基于儲運現(xiàn)狀的煤炭自燃影響因素分析*

楊虹霞

蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院

煤的自燃是由于內(nèi)層煤通風(fēng)不好，導(dǎo)致熱量積累引起，所以煤的自燃都是從內(nèi)開始，逐漸向外擴展。因此露天煤礦、煤層露頭以及煤堆都是容易引起煤自燃的場所。煤的自燃不但浪費寶貴的煤炭資源，而且影響煤炭的安全生產(chǎn)、儲運和環(huán)保[1]。由于受地面儲運現(xiàn)狀的限制，長期以來一些基本措施得不到落實，儲運過程煤炭自燃問題沒有得到根本解決。

1 煤炭的儲運現(xiàn)狀

1.1 儲存條件

大型煤場一般都是露天堆放煤，在雨雪天氣、日曬等自然條件下，其中的水分含量發(fā)生著變化。水分含量是影響煤炭化學(xué)性質(zhì)的一種重要因素。因此，不同的煤堆，同一煤堆的不同部位發(fā)生自燃的可能性都不同。一般在降水季節(jié)，煤層被雨水滲透，如果管理疏忽，煤堆中的大量雨水從底部排出時，把煤中的灰分和末粉一起帶走，煤層變得很疏松，尤其在底部形成了許多空洞，這些空洞給熱量的聚積提供了條件。每年秋后，天干物燥，是煤自燃的多發(fā)季節(jié)。

煤堆場地選擇不當(dāng)，地面不平整，沒有進行水泥地面硬化，存在坑洼地點，或者沒有設(shè)置專門的排水溝，從而造成積水；煤堆維護不夠，頂部出現(xiàn)大面積的凹陷，測溫、降溫措施缺乏；堆煤方位不當(dāng)，煤堆的方向以東西方向取長，增加了陽光照射的時間，從而增加了煤堆中太陽輻射的熱量聚集。每座煤堆應(yīng)堆成長方形，并使煤堆的長度方向與當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向平行，如果是垂直或斜交時，會增加煤堆的漏風(fēng)量，與空氣接觸的機會加強；堆煤方式也影響儲存條件，應(yīng)盡量選擇在夜間或較低溫度下堆煤，如果在正午太陽光下堆煤，會增加煤堆中熱量的攜帶。同時，大風(fēng)天氣更有利于煤堆的自燃。

煤堆的深度不同，如果煤堆太大太高，不僅測溫措施不能到位，其他措施，如噴淋冷卻、翻曬等也不易做到，留下自燃的隱患。相鄰兩煤堆之間沒有留一定的防火間距，也增加自燃的可能性，一旦發(fā)生自燃也容易引起周圍的煤燃燒。另外不同煤質(zhì)的煤混放、混堆，塊煤和粉煤一起貯存，都容易引起自燃。

由于銷售、運輸?shù)葐栴}，堆放時間長，超過自然發(fā)火期的現(xiàn)象也常發(fā)生。

煤場現(xiàn)場使用煤堆測溫儀定期測溫，這種測溫方法無法準確、嚴格地確定測溫位置，使得測溫措施流于形式，不能及時掌握自燃的先兆[2-3]。

1.2 運輸條件

鐵路是煤炭運輸?shù)闹饕绞?，鐵路運輸過程量大路程遠，時間較長，加上鐵路部門有嚴格的行車秩序和運行規(guī)則的限制，導(dǎo)致一些措施根本無法采取和執(zhí)行。特別是煤炭運力緊張的時節(jié)，可能造成滯留等現(xiàn)象。由于鐵路運力不足，公路運輸作為輔助運輸手段，對煤炭的運輸也起到了重要作用。公路主要承擔(dān)短距離的煤炭運輸，特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦生產(chǎn)規(guī)模小，布點分散，主要靠汽車將大量煤炭集運到鐵路車站。

煤炭儲運過程預(yù)防自燃是一個系統(tǒng)工程，需要在儲存、運輸整個過程中各部門協(xié)調(diào)進行，但火車行車過程各站點現(xiàn)場協(xié)調(diào)不夠，導(dǎo)致運輸過程沒有采取任何防護和監(jiān)測煤炭自燃的措施。

按規(guī)定，鐵路貨運各公司會委托專業(yè)檢測部門做煤炭自燃傾向性技術(shù)鑒定，鑒定的內(nèi)容包括測定煤的揮發(fā)份含量、最低著火溫度、自燃發(fā)火期、自燃傾向性等指標。但是實際運作中會存在弄虛作假，應(yīng)付差事。筆者在現(xiàn)場曾發(fā)現(xiàn)過一些虛假的煤質(zhì)鑒定報告，這些報告中往往把Ⅰ級容易自燃的煤鑒定為Ⅲ級不易自燃的煤，目的是能通過檢查，裝車運輸，這些煤運輸過程引起自燃是必然的[4-5]。

2 煤炭自燃的影響因素分析

煤炭自燃的影響因素很多，決定性的因素是煤的自燃傾向性，對于自燃傾向性為自燃和容易自燃的煤種來說，儲運現(xiàn)狀條件是影響其自燃的重要因素，如煤中水分應(yīng)該保持多少最有利于防止自燃，通風(fēng)的利與弊，煤顆粒大小如何決定自燃的難易程度，煤堆測溫位置的不同對防自燃的作用等，下面來分析這幾個影響煤炭自燃的因素并加以明確。

