露天礦煤炭起火特性及防治方法

張超 喬嘉岐 金磊

摘要：露天煤礦起火主要由于儲(chǔ)存煤體自燃形成，由于煤礦在開采過程中存在巖石松動(dòng)、采空區(qū)漏風(fēng)嚴(yán)重等問題為導(dǎo)致了煤炭起火現(xiàn)象。同時(shí)，煤炭起火會(huì)產(chǎn)生高溫有毒氣體，影響工作環(huán)境及工作人員的身心健康。本文主要對(duì)露天煤炭起火特性及防治方法進(jìn)行分析，有效治理火區(qū)、提前預(yù)防起火危害、防止火區(qū)蔓延以及火區(qū)復(fù)燃等問題。

關(guān)鍵詞：露天;煤炭起火;特性;防治方法

前言：煤炭資源的開發(fā)與利用給生活帶來的十分便利的條件，但露天煤礦的比例也隨之大幅度增加。露天煤礦由于其特殊性，在很大程度上存在著自燃及發(fā)火的危險(xiǎn)，而煤炭自燃不僅會(huì)釋放有毒氣體，影響工作人員的身心健康，污染工作環(huán)境，且浪費(fèi)煤炭資源，降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，因此要分析露天煤炭起火特性，加大防治力度，減少危害。

一、煤炭起火的危害

受到自然環(huán)境的影響及煤炭自身特點(diǎn)的限制，當(dāng)煤炭起火后將帶來不容小覷的危害，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

一是，浪費(fèi)資源。煤炭本身燃燒后將不能二次利用，因此一旦發(fā)生起火現(xiàn)象將直接導(dǎo)致煤炭資源的減少，浪費(fèi)煤炭資源。而受到起火煤炭的影響，周圍煤炭的質(zhì)量也將隨之降低，減少礦山開采煤炭的儲(chǔ)備量。除此以外，在發(fā)生起火問題后，需要投入大量的人力、物力進(jìn)行滅火，影響煤炭企業(yè)生產(chǎn)進(jìn)度，降低企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

二是，影響安全生產(chǎn)及邊坡穩(wěn)定性。煤炭起火后極有可能危害煤礦周圍環(huán)境，產(chǎn)生連帶起火現(xiàn)象，給煤礦安全生產(chǎn)帶來較大的危害與隱患。且煤炭在起火后常常會(huì)引起礦坑內(nèi)地表裂縫、坍塌等問題，大面積片幫危害隨之產(chǎn)生，煤臺(tái)階起火也會(huì)影響巖體強(qiáng)度，露天礦整體邊坡穩(wěn)定性將降低，企業(yè)將無法正常生產(chǎn)。尤其在特定自然環(huán)境下，風(fēng)力與風(fēng)向不利于滅火時(shí)，一旦出現(xiàn)火災(zāi)問題很難在短時(shí)間內(nèi)控制火勢(shì)。且煤炭起火后所產(chǎn)生的大量煙霧煙塵，極其危害工作人員的身體健康，不利于安全生產(chǎn)需求[1]。

三是，影響空氣質(zhì)量。露天煤礦的儲(chǔ)存量相對(duì)較大，因此一旦發(fā)生起火現(xiàn)象將產(chǎn)生大量有毒氣體與物質(zhì)，包括SO2、CO2、煙塵、醇類等隨風(fēng)飄散，涉及范圍廣、面積大，嚴(yán)重污染露天煤礦周圍的空氣質(zhì)量。

二、煤炭起火特性分析

（一）起火原因分析

煤炭燃燒主要分為兩種情況：

一種是，無外因起火。該種情況即煤炭長(zhǎng)時(shí)間堆放在室外，無相關(guān)遮蓋措施，導(dǎo)致煤炭暴露在空氣中。而長(zhǎng)時(shí)間與空氣充分中氧氣接觸的煤炭會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的氧化物，化學(xué)活性增強(qiáng)后致使煤炭氧化速度增加，釋放熱量隨之增大。同時(shí)，碎裂的煤炭由于大量堆積，其中熱量無法釋放，而熱量堆積后達(dá)到一定燃點(diǎn)隨即自燃，發(fā)生火災(zāi)。通常，煤炭自燃時(shí)首先都會(huì)先蒸發(fā)水分，然后煤炭發(fā)生氧化情況，最后燃燒起火，且多由堆積煤炭的內(nèi)部發(fā)生自燃問題，隨即向外擴(kuò)散，大量燃燒。無外因起火的煤炭部位多發(fā)生在煤臺(tái)階部位，在開采過程中，煤臺(tái)階長(zhǎng)時(shí)間暴露在外，其根部的碎煤、排土場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間未能進(jìn)行清理的發(fā)火煤、需要長(zhǎng)時(shí)間堆放煤炭的煤場(chǎng)、以及需要長(zhǎng)時(shí)間備煤的機(jī)械設(shè)備臺(tái)面等地方都是極易產(chǎn)生自燃問題的區(qū)域。

