煤矸石自燃及防治措施分析样本

煤矸石自燃及防治办法分析

摘 要： 煤矸石自燃对生态环境和人类安全健康都具备不良影响，通过对煤矸石构成成分、自燃条件及特性等摸索，提出对煤矸石自燃灭火技术及防治办法。 核心词: 煤矸石；自燃；条件；特性；灭火技术；防治办法。

0 前言

煤矸石是采煤和洗煤过程中排弃物，普通占采煤量15% ～ 20%。煤矸石山对环境最大危害除占地外就是自燃。自燃时释放出大量CO 、S H 2、2SO 等有害气体，严重污染周边大气环境，危害人们身体健康。在人们环保意识不断提高、环保问题备受关注今天，如何防治煤矸石自燃，就显得特别重要。

1 煤矸石岩相特性及化学构成特性

1.1 煤矸石岩相特性

煤矸石重要是由炭质泥岩、泥岩、粉砂岩、砂岩等岩石构成混合物，属于积岩。某些煤矸石构造较为致密，呈黑色，自燃后呈浅红色，构造较疏松。煤矸石重要矿物成分有高岭石、蒙脱石、长石、伊利石、方解石、黄铁矿、水铝石和少量稀有金属矿物等构成，元素构成多达数十种。

1 .

2 煤矸石化学构成特性

煤矸石化学成分随其地层岩石种类和矿物构成不同而变化，煤矸石重要化学成分有2SiO 、32O Al 、32O Fe 、CaO 、MgO 及少量2FeS 等。其中2SiO 、32O Al 含量

是影响煤矸石潜在活性重要因素，其含量越多，煤矸石活性越高，

FeS及其她含S

2

化合物量越多，越有助于煤矸石自燃。

2 煤矸石自燃机理

2.1 煤矸石自燃因素

关于煤矸石自燃因素，重要有硫铁矿氧化学说和煤氧复合自燃学说。硫铁矿氧化学说是当前解释煤矸石自燃重要理论。它以为，煤矸石中硫铁矿在低温下发生氧化，产生热量并不断聚积，使煤矸石内温度汇集，引起煤矸石中煤和可燃有机物燃烧起来，从而导致煤矸石自燃。而煤氧复合自燃学说则以为煤矸石中普通夹带着10 %～25 %碳质可燃物，在常温下，煤矸石中煤(特别是镜煤和丝炭)会发生缓慢氧化反映，同步放出热量，当热量聚积到一定温度时，便可引起可燃物自燃，从而导致矸石山自燃。

2.2 煤矸石自燃条件

煤矸石山发生自燃须具备如下条件：

1、煤矸石具备自燃倾向性；

2、有持续氧气供应；

3、有热量积聚环境；

4、以上条件应维持足够时间已达到自燃点。其中条件1为煤矸石发生自燃内部特性，2、3为其自燃外部条件。煤矸石中可燃物重要是黄铁矿和煤，而氧气及热量积聚环境，与其堆积构造关于。矸石山在自然堆放(平地或顺坡堆放)过程中，均会发生粒度偏析，在矸石山内产生“烟囱效应”。氧化产生热量，一某些由“烟囱效应”

随空气带出，另一某些则积聚在矸石山中。当某一局部温度达到自燃点时便引起自燃，且逐渐向四周蔓延。

2.3 煤矸石山燃烧特点

煤矸石山自燃具备如下四个特点:燃烧先从煤矸石山内中部开始;属于不完全燃烧;在雨季有爆炸危险;可燃物质最后燃烬。

1、燃烧一方面从煤矸石山内中部开始

煤矸石山自燃除了自身条件之外，重要取决于供氧条件。氧是沿着煤矸石之间空隙和孔道向内部补给。煤矸石山内中部有助于氧化反映生成热积聚，因此燃烧一方面在这里开始。自燃后，燃烧区最高温度可达到800 ～1000℃。

2、煤矸石山燃烧性质———不完全燃烧

在自燃之前，煤矸石山中空隙和孔道为黄铁矿和炭质可燃物氧化提供空气;在自燃之后，它们又为可燃物质燃烧补给空气。由于煤矸石山燃烧一方面从中部开始，因而通过空隙和孔道输送空气速度比较缓慢;此外空隙和孔道较小，氧气供应不充分。因此从整体上说，矸石山燃烧是在供氧量局限性状况下进行，其燃烧性质属于不完全燃烧。不完全燃烧成果除产生二氧化硫和二氧化碳外，还产生大量一氧化碳、硫化氢和碳氢化合物等，从而导致大气环境污染。煤矸石山燃烧速度缓慢，燃烧时间长，一座大型煤矸石山往往要燃烧十近年，甚至几十年时间。

