露天煤矿、煤场储存煤自燃的原因分析及预防处理

肖　华，戚晟德（甘肃煤田地质研究所，甘肃兰州730000）



露天煤矿、煤场储存煤自燃的原因分析及预防处理

肖华，戚晟德
（甘肃煤田地质研究所，甘肃兰州730000）

摘要：露天煤矿、煤场经常储存有大量的备用煤，因储存周期长而经常发生自燃现象，有时同时多处发生自燃，尤其电厂煤场阴燃的煤在被送到输送和研磨设备，会造成燃烧和爆炸事故。煤的自燃既存在重大安全隐患，也降低了煤的经济价值。通过内在因素和外在因素分析了煤自燃的特性，并就预防处理煤自燃提出了意见和建议。

关键词：露天煤；自燃；原因分析；预防处理

1　概述

煤的自燃是一种非常严重的自然灾害，严重影响了煤炭的生产，造成了重大的经济和资源的损失，部分煤矿、煤场经常贮有大量的备用煤，因贮煤时间过长而经常发生自燃现象，有时同时几处发生自燃。尤其电厂煤场阴燃的煤在被送到输送和研磨设备，会造成燃烧和爆炸事故。同时，煤炭长期堆积也会因氧化作用，使煤的灰分升高，固定碳和热值下降，降低煤的质量。煤自燃既存在重大的安全隐患，也降低了煤的经济价值，因此，了解煤自燃的特性，防止煤自燃具有十分重要的意义。

2　煤发生自燃需要的具备条件

发生燃烧需要三个条件，即可燃物、助燃物和温度。煤炭作为燃料本身就是可燃物，堆放在露天跟空气接触，能吸附大量的氧气，同时具备了燃烧的两个条件，温度的高低成为了诱发煤自燃的关键因素。一般情况下，煤炭从氧化到自燃需要一个过程，氧化时间达到自燃发火期才能燃烧，一般褐煤、长焰煤自燃发火期为1～3个月，烟煤类4～6个月，无烟煤则更长。煤炭在堆放过程中持续氧化，会放出大量热，当聚集的热量无法散失，煤堆温度会持续上升，达到煤的着火点就会自燃。一般煤的着火温度见表1。

表1　各类煤炭的着火温度范围

3　露天煤矿、煤场储存煤自燃原因分析

3.1内在因素

3.1.1水分对自燃的影响［1］

水分在一定条件下可以抑制煤的自燃氧化作用，但是在煤炭自燃初始阶段，水分对煤的氧化有着极为重要的催化作用。当煤中水分处于引起自燃的临界范围内时，它可以促使煤各种放热反应的进行。如硫份的酸化等会产生大量的热量，产生的热量又加快了氧化反应过程，加剧了煤的自燃。潮湿空气中的水分大，会使煤对氧的吸附能力增强，对煤体的自燃也起到一定的促进作用。

3.1.2煤的挥发分对自燃的影响

煤中挥发分是煤化程度的一种表现，挥发分高煤炭变质程度低，发热量低，水分高，如褐煤、长烟煤等；挥发分低，煤炭变质程度高，其发热量高，比重大，碳含量高，如无烟煤。根据相关实验研究，挥发分越低的煤自燃趋势越低，这是因为煤表面易氧化的活性结构在高温无氧环境下裂解析出大量挥发分后活性结构数量大大减少，从而减少了与煤发生化学吸附的氧气总量，从而降低自燃趋势［2］。

挥发分（Vdaf）对煤的着火温度也有较大影响，总的规律是挥发分（Vdaf）越高的煤，其着火点越低。所以，从各类煤来看，以褐煤的着火点最低，烟煤着火点居中，无烟煤的着火点最高。在烟煤中也是煤化度低的长焰煤和不粘煤的着火点较低，贫煤的着火点最高。对相同挥发分的煤来说，焦渣特征（CRC）号越小的煤其着火点也越低。如挥发分（Vdaf）在30%的不粘煤、1/3焦煤和肥煤，由于CRC以不粘煤最小，一般为1～2号，1/3焦煤为5～7号，肥煤多为6～8号，所以，着火点是不粘煤最低，肥煤又稍高于1/3焦煤。这是由于这3类煤的芳香核大小不同，侧链基的多少也不同，即缩合芳香核越小，侧链基越多的不粘煤的着火点最低，肥煤的侧链基比1/3焦煤还少，所以，其着火点也以肥煤的稍高［3］。

3.1.3煤的硫分对自燃的影响

煤中含有一定的硫份，硫在一定温度下化学性质会发生变化，生成氧化硫，氧化硫遇水生成稀硫酸，这一系列氧化反应过程为放热过程，从而提高了煤堆中的温度。因此，一般来说，含硫量高的煤更易发生自燃。

