露天煤場的安全管理研究

尉明凈

[摘 要]隨著市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于能源的需求也隨之增加，促進(jìn)了火電發(fā)電廠的發(fā)展。生產(chǎn)煤作為火電發(fā)電廠的重要資源，也是火電發(fā)電廠燃料管理流程的重要環(huán)節(jié)，露天煤場的管理不僅影響著火電發(fā)電廠的經(jīng)營管理效益，還影響著生產(chǎn)安全的管理水平。在露天煤場中，如果煤炭長時(shí)間處于露天的狀態(tài)，那么其將會(huì)與空氣中的氧氣產(chǎn)生化學(xué)作用，出現(xiàn)氧化自燃等問題，進(jìn)而引發(fā)煤質(zhì)灰分增加等問題，影響煤礦的安全生產(chǎn)質(zhì)效以及經(jīng)濟(jì)效益。本文論述了煤的氧化自燃機(jī)理以及煤的氧化自燃影響因素，并提出露天煤場安全監(jiān)管治理策略，希望能夠優(yōu)化煤場管理的方法，健全露天煤場管理制度，提升露天煤場的安全管理水平，以保障露天煤場的經(jīng)濟(jì)效益。

[關(guān)鍵詞]露天煤場；安全監(jiān)管；管理

中圖分類號(hào)：E227 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1722（2022）10-0088-03

如果露天煤場的安全管理工作落實(shí)不到位，那么將會(huì)引發(fā)煤自燃的現(xiàn)象。作為一種較為嚴(yán)重的自然災(zāi)害，煤自燃現(xiàn)象的產(chǎn)生不僅會(huì)影響煤炭的生產(chǎn)管理秩序，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)以及資源損失，還會(huì)給人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成危害[1]。為了保障生產(chǎn)管理的需要，大部分的露天煤場都會(huì)儲(chǔ)備大量的備用煤，由于備用煤的儲(chǔ)存時(shí)間較久，再加上露天煤場安全管理工作不到位，將會(huì)出現(xiàn)氧化等問題，不僅會(huì)降低煤的質(zhì)量，還會(huì)給煤炭生產(chǎn)管理埋下安全隱患。因此，為了能夠提升露天煤場的安全管理水平，確保露天煤場的正常運(yùn)營秩序，需要加強(qiáng)露天煤場的管理[2]。

（一）煤的氧化自燃機(jī)理概述

作為一種在常溫狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)緩慢氧化的物料，露天煤礦在置放的過程中將會(huì)與空氣產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而出現(xiàn)氧化自燃的現(xiàn)象。如果露天煤場中出現(xiàn)氧化自燃的煤礦未得到及時(shí)的處理，而是聚集在煤堆內(nèi)，那么隨著時(shí)間的推移，露天煤場的煤堆中的熱能將會(huì)不斷增加，使得煤堆中的溫度也隨之增加，加快露天煤場煤堆中的氧化反應(yīng)速度，進(jìn)而使得露天煤場煤堆中所釋放的熱量不斷增多。根據(jù)研究數(shù)據(jù)分析，如果露天煤場的煤堆溫度每增加8～10℃時(shí)，那么露天煤場煤堆的氧化速度將會(huì)成倍增加[3]。由此可見，露天煤場的煤堆溫度的上升是以加速度的形式出現(xiàn)的，當(dāng)露天煤場的煤堆自燃所產(chǎn)生的溫度超過60℃以上時(shí)，如果露天煤場的安全管理人員未及時(shí)采取相應(yīng)的措施及時(shí)處理，那么將會(huì)造成大面積的煤堆自燃現(xiàn)象，引發(fā)露天煤場的安全管理問題[4]。

