鐵路運輸中儲存煤炭自燃防治技術(shù)的應(yīng)用探討

戚晟德

（甘肅煤田地質(zhì)研究所， 甘肅 蘭州 730000）

引言

鐵路是運輸煤炭資源的重要方式之一，全國煤炭總運量的60%都由鐵路運輸完成，隨著社會發(fā)展我國煤炭需求量不斷加大，煤炭運輸量增加，鑒于煤炭自燃性特征，對鐵路運輸煤炭的安全提出更高要求。因此，探究鐵路運輸中煤炭自燃防治對實現(xiàn)安全有序運輸有著重要意義。

1 鐵路運輸中儲存煤炭自燃現(xiàn)象分析

1.1 煤炭自燃機理

關(guān)于煤炭自燃的研究已持續(xù)了近百年，提出了自由基作用、細菌作用、鐵礦作用和煤氧復合作用等諸多學說，其中煤氧復合作用是公認度最高的學說。簡單來講，煤氧復合即在煤體與空氣產(chǎn)生接觸后，經(jīng)物理吸附氧氣，并放出物理吸附熱量，繼而進行化學吸附與反應(yīng)，釋放出化學吸附熱、反應(yīng)熱，熱量逐漸集聚在煤體存放環(huán)境中，從而因改變環(huán)境實現(xiàn)自燃，但并非所有煤炭都能經(jīng)過氧化發(fā)生自燃，氧化需在穩(wěn)定、絕熱、低溫的條件下進行[1]。煤炭自燃經(jīng)歷潛伏、自熱、自燃三個階段，當常溫狀態(tài)下吸附空氣中氧氣發(fā)生氧化，能夠產(chǎn)生熱量，隨著空氣流動熱量及時散失，煤炭溫度無法升高；若熱量長時間無法散去，媒體溫度持續(xù)升高，并加速煤炭自身的氧化，煤炭自身從而產(chǎn)生大量熱量，當煤炭自身的溫度達到300～350 ℃時，煤炭則發(fā)生自燃。

1.2 煤炭自燃條件

煤炭自燃的過程與發(fā)展變化均具有復雜性特征，受多種因素的影響與作用，但煤炭自燃必須具備以下條件：一是，煤炭本身有著低溫易氧化特征，即具備自燃傾向（煤吸氧量大于0.4 cm3/g），并且煤炭在儲存時處于破碎狀態(tài)；二是，具備持續(xù)供氧條件；三是，煤炭氧化過程中產(chǎn)生熱量的速度快于散熱速度；四是，以上3 個條件同時存在時，能夠?qū)崿F(xiàn)煤炭在最短時間內(nèi)自燃。其中前3 個條件為煤炭自燃的必要條件，第4個條件為煤炭自燃的充分條件。

1.3 煤炭自燃原因

在鐵路運輸過程中，煤炭存儲、裝車、運載過程中因運輸時間長、儲運條件有限以及需嚴格執(zhí)行鐵路行車秩序等因素，導致運輸過程中存在諸多不利因素，如加長煤炭在空氣中的暴露時間，提高自燃發(fā)生概率。

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)煤炭含水量、含硫量、孔隙度、灰分、導熱性、連續(xù)供氧條件、粒徑尺寸和氧化熱集聚環(huán)境等均可成為煤炭自燃的誘導因素，其中最為關(guān)鍵的是鐵路運輸過程中煤炭內(nèi)部在氧化熱或高溫天氣的影響下水分加速流失，無法吸收與及時消散蓄積的熱量；煤炭本身具有較強的自燃傾向性；裝載環(huán)節(jié)自燃或溫度已接近煤炭著火點溫度；運輸過程中大量空氣進入到煤層內(nèi)部，提供連續(xù)供氧條件[2]。

運輸過程中敞車下部側(cè)門是煤炭自燃現(xiàn)象高發(fā)位置，因空氣從側(cè)門縫隙內(nèi)進入，通過煤炭空隙深入煤層內(nèi)部，經(jīng)氧化、積熱，大量熱量無法及時消散，發(fā)生自燃；同時，敞車上部也是自燃多發(fā)點，煤炭儲存狀態(tài)下著火點通常位于煤層深度15～20 cm 處，運輸途中空氣進入到煤炭煤層15～20 cm 處時持續(xù)提供氧氣，使煤炭積熱、氧化、自燃，加之該部位也受光照的影響，增強熱量的蓄積，使自燃條件更加充分。

2 鐵路運輸中存儲煤炭自燃防治技術(shù)

為有效預(yù)防鐵路運輸過程中煤炭自燃，應(yīng)從自燃發(fā)生條件著手，有效控制氧氣的連續(xù)供應(yīng)，創(chuàng)造充分散熱條件，防止運輸中溫度上升至危險范圍。鐵路運輸中存儲煤炭的主要防治技術(shù)有以下幾點。

