露天矿煤炭起火特性及防治方法

张超 乔嘉岐 金磊

摘要：露天煤矿起火主要由于储存煤体自燃形成，由于煤矿在开采过程中存在岩石松动、采空区漏风严重等问题为导致了煤炭起火现象。同时，煤炭起火会产生高温有毒气体，影响工作环境及工作人员的身心健康。本文主要对露天煤炭起火特性及防治方法进行分析，有效治理火区、提前预防起火危害、防止火区蔓延以及火区复燃等问题。

关键词：露天;煤炭起火;特性;防治方法

前言：煤炭资源的开发与利用给生活带来的十分便利的条件，但露天煤矿的比例也随之大幅度增加。露天煤礦由于其特殊性，在很大程度上存在着自燃及发火的危险，而煤炭自燃不仅会释放有毒气体，影响工作人员的身心健康，污染工作环境，且浪费煤炭资源，降低企业的经济效益，因此要分析露天煤炭起火特性，加大防治力度，减少危害。

一、煤炭起火的危害

受到自然环境的影响及煤炭自身特点的限制，当煤炭起火后将带来不容小觑的危害，主要表现为以下几点：

一是，浪费资源。煤炭本身燃烧后将不能二次利用，因此一旦发生起火现象将直接导致煤炭资源的减少，浪费煤炭资源。而受到起火煤炭的影响，周围煤炭的质量也将随之降低，减少矿山开采煤炭的储备量。除此以外，在发生起火问题后，需要投入大量的人力、物力进行灭火，影响煤炭企业生产进度，降低企业经济效益。

二是，影响安全生产及边坡稳定性。煤炭起火后极有可能危害煤矿周围环境，产生连带起火现象，给煤矿安全生产带来较大的危害与隐患。且煤炭在起火后常常会引起矿坑内地表裂缝、坍塌等问题，大面积片帮危害随之产生，煤台阶起火也会影响岩体强度，露天矿整体边坡稳定性将降低，企业将无法正常生产。尤其在特定自然环境下，风力与风向不利于灭火时，一旦出现火灾问题很难在短时间内控制火势。且煤炭起火后所产生的大量烟雾烟尘，极其危害工作人员的身体健康，不利于安全生产需求[1]。

三是，影响空气质量。露天煤矿的储存量相对较大，因此一旦发生起火现象将产生大量有毒气体与物质，包括SO2、CO2、烟尘、醇类等随风飘散，涉及范围广、面积大，严重污染露天煤矿周围的空气质量。

二、煤炭起火特性分析

（一）起火原因分析

煤炭燃烧主要分为两种情况：

一种是，无外因起火。该种情况即煤炭长时间堆放在室外，无相关遮盖措施，导致煤炭暴露在空气中。而长时间与空气充分中氧气接触的煤炭会产生不稳定的氧化物，化学活性增强后致使煤炭氧化速度增加，释放热量随之增大。同时，碎裂的煤炭由于大量堆积，其中热量无法释放，而热量堆积后达到一定燃点随即自燃，发生火灾。通常，煤炭自燃时首先都会先蒸发水分，然后煤炭发生氧化情况，最后燃烧起火，且多由堆积煤炭的内部发生自燃问题，随即向外扩散，大量燃烧。无外因起火的煤炭部位多发生在煤台阶部位，在开采过程中，煤台阶长时间暴露在外，其根部的碎煤、排土场长时间未能进行清理的发火煤、需要长时间堆放煤炭的煤场、以及需要长时间备煤的机械设备台面等地方都是极易产生自燃问题的区域。

另一种是，有外来热源起火。该种情况主要是由于煤炭在开放场地储存，当受到外来热源的影响，如排气管带起的热媒泥、电焊操作中产生的火星、生产过程中外泄的火源等，都使得煤炭在短时间内迅速达到燃点，进而起火。有外来热源起火区域或部位多发生在工程机械周围、卡车经过的区域、以及产生煤泥的工作区域[2]。

（二）煤炭起火特性

煤炭中的水分、灰分、挥发分、以及碎裂程度等都会对煤炭起火问题产生影响。煤炭中的水分能够传递热量，在起火过程中水分将热量传递给煤粉，煤粉受到热量变化的影响而改变氧化速度。同时，水分与煤粉混合，阻止热量疏散，也进一步促进氧化反应的产生。

煤炭中的灰分是影响煤炭起火的关键因素之一，灰分越高则煤炭中的可燃成分越少，此时的煤炭也越不容易起火。煤炭中的挥发分则与灰分相反，挥发分越高则煤炭中的有机质含量越高，此时的煤炭起火可能性越高。

