铁路运输中储存煤炭自燃防治技术的应用探讨

戚晟德

（甘肃煤田地质研究所， 甘肃 兰州 730000）

引言

铁路是运输煤炭资源的重要方式之一，全国煤炭总运量的60%都由铁路运输完成，随着社会发展我国煤炭需求量不断加大，煤炭运输量增加，鉴于煤炭自燃性特征，对铁路运输煤炭的安全提出更高要求。因此，探究铁路运输中煤炭自燃防治对实现安全有序运输有着重要意义。

1 铁路运输中储存煤炭自燃现象分析

1.1 煤炭自燃机理

关于煤炭自燃的研究已持续了近百年，提出了自由基作用、细菌作用、铁矿作用和煤氧复合作用等诸多学说，其中煤氧复合作用是公认度最高的学说。简单来讲，煤氧复合即在煤体与空气产生接触后，经物理吸附氧气，并放出物理吸附热量，继而进行化学吸附与反应，释放出化学吸附热、反应热，热量逐渐集聚在煤体存放环境中，从而因改变环境实现自燃，但并非所有煤炭都能经过氧化发生自燃，氧化需在稳定、绝热、低温的条件下进行[1]。煤炭自燃经历潜伏、自热、自燃三个阶段，当常温状态下吸附空气中氧气发生氧化，能够产生热量，随着空气流动热量及时散失，煤炭温度无法升高；若热量长时间无法散去，媒体温度持续升高，并加速煤炭自身的氧化，煤炭自身从而产生大量热量，当煤炭自身的温度达到300～350 ℃时，煤炭则发生自燃。

1.2 煤炭自燃条件

煤炭自燃的过程与发展变化均具有复杂性特征，受多种因素的影响与作用，但煤炭自燃必须具备以下条件：一是，煤炭本身有着低温易氧化特征，即具备自燃倾向（煤吸氧量大于0.4 cm3/g），并且煤炭在储存时处于破碎状态；二是，具备持续供氧条件；三是，煤炭氧化过程中产生热量的速度快于散热速度；四是，以上3 个条件同时存在时，能够实现煤炭在最短时间内自燃。其中前3 个条件为煤炭自燃的必要条件，第4个条件为煤炭自燃的充分条件。

1.3 煤炭自燃原因

在铁路运输过程中，煤炭存储、装车、运载过程中因运输时间长、储运条件有限以及需严格执行铁路行车秩序等因素，导致运输过程中存在诸多不利因素，如加长煤炭在空气中的暴露时间，提高自燃发生概率。

经分析发现煤炭含水量、含硫量、孔隙度、灰分、导热性、连续供氧条件、粒径尺寸和氧化热集聚环境等均可成为煤炭自燃的诱导因素，其中最为关键的是铁路运输过程中煤炭内部在氧化热或高温天气的影响下水分加速流失，无法吸收与及时消散蓄积的热量；煤炭本身具有较强的自燃倾向性；装载环节自燃或温度已接近煤炭着火点温度；运输过程中大量空气进入到煤层内部，提供连续供氧条件[2]。

运输过程中敞车下部侧门是煤炭自燃现象高发位置，因空气从侧门缝隙内进入，通过煤炭空隙深入煤层内部，经氧化、积热，大量热量无法及时消散，发生自燃；同时，敞车上部也是自燃多发点，煤炭储存状态下着火点通常位于煤层深度15～20 cm 处，运输途中空气进入到煤炭煤层15～20 cm 处时持续提供氧气，使煤炭积热、氧化、自燃，加之该部位也受光照的影响，增强热量的蓄积，使自燃条件更加充分。

2 铁路运输中存储煤炭自燃防治技术

为有效预防铁路运输过程中煤炭自燃，应从自燃发生条件着手，有效控制氧气的连续供应，创造充分散热条件，防止运输中温度上升至危险范围。铁路运输中存储煤炭的主要防治技术有以下几点。

