露天礦煤炭起火特性及防治方法

張超 喬嘉岐 金磊

摘要：露天煤礦起火主要由于儲存煤體自燃形成，由于煤礦在開采過程中存在巖石松動、采空區漏風嚴重等問題為導致了煤炭起火現象。同時，煤炭起火會產生高溫有毒氣體，影響工作環境及工作人員的身心健康。本文主要對露天煤炭起火特性及防治方法進行分析，有效治理火區、提前預防起火危害、防止火區蔓延以及火區復燃等問題。

關鍵詞：露天;煤炭起火;特性;防治方法

前言：煤炭資源的開發與利用給生活帶來的十分便利的條件，但露天煤礦的比例也隨之大幅度增加。露天煤礦由于其特殊性，在很大程度上存在著自燃及發火的危險，而煤炭自燃不僅會釋放有毒氣體，影響工作人員的身心健康，污染工作環境，且浪費煤炭資源，降低企業的經濟效益，因此要分析露天煤炭起火特性，加大防治力度，減少危害。

一、煤炭起火的危害

受到自然環境的影響及煤炭自身特點的限制，當煤炭起火后將帶來不容小覷的危害，主要表現為以下幾點：

一是，浪費資源。煤炭本身燃燒后將不能二次利用，因此一旦發生起火現象將直接導致煤炭資源的減少，浪費煤炭資源。而受到起火煤炭的影響，周圍煤炭的質量也將隨之降低，減少礦山開采煤炭的儲備量。除此以外，在發生起火問題后，需要投入大量的人力、物力進行滅火，影響煤炭企業生產進度，降低企業經濟效益。

二是，影響安全生產及邊坡穩定性。煤炭起火后極有可能危害煤礦周圍環境，產生連帶起火現象，給煤礦安全生產帶來較大的危害與隱患。且煤炭在起火后常常會引起礦坑內地表裂縫、坍塌等問題，大面積片幫危害隨之產生，煤臺階起火也會影響巖體強度，露天礦整體邊坡穩定性將降低，企業將無法正常生產。尤其在特定自然環境下，風力與風向不利于滅火時，一旦出現火災問題很難在短時間內控制火勢。且煤炭起火后所產生的大量煙霧煙塵，極其危害工作人員的身體健康，不利于安全生產需求[1]。

三是，影響空氣質量。露天煤礦的儲存量相對較大，因此一旦發生起火現象將產生大量有毒氣體與物質，包括SO2、CO2、煙塵、醇類等隨風飄散，涉及范圍廣、面積大，嚴重污染露天煤礦周圍的空氣質量。

二、煤炭起火特性分析

（一）起火原因分析

煤炭燃燒主要分為兩種情況：

一種是，無外因起火。該種情況即煤炭長時間堆放在室外，無相關遮蓋措施，導致煤炭暴露在空氣中。而長時間與空氣充分中氧氣接觸的煤炭會產生不穩定的氧化物，化學活性增強后致使煤炭氧化速度增加，釋放熱量隨之增大。同時，碎裂的煤炭由于大量堆積，其中熱量無法釋放，而熱量堆積后達到一定燃點隨即自燃，發生火災。通常，煤炭自燃時首先都會先蒸發水分，然后煤炭發生氧化情況，最后燃燒起火，且多由堆積煤炭的內部發生自燃問題，隨即向外擴散，大量燃燒。無外因起火的煤炭部位多發生在煤臺階部位，在開采過程中，煤臺階長時間暴露在外，其根部的碎煤、排土場長時間未能進行清理的發火煤、需要長時間堆放煤炭的煤場、以及需要長時間備煤的機械設備臺面等地方都是極易產生自燃問題的區域。

另一種是，有外來熱源起火。該種情況主要是由于煤炭在開放場地儲存，當受到外來熱源的影響，如排氣管帶起的熱媒泥、電焊操作中產生的火星、生產過程中外泄的火源等，都使得煤炭在短時間內迅速達到燃點，進而起火。有外來熱源起火區域或部位多發生在工程機械周圍、卡車經過的區域、以及產生煤泥的工作區域[2]。

（二）煤炭起火特性

煤炭中的水分、灰分、揮發分、以及碎裂程度等都會對煤炭起火問題產生影響。煤炭中的水分能夠傳遞熱量，在起火過程中水分將熱量傳遞給煤粉，煤粉受到熱量變化的影響而改變氧化速度。同時，水分與煤粉混合，阻止熱量疏散，也進一步促進氧化反應的產生。

煤炭中的灰分是影響煤炭起火的關鍵因素之一，灰分越高則煤炭中的可燃成分越少，此時的煤炭也越不容易起火。煤炭中的揮發分則與灰分相反，揮發分越高則煤炭中的有機質含量越高，此時的煤炭起火可能性越高。