（二）煤的氧化自燃階段

露天煤場的煤堆自燃主要可以劃分為兩個(gè)階段：第一階段是煤堆初期氧化自熱階段。露天煤場的煤堆主要處于露天的存儲(chǔ)狀態(tài)，煤堆與空氣接觸將會(huì)自然而然地產(chǎn)生氧化作用。氧氣和水蒸氣是空氣中具有吸附性氣體性質(zhì)的物質(zhì)，當(dāng)其與煤中的礦物質(zhì)進(jìn)行接觸時(shí)，將會(huì)被自動(dòng)地吸附在煤中的活性官能團(tuán)中，當(dāng)煤處于一定的溫度狀態(tài)時(shí)煤中的活性官能團(tuán)將會(huì)與所吸附的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，該化學(xué)反應(yīng)為放熱反應(yīng)，進(jìn)而使露天煤場的煤堆釋放相應(yīng)的熱量。與此同時(shí)，煤中的FeS2等礦物質(zhì)將會(huì)在放熱反應(yīng)的影響下與空氣中的物質(zhì)產(chǎn)生氧化反應(yīng)，進(jìn)而釋放出更多的熱量。隨著露天煤場的煤堆所釋放的熱量不斷增加，煤堆周圍區(qū)域的溫度也隨之增加，加快煤堆氧化反應(yīng)的速度[5]。第二階段是煤堆的自燃現(xiàn)場產(chǎn)生階段。當(dāng)露天煤礦的煤堆內(nèi)部中的熱量不斷增加，如果露天煤場的安全管理人員未及時(shí)發(fā)現(xiàn)該問題，導(dǎo)致煤堆所產(chǎn)生的氧化反應(yīng)的熱量無法得到及時(shí)的散發(fā)，那么將會(huì)在煤堆中形成熱能儲(chǔ)存，造成目標(biāo)區(qū)域煤堆內(nèi)部的溫度大幅度的上升。在目標(biāo)區(qū)域煤堆內(nèi)部的溫度上升的過程中，原先煤中的活性官能團(tuán)所吸附的各種氣體將會(huì)被釋放出來，同時(shí)煤在氧化自燃中所產(chǎn)生的熱分解也會(huì)同步析出硫化氫、一氧化碳等氣體。其所析出的氣體的燃點(diǎn)通常低于煤的燃點(diǎn)溫度，這將會(huì)給露天煤場的煤自燃產(chǎn)生重大的影響。當(dāng)露天煤場的煤堆周圍區(qū)域的溫度達(dá)到一定值時(shí)，這些被釋放或者析出的硫化氫、一氧化碳等氣體將會(huì)依附在煤堆表面，呈現(xiàn)出著火燃燒的現(xiàn)象，進(jìn)而點(diǎn)燃煤堆。

因此，由于煤的氧化自燃的特殊作用，在露天煤場中自燃現(xiàn)象的產(chǎn)生具有明顯的特征，首先是露天煤場的煤堆局部區(qū)域出現(xiàn)白氣。其次，經(jīng)過一段時(shí)間的放熱等相關(guān)反應(yīng)之后，露天煤場的煤堆局部區(qū)域隨之冒出黃色的煙霧。最后，露天煤場的煤堆局部區(qū)域在硫化氫、一氧化碳等氣體的影響下出現(xiàn)著火燃燒的現(xiàn)象，出現(xiàn)紅色的火苗。以生產(chǎn)不粘煤原煤的露天煤場為例，當(dāng)天氣的溫度處于30℃的狀態(tài)時(shí)，露天煤場的最短存儲(chǔ)期一般在20天左右，如果當(dāng)露天煤場的煤堆局部區(qū)域冒出白煙之后，那么露天煤場的最短存儲(chǔ)期將會(huì)縮短至3天，從側(cè)面證明了露天煤場中煤堆的溫度上升主要以加速度的形式呈現(xiàn)的。

（一）煤的氧化自燃內(nèi)部影響因素分析

1.變質(zhì)程度

通常情況下，當(dāng)煤的變質(zhì)程度提升時(shí)，煤在空氣中的耐氧化性能將會(huì)隨之增加，降低煤的氧化自燃現(xiàn)象的發(fā)生概率。換言之，在相同的環(huán)境狀態(tài)下，煙煤等變質(zhì)程度較高的煤礦更容易發(fā)生自燃。這是因?yàn)闊熋旱让旱V自身的變質(zhì)程度較高，其本身中碳含量的占比較高，與之相對(duì)應(yīng)的是氫含量的占比較小，影響了揮發(fā)分的含量，使得刀子煤的燃點(diǎn)處于較高的水平狀態(tài)。