2.1 煤中水分含量的影響

對于易自燃的煤堆常常用灑水的辦法來抑制煤的自燃，因為大量的水分會起到冷卻降溫的作用，但是，如果煤中的水分剛剛適宜的話，則會對煤的自燃起到推波助瀾的作用。當(dāng)煤吸附水分會釋放大量的熱量，這份熱量會促使煤中發(fā)生各種反應(yīng)，如煤中硫的酸化，放出的熱量又加速其它氧化反應(yīng)過程，加劇了煤的自燃，所以煤的濕度較大時，煤的自燃周期縮短。研究表明，增加1%的含水量將使煤溫升高17℃。然而，如果煤的濕度過大，煤浸入水中，此時水分起到了阻止煤直接接觸氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)的作用。此外，水的蒸發(fā)要消耗大量的熱量，煤的含水量越大，蒸發(fā)時間越長，這一階段的煤溫度不會顯著增加。據(jù)分析，煤炭自燃之前的總水分為5%～7%。當(dāng)煤炭含水量達到12%時，不發(fā)生自燃。

一般來說，用灑水的方法使煤堆冷卻降溫是可行的方法，但是對于已經(jīng)產(chǎn)生自發(fā)熱的煤堆來說冷卻水很難將全部的煤浸透，煤堆中部分溫度仍然會繼續(xù)上升，此時不宜用水冷卻[5]。

2.2 通風(fēng)的影響

加強通風(fēng)可以阻止熱量集聚，而減少通風(fēng)是為了阻止空氣的供給，達到窒息的目的，那么在防止煤炭自燃應(yīng)該加強還是減少通風(fēng)呢？理論上講，在松散的煤堆中，煤與不流通的空氣接觸，發(fā)生完全氧化反應(yīng)，將使其溫度上升。當(dāng)高速流通的空氣在煤中提供氧氣的同時也會帶走大量的熱，而低速則恰好相反，盡管也提供相當(dāng)數(shù)量的氧氣但卻不能帶走其自發(fā)產(chǎn)生的熱量。通風(fēng)方法不當(dāng)或通風(fēng)強度不夠時，不但起不到降溫的作用反而提供了足夠的空氣，容易引起自燃。因此，既要加強通風(fēng)散熱而又不讓空氣與煤炭直接接觸是最好的辦法。如在火車運輸過程，可以采取這樣的措施，車廂內(nèi)部從前至后安裝幾排導(dǎo)管（選用輕質(zhì)、易導(dǎo)熱的材質(zhì)），導(dǎo)管四周填實煤炭，這樣通過管道內(nèi)的通風(fēng)可將車廂中部的熱量帶走，又避免了空氣與煤炭的直接接觸[5]。

2.3 煤堆粒度大小的影響

一般來說，煤的粒度大小與自然發(fā)熱成反比的關(guān)系，顆粒越小其表面積越大，與空氣的接觸越充分，氧化反應(yīng)越劇烈，越容易自燃。但是粒度很小的話，煤堆容易壓實，導(dǎo)致煤堆縫隙小，減少了空氣的進入，因而窒息效果好，反而不容易自燃。

露天堆煤時，粉煤容易壓緊，而塊煤間隙大，存在許多空洞，這些空洞給煤的氧化創(chuàng)造了條件?？紤]堆置的穩(wěn)固性，使煤堆不致于坍塌，一般會將其細度控制在一定范圍。另外，塊煤和粉煤分開堆放儲存，以便采取不同的防自燃措施也是行之有效的[6]。

2.4 煤堆測溫位置的確定

及時掌握儲煤的升溫情況是防止煤炭自燃的有效措施。當(dāng)前，煤場對煤堆溫度的檢測最常用的是定期用測溫儀插入煤堆內(nèi)部進行測定，一般選擇幾個不同深度的位置測溫。據(jù)研究，容易發(fā)生自燃的部位既不在煤堆的表面，也不在煤堆深部，而在表層以下某位置。煤在自然堆積（無壓實）狀態(tài)下，可分為三層，一是冷卻層：從煤堆的表層約0.5～1.5m厚，該層煤較松散，與空氣接觸充分，雖然會發(fā)生氧化反應(yīng)，但因散熱條件好，所以一般不會發(fā)生自燃。二是氧化層：該層位于冷卻層以下，厚度在1～4m左右，既有空氣漏入，散熱條件又不是很好，所以具備煤自燃的所有條件，達到自然發(fā)火期即會自燃。三是窒息層：該層位于氧化層以下，煤層相對壓實，供氧不充分，且含水率較高，氧化程度較低，不易發(fā)生自燃。實際中，往往會把煤堆壓實后儲存，導(dǎo)致孔隙率減小，煤堆氧化層的深度也相應(yīng)減小。因此，應(yīng)根據(jù)實際情況確定氧化層的深度，現(xiàn)場測溫的位置應(yīng)該重點布置在氧化層及以下，才能通過測溫來正確反映煤堆自燃的征兆[6]。

[1] 宋元文.煤礦災(zāi)害防治技術(shù)[M].蘭州:甘肅科學(xué)技術(shù)出版社,2007

[2] 肖華,戚晟德.露天煤礦、煤場儲存煤自燃的原因分析及預(yù)防處理[J].甘肅科技,2016,32(5):63-64

[3] 康青春,賈立軍.防火防爆技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2013

[4] 蔣軍成.事故調(diào)查與分析技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2015

[5] 孫有仙,楊虹霞.煤炭儲運過程自燃現(xiàn)狀剖析[J].甘肅科技,2011,(21):71-73

[6] 胡明紅,王紅漢,范喜生.煤堆自燃原因分析與防治措施[J].工業(yè)安全與防塵,2001,(1):25-27