2.1 鑒定煤炭自燃傾向性

鐵路運輸環(huán)節(jié)煤炭自燃的發(fā)生根本原因是具備煤炭自燃的特殊條件，其中煤炭本身是否具有自燃傾向性最為關(guān)鍵，在運輸前干燥且自燃傾向性較高的煤炭經(jīng)歷雨淋、灑水處理后，內(nèi)部蓄積熱量；外部熱源也為煤層內(nèi)蓄積熱量創(chuàng)造條件；運輸通風不良熱量無法及時散發(fā)也提高熱量蓄積效果，因此，造成許多煤炭在裝車前已具備一定自燃條件或已發(fā)生自燃?；谝陨锨闆r，運輸前對煤體自燃傾向性進行鑒定具有重要價值，可了解當前煤炭是否具備自燃條件，分析煤炭自燃規(guī)律，制定自燃防治方案；不具備專業(yè)鑒定能力時，可總結(jié)煤炭情況，聘請具備專業(yè)咨詢與鑒定資質(zhì)的機構(gòu)展開鑒定，從專業(yè)角度分析煤的揮發(fā)份、自燃發(fā)火期以及最低著火溫度等指標，按照指標阻斷自燃條件，規(guī)避自燃的發(fā)生[3]。

2.2 強化煤炭存儲管理

首先，確立儲存登記臺賬管理制度，準確登記煤炭來源、上貨時間、質(zhì)量、儲存時間以及數(shù)量等信息；且應(yīng)在運輸前獲取煤炭企業(yè)的臺賬信息，了解在煤炭企業(yè)內(nèi)的存放時間以及具體采出時間。尤其是我國內(nèi)蒙古采取的褐煤、陜北神木地區(qū)采出的長焰煤等，自燃發(fā)生頻率較高，應(yīng)重點進行登記。其次，嚴格按照煤種進行分區(qū)存放。設(shè)置不同煤種專區(qū)堆存區(qū)，并設(shè)置標識牌，登記堆存時間、數(shù)量等信息，避免混亂，并將新煤、舊煤進行區(qū)分，嚴禁在堆存區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)已發(fā)熱煤炭；露天堆存條件下，應(yīng)選擇合適的堆置方式，為煤炭創(chuàng)造良好的通風條件，并設(shè)置防曬網(wǎng)、煤棚等遮陰設(shè)施，避免長時間暴露在高溫下暴曬；儲煤區(qū)域底部與周圍圍擋設(shè)施應(yīng)為混凝土結(jié)構(gòu)，可預(yù)防水分滲漏、減少水分流失，且遠離高溫熱源，配有噴水設(shè)備，定期噴水降溫。再次，加強日常巡視，定時進行煤堆溫度檢測試，在煤堆表層、400 mm、1 000 mm、1 500 mm 四個層次設(shè)置測溫點，每堆選擇4～5 處，測量溫度后進行記錄；新媒進場前溫度已達到50℃以上時，則應(yīng)經(jīng)澆水、翻堆等降溫處理后進場堆存；儲存時間超過30 d以上的煤堆，需每日進行測溫，及時發(fā)現(xiàn)局部有無發(fā)熱情況，避免裝車時裝入已經(jīng)自燃煤炭[4]。最后，加強日常管理，在煤場周圍張貼醒目標識，禁止煙火，工作人員不得在煤場內(nèi)吸煙，并及時清理煤場內(nèi)存在的廢紙、木屑等可燃物質(zhì)；在夏季等外部環(huán)境溫度較高時，應(yīng)提高煤炭測溫頻率與現(xiàn)場巡視頻率，及時發(fā)現(xiàn)煤堆局部冒煙、冒熱氣情況，快速處理火源。

2.3 強化煤炭裝車管理

首先，裝車前應(yīng)對煤炭情況進行了解，逐一核對產(chǎn)地、儲存時間等信息，加強對自燃傾性較強的煤種管理，做好運輸時間、裝車順序的安排，加速流轉(zhuǎn)，避免運輸中形成高溫條件，增加自燃風險。并檢測煤炭溫度，當發(fā)現(xiàn)局部溫度有超過50 ℃情況時，需經(jīng)降溫處理后裝車，未經(jīng)處理不得裝車。其次，在裝車過程中，采取人機交互作業(yè)模式，由1 名平煤工與裝載機配合操作，按照“一看、二測、三裝車”的原則，嚴禁將已自燃煤炭裝車，嚴格控制外來火源，并在敞車門縫較大位置鋪設(shè)阻燃材料作為襯墊，一方面預(yù)防運輸中煤炭自燃，另一方面預(yù)防煤炭散落。最后，裝車后進行測溫，每批次測溫不得少于2 個車廂，條件允許下應(yīng)車車測溫，測溫點由表及里設(shè)置3 處，記錄信息后，向煤炭表層噴灑抑塵劑，合理控制噴灑劑量，不得滲透至煤層10 mm 內(nèi)[5]。

2.4 制定自燃現(xiàn)象緊急施救預(yù)案

鐵路運輸作為煤炭物流的中間環(huán)節(jié)，有效的管理以及事前檢查可降低運輸途中發(fā)生自燃的概率，但一旦發(fā)生自燃，也應(yīng)采取積極的應(yīng)對策略，可利用阻燃劑快速滅火；發(fā)現(xiàn)局部有冒煙、冒熱氣時及時挖掉自燃煤炭并噴水降溫；采用滅火劑或噴灑足夠量的水，快速降低煤炭溫度、散發(fā)煤堆內(nèi)部熱量。

3 結(jié)語

煤炭自燃是鐵路運輸過程中的重大安全隱患，為有效防治自燃，實現(xiàn)安全高效運輸，本文分析了煤炭自燃現(xiàn)象，加深對煤炭自燃的了解，提出加強煤炭自燃傾向性鑒定與管理、制定自燃施救預(yù)案等防治措施做好自燃預(yù)防，有效降低煤炭自燃發(fā)生概率。