2.粒度

煤的粒度與煤的氧化自燃水平有著極為密切的聯(lián)系，如果煤的粒度較大，那么煤的表面積將會(huì)隨之減少，由于煤的氧化自燃反應(yīng)主要集中在煤的表面，當(dāng)煤的表面積變小時(shí)，煤的氧化自燃現(xiàn)象的發(fā)生概率也會(huì)隨之降低。

3.水分含量

水分含量同樣會(huì)影響煤的氧化自燃反應(yīng)，當(dāng)露天煤場的煤堆溫度上升時(shí)，煤自身的水分含量將會(huì)影響煤堆溫度的升高。當(dāng)露天煤場的煤堆溫度處于80～90℃時(shí)，如果煤本身的水分處于較高的水平狀態(tài)，將會(huì)延長煤的氧化自燃反應(yīng)時(shí)間；如果煤的水分蒸發(fā)潛能與煤的氧化熱出現(xiàn)嚴(yán)重的失衡，將會(huì)加快煤的氧化自燃反應(yīng)的速度。

4.黃鐵礦含量

煤的氧化自燃反應(yīng)同樣受到煤中黃鐵礦含量的影響，當(dāng)煤中黃鐵礦與空氣中的氧元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，那么出現(xiàn)二氧化硫等物質(zhì)時(shí)，這些物質(zhì)容易釋放出大量的熱量。此外，二氧化硫等物質(zhì)也是維持煤堆初期氧化自熱階段的重要因素之一。由此可見，如果煤中的黃鐵礦以及硫等元素的含量較大，那么在潮濕的狀態(tài)下煤會(huì)更容易出現(xiàn)自燃，進(jìn)而引發(fā)露天煤場的安全管理問題。

（二）煤的氧化自燃外部影響因素分析

1.氣候條件

除了內(nèi)部影響因素之外，煤的氧化自燃還會(huì)受到氣候條件等因素的影響。氣候條件因素主要包括溫度以及風(fēng)力等因素，露天煤場中煤堆所處的溫度是導(dǎo)致煤的氧化自燃反應(yīng)產(chǎn)生的直接影響因素，如果露天煤場煤堆所處的溫度越高，那么煤堆向外散熱的能力將會(huì)受到削弱，進(jìn)而導(dǎo)致煤堆內(nèi)部聚集的溫度也隨之增高，加快煤的氧化自燃的速度。而風(fēng)力能夠影響煤堆向外散熱的能力，如果風(fēng)力強(qiáng)度上升，那么煤堆向外散熱的能力也會(huì)隨之增加，降低煤的氧化自燃過程中所產(chǎn)生的熱量，進(jìn)而控制煤的氧化自燃的速度。因此，與夏季相比，冬季發(fā)生煤的氧化自燃的概率會(huì)降低。

2.堆放方式

堆放方式的不同所產(chǎn)生的煤的氧化自燃現(xiàn)象概率也會(huì)隨之不同，如果煤的堆放方式呈現(xiàn)出分散的狀態(tài)，那么煤堆的厚度將會(huì)降低，提高煤堆的散熱能力，導(dǎo)致煤堆的內(nèi)部難以快速地形成熱的積累，進(jìn)而降低煤的氧化自燃現(xiàn)象的發(fā)生概率。此外，還需要注意的是，如果煤堆下部越不平坦，那么煤的氧化自燃發(fā)生的概率也會(huì)隨之增加。這是因?yàn)槊憾严虏刻幱诓黄教沟臓顟B(tài)時(shí)，容易出現(xiàn)雨水積累，影響到煤堆下部的散熱能力。

