特大型儲(chǔ)煤倉(cāng)自燃發(fā)火治理技術(shù)＊

周 平，邢立杰，范向軍，劉 芬

(徐礦集團(tuán)郭家河煤業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 寶雞721500)

0 引 言

高產(chǎn)高效集約化礦井已成為現(xiàn)代礦井發(fā)展的趨勢(shì)［1-3］，在神華、淮南、晉城、同煤等礦區(qū)，一些礦井的生產(chǎn)能力已達(dá)10 Mt/a 以上，并且礦井工作面數(shù)量縮減至1 -2 個(gè)，基本達(dá)到一礦一面或者一礦兩面就可以完成生產(chǎn)任務(wù)［4-6］。由于綜合機(jī)械化釆煤開(kāi)釆強(qiáng)度大、生產(chǎn)集中、推進(jìn)速度快，勢(shì)必使得工作面煤炭外運(yùn)速度加快，外運(yùn)時(shí)間縮短，直接送入礦井地面儲(chǔ)煤倉(cāng)［7-9］。綜合對(duì)煤質(zhì)、管理、環(huán)境等方面的考慮，儲(chǔ)煤倉(cāng)被設(shè)計(jì)成封閉的筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)。郭家河煤礦儲(chǔ)煤倉(cāng)就是筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)，其容量為3.3 萬(wàn)t，居國(guó)內(nèi)前列。

煤倉(cāng)內(nèi)松散煤體的蓄熱條件好，儲(chǔ)存熱量大，難以釋放，高溫范圍大，滅火難度大。大量的可燃可爆氣體在煤倉(cāng)內(nèi)積聚，遇火源極易發(fā)生爆炸，滅火危險(xiǎn)性大［10-11］。礦井儲(chǔ)煤倉(cāng)發(fā)生事故，勢(shì)必影響礦井生產(chǎn)的整體運(yùn)行，對(duì)礦井安全高效生產(chǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。近幾年礦井機(jī)械化水平不斷提高，煤炭產(chǎn)量持續(xù)增加，儲(chǔ)煤倉(cāng)發(fā)火現(xiàn)象頻發(fā)，己經(jīng)成為郭家河煤礦安全、高效生產(chǎn)的嚴(yán)重問(wèn)題之一。

1 郭家河儲(chǔ)煤倉(cāng)簡(jiǎn)介

太陽(yáng)能儲(chǔ)煤倉(cāng):高度76 m，內(nèi)徑35 m，3 個(gè)原煤倉(cāng)可儲(chǔ)原煤10 萬(wàn)余噸，原煤倉(cāng)安裝了太陽(yáng)能光伏面板，發(fā)電量滿(mǎn)足了礦區(qū)道路的照明，既降低倉(cāng)壁溫度及發(fā)火的風(fēng)險(xiǎn)，又美化了礦區(qū)環(huán)境。

煤炭在儲(chǔ)存過(guò)程中自燃現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，如地面煤堆、煤倉(cāng)自燃著火，產(chǎn)生大量的有毒有害氣體，造成了巨大的資源浪費(fèi)和嚴(yán)重的環(huán)境污染。郭家河煤礦儲(chǔ)煤倉(cāng)為圓桶型封密閉式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，直徑為35 m，高度為76 m，在國(guó)內(nèi)屬大型地面儲(chǔ)煤倉(cāng)之一，倉(cāng)頂有入煤口4 個(gè)，自然通風(fēng)孔10個(gè)，倉(cāng)底有放煤口9 個(gè)，單個(gè)儲(chǔ)煤倉(cāng)設(shè)計(jì)儲(chǔ)煤量3.3 萬(wàn)t. 在早期投產(chǎn)時(shí)，因經(jīng)驗(yàn)不足，煤倉(cāng)內(nèi)煤未能放空，造成內(nèi)部熱量積聚，導(dǎo)致煤自燃著火，煤倉(cāng)頂部出現(xiàn)冒煙，受到煤倉(cāng)的“煙囪效應(yīng)”，冒煙的情況越來(lái)越嚴(yán)重，最后出現(xiàn)明火，導(dǎo)致放煤口出現(xiàn)燒紅結(jié)焦，給安全生產(chǎn)帶來(lái)了極大的隱患，儲(chǔ)煤倉(cāng)照片如圖1 所示。

圖1 儲(chǔ)煤倉(cāng)照片F(xiàn)ig.1 Coal storage

2 儲(chǔ)煤倉(cāng)發(fā)火原因

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，結(jié)合煤的特性和儲(chǔ)煤倉(cāng)的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)煤倉(cāng)發(fā)火原因分析如下。

1)儲(chǔ)煤倉(cāng)容量大，居國(guó)內(nèi)前列，易儲(chǔ)存熱量。

2)煤的自燃特性。郭家河煤礦3#煤層，1305工作面煤樣自燃傾向性等級(jí)屬Ⅰ類(lèi)，容易自燃，最短自燃發(fā)火期為37 d.

