防止煤炭自燃措施

一、煤堆自燃原因分析

1、煤大体上由有机物和无机物组成,主要可燃元素是碳(约占65%～95%),其次是氢(约占1%～2%),并含少量氧(约占3%～5%,有时高达25%)、硫(约占10%),上述元素一起构成可燃化合物,称为煤的可燃质。除此之外,煤中还含有一些不可燃的矿物质灰分(5%～15%,也有高达50%)和水分(一般在2%～20%之间变化),这些物质称为煤的惰性质。

煤被空气中的氧气氧化是煤自燃的根本原因。煤中的碳、氢等元素在常温下就会发生反应,生成可燃物CO、CH4及其他烷烃物质。煤的氧化又是放热反应,如果热量不能及时散发掉,将使煤的堆积温度升高,反过来又加速煤的氧化,放出更多的可燃质和热量。当热量聚集,温度上升到一定值时,即会引起可燃物质燃烧而自燃。

2、煤堆发生自燃要同时具备以下4个条件:

(1)具有自燃倾向性。煤的自燃倾向性是煤的一种自然属性,反映了煤的变质程度,水分、灰分、含硫量、粒度、孔隙度、导热性,是煤自燃的基本条件。煤在常温下的氧化能力主要取决于挥发分的含量,挥发分含量越高,自燃倾向性越强,而且自燃时间也会相应缩短。根据煤的氧化程度与着火点之间的关系,利用原煤样的着火点和氧化煤样的着火点的差值ΔT来推测煤的自燃倾向。一般,原煤样着火点低,而且ΔT大的煤容易自燃;ΔT>40℃

的煤为易自燃煤;ΔT<20℃的煤(褐煤和长焰煤除外)是不易自燃煤。从褐煤到无烟煤,其着火点越来越高,自燃倾向性越来越弱。

(2)供氧条件。煤堆暴露于空气中,表面与空气充分接触,而且空气通过煤块之间的间隙渗透到煤堆内部,给煤堆内部氧化创造了条件。煤的块度越大,煤块之间的间隙越大,其供氧条件越好。

(3)氧化时间。煤从氧化发展到自燃有一个过程,氧化时间达到自燃发火期才能自燃。如长焰煤的自然发火期为1～3个月,气煤为4～6个月。

(4)储热条件。煤在氧化的过程中放出热量,只有当放出的热量大于散发掉的热量时,才能使热量聚集,温度上升,达到煤的着火点就会自燃。

此外,煤的粒度、水分、灰分、压实程度、环境温度、湿度等因素都会影响煤的自燃。粒度越细,比表面积越大,氧化反应越剧烈,越易自燃。一般,煤自燃要经历水分蒸发、氧化、自燃3个阶段。煤的湿度大,将煤浸在水中,能阻止煤与氧气直接接触而发生氧化反应,只要水不流失,也不会影响煤的质量;再者,水分蒸发要消耗大量的热量,煤含水量越大,蒸发期越长,此阶段温度无明显上升。灰分越高,越不易自燃。将煤堆压实,能减少煤块之间的间隙,减少空气在煤堆内的渗透量,削弱供氧条件。环境温度和湿度都会影响煤自燃的时间,温度越高、湿度越大,煤自燃的时间越短。

煤发生自燃的部位既不在煤堆的表面,也不在煤堆深部,而在表层以下。

冷却层:煤堆的表层,约0.5～1.5m厚,该层煤较松散,与空气接触充分,虽发生氧化反应,但散热条件好,所以不会发生自燃。

氧化层:该层位于冷却层以下,厚度在1～4m左右,具备煤自燃的所有条件,达到自然发火期即会自燃。

窒息层:该层位于氧化层以下,煤层相对压实,供氧不充分,且含水率较高,氧化程度较低,不易发生自燃。

煤在自然堆放时,一般中心部位处颗粒较细,越往四周颗粒越粗,相应的,从中心往四周,空隙越来越大,通风散热条件越来越好,冷却层和氧化层越来越厚。自燃一般发生在氧化层。同时伴随着温度升高、冒热气、冒烟等现象。当发现煤堆上某处释放热气或冒烟,那么自热或自燃点一定在该部位垂直向下的氧化层内,因为受煤的自热或自燃的热压作用,气体流动方向为垂直向上方向。一旦某个部位发生了自燃,也会改变其上部冷却层的受热条件,使冷却层也自燃。因此,发现煤堆自燃必须立即采取措施,防止自燃范围扩大。

二、防止煤堆自燃的措施

1、煤的自燃倾向性鉴定,对掌握煤自燃火灾的规律,有针对性地采取防火措施,保证安全生产具有重要意义。因此,对贮存自燃

倾向性较大的煤和贮煤时间较长的煤场,应作煤的自燃倾向性鉴定,测定煤的挥发分的含量、最低着火温度、自燃发火期等指标。

2、应选择合适的贮煤场和堆置方式,保持通风良好,防止煤堆暴晒。宜将贮煤场设置在宽敞的区域,背阳光的地方。周围和煤场下部不得有高温热源。这样可降低煤的氧化速度。

3、使煤堆保持适当的水分能延长煤的氧化期,有效防止煤自燃。根据分析,煤自燃前的全水分为5%～7%。当煤的含水量达到12%时,不会发生自燃。贮煤场的底部和周边应采用混凝土结构,以防止水分渗漏和流失。煤场周边设置喷洒水设施,定期向煤堆喷洒水,这样做还能够防止煤场扬尘。有把煤浸在水中来防止煤氧化自燃的作法。

4、加强煤场现场管理,尽早发现煤自燃征兆,并采取处理措施。每天派人巡查自燃情况,发现有局部温度升高、冒热气、冒烟等现象时,即可判断该处氧化层已发生自燃。

三、预防煤炭自燃的技术措施

1、注浆防灭火。预防性灌浆，就是用黄泥、部分沙子和水按适当比例调制成泥浆，铺设在煤层表面、漏风区中。它的作用：一是泥浆包住碎煤，使碎煤与空气隔绝，防止氧化；二是泥浆堵塞采空区中的空隙，减少了漏风；三是泥浆水使密闭区内冷却、降温。由于灌浆有这些作用，防煤炭自燃效果好，很多煤矿都应

用这种方法防煤炭自燃。

2、阻化剂防灭火凡是能阻止煤在空气中氧化，或者能够降低煤的氧化速度的物质和药剂称为煤的阻化剂。最常用的阻化剂有氯化钙、氯化镁、硝石灰和水玻璃等。它们都是吸水性很强的物质，当附着在煤的表面时，吸收了空气中的水分，在煤的表面形成含水的液膜，从而阻止煤和氧接触。这些药剂能使煤体长期处于有水潮湿状态，水在蒸发时的吸热降温作用，使煤在低温氧化时温度不升高，抑制煤的自热和自燃。