鐵路運輸中儲存煤炭自燃防治技術的應用探討

戚晟德

（甘肅煤田地質研究所， 甘肅 蘭州 730000）

引言

鐵路是運輸煤炭資源的重要方式之一，全國煤炭總運量的60%都由鐵路運輸完成，隨著社會發展我國煤炭需求量不斷加大，煤炭運輸量增加，鑒于煤炭自燃性特征，對鐵路運輸煤炭的安全提出更高要求。因此，探究鐵路運輸中煤炭自燃防治對實現安全有序運輸有著重要意義。

1 鐵路運輸中儲存煤炭自燃現象分析

1.1 煤炭自燃機理

關于煤炭自燃的研究已持續了近百年，提出了自由基作用、細菌作用、鐵礦作用和煤氧復合作用等諸多學說，其中煤氧復合作用是公認度最高的學說。簡單來講，煤氧復合即在煤體與空氣產生接觸后，經物理吸附氧氣，并放出物理吸附熱量，繼而進行化學吸附與反應，釋放出化學吸附熱、反應熱，熱量逐漸集聚在煤體存放環境中，從而因改變環境實現自燃，但并非所有煤炭都能經過氧化發生自燃，氧化需在穩定、絕熱、低溫的條件下進行[1]。煤炭自燃經歷潛伏、自熱、自燃三個階段，當常溫狀態下吸附空氣中氧氣發生氧化，能夠產生熱量，隨著空氣流動熱量及時散失，煤炭溫度無法升高；若熱量長時間無法散去，媒體溫度持續升高，并加速煤炭自身的氧化，煤炭自身從而產生大量熱量，當煤炭自身的溫度達到300～350 ℃時，煤炭則發生自燃。

1.2 煤炭自燃條件

煤炭自燃的過程與發展變化均具有復雜性特征，受多種因素的影響與作用，但煤炭自燃必須具備以下條件：一是，煤炭本身有著低溫易氧化特征，即具備自燃傾向（煤吸氧量大于0.4 cm3/g），并且煤炭在儲存時處于破碎狀態；二是，具備持續供氧條件；三是，煤炭氧化過程中產生熱量的速度快于散熱速度；四是，以上3 個條件同時存在時，能夠實現煤炭在最短時間內自燃。其中前3 個條件為煤炭自燃的必要條件，第4個條件為煤炭自燃的充分條件。

1.3 煤炭自燃原因

在鐵路運輸過程中，煤炭存儲、裝車、運載過程中因運輸時間長、儲運條件有限以及需嚴格執行鐵路行車秩序等因素，導致運輸過程中存在諸多不利因素，如加長煤炭在空氣中的暴露時間，提高自燃發生概率。

經分析發現煤炭含水量、含硫量、孔隙度、灰分、導熱性、連續供氧條件、粒徑尺寸和氧化熱集聚環境等均可成為煤炭自燃的誘導因素，其中最為關鍵的是鐵路運輸過程中煤炭內部在氧化熱或高溫天氣的影響下水分加速流失，無法吸收與及時消散蓄積的熱量；煤炭本身具有較強的自燃傾向性；裝載環節自燃或溫度已接近煤炭著火點溫度；運輸過程中大量空氣進入到煤層內部，提供連續供氧條件[2]。

運輸過程中敞車下部側門是煤炭自燃現象高發位置，因空氣從側門縫隙內進入，通過煤炭空隙深入煤層內部，經氧化、積熱，大量熱量無法及時消散，發生自燃；同時，敞車上部也是自燃多發點，煤炭儲存狀態下著火點通常位于煤層深度15～20 cm 處，運輸途中空氣進入到煤炭煤層15～20 cm 處時持續提供氧氣，使煤炭積熱、氧化、自燃，加之該部位也受光照的影響，增強熱量的蓄積，使自燃條件更加充分。

2 鐵路運輸中存儲煤炭自燃防治技術

為有效預防鐵路運輸過程中煤炭自燃，應從自燃發生條件著手，有效控制氧氣的連續供應，創造充分散熱條件，防止運輸中溫度上升至危險范圍。鐵路運輸中存儲煤炭的主要防治技術有以下幾點。