3)倉(cāng)內(nèi)煤炭滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，煤堆內(nèi)部氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量得不到很好散失，長(zhǎng)期積聚升溫，導(dǎo)致煤炭“自燃”。

4)倉(cāng)壁的粘壁現(xiàn)象。由于煤中含有一定的水分，在倉(cāng)壁或漏口壁的積煤，受存煤壓實(shí)的影響被擠壓在倉(cāng)壁上，與倉(cāng)壁緊密粘在一起，就出現(xiàn)了粘壁現(xiàn)象。

5)空氣炮增加了供氧量?，F(xiàn)在多數(shù)儲(chǔ)煤倉(cāng)運(yùn)用了空氣炮破拱防堵裝置，對(duì)解決儲(chǔ)煤倉(cāng)堵煤?jiǎn)栴}收到了明顯的效果，起到效果的同時(shí)也增加了煤倉(cāng)內(nèi)部的供氧量，對(duì)儲(chǔ)煤倉(cāng)防滅火十分不利。

預(yù)防和消除圓筒煤倉(cāng)煤炭自燃:一是減少倉(cāng)內(nèi)漏風(fēng)量;二是縮短倉(cāng)內(nèi)煤炭的滯留時(shí)間。實(shí)際生產(chǎn)管理，要做到這兩點(diǎn)有一定難度。這就需要從技術(shù)上設(shè)計(jì)出更加科學(xué)合理的圓筒儲(chǔ)煤倉(cāng)，并從管理上掌握倉(cāng)內(nèi)煤炭的狀況。

3 儲(chǔ)煤倉(cāng)滅火處理方案

郭家河煤礦在儲(chǔ)煤倉(cāng)發(fā)火技術(shù)研究吸取了國(guó)內(nèi)先進(jìn)做法，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提出2 種方案對(duì)儲(chǔ)煤倉(cāng)進(jìn)行處理，方案如下。

方案1:用高速水霧噴頭在放煤口放煤滅火。

在擋箱上安裝噴頭，此噴頭角度對(duì)準(zhǔn)給煤機(jī)出煤位置，并在每個(gè)放煤口的皮帶上加設(shè)噴霧架桿，每個(gè)腳桿上安裝2 個(gè)噴頭，架桿數(shù)量根據(jù)發(fā)火情況增加。

優(yōu)點(diǎn):需要人員少，材料成本低，操作簡(jiǎn)單，速度快。

缺點(diǎn):受儲(chǔ)煤倉(cāng)內(nèi)煤量限制。

方案2:用惰化性能好的液態(tài)二氧化碳滅火。

根據(jù)發(fā)火位置，在放煤口向儲(chǔ)煤倉(cāng)內(nèi)打眼，插入花管，再用高壓膠管與儲(chǔ)存液態(tài)二氧化碳槽車(chē)直接連接，向儲(chǔ)煤倉(cāng)內(nèi)壓注液態(tài)二氧化碳滅火。

優(yōu)點(diǎn):降溫效果好、不受儲(chǔ)煤倉(cāng)內(nèi)煤量限制。

缺點(diǎn):成本較高、工序較復(fù)雜、需要人員多。

3.1 方案確定

通過(guò)從成本、工藝、倉(cāng)位、人員3 方面對(duì)方案1與方案2 進(jìn)行比較，采用高速水霧噴頭在放煤口放煤滅火為主防滅火措施，迅速放煤，從而控制火區(qū)的進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)根據(jù)儲(chǔ)煤倉(cāng)實(shí)際情況和火區(qū)治理的緊迫性與安全性，將儲(chǔ)煤倉(cāng)上方的噴淋降溫和放煤口放煤高速水霧噴頭滅火同時(shí)進(jìn)行。

3.2 方案具體實(shí)施過(guò)程

在擋箱上加設(shè)一個(gè)霧化角度為120°的噴頭，此噴頭角度對(duì)準(zhǔn)給煤機(jī)出煤位置，并分別在每個(gè)放煤口前的134#，135#，136#皮帶上加設(shè)噴霧架桿，每個(gè)腳桿上安裝2 個(gè)霧化角度為60°的噴頭，噴霧架桿數(shù)量根據(jù)發(fā)火情況增加，并在放煤口安全范圍內(nèi)放置一定數(shù)量的滅火器材，以上工作就緒后，放煤口開(kāi)始放煤，嚴(yán)格控制各個(gè)放煤口的放煤量。噴霧和噴霧架桿安裝示意圖如圖2，3 和4 所示。