另一種是，有外來熱源起火。該種情況主要是由于煤炭在開放場(chǎng)地儲(chǔ)存，當(dāng)受到外來熱源的影響，如排氣管帶起的熱媒泥、電焊操作中產(chǎn)生的火星、生產(chǎn)過程中外泄的火源等，都使得煤炭在短時(shí)間內(nèi)迅速達(dá)到燃點(diǎn)，進(jìn)而起火。有外來熱源起火區(qū)域或部位多發(fā)生在工程機(jī)械周圍、卡車經(jīng)過的區(qū)域、以及產(chǎn)生煤泥的工作區(qū)域[2]。

（二）煤炭起火特性

煤炭中的水分、灰分、揮發(fā)分、以及碎裂程度等都會(huì)對(duì)煤炭起火問題產(chǎn)生影響。煤炭中的水分能夠傳遞熱量，在起火過程中水分將熱量傳遞給煤粉，煤粉受到熱量變化的影響而改變氧化速度。同時(shí)，水分與煤粉混合，阻止熱量疏散，也進(jìn)一步促進(jìn)氧化反應(yīng)的產(chǎn)生。

煤炭中的灰分是影響煤炭起火的關(guān)鍵因素之一，灰分越高則煤炭中的可燃成分越少，此時(shí)的煤炭也越不容易起火。煤炭中的揮發(fā)分則與灰分相反，揮發(fā)分越高則煤炭中的有機(jī)質(zhì)含量越高，此時(shí)的煤炭起火可能性越高。

煤炭的碎裂程度越大，則煤炭中的空隙越多，煤炭表面積與空氣接觸面積則越大，可燃煤炭與空氣接觸也越充分，此時(shí)若起火則煤炭燃燒也將越充分，隨著溫度的升高煤炭也越容易產(chǎn)生起火現(xiàn)象。

三、煤炭起火的防治方法

（一）長(zhǎng)期堆放煤炭起火防治

由于大部分煤炭企業(yè)的經(jīng)營(yíng)模式是長(zhǎng)期向電廠供煤，因此露天煤礦能夠保證破碎站持續(xù)穩(wěn)定的煤炭輸出量，且有一定數(shù)量的備用煤炭。而開采出的煤炭極有可能長(zhǎng)期堆放在煤場(chǎng)，為煤炭起火提供了一定的條件。破碎口的煤炭起火不僅會(huì)影響煤炭資源、降低煤炭質(zhì)量，還將影響破碎站的正常有序工作，甚至造成破碎系統(tǒng)的紊亂。因此，針對(duì)長(zhǎng)期堆放的煤炭應(yīng)當(dāng)采取一定舉措，如每隔2個(gè)月對(duì)堆放的煤炭進(jìn)行全面的置換，減少煤炭起火的可能性。其次，降低煤炭表面的氧化程度，及時(shí)運(yùn)輸堆放的煤炭。

（二）強(qiáng)化安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

合理設(shè)定開拓煤量和回采煤量，既要做到滿足開采的需求，也要合理安排開采的順序，設(shè)計(jì)采剝工程。在開采過程中，減少電鏟的頻繁調(diào)動(dòng)，提升回采率的同時(shí)也能夠降低電鏟頻繁走動(dòng)產(chǎn)生的松散煤屑，降低煤炭起火概率，從根本上避免煤炭起火。同時(shí)，在生產(chǎn)過程中，合理設(shè)計(jì)穿孔時(shí)間、爆破時(shí)間等工作內(nèi)容，減少對(duì)原煤量的破壞，縮短煤炭堆放時(shí)間，延緩煤炭產(chǎn)生氧化進(jìn)而產(chǎn)生自燃的反應(yīng)。在爆破過程中，合理設(shè)計(jì)炸藥量，以免煤礦區(qū)發(fā)生大面積松動(dòng)現(xiàn)象，確保在爆破工作結(jié)束后其余原煤不會(huì)由此引發(fā)自燃現(xiàn)象。爆破工作要嚴(yán)格按照開采條件進(jìn)行，不得超寬、超深進(jìn)行爆破，且爆破后的煤炭一定要及時(shí)傳輸，否則長(zhǎng)時(shí)間堆放極易產(chǎn)生自燃現(xiàn)象[3]。

