露天矿煤炭自燃的原因及防治

1、露天矿煤炭自燃的原因及防治0 引言哈尔乌素露天矿于2008年1月正式成立，地表境界南北宽7.03km,东西长9.59km,面积67.45km2,露天矿境界内可采原煤储量为1710.97mt，煤层平均厚度为28.8m。其煤质为中灰、低硫、特低磷、高挥发分、中 高发热量、灰熔点高的优质动力煤, 设计生产能力为年产原煤 20.00mt。 露天矿坑内非工作帮下部煤炭于 2009年 3月份开始自燃发火, 严重威 胁矿山日常安全生产工作。1 煤炭自燃的危害1.1 自然给露天矿带来边坡稳定问题,增加了日常边坡管理的难度。露 天矿的北端帮由于煤的自燃,破坏了原设计的边坡角度,容易发生北 端帮台阶塌方、滑坡事故

2、。1.2由于我矿属于深凹露天矿,煤炭自燃所产生的大量有毒、有害气体 很难排出坑外,生产现场作业人员的身体健康受到一定伤害,污染了 环境,影响了设备操作人员的视线。1.3初步统计从 2009 年 3 月份至 7月份纯燃烧掉的煤炭近 1000吨,直 接经济损失达 50 万元。由于煤炭的自燃,给矿山带来了巨大的经济损 失。2 煤炭自燃的原因 煤层自燃又称煤层自然发火,是指在没有外来热源的情况下,由于煤 自身氧化积热,使煤的温度升高而发生的燃烧现象。煤的氧化和自燃 是基 链反应，即具有自燃倾向性的煤与空气接触， 能吸附空气中的 氧而在煤的表面生成不稳定的初级氧化物，使煤的化学活性增强，进 而煤的氧化速

3、度加快，氧化放热量加大，当热量不能及时散发时，煤 温就会逐渐升高，当达到煤的着火点时（300-350C），便开始自燃。 煤炭自燃的必要充分条件是： 有自燃倾向性的煤被开采后呈破碎状 态，堆积厚度一般要大于 0.4m。有较好的蓄热条件。有适量的 通风供氧。氧浓度15%时，煤炭氧化方可较快进行。 上述三个条 件共存的时间大于煤的自燃发火期。上述四个条件缺一不可，前三个 条件是煤炭自燃的必要条件，最后一个条件是充分条件。3 哈尔乌素露天矿煤炭自燃的防治 为了防止煤炭自燃，须控制煤与氧接触，并降低反应温度，这是煤矿 防灭火技术中最基本也是最重要的原则。3.1 目前，哈尔乌素露天矿采用的灭火方法主要有注

4、水降温法、强行采 出法、土岩堆堵法和隔离法等。3.1.1 注水降温法利用露天矿现有 100 吨、40 吨水车洒水灭火。对坑下 各处进行监护，发现着火，立即注水降温灭火。然后用推土机、前装 机及汽车联合作业，将浇灭的发火煤运至安全地点，进行彻底处理。 水浇灭火，从经济角度讲，水浇灭火是经济和有效的，但它存在反作 用。表现为： 水浇灭火只能灭掉表面火，不能把火彻底灭掉。 水 把煤层燃烧的灰分、煤粉等冲刷掉，致使新煤面又暴露在空气中，改 善了煤的供氧条件，成为新的发火点。 由于水的作用，产生了大量的水煤气（ co、h2、 h2o 等混合物），难以在较短时间内散发掉，使表 面被灭掉的火又燃烧起来， 这

5、就是一个火点总是灭不熄的最直接原因。 水冲刷后，严重地破坏了非工作帮台阶的完整， 同时水注入边坡内， 降低了边坡的稳定性。 故此方法只适用于坑下零星火点的防灭火工作。3.1.2 强行采出法对于自燃的煤台阶， 用水浇注灭火是没有明显效果的， 极易出现死灰复燃现象。一般采用电铲或前装机强行采出，排弃至安 全排土区，用土岩进行覆盖。此方法由于电铲或前装机作业时灰尘、 烟雾较大，故一般还辅以用注水消尘降温。 该方法适用于小范围灭火， 在非工作帮上要与填方夯实结合，才会收到好的效果，但非工作帮使 用此方法，存在塌方、滑坡等重大安全隐患。3.1.3 黄土堆堵法首先用水扑灭明火后，然后在上面覆盖黄土，这样使

6、 自燃煤与外界空气相隔离，起到灭火的作用。因为露天煤矿的敞露空 间太大，并且爆破后煤层间隙大，无法实现完全密封，所以这种防治 自燃方法没达到长期效果。3.2 针对我矿实际情况， 应借鉴国内外防治自燃技术中先进和有效的措 施。3.2.1 灌浆灭火法预防性灌浆是防止煤自燃发火的一项传统的、也是最 为有效、稳定可靠的重要措施，在国内煤矿中得到普遍应用。灌浆是 利用高压水轮或机械设备取土，将其与水按适当配比，制作成有一定 浓度的泥浆，再借助于自然压差或泥浆泵，覆盖包裹有自燃倾向的煤 层。预防性灌浆的作用一是隔断供氧通道，二是散热，达到破坏聚热 环境的作用。此方法应用于露天煤矿，对预防煤炭自燃能收到明显

7、效 果。3.2.2 阻化剂、新型凝胶灭火法国内外已经对煤炭自燃防治技术已经作 了很多的研究，但是采用化学的方法开发阻燃防灭火材料却是比较新 的研究领域。 阻化剂、新型凝胶高分子材料可通过喷洒、 压注的形式， 输入到煤体中，阻化剂、新型凝胶扩散、渗透到煤层表面以及煤层缝 隙中，高分子乳液具有良好的粘附煤体特性， 并在煤体表面形成柔韧、 致密的连续性的高分子微膜， 这种高分子膜具有优异的空气阻隔性能， 从而阻隔氧气与煤炭的接触，防止煤层自燃。但此种方法能否在露天 煤矿中起到明显效果，还需要进一步的验证。4 结论 露天矿煤炭自燃的防治工作是一项复杂而艰巨的任务，哈尔乌素露天 煤矿由于面临扩能改造，需要更改原来采矿计划，非工作帮不能及时 回填，所以我矿将一直存在煤炭自燃现象， 要做好煤自燃的防治工作， 应按以下几点要求进行：第一，优化露天煤矿剥采计划，尽量安排好 露煤、穿煤