器、溫濕度傳感器、壓差傳感器、無線自組網(wǎng)技術(shù)、嵌入式web、Internet、數(shù)據(jù)庫、云網(wǎng)絡(luò)、APP等技術(shù)于一體，搭建了一種基于云網(wǎng)絡(luò)的地面儲煤場所煤自燃在線監(jiān)測預警管控平臺。系統(tǒng)主要由礦用本安型多參數(shù)傳感器、礦用監(jiān)測基站及監(jiān)測預警軟件三部分構(gòu)成。礦用本安型多參數(shù)傳感器通過無線自組網(wǎng)的形式將采集的煤自燃多參數(shù)信息發(fā)送到監(jiān)測裝置主機，通過其內(nèi)置的嵌入式處理器進行處理以及協(xié)議的封裝，然后再通過地面網(wǎng)絡(luò)交換機發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的監(jiān)控服務器，實現(xiàn)了儲煤堆煤自燃特征信息的遠程網(wǎng)絡(luò)化實時動態(tài)監(jiān)測預警，解決了目前現(xiàn)場人工巡檢存在的工作量大、信息量少、漏報率高、時效性差等問題。

結(jié)合堆煤自燃危險區(qū)域情況，分別在煤堆上施工鉆孔6個，通過鉆孔向煤體內(nèi)采集溫度、指標氣體，能夠?qū)崟r對地面儲煤堆煤樣自燃過程進行監(jiān)測，實現(xiàn)煤堆自燃的早期預報。將多參數(shù)無線傳感器主要布置在地面煤堆內(nèi)壁距地面3m處，分別堆煤各施工6組鉆孔，通過采樣束管采集氣體與溫度信息分析，將特征信息傳輸?shù)綗o線監(jiān)測裝置主機。確定煤堆易發(fā)生自燃危險區(qū)域，確定防火重點監(jiān)測。

3.3 地面煤堆自然發(fā)火預控技術(shù)實施

內(nèi)蒙能源公司通過在2個煤堆重點區(qū)域進行布點監(jiān)測及布控，對煤自燃危險區(qū)域的判定，對可能自燃的4個區(qū)域，有效布置8個導熱棒及導熱管，促使煤堆熱量通過導熱管得以釋放，防止熱量積聚，確保地面煤堆的安全。并建立快速滅火系統(tǒng)，形成動態(tài)立體防控圈，解決火災的快速控制問題。

4 結(jié) 語

儲煤自燃監(jiān)測預警及防控技術(shù)的應用，確保了煤堆儲存過程的安全，為煤堆自燃的預測及防治奠定基礎(chǔ)，能夠有針對性的防控地面煤堆自燃，建立起地面煤堆自燃綜合防火技術(shù)體系，具有較為廣泛的推廣意義。