2.1 鉴定煤炭自燃倾向性

铁路运输环节煤炭自燃的发生根本原因是具备煤炭自燃的特殊条件，其中煤炭本身是否具有自燃倾向性最为关键，在运输前干燥且自燃倾向性较高的煤炭经历雨淋、洒水处理后，内部蓄积热量；外部热源也为煤层内蓄积热量创造条件；运输通风不良热量无法及时散发也提高热量蓄积效果，因此，造成许多煤炭在装车前已具备一定自燃条件或已发生自燃。基于以上情况，运输前对煤体自燃倾向性进行鉴定具有重要价值，可了解当前煤炭是否具备自燃条件，分析煤炭自燃规律，制定自燃防治方案；不具备专业鉴定能力时，可总结煤炭情况，聘请具备专业咨询与鉴定资质的机构展开鉴定，从专业角度分析煤的挥发份、自燃发火期以及最低着火温度等指标，按照指标阻断自燃条件，规避自燃的发生[3]。

2.2 强化煤炭存储管理

首先，确立储存登记台账管理制度，准确登记煤炭来源、上货时间、质量、储存时间以及数量等信息；且应在运输前获取煤炭企业的台账信息，了解在煤炭企业内的存放时间以及具体采出时间。尤其是我国内蒙古采取的褐煤、陕北神木地区采出的长焰煤等，自燃发生频率较高，应重点进行登记。其次，严格按照煤种进行分区存放。设置不同煤种专区堆存区，并设置标识牌，登记堆存时间、数量等信息，避免混乱，并将新煤、旧煤进行区分，严禁在堆存区域内出现已发热煤炭；露天堆存条件下，应选择合适的堆置方式，为煤炭创造良好的通风条件，并设置防晒网、煤棚等遮阴设施，避免长时间暴露在高温下暴晒；储煤区域底部与周围围挡设施应为混凝土结构，可预防水分渗漏、减少水分流失，且远离高温热源，配有喷水设备，定期喷水降温。再次，加强日常巡视，定时进行煤堆温度检测试，在煤堆表层、400 mm、1 000 mm、1 500 mm 四个层次设置测温点，每堆选择4～5 处，测量温度后进行记录；新媒进场前温度已达到50℃以上时，则应经浇水、翻堆等降温处理后进场堆存；储存时间超过30 d以上的煤堆，需每日进行测温，及时发现局部有无发热情况，避免装车时装入已经自燃煤炭[4]。最后，加强日常管理，在煤场周围张贴醒目标识，禁止烟火，工作人员不得在煤场内吸烟，并及时清理煤场内存在的废纸、木屑等可燃物质；在夏季等外部环境温度较高时，应提高煤炭测温频率与现场巡视频率，及时发现煤堆局部冒烟、冒热气情况，快速处理火源。

2.3 强化煤炭装车管理

首先，装车前应对煤炭情况进行了解，逐一核对产地、储存时间等信息，加强对自燃倾性较强的煤种管理，做好运输时间、装车顺序的安排，加速流转，避免运输中形成高温条件，增加自燃风险。并检测煤炭温度，当发现局部温度有超过50 ℃情况时，需经降温处理后装车，未经处理不得装车。其次，在装车过程中，采取人机交互作业模式，由1 名平煤工与装载机配合操作，按照“一看、二测、三装车”的原则，严禁将已自燃煤炭装车，严格控制外来火源，并在敞车门缝较大位置铺设阻燃材料作为衬垫，一方面预防运输中煤炭自燃，另一方面预防煤炭散落。最后，装车后进行测温，每批次测温不得少于2 个车厢，条件允许下应车车测温，测温点由表及里设置3 处，记录信息后，向煤炭表层喷洒抑尘剂，合理控制喷洒剂量，不得渗透至煤层10 mm 内[5]。

2.4 制定自燃现象紧急施救预案

铁路运输作为煤炭物流的中间环节，有效的管理以及事前检查可降低运输途中发生自燃的概率，但一旦发生自燃，也应采取积极的应对策略，可利用阻燃剂快速灭火；发现局部有冒烟、冒热气时及时挖掉自燃煤炭并喷水降温；采用灭火剂或喷洒足够量的水，快速降低煤炭温度、散发煤堆内部热量。

3 结语

煤炭自燃是铁路运输过程中的重大安全隐患，为有效防治自燃，实现安全高效运输，本文分析了煤炭自燃现象，加深对煤炭自燃的了解，提出加强煤炭自燃倾向性鉴定与管理、制定自燃施救预案等防治措施做好自燃预防，有效降低煤炭自燃发生概率。