露天礦煤炭自燃的原因及防治

1、露天礦煤炭自燃的原因及防治0 引言哈爾烏素露天礦于2008年1月正式成立，地表境界南北寬7.03km,東西長9.59km,面積67.45km2,露天礦境界內(nèi)可采原煤儲量為1710.97mt，煤層平均厚度為28.8m。其煤質(zhì)為中灰、低硫、特低磷、高揮發(fā)分、中 高發(fā)熱量、灰熔點(diǎn)高的優(yōu)質(zhì)動力煤, 設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為年產(chǎn)原煤 20.00mt。 露天礦坑內(nèi)非工作幫下部煤炭于 2009年 3月份開始自燃發(fā)火, 嚴(yán)重威 脅礦山日常安全生產(chǎn)工作。1 煤炭自燃的危害1.1 自然給露天礦帶來邊坡穩(wěn)定問題,增加了日常邊坡管理的難度。露 天礦的北端幫由于煤的自燃,破壞了原設(shè)計(jì)的邊坡角度,容易發(fā)生北 端幫臺階塌方、滑坡事故

2、。1.2由于我礦屬于深凹露天礦,煤炭自燃所產(chǎn)生的大量有毒、有害氣體 很難排出坑外,生產(chǎn)現(xiàn)場作業(yè)人員的身體健康受到一定傷害,污染了 環(huán)境,影響了設(shè)備操作人員的視線。1.3初步統(tǒng)計(jì)從 2009 年 3 月份至 7月份純?nèi)紵舻拿禾拷?1000噸,直 接經(jīng)濟(jì)損失達(dá) 50 萬元。由于煤炭的自燃,給礦山帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損 失。2 煤炭自燃的原因 煤層自燃又稱煤層自然發(fā)火,是指在沒有外來熱源的情況下,由于煤 自身氧化積熱,使煤的溫度升高而發(fā)生的燃燒現(xiàn)象。煤的氧化和自燃 是基 鏈反應(yīng)，即具有自燃傾向性的煤與空氣接觸， 能吸附空氣中的 氧而在煤的表面生成不穩(wěn)定的初級氧化物，使煤的化學(xué)活性增強(qiáng)，進(jìn) 而煤的氧化速

3、度加快，氧化放熱量加大，當(dāng)熱量不能及時(shí)散發(fā)時(shí)，煤 溫就會逐漸升高，當(dāng)達(dá)到煤的著火點(diǎn)時(shí)（300-350C），便開始自燃。 煤炭自燃的必要充分條件是： 有自燃傾向性的煤被開采后呈破碎狀 態(tài)，堆積厚度一般要大于 0.4m。有較好的蓄熱條件。有適量的 通風(fēng)供氧。氧濃度15%時(shí)，煤炭氧化方可較快進(jìn)行。 上述三個(gè)條 件共存的時(shí)間大于煤的自燃發(fā)火期。上述四個(gè)條件缺一不可，前三個(gè) 條件是煤炭自燃的必要條件，最后一個(gè)條件是充分條件。3 哈爾烏素露天礦煤炭自燃的防治 為了防止煤炭自燃，須控制煤與氧接觸，并降低反應(yīng)溫度，這是煤礦 防滅火技術(shù)中最基本也是最重要的原則。3.1 目前，哈爾烏素露天礦采用的滅火方法主要有注

4、水降溫法、強(qiáng)行采 出法、土巖堆堵法和隔離法等。3.1.1 注水降溫法利用露天礦現(xiàn)有 100 噸、40 噸水車灑水滅火。對坑下 各處進(jìn)行監(jiān)護(hù)，發(fā)現(xiàn)著火，立即注水降溫滅火。然后用推土機(jī)、前裝 機(jī)及汽車聯(lián)合作業(yè)，將澆滅的發(fā)火煤運(yùn)至安全地點(diǎn)，進(jìn)行徹底處理。 水澆滅火，從經(jīng)濟(jì)角度講，水澆滅火是經(jīng)濟(jì)和有效的，但它存在反作 用。表現(xiàn)為： 水澆滅火只能滅掉表面火，不能把火徹底滅掉。 水 把煤層燃燒的灰分、煤粉等沖刷掉，致使新煤面又暴露在空氣中，改 善了煤的供氧條件，成為新的發(fā)火點(diǎn)。 由于水的作用，產(chǎn)生了大量的水煤氣（ co、h2、 h2o 等混合物），難以在較短時(shí)間內(nèi)散發(fā)掉，使表 面被滅掉的火又燃燒起來， 這

