王 敏 張磊鑫 姜 偉

(新礦內(nèi)蒙古有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 016299)

1 概 況

山東能源新礦集團(tuán)內(nèi)蒙能源公司堆煤儲(chǔ)量分別為8萬(wàn)t和14萬(wàn)t。煤含硫量為3%左右，易自燃，堆煤時(shí)間已超過(guò)3個(gè)月。儲(chǔ)煤高度均大于10m，分層壓實(shí)布置，但儲(chǔ)煤堆表層通風(fēng)良好。受煤質(zhì)與銷(xiāo)量的影響，儲(chǔ)煤還需要有3個(gè)月的時(shí)間才能完成銷(xiāo)售，而煤堆自然發(fā)火期為3～6個(gè)月，一旦出現(xiàn)煤堆自燃，將會(huì)給公司帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。

2 煤堆自燃因素的確定

煤堆自燃的形成主要受煤質(zhì)、水分、揮發(fā)分、粒徑等因素影響。內(nèi)蒙能源煤含硫量為2.8%～3.2%，水分含量為11%左右，灰分為8%～10%。高硫煤是易自燃煤種之一，而水分是煤炭自燃的催化劑，揮發(fā)分較高的煤種揮發(fā)分活性強(qiáng)且易燃。通過(guò)研究確定了煤堆易自燃的區(qū)域主要分布在：煤堆底層周邊、煤堆交匯處、煤堆向風(fēng)面、過(guò)水區(qū)域、斷面疏松區(qū)。由于內(nèi)蒙地區(qū)降水量相對(duì)較少，堆孔隙內(nèi)相對(duì)濕度較其他季節(jié)更高，煤中水分向大氣逸散的趨勢(shì)更加明顯，氧量交換更頻繁，煤炭對(duì)氧的吸附能力增強(qiáng)，煤的氧化處于相對(duì)活躍期。由于早晚溫差大，煤堆堆積厚度大，形成自然風(fēng)壓大，煤堆裂隙存在漏風(fēng)，極易氧化自燃。通常，煤堆自燃大概分四個(gè)階段：氧化蓄熱初期、氧化蓄熱中期、氧化蓄熱后期和自燃擴(kuò)展期。常用滅火方法有煤堆底層周邊機(jī)械化處理，正確使用水滅火，合理組堆減少向風(fēng)面，熱棒移熱技術(shù)，自燃風(fēng)險(xiǎn)高的煤于專(zhuān)區(qū)儲(chǔ)存或與灰分高的煤混合儲(chǔ)存等。內(nèi)蒙能源采用綜合治理措施防止自燃，對(duì)煤堆中自燃蓄熱高溫區(qū)域進(jìn)行深部熱量轉(zhuǎn)移，減少煤堆自燃的因素，確保了煤堆的安全儲(chǔ)存。

3 儲(chǔ)煤自燃監(jiān)測(cè)預(yù)警及防控技術(shù)實(shí)施

采用理論分析、實(shí)驗(yàn)測(cè)定、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，結(jié)合地面煤堆研究煤自燃發(fā)生及發(fā)展的全過(guò)程，確定煤自燃過(guò)程中特征溫度及與之相對(duì)應(yīng)煤炭自燃程度判定指標(biāo)，判定提出煤堆自燃危險(xiǎn)區(qū)域，提高儲(chǔ)煤場(chǎng)所的防滅火能力。

3.1 地面儲(chǔ)煤場(chǎng)所自燃危險(xiǎn)區(qū)域特點(diǎn)和規(guī)律

實(shí)驗(yàn)測(cè)定2個(gè)不同煤場(chǎng)堆積類(lèi)型（煤堆、封閉煤場(chǎng)、煤倉(cāng)）的最短自然發(fā)火期，在不同氣候條件下自燃特征溫度及自燃程度判定表征參數(shù)。

（1）通過(guò)工業(yè)分析測(cè)試得到煤的含水量、灰分、揮發(fā)分和固定碳等。選用全自動(dòng)吸附儀，測(cè)試煤樣的孔徑分布，對(duì)比表面積及真密度等煤樣的基礎(chǔ)物性參數(shù)，確定煤樣本身性質(zhì)對(duì)煤樣的氧化性的影響。