煤炭的碎裂程度越大，则煤炭中的空隙越多，煤炭表面积与空气接触面积则越大，可燃煤炭与空气接触也越充分，此时若起火则煤炭燃烧也将越充分，随着温度的升高煤炭也越容易产生起火现象。

三、煤炭起火的防治方法

（一）长期堆放煤炭起火防治

由于大部分煤炭企业的经营模式是长期向电厂供煤，因此露天煤矿能够保证破碎站持续稳定的煤炭输出量，且有一定数量的备用煤炭。而开采出的煤炭极有可能长期堆放在煤场，为煤炭起火提供了一定的条件。破碎口的煤炭起火不仅会影响煤炭资源、降低煤炭质量，还将影响破碎站的正常有序工作，甚至造成破碎系统的紊乱。因此，针对长期堆放的煤炭应当采取一定举措，如每隔2个月对堆放的煤炭进行全面的置换，减少煤炭起火的可能性。其次，降低煤炭表面的氧化程度，及时运输堆放的煤炭。

（二）强化安全质量标准

合理设定开拓煤量和回采煤量，既要做到满足开采的需求，也要合理安排开采的顺序，设计采剥工程。在开采过程中，减少电铲的频繁调动，提升回采率的同时也能够降低电铲频繁走动产生的松散煤屑，降低煤炭起火概率，从根本上避免煤炭起火。同时，在生产过程中，合理设计穿孔时间、爆破时间等工作内容，减少对原煤量的破坏，缩短煤炭堆放时间，延缓煤炭产生氧化进而产生自燃的反应。在爆破过程中，合理设计炸药量，以免煤矿区发生大面积松动现象，确保在爆破工作结束后其余原煤不会由此引发自燃现象。爆破工作要严格按照开采条件进行，不得超宽、超深进行爆破，且爆破后的煤炭一定要及时传输，否则长时间堆放极易产生自燃现象[3]。

除此以外，工作面应当采用一爆一采的循环开采方式，当爆破工作结束后，要将工作面的煤炭开采干净，如此既能够提高下一开采地带的工作效率，也能够大大降低煤层起火的概率。在每层开采工作中，定应按照严格的开挖计划，工作面要帮齐底平，不留爆堆。将所有开采后的碎石运输干净，减少碎石堆放量，清除所有的不规则煤堆。而在煤面的处理过程中，利用推土机分采分运煤岩，避免煤炭发生起火现象时与土岩混合，形成燃烧带反而会增加火灾隐患，增加灭火的难度。总之，煤矿企业在煤炭开采过程中应当合理安排开采顺序，合理设定爆破量，及时清除煤炭，强化运输，才能给煤炭提供安全的储存环境。

（三）综合性防治举措

1.注水降温

露天煤矿受到自然因素的影响，其温度会逐渐升高，因此采取注水降温的方法，利用排水泵房的水源进行降温灭火，发现火源立即采取措施。并利用推土机、前装机等装备联合作业，将着火的煤炭运往排土场，保证完全消灭火源。

2.强行采出

当自燃煤台阶用水无法浇灭火源时，可通过电铲或前装机强行将火源采出，放置在排土工作线上，利用土岩将其覆盖进行灭火。但通过电铲或前装机进行灭火时，会产生大量的灰尘，因此在完成灭火工作后还需要注水进行降温、灭尘，配合灭火工作。

3.利用土岩堆

这种灭火方式主要针对长时间不使用的煤台阶上的原煤，当起火后先用水将火源扑灭，再利用土岩将表面覆盖，将原煤与空气隔离开来，以实现永久灭火的目的。

4.隔离

当煤炭发生大面积着火时，煤炭的燃烧速度较快，因此需要利用电铲或前装机将着火的煤炭推离至土岩台阶上，将原煤与发火煤进行隔离，再将废弃的煤炭运至排土场废弃。

结论：综上所述，煤炭由于其自身的特点，以及外界因素的干扰极易起火，因此，在煤炭储存环节中应当重视起储存环境，在开采过程中及时清理、运输煤炭，当煤炭起火后，可通过注水降温、强行采出、土岩堆覆盖以及隔离等方式进行灭火与防治。

参考文献：

[1]潘博.伊敏露天矿煤炭起火特性及防治方法[J].露天采矿技术，2017（10）：89.

[2]苏彬，闫虹.露天矿煤炭自燃的机理分析及防治方法[J].黑龙江国土资源，2019（5）：55-55.

[3]张晋花.露天矿大面积小煤窑自燃火灾探测及综合治理技术研究[J]. 煤炭工程，2018，1（2）：53-56.