煤炭的碎裂程度越大，則煤炭中的空隙越多，煤炭表面積與空氣接觸面積則越大，可燃煤炭與空氣接觸也越充分，此時若起火則煤炭燃燒也將越充分，隨著溫度的升高煤炭也越容易產生起火現象。

三、煤炭起火的防治方法

（一）長期堆放煤炭起火防治

由于大部分煤炭企業的經營模式是長期向電廠供煤，因此露天煤礦能夠保證破碎站持續穩定的煤炭輸出量，且有一定數量的備用煤炭。而開采出的煤炭極有可能長期堆放在煤場，為煤炭起火提供了一定的條件。破碎口的煤炭起火不僅會影響煤炭資源、降低煤炭質量，還將影響破碎站的正常有序工作，甚至造成破碎系統的紊亂。因此，針對長期堆放的煤炭應當采取一定舉措，如每隔2個月對堆放的煤炭進行全面的置換，減少煤炭起火的可能性。其次，降低煤炭表面的氧化程度，及時運輸堆放的煤炭。

（二）強化安全質量標準

合理設定開拓煤量和回采煤量，既要做到滿足開采的需求，也要合理安排開采的順序，設計采剝工程。在開采過程中，減少電鏟的頻繁調動，提升回采率的同時也能夠降低電鏟頻繁走動產生的松散煤屑，降低煤炭起火概率，從根本上避免煤炭起火。同時，在生產過程中，合理設計穿孔時間、爆破時間等工作內容，減少對原煤量的破壞，縮短煤炭堆放時間，延緩煤炭產生氧化進而產生自燃的反應。在爆破過程中，合理設計炸藥量，以免煤礦區發生大面積松動現象，確保在爆破工作結束后其余原煤不會由此引發自燃現象。爆破工作要嚴格按照開采條件進行，不得超寬、超深進行爆破，且爆破后的煤炭一定要及時傳輸，否則長時間堆放極易產生自燃現象[3]。

除此以外，工作面應當采用一爆一采的循環開采方式，當爆破工作結束后，要將工作面的煤炭開采干凈，如此既能夠提高下一開采地帶的工作效率，也能夠大大降低煤層起火的概率。在每層開采工作中，定應按照嚴格的開挖計劃，工作面要幫齊底平，不留爆堆。將所有開采后的碎石運輸干凈，減少碎石堆放量，清除所有的不規則煤堆。而在煤面的處理過程中，利用推土機分采分運煤巖，避免煤炭發生起火現象時與土巖混合，形成燃燒帶反而會增加火災隱患，增加滅火的難度。總之，煤礦企業在煤炭開采過程中應當合理安排開采順序，合理設定爆破量，及時清除煤炭，強化運輸，才能給煤炭提供安全的儲存環境。

（三）綜合性防治舉措

1.注水降溫

露天煤礦受到自然因素的影響，其溫度會逐漸升高，因此采取注水降溫的方法，利用排水泵房的水源進行降溫滅火，發現火源立即采取措施。并利用推土機、前裝機等裝備聯合作業，將著火的煤炭運往排土場，保證完全消滅火源。

2.強行采出

當自燃煤臺階用水無法澆滅火源時，可通過電鏟或前裝機強行將火源采出，放置在排土工作線上，利用土巖將其覆蓋進行滅火。但通過電鏟或前裝機進行滅火時，會產生大量的灰塵，因此在完成滅火工作后還需要注水進行降溫、滅塵，配合滅火工作。

3.利用土巖堆

這種滅火方式主要針對長時間不使用的煤臺階上的原煤，當起火后先用水將火源撲滅，再利用土巖將表面覆蓋，將原煤與空氣隔離開來，以實現永久滅火的目的。

4.隔離

當煤炭發生大面積著火時，煤炭的燃燒速度較快，因此需要利用電鏟或前裝機將著火的煤炭推離至土巖臺階上，將原煤與發火煤進行隔離，再將廢棄的煤炭運至排土場廢棄。

結論：綜上所述，煤炭由于其自身的特點，以及外界因素的干擾極易起火，因此，在煤炭儲存環節中應當重視起儲存環境，在開采過程中及時清理、運輸煤炭，當煤炭起火后，可通過注水降溫、強行采出、土巖堆覆蓋以及隔離等方式進行滅火與防治。

參考文獻：

[1]潘博.伊敏露天礦煤炭起火特性及防治方法[J].露天采礦技術，2017（10）：89.

[2]蘇彬，閆虹.露天礦煤炭自燃的機理分析及防治方法[J].黑龍江國土資源，2019（5）：55-55.

[3]張晉花.露天礦大面積小煤窯自燃火災探測及綜合治理技術研究[J]. 煤炭工程，2018，1（2）：53-56.