5、就是一個(gè)火點(diǎn)總是滅不熄的最直接原因。 水沖刷后，嚴(yán)重地破壞了非工作幫臺階的完整， 同時(shí)水注入邊坡內(nèi)， 降低了邊坡的穩(wěn)定性。 故此方法只適用于坑下零星火點(diǎn)的防滅火工作。3.1.2 強(qiáng)行采出法對于自燃的煤臺階， 用水澆注滅火是沒有明顯效果的， 極易出現(xiàn)死灰復(fù)燃現(xiàn)象。一般采用電鏟或前裝機(jī)強(qiáng)行采出，排棄至安 全排土區(qū)，用土巖進(jìn)行覆蓋。此方法由于電鏟或前裝機(jī)作業(yè)時(shí)灰塵、 煙霧較大，故一般還輔以用注水消塵降溫。 該方法適用于小范圍滅火， 在非工作幫上要與填方夯實(shí)結(jié)合，才會收到好的效果，但非工作幫使 用此方法，存在塌方、滑坡等重大安全隱患。3.1.3 黃土堆堵法首先用水撲滅明火后，然后在上面覆蓋黃土，這樣使

6、 自燃煤與外界空氣相隔離，起到滅火的作用。因?yàn)槁短烀旱V的敞露空 間太大，并且爆破后煤層間隙大，無法實(shí)現(xiàn)完全密封，所以這種防治 自燃方法沒達(dá)到長期效果。3.2 針對我礦實(shí)際情況， 應(yīng)借鑒國內(nèi)外防治自燃技術(shù)中先進(jìn)和有效的措 施。3.2.1 灌漿滅火法預(yù)防性灌漿是防止煤自燃發(fā)火的一項(xiàng)傳統(tǒng)的、也是最 為有效、穩(wěn)定可靠的重要措施，在國內(nèi)煤礦中得到普遍應(yīng)用。灌漿是 利用高壓水輪或機(jī)械設(shè)備取土，將其與水按適當(dāng)配比，制作成有一定 濃度的泥漿，再借助于自然壓差或泥漿泵，覆蓋包裹有自燃傾向的煤 層。預(yù)防性灌漿的作用一是隔斷供氧通道，二是散熱，達(dá)到破壞聚熱 環(huán)境的作用。此方法應(yīng)用于露天煤礦，對預(yù)防煤炭自燃能收到明顯

7、效 果。3.2.2 阻化劑、新型凝膠滅火法國內(nèi)外已經(jīng)對煤炭自燃防治技術(shù)已經(jīng)作 了很多的研究，但是采用化學(xué)的方法開發(fā)阻燃防滅火材料卻是比較新 的研究領(lǐng)域。 阻化劑、新型凝膠高分子材料可通過噴灑、 壓注的形式， 輸入到煤體中，阻化劑、新型凝膠擴(kuò)散、滲透到煤層表面以及煤層縫 隙中，高分子乳液具有良好的粘附煤體特性， 并在煤體表面形成柔韌、 致密的連續(xù)性的高分子微膜， 這種高分子膜具有優(yōu)異的空氣阻隔性能， 從而阻隔氧氣與煤炭的接觸，防止煤層自燃。但此種方法能否在露天 煤礦中起到明顯效果，還需要進(jìn)一步的驗(yàn)證。4 結(jié)論 露天礦煤炭自燃的防治工作是一項(xiàng)復(fù)雜而艱巨的任務(wù)，哈爾烏素露天 煤礦由于面臨擴(kuò)能改造，需要更改原來采礦計(jì)劃，非工作幫不能及時(shí) 回填，所以我礦將一直存在煤炭自燃現(xiàn)象， 要做好煤自燃的防治工作， 應(yīng)按以下幾點(diǎn)要求進(jìn)行：第一，優(yōu)化露天煤礦剝采計(jì)劃，盡量安排好 露煤、穿煤