3、在雨季有爆炸危险

燃烧煤矸石山在雨季有也许发生爆炸，尽管几率较小，但是爆炸一旦发生，有也许危害人们生命与安全。降雨时，大量水喷洒到燃烧煤矸石山上，并渗入到煤矸石山内温度高达800 ～1000℃燃烧区，导致水变成蒸汽并与赤热碳发生化学反映，生成氢气和一氧化碳。大量氢气和一氧化碳使气体体积增大。由于煤矸石之间空隙

和孔道狭小，大量气体来不及释放，导致压力急剧增高而发生爆炸。另一方面，氢气和一氧化碳急剧增长，它们自身也会发生爆炸。

4、燃物质最后燃烬

煤矸石自燃并燃烬。

2.4 煤矸石自燃影响因素

影响煤矸石自燃重要因素有:硫铁矿含量、水分、矸石粒径和温度等。

1、硫铁矿在常温下，煤矸石中硫铁矿被空气氧化并放出能量。如果硫铁矿在煤中呈星状分布，其颗粒与碳物质连结在一起，就更易氧化自燃，因而硫铁矿集中区域，往往是自燃中心区。但是，有煤矸石中硫铁矿含量很高却不自燃，有含硫量很低却又非常敏感，这与煤矸石堆存方式、气候环境、水分高低等有很大关系，同步也阐明硫铁矿存在是煤矸石自燃重要因素，但不是唯一因素。

2、水分影响重要体当前两个方面。其一，水分能增进煤氧化。雨水、空气中水分，被煤和含碳有机质表面吸附后产生吸附热，会增进煤和含碳有机质氧化。这是煤矸石自燃外因和必要条件。实验证明，当空气中湿度低于15 %时，煤矸石吸氧量随湿度增长而增长，当煤湿度增长到10 %～15 %时，吸氧量达到最大值。其二，水分能减少煤着火温度。在一定含水量范畴内，随含水量增长，煤着火温度下降。当煤含水量达20 %时，其着火温度比干燥时减少80%以上。此外，水分还能加速煤矸石自燃燃烧速度。因而当用注水法灭火时，如果注水不充分，反而会加剧矸石山自燃。

3、矸石粒径普通说来，粒径构成在一定限度上决定了煤矸石透气性。粒径太小，渗入氧气在矸石堆表面就消耗掉了，难以渗入煤矸石堆深部;粒径太大，氧化产生热量容易散发，不易引起自燃。研究以为，煤矸石颗粒平均有效直径在6 ～13mm 左右时，矸石山具备最佳氧化升温及蓄热条件，产生自燃也许性最大。

4、温度煤矸石自燃普通通过缓慢反映- 自动加速反映- 燃烧三个过程。在初始阶段，煤矸石中硫铁矿和有机碳质在常温下缓慢反映，放出热量，使煤矸石逐渐升温。当煤矸石达到临界温度时，若燃料和氧气供应充分，燃烧就会稳定地进行。煤矸石自燃临界温度约为350 ℃，这对于灭火有着重要指引意义。

3 煤矸石山自燃防治办法

3.1煤矸石自燃防止办法

煤矸石自燃防止就是通过某种手段，消除自燃条件，使煤矸石山自燃各个条件之间不能持续做出反映，达到阻断煤矸石自燃目。归纳起来，防止矸石山自燃可遵循如下几种原则：

1、减少硫铁矿及碳质可燃物，清除矸石山内可燃物。

2、变化矸石山堆积方式，采用“小堆重积” 或“小堆薄层压实”方式。在下部覆盖黄土并压实阻断堆积时因“粒度偏析”形成空气通道，还要减少矸石山堆积高度和坡度。

3、采用阻燃剂减少矸石山活化能，提高矸石山自燃临界温度。

4、防治水浸入矸石山。

5、立温度测试点，以判断该地段与否有自燃倾向。

6、巷道设计、施工工艺设计及矸石运转等环节充分考虑煤矸石井下解决，从根源上减少井下矸石产生。

7、高煤矸石综合运用。例如当作充填材料充填采空区，还可以用来制砖、发电、生产建筑材料等。

3.2 煤矸石山灭火办法选取

1、直接挖出法