煤矸石山自燃的预防措施

煤矸石山自燃的预防措施1概况

沈阳煤业集团红阳三矿位于红阳煤田西部，地质储量1.58亿t，煤种主要是贫煤、瘦煤和贫瘦煤。红阳三矿为低瓦斯矿井。矿井设

计年生产能力150万t，服务年限55.6a。矿井排矸量为87万t/a，以1999年产矸量为110万t2000年产矸量87万t的实际情况，现产矸量大约2500t/d。2001年的产矸量预计为91.25万t。对原矸石山测定，山类高度62m，面积为79.762m2。如果按垂直高度100m计算，能存300万t矸石，实际还能储存125万t，服务矿井生产能力年限太短，已经不能满足生产要求，需要另建一座300万t储量的矸石山。新建矸石山在原矸石山北侧，在选煤厂手选胶带排矸仓半中心线以北，倾角41.2°。紧靠原矸石山，占地面积78亩；其南侧为矿区工矿区域，另外三侧界面为附近农田，地属平原特征。

2自燃原因分析

红阳三矿排矸方式，采用双向索道排矸，这种工艺排矸形成的

煤矸石山为圆锥形。因矸石自上而下自然滚落形成坡度较大，往往

可达到数十米乃至上百米。因煤矸石的偏析作用，大块的矸石滚落

到矸石山底层，较细颗粒的矸石则留在矸石山的顶部，中等粒度的

煤矸石则分布在矸石山的中部层，形成边坡安息角为40°左右的斜面。

这种排矸方式暴露面积极大，非常疏松并且斜坡进速度慢。所

以锥形矸石山空气渗透性最好，很容易为矸石山的自燃创造必要的

条件。因此表层矸石可以在较长的时间内不被新倾斜的矸石掩埋，

基一，保持较好的供氧条件，其二、一旦超过矸石自燃临界渗透风

速怀临界温度，引起矸石的物理化学反应加速自燃。倾倒的薄薄一

层矸石正好为添加燃料，形成不断燃烧的恶性循环，加地上处常年

主导风向西南风，四季气候变化明显，很容易形成“因囱效应”。

因此提示我们对排矸方式及堆积方式贯穿施工工艺方案中，重点放

在预防矸石山自燃。

红阳三矿原矸石山已燃烧多年，目前因生产环节不能影响采煤，现仍继续排矸，燃烧点主要分布在斜坡部分及顶部卸矸区。燃烧区

内烟雾弥漫，释放出大量的有毒气体，严重污染矿区周围的大气环境，恶化排矸场区作业条作，影响生态景观。

3煤矸石山自燃预防方案的确定原则

矸石山自燃是一种比较特殊的燃烧系统，它的起燃和维持燃烧，火区的转移同一般灭火有很大差别。在采取措施进行预防自燃时，

不仅需要考虑常规灭火的一般规律，还要考虑矸石山的特殊规律。

由于影响矸石山自燃的因素比较多，所以在实施预防工程之前，必

须先了解矸石山的自燃条件、特征及燃烧的特殊因素，确保预防工

程的可靠性。

3.1煤矸石自燃的条件

分析煤矸石自燃的条件是为了能有针对性地采取措施进行防治。煤矸石山要生自燃，必须具国备4个条件：①含有能够在常温下氧

化的物质或可燃物即煤矸石具有自燃八倾向性；②有氧气存在；③

有使热量积聚的环境；④上述条件应维持足够的时间以达到自燃点。其中条件①为煤矸石自燃的内部特征，②③为其自燃的外部条件。

对于某一确定的煤矸石山（即其组成、含量及分布情况已确定），当分析其自燃时，可着重分析煤矸石山自燃的外部条件。

3.2煤矸石自燃的特征

矸石山是大量颗粒矸石堆积形成的，具有大体积多孔介质的特性。由于煤矸石组成比较复杂，可燃物质和惰性物南的分布、粒度大小等不均匀，造成自燃后燃烧强度不均匀，自热和自燃的不均匀反过来又加强了温度和空气流动分布的不均匀，而且由于氧气供应不足，具有不完全燃烧的特点。燃烧发展过程十分缓慢而隐蔽，在自燃的初期阶段，一般从内部先燃烧，燃烧涉及的矸石数量很少，燃烧强度不大，释放热量很少，自燃区温度也不高，处于缓慢引燃状态时间较长。因此，矸石山自燃的早期发现和自燃区的准确定位都很困难。预防矸石山的自燃是一项综合性系统工程，从方案设计到工程实施的每一个环节，需十分紧密才能确保施工质量。

3.3煤矸石自燃预防遵循原则

煤矸石山自燃预防就是通过某种手段，消除自燃的条件，使煤矸石山自燃的各条件之间不能连续做出反应，达到阻断煤矸石自燃的目的。而且煤矸石山的自燃还与矸石山的堆积形式、黄铁矿的含量、水分的存在、矸石山的透气性、氧化时间等因素有关。归纳起来，预防煤矸石山自燃可参遵循以下的原则：

（1）减少矸石中可燃物的含量。

（2）减少矸石的活化能，即提高矸石的临界温度，采取阻燃剂可以达到此目的。

（3）降低矸石山堆积高度。矸石山高度低于临界高则不会发生自燃。如采用分层堆积（并压实）的方式，每层矸石的层厚亦不要超过其临界高度（即5m）。

（4）降低矸石山斜坡的坡度，如安息角可由原来的40°降至15°。

（5）对矸石山表面进行封闭，采用分层压实或沟带法建造全封闭的煤矸石山。

（6）尽量防止水浸入矸石山、

（7）建立温度测试点，以判断该地段是否有自燃的倾向。

对于红阳三矿新建的矸石山，上述（1）、（3）、（4）项难以执行，主要是由于红阳三矿的排矸量很大，矸石占地堆积量降低就不能适应生产的需要，从而增加投资费用。在确保科学预防矸石山自燃的同时也考虑与生产相适应的原则。

3.4预防矸石山自燃工程方案原则

预防矸石山自燃是一项长期的战略任务，应具有一套科学的施工工艺，同时为更经济有效地搞好矸石山自燃预防与治理工程能扩大可供选择的范围，满足技术的需要。

指导预防矸石山自燃工程方案的原则：

（1）方案的合理性。根据矸石山的特性，并借鉴以往治理矸石山自燃的经验，通过对红阳三矿实地考察，并与原矸石山自燃的实际情况相结合，使矸石中的酸性物质溶合成一种碱性环境，有一定的阻化作用和稳定性，减少矸石山吸氧能力和隔氧作用。

（2）施工的严密性。由于红阳三矿新排矸系统座落在原矸石山北侧，距离短，在实施预防工程中，要保持正常的生产能力，施工中相互之间的工艺都要求流畅，形成动态的工作方式。

（3）工程的经济性。在预防矸石山自燃工程中，适合科学实施方案对于经济投入合理，选材得当，配置合理，效果明显，因地制宜，降低投资费用。

（4）工艺的科学性。通过检索国内外各种相关资料，借鉴治理煤矸石山自燃的经验，分析研究各顶测试数据，引进较成功的预防和治理煤矸石山自燃的技术，并结合红阳三矿矸石山面貌和现状，制定预防矸石山自燃施工方案，形成整套较先进的工艺流程。

（5）实施效果。环境保护是我国的一项基本国策，良好的生态环境是经济发展的基本条件，改变矸石山的生态环境，有利于生产发展。抑制煤矸石自燃主要产生的特征污染物H2S、SO2、CO、TSP 等释放的有毒有害气体。

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