3.堆放時(shí)間

煤的氧化自燃現(xiàn)象在發(fā)生時(shí)，其自身的自燃性質(zhì)以及堆放時(shí)間等要素將會(huì)呈現(xiàn)出正比的狀態(tài)，如果煤的堆放時(shí)間較短，那么其自身的氧化變質(zhì)程度處于較低的狀態(tài)，降低煤的氧化自燃現(xiàn)象的發(fā)生概率。反之，則會(huì)提升煤的氧化自燃現(xiàn)象的概率。

（一）完善露天煤場安全管理機(jī)制

1.加強(qiáng)煤堆的存儲(chǔ)管理

為了能夠完善露天煤場的安全管理機(jī)制，提高露天煤場的安全監(jiān)管水平，露天煤場需要加強(qiáng)煤堆的存儲(chǔ)管理。露天煤場在存儲(chǔ)時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)煤場的現(xiàn)象進(jìn)行全方位的清理，確保露天煤場能夠處于平整以及干燥的狀態(tài)。為了能夠保障露天煤場的存儲(chǔ)工作開展情況，露天煤場還需要對(duì)煤場的現(xiàn)場進(jìn)行規(guī)劃，并對(duì)所需要儲(chǔ)存的煤礦類型進(jìn)行歸類，根據(jù)煤礦的類型進(jìn)行分類堆放，確保煤礦的堆放處于整齊合理的狀態(tài)。在規(guī)劃的過程中應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持分段分層存煤的原則，堆煤的長度應(yīng)當(dāng)控制在40米以內(nèi)。此外，露天煤場還應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格安全工作要求落實(shí)定點(diǎn)堆料以及程序堆料工作方法，在堆煤的過程中如果發(fā)現(xiàn)露天煤場的煤堆局部區(qū)域出現(xiàn)白氣時(shí)，應(yīng)當(dāng)?shù)谝粫r(shí)間停止堆料作業(yè)，并將冒汽煤取走，防止出現(xiàn)煤的氧化自燃現(xiàn)象。而在存儲(chǔ)的過程中，應(yīng)當(dāng)要確保煤堆能夠處于壓實(shí)的狀態(tài)，四邊坡角需要控制在40～50°的范圍內(nèi)，而此時(shí)的煤堆的頂部的寬度不得小于10米。為了能夠確保露天煤場煤礦的使用，還應(yīng)當(dāng)為同斗輪機(jī)行走預(yù)留5米距離的空間。

2.加強(qiáng)煤堆的取用管理

通過加強(qiáng)煤堆的取用管理，能夠有效地提升露天煤場的安全管理水平。首先，露天煤場在開展取煤工作時(shí)，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照堆放的時(shí)間順序進(jìn)行取用，一般來說堆放時(shí)間較長的煤堆應(yīng)當(dāng)被優(yōu)先取用，盡可能地縮短露天煤場的煤堆堆放時(shí)間。其次，露天煤場還應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照安全管理要求進(jìn)行取煤，采取分層分段的方式進(jìn)行取煤，每段的長度應(yīng)當(dāng)控制在20米的范圍內(nèi)，每層的高度不應(yīng)該超過4米。當(dāng)?shù)讓拥拿喝⊥曛?，?yīng)當(dāng)用推煤機(jī)將露天煤場的現(xiàn)場清理干凈，避免其他自燃物的存在，以降低露天煤場的安全隱患。最后，露天煤場結(jié)束取煤工作之后，還應(yīng)當(dāng)對(duì)煤堆的陡坡及時(shí)進(jìn)行平整以及清理，以便于之后的取煤工作能夠有序開展。