圖2 噴霧和噴霧架桿安裝示意圖Fig.2 Installation schematic diagram of spray and spray stand

圖3 擋箱噴霧安裝剖面圖Fig.3 Installation section diagram of carriage spray

圖4 噴霧架桿剖面圖Fig.4 Section diagram of spray stand

首先將各個(gè)噴霧設(shè)計(jì)要求安裝到指定位置，根據(jù)儲(chǔ)煤倉(cāng)發(fā)火情況，安設(shè)8 個(gè)噴霧架桿，并將消防管路按要求鋪設(shè)到各給煤機(jī)出口備用，以及配備一定數(shù)量的滅火器材，同時(shí)各轉(zhuǎn)載點(diǎn)安排專(zhuān)人警戒，防止倉(cāng)內(nèi)火勢(shì)較大而無(wú)法控制及自燃炭在運(yùn)輸走廊彌漫。保持和運(yùn)輸控制臺(tái)通訊聯(lián)絡(luò)，設(shè)專(zhuān)人檢測(cè)工作區(qū)域瓦斯、一氧化碳和溫度，及時(shí)掌握各種氣體和出煤變化情況。

圖5 儲(chǔ)煤倉(cāng)自然升溫過(guò)程中指標(biāo)氣體濃度與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)Fig.5 Curve of relation between gas concentration and time in the process of natural warming in coal storage

圖6 儲(chǔ)煤倉(cāng)自然升溫過(guò)程中放煤口溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)Fig.6 Curve of relation between coal exit temperature and time in the process of natural warming in coal storage

4 效果檢驗(yàn)

從圖5 可以看出，9 月22 日開(kāi)始，儲(chǔ)煤倉(cāng)內(nèi)的CO 濃度不斷升高，同時(shí)取氣樣分析，發(fā)現(xiàn)CO2也有升高趨勢(shì)，在9 月29 日CO 濃度達(dá)到最大值321.7 ×10-7，22 日至30 日持續(xù)9 天發(fā)現(xiàn)有C2H4出現(xiàn)。與此同時(shí)，利用便攜式紅外測(cè)溫儀對(duì)儲(chǔ)煤倉(cāng)的放煤口進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，從圖6 可以看出，部分儲(chǔ)煤倉(cāng)放煤口溫度從9 月25 日開(kāi)始持續(xù)升高，到9 月30 日106#給煤機(jī)周?chē)鷾囟茸罡哌_(dá)到47 ℃，而9 月15 日—9 月25 日區(qū)間段的溫度略高于10 月4日—10 月15 日區(qū)間段的溫度，此現(xiàn)象只要是由于我礦海拔較高，晝夜溫差較大造成的，屬正?，F(xiàn)象，整個(gè)溫度曲線(xiàn)呈“牛仔帽”形狀。綜合以上數(shù)據(jù)分析，判斷儲(chǔ)煤倉(cāng)已自然發(fā)火，且在放煤過(guò)程中出現(xiàn)火炭，立即采取相關(guān)措施后，于9 月30 日，儲(chǔ)煤倉(cāng)內(nèi)的CO，CO2濃度不斷減少，隨后指標(biāo)氣體C2H4濃度為零，C2H4濃度不斷減少。在10 月7日3#儲(chǔ)煤倉(cāng)各項(xiàng)標(biāo)志氣體指標(biāo)呈正常值，倉(cāng)內(nèi)自然現(xiàn)象消除，確保安全生產(chǎn)。

5 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)郭家河特大型儲(chǔ)煤倉(cāng)發(fā)火原因進(jìn)行詳細(xì)分析，得出發(fā)火最根本的原因是煤倉(cāng)易儲(chǔ)存熱量，漏風(fēng)量大和倉(cāng)內(nèi)煤炭滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。針對(duì)儲(chǔ)煤倉(cāng)發(fā)火做出合理的應(yīng)對(duì)方案，及時(shí)將發(fā)火問(wèn)題得以處理，使儲(chǔ)煤倉(cāng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。郭家河煤礦根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提出了2 種儲(chǔ)煤倉(cāng)防滅火方案，通過(guò)從成本、工藝、倉(cāng)位、人員和周期5 方面對(duì)其比較后，最終采用高速水霧噴頭在放煤口放煤滅火的方案，處理過(guò)程發(fā)現(xiàn)該方案滅火周期短、材料消耗少、人員和成本投入少、操作簡(jiǎn)單，能有效解決特大型儲(chǔ)煤倉(cāng)發(fā)火問(wèn)題。處理結(jié)束后，并對(duì)儲(chǔ)煤倉(cāng)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控，最終儲(chǔ)煤倉(cāng)各項(xiàng)標(biāo)志氣體指標(biāo)呈正常值，倉(cāng)內(nèi)自然現(xiàn)象消除。

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