3.1.4煤的吸氧量对煤自燃的影响［4］

煤在自燃发生过程中要经历物理吸附，化学吸附两个阶段，深度氧化主要发生在化学吸附阶段，物理吸附受时间影响比较小，因为在短时间内物理吸附就能达到平衡，温度对吸附影响比较大，低温时，吸附氧气较多，温度升高，在达到化学吸附之前，吸附氧气会减少，但发生化学吸附后，由于化学反应需要消耗大量的氧气，煤炭吸附的氧气会直线提高，一旦发生燃烧现象后，氧气作为助燃剂被消耗。如图1所示。

图1　自燃过程中O2在煤上的吸附特性

3.2外在因素

3.2.1季节地域性因素

夏季由于气温较高，尤其干旱少雨地区的地表温度就能达到40℃以上，再加上煤炭自身携带水分的影响，很容易发生自燃，而冬季相对于其他季节来说，地表空气较为寒冷干燥，在这样的条件下，热量积聚就少，就不易导致煤堆自燃发火的现象发生。

3.2.2堆放因素

煤堆的堆放可以将煤堆划分为三层，即冷却层、氧化层和窒息层，根据煤矿、储煤场煤堆自燃的实际情况看，自燃一般发生在氧化层［5］。如图2所示。

图2　煤堆侧面剖析图Ⅰ.冷却层，Ⅱ.氧化层，Ⅲ.窒息层

冷却层：是煤堆的表层，与空气接触充分，容易被氧化，但散热条件好，不易发生自燃；氧化层：位于煤堆中部，冷却层以下，煤炭颗粒间间距较大，能吸附大量氧气，水分储存丰富，产生的热量不易散失，达到自燃条件便会发生自燃，是煤堆自燃的关键层；窒息层：该层位于最下层，每层相对压实，供氧不充分，氧化程度低，不易发生自燃［6］。

4　露天煤矿、煤场储存煤自燃的预防处理

4.1尽可能缩短堆放时间

煤堆的存放时间应根据煤质而定，一般无烟煤和贫煤的存放时间可稍长一些，但以不超过4个月为宜。长焰煤、不粘煤、弱粘煤和褐煤的堆存时间以不超过1个月为宜。

4.2采用合理的堆煤方位和方式

根据阳光照射的时间，煤堆的方向以南北方向取长为好。这样，东西两面可以半天日照，半天背阴，以减小阳光对整体煤堆的直接照射面，从而减少煤堆中太阳辐射的热量聚集。同时，块煤和粉煤以分开贮存为宜。煤堆不宜过高，从底部开始层层压实，增大煤堆窒息层，相邻两煤堆之间还应留有一定的防火间距。含硫分、挥发分高的煤应分成小堆堆放。

4.3水分的影响

水分的影响比较大，储煤场首先要做好防水、防雨、防潮工作，尽量保证煤样的

干燥性。但是，一旦发现冒烟现象，绝对禁止向煤堆喷水降温，以免引起更大的火灾。

4.4加强内部管控和监管

加强煤自燃倾向性的测试及煤堆内部温度的定期检测，发现煤堆内部温度有升高趋势后，应及早采取有效措施，妥善进行降温处理。

4.5灭火处理

对于已经发生了自燃的，可以采用挖火源法、注水法、覆土法等方法进行灭火处理［7］，避免更大的燃烧事故，造成经济损失和资源浪费。

参考文献：

［1］梁晓瑜，王德明.水分对煤炭自燃的影响［J］.辽宁工程技术大学学报，2003，22（4）：35-37.

［2］刘伟，秦跃平，杨小彬，等.挥发分对煤自燃特性影响的试验研究［J］.煤炭学报，2014，39（5）：45-47.

［3］于实，李丰田.煤质检测分析新技术新方法与化验结果的审查计算使用手册［M］.北京：当代中国音像出版社，2009.

［4］肖华，魏志全.吸氧法测定煤自燃倾向性中氧气吸附特性研究［J］.煤质技术，2013（1）：45-47.

［5］胡明红，王红汉，范喜生.煤堆自燃原因分析及防治措施［J］.工业安全与防尘，2001，27（1）：35-37.

［6］刘清龙.用台阶式插管定量注水发放置露天煤堆自燃［J］.煤矿安全，2000（6）：40-42.

［7］李松，万洁.煤矸石自燃机理及其防治技术研究［J］.环境科学与技术，2005，28（2）：71-72.

中图分类号：T-1