（2）利用程序升溫實(shí)驗(yàn)臺(tái)在不同煤體溫度情況下，測(cè)試不同煤樣的耗氧特性及其他自燃特性參數(shù)。確定煤自然發(fā)火期，測(cè)算出煤自燃全過(guò)程中的放熱強(qiáng)度、耗氧速率、各種指標(biāo)性氣體的產(chǎn)生率等特性參數(shù)，這些指標(biāo)對(duì)原煤的堆放使用周期具有指導(dǎo)意義。

（3）采用傅里葉紅外光譜和熱重分析聯(lián)用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，研究煤在不同氧氣濃度情況下，從室溫開(kāi)始被空氣氧化而達(dá)到著火點(diǎn)以至燃燒結(jié)束時(shí)煤的重量變化全過(guò)程，以及煤氧化過(guò)程中氣態(tài)產(chǎn)物的變化規(guī)律。掌握煤自燃特征溫度點(diǎn)、活性炭表面官能團(tuán)的氧化種類(lèi)和數(shù)量。

（4）采用微量熱儀C80實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，確定煤在空氣條件下氧化升溫的放熱量及放熱的真實(shí)溫度，從而判定煤的自燃性能。

3.2 地面儲(chǔ)煤場(chǎng)所煤自燃在線監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)

地面儲(chǔ)煤場(chǎng)所煤自燃在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)集多參數(shù)氣體傳感器、溫濕度傳感器、壓差傳感器、無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)、嵌入式web、Internet、數(shù)據(jù)庫(kù)、云網(wǎng)絡(luò)、APP等技術(shù)于一體，搭建了一種基于云網(wǎng)絡(luò)的地面儲(chǔ)煤場(chǎng)所煤自燃在線監(jiān)測(cè)預(yù)警管控平臺(tái)。系統(tǒng)主要由礦用本安型多參數(shù)傳感器、礦用監(jiān)測(cè)基站及監(jiān)測(cè)預(yù)警軟件三部分構(gòu)成。礦用本安型多參數(shù)傳感器通過(guò)無(wú)線自組網(wǎng)的形式將采集的煤自燃多參數(shù)信息發(fā)送到監(jiān)測(cè)裝置主機(jī)，通過(guò)其內(nèi)置的嵌入式處理器進(jìn)行處理以及協(xié)議的封裝，然后再通過(guò)地面網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的監(jiān)控服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)煤堆煤自燃特征信息的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警，解決了目前現(xiàn)場(chǎng)人工巡檢存在的工作量大、信息量少、漏報(bào)率高、時(shí)效性差等問(wèn)題。

結(jié)合堆煤自燃危險(xiǎn)區(qū)域情況，分別在煤堆上施工鉆孔6個(gè)，通過(guò)鉆孔向煤體內(nèi)采集溫度、指標(biāo)氣體，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)地面儲(chǔ)煤堆煤樣自燃過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)煤堆自燃的早期預(yù)報(bào)。將多參數(shù)無(wú)線傳感器主要布置在地面煤堆內(nèi)壁距地面3m處，分別堆煤各施工6組鉆孔，通過(guò)采樣束管采集氣體與溫度信息分析，將特征信息傳輸?shù)綗o(wú)線監(jiān)測(cè)裝置主機(jī)。確定煤堆易發(fā)生自燃危險(xiǎn)區(qū)域，確定防火重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

3.3 地面煤堆自然發(fā)火預(yù)控技術(shù)實(shí)施

內(nèi)蒙能源公司通過(guò)在2個(gè)煤堆重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行布點(diǎn)監(jiān)測(cè)及布控，對(duì)煤自燃危險(xiǎn)區(qū)域的判定，對(duì)可能自燃的4個(gè)區(qū)域，有效布置8個(gè)導(dǎo)熱棒及導(dǎo)熱管，促使煤堆熱量通過(guò)導(dǎo)熱管得以釋放，防止熱量積聚，確保地面煤堆的安全。并建立快速滅火系統(tǒng)，形成動(dòng)態(tài)立體防控圈，解決火災(zāi)的快速控制問(wèn)題。

4 結(jié) 語(yǔ)

儲(chǔ)煤自燃監(jiān)測(cè)預(yù)警及防控技術(shù)的應(yīng)用，確保了煤堆儲(chǔ)存過(guò)程的安全，為煤堆自燃的預(yù)測(cè)及防治奠定基礎(chǔ)，能夠有針對(duì)性的防控地面煤堆自燃，建立起地面煤堆自燃綜合防火技術(shù)體系，具有較為廣泛的推廣意義。