2.1 鑒定煤炭自燃傾向性

鐵路運輸環節煤炭自燃的發生根本原因是具備煤炭自燃的特殊條件，其中煤炭本身是否具有自燃傾向性最為關鍵，在運輸前干燥且自燃傾向性較高的煤炭經歷雨淋、灑水處理后，內部蓄積熱量；外部熱源也為煤層內蓄積熱量創造條件；運輸通風不良熱量無法及時散發也提高熱量蓄積效果，因此，造成許多煤炭在裝車前已具備一定自燃條件或已發生自燃。基于以上情況，運輸前對煤體自燃傾向性進行鑒定具有重要價值，可了解當前煤炭是否具備自燃條件，分析煤炭自燃規律，制定自燃防治方案；不具備專業鑒定能力時，可總結煤炭情況，聘請具備專業咨詢與鑒定資質的機構展開鑒定，從專業角度分析煤的揮發份、自燃發火期以及最低著火溫度等指標，按照指標阻斷自燃條件，規避自燃的發生[3]。

2.2 強化煤炭存儲管理

首先，確立儲存登記臺賬管理制度，準確登記煤炭來源、上貨時間、質量、儲存時間以及數量等信息；且應在運輸前獲取煤炭企業的臺賬信息，了解在煤炭企業內的存放時間以及具體采出時間。尤其是我國內蒙古采取的褐煤、陜北神木地區采出的長焰煤等，自燃發生頻率較高，應重點進行登記。其次，嚴格按照煤種進行分區存放。設置不同煤種專區堆存區，并設置標識牌，登記堆存時間、數量等信息，避免混亂，并將新煤、舊煤進行區分，嚴禁在堆存區域內出現已發熱煤炭；露天堆存條件下，應選擇合適的堆置方式，為煤炭創造良好的通風條件，并設置防曬網、煤棚等遮陰設施，避免長時間暴露在高溫下暴曬；儲煤區域底部與周圍圍擋設施應為混凝土結構，可預防水分滲漏、減少水分流失，且遠離高溫熱源，配有噴水設備，定期噴水降溫。再次，加強日常巡視，定時進行煤堆溫度檢測試，在煤堆表層、400 mm、1 000 mm、1 500 mm 四個層次設置測溫點，每堆選擇4～5 處，測量溫度后進行記錄；新媒進場前溫度已達到50℃以上時，則應經澆水、翻堆等降溫處理后進場堆存；儲存時間超過30 d以上的煤堆，需每日進行測溫，及時發現局部有無發熱情況，避免裝車時裝入已經自燃煤炭[4]。最后，加強日常管理，在煤場周圍張貼醒目標識，禁止煙火，工作人員不得在煤場內吸煙，并及時清理煤場內存在的廢紙、木屑等可燃物質；在夏季等外部環境溫度較高時，應提高煤炭測溫頻率與現場巡視頻率，及時發現煤堆局部冒煙、冒熱氣情況，快速處理火源。

2.3 強化煤炭裝車管理

首先，裝車前應對煤炭情況進行了解，逐一核對產地、儲存時間等信息，加強對自燃傾性較強的煤種管理，做好運輸時間、裝車順序的安排，加速流轉，避免運輸中形成高溫條件，增加自燃風險。并檢測煤炭溫度，當發現局部溫度有超過50 ℃情況時，需經降溫處理后裝車，未經處理不得裝車。其次，在裝車過程中，采取人機交互作業模式，由1 名平煤工與裝載機配合操作，按照“一看、二測、三裝車”的原則，嚴禁將已自燃煤炭裝車，嚴格控制外來火源，并在敞車門縫較大位置鋪設阻燃材料作為襯墊，一方面預防運輸中煤炭自燃，另一方面預防煤炭散落。最后，裝車后進行測溫，每批次測溫不得少于2 個車廂，條件允許下應車車測溫，測溫點由表及里設置3 處，記錄信息后，向煤炭表層噴灑抑塵劑，合理控制噴灑劑量，不得滲透至煤層10 mm 內[5]。

2.4 制定自燃現象緊急施救預案

鐵路運輸作為煤炭物流的中間環節，有效的管理以及事前檢查可降低運輸途中發生自燃的概率，但一旦發生自燃，也應采取積極的應對策略，可利用阻燃劑快速滅火；發現局部有冒煙、冒熱氣時及時挖掉自燃煤炭并噴水降溫；采用滅火劑或噴灑足夠量的水，快速降低煤炭溫度、散發煤堆內部熱量。

3 結語

煤炭自燃是鐵路運輸過程中的重大安全隱患，為有效防治自燃，實現安全高效運輸，本文分析了煤炭自燃現象，加深對煤炭自燃的了解，提出加強煤炭自燃傾向性鑒定與管理、制定自燃施救預案等防治措施做好自燃預防，有效降低煤炭自燃發生概率。