3.加強(qiáng)煤堆的日常管理

為了能夠加強(qiáng)煤堆的日常管理，排除露天煤場的安全管理隱患。首先，露天煤場應(yīng)當(dāng)引入智能化溫度檢測裝置，通過智能化溫度檢測裝置實(shí)時(shí)監(jiān)控露天煤場的溫度變化情況，一旦出現(xiàn)異常的溫度上升時(shí)，該檢測裝置將會(huì)自動(dòng)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，以便露天煤場能夠及時(shí)對(duì)出現(xiàn)白煙等異?，F(xiàn)象區(qū)域進(jìn)行排除。其次，加強(qiáng)露天煤場的消防設(shè)施管理，通過建立消防預(yù)警機(jī)制等方式強(qiáng)化露天煤場的事前安全管理。最后，露天煤場還應(yīng)當(dāng)及時(shí)疏通防汛通道，特別是雨季時(shí)。露天煤場還應(yīng)當(dāng)關(guān)注煤炭的保濕工作，如在煤場端部設(shè)置擋煤墻等方式加強(qiáng)遮蓋，避免因雨水沖刷造成煤的流失。此外，露天煤場還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)現(xiàn)場的清潔以及環(huán)保治理工作，如采取噴淋管理等方式避免揚(yáng)塵等問題。

（二）完善露天煤場安全應(yīng)急管理

當(dāng)前露天煤場出現(xiàn)自燃等現(xiàn)象時(shí)，為了能夠避免損失擴(kuò)大，需要完善露天煤場安全應(yīng)急管理。一方面，當(dāng)露天煤場的煤堆發(fā)生氧化自燃反應(yīng)時(shí)，為了避免未自燃區(qū)域也被點(diǎn)燃等問題時(shí)，露天煤場應(yīng)當(dāng)采取措施隔開自燃區(qū)域以及未自燃區(qū)域。當(dāng)露天煤場出現(xiàn)白煙時(shí)，為了能夠達(dá)到阻斷火源的效果，露天煤場應(yīng)當(dāng)在白煙出現(xiàn)區(qū)域的2～3米處挖切溝，確?；鹪磪^(qū)域處于孤立的狀態(tài)。此時(shí)，露天煤場需要對(duì)煤堆的數(shù)量情況采取相應(yīng)的措施，如果針對(duì)十幾噸的小型煤堆則可以采取消防滅火的方式降低煤堆的溫度，控制露天煤場的自燃問題；如果煤堆是大中型煤堆，則應(yīng)當(dāng)采取浸泡式滅火法處理。另一方面，對(duì)于出現(xiàn)過自燃現(xiàn)象的煤堆，露天煤場還應(yīng)當(dāng)將其作為重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象，自燃現(xiàn)象產(chǎn)生的煤堆更容易出現(xiàn)二次自燃的問題。此外，在開展露天煤場安全應(yīng)急管理工作時(shí)，露天煤場應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)滅火過程中的安全防護(hù)，避免滅火過程中所產(chǎn)生的高溫蒸汽等給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成危害。

綜上所述，通過對(duì)煤的氧化自燃機(jī)理以及煤的氧化自燃影響因素進(jìn)行分析，能夠找到當(dāng)前露天煤場安全管理的重要隱患。為了能夠加強(qiáng)露天煤場的管理，提高露天煤場的安全管理水平，一方面，需要完善露天煤場安全管理機(jī)制，通過優(yōu)化煤堆的存儲(chǔ)管理、煤堆的取用管理以及煤堆的日常管理等方式來提高露天煤場安全管理的科學(xué)水平。另一方面，還應(yīng)當(dāng)完善露天煤場安全應(yīng)急管理，增強(qiáng)露天煤場的安全應(yīng)對(duì)能力，避免露天煤場安全問題的進(jìn)一步擴(kuò)大，并降低露天煤場的損失。

[1]黃校春，姜國平，賈曉國，等.基于無人機(jī)的露天煤場盤煤系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].電站系統(tǒng)工程，2020，36（05）：64-66.

[2]劉國強(qiáng).露天儲(chǔ)煤場存在的自燃風(fēng)險(xiǎn)和防范[J].消防界（電子版），2018，4（14）：62.

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[5]段文波，王普毅，劉金龍.露天煤礦煤的自燃與儲(chǔ)煤場管理[J].露天采礦技術(shù)，2015（02）：81-83.