除此以外，工作面應(yīng)當(dāng)采用一爆一采的循環(huán)開采方式，當(dāng)爆破工作結(jié)束后，要將工作面的煤炭開采干凈，如此既能夠提高下一開采地帶的工作效率，也能夠大大降低煤層起火的概率。在每層開采工作中，定應(yīng)按照嚴(yán)格的開挖計(jì)劃，工作面要幫齊底平，不留爆堆。將所有開采后的碎石運(yùn)輸干凈，減少碎石堆放量，清除所有的不規(guī)則煤堆。而在煤面的處理過程中，利用推土機(jī)分采分運(yùn)煤巖，避免煤炭發(fā)生起火現(xiàn)象時(shí)與土巖混合，形成燃燒帶反而會(huì)增加火災(zāi)隱患，增加滅火的難度?？傊?，煤礦企業(yè)在煤炭開采過程中應(yīng)當(dāng)合理安排開采順序，合理設(shè)定爆破量，及時(shí)清除煤炭，強(qiáng)化運(yùn)輸，才能給煤炭提供安全的儲(chǔ)存環(huán)境。

（三）綜合性防治舉措

1.注水降溫

露天煤礦受到自然因素的影響，其溫度會(huì)逐漸升高，因此采取注水降溫的方法，利用排水泵房的水源進(jìn)行降溫滅火，發(fā)現(xiàn)火源立即采取措施。并利用推土機(jī)、前裝機(jī)等裝備聯(lián)合作業(yè)，將著火的煤炭運(yùn)往排土場(chǎng)，保證完全消滅火源。

2.強(qiáng)行采出

當(dāng)自燃煤臺(tái)階用水無法澆滅火源時(shí)，可通過電鏟或前裝機(jī)強(qiáng)行將火源采出，放置在排土工作線上，利用土巖將其覆蓋進(jìn)行滅火。但通過電鏟或前裝機(jī)進(jìn)行滅火時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的灰塵，因此在完成滅火工作后還需要注水進(jìn)行降溫、滅塵，配合滅火工作。

3.利用土巖堆

這種滅火方式主要針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間不使用的煤臺(tái)階上的原煤，當(dāng)起火后先用水將火源撲滅，再利用土巖將表面覆蓋，將原煤與空氣隔離開來，以實(shí)現(xiàn)永久滅火的目的。

4.隔離

當(dāng)煤炭發(fā)生大面積著火時(shí)，煤炭的燃燒速度較快，因此需要利用電鏟或前裝機(jī)將著火的煤炭推離至土巖臺(tái)階上，將原煤與發(fā)火煤進(jìn)行隔離，再將廢棄的煤炭運(yùn)至排土場(chǎng)廢棄。

結(jié)論：綜上所述，煤炭由于其自身的特點(diǎn)，以及外界因素的干擾極易起火，因此，在煤炭?jī)?chǔ)存環(huán)節(jié)中應(yīng)當(dāng)重視起儲(chǔ)存環(huán)境，在開采過程中及時(shí)清理、運(yùn)輸煤炭，當(dāng)煤炭起火后，可通過注水降溫、強(qiáng)行采出、土巖堆覆蓋以及隔離等方式進(jìn)行滅火與防治。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘博.伊敏露天礦煤炭起火特性及防治方法[J].露天采礦技術(shù)，2017（10）：89.

[2]蘇彬，閆虹.露天礦煤炭自燃的機(jī)理分析及防治方法[J].黑龍江國(guó)土資源，2019（5）：55-55.

[3]張晉花.露天礦大面積小煤窯自燃火災(zāi)探測(cè)及綜合治理技術(shù)研究[J]. 煤炭工程，2018，1（2）：53-56.