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1、煤炭自燃解析煤炭自燃是我国乃至世界煤矿及储煤场的主要自然灾害 之一，煤矿或储煤场一旦发生煤炭自燃，后果将不堪设想， 损失往往也是难以估量的。下面我们先看几个煤炭自燃的案 例，让大家对煤炭自燃有一个直观的了解。一、案例简介1. 连云港黄陵块煤自燃1987年6月底至7月下旬，连云港港务局进港仅 3个月 的黄陵块煤连续 3 次发生自燃。由于控制了企业用水，民用 水供应紧缺，致使无法注水灭火。7 月 25 日，堆存量达 3.1 万吨黄陵块煤的 64#、74#垛位上火头达一米多高，价值约 150 多万美元的外贸煤面临着化为灰烬的危险，价值上千万 元输煤系统受到了严重的威胁。为了灭火，公司召开了紧急 联席
2、会议，确定筑坝蓄水，拦截排洪沟水流，报告市政府请 求特殊安排供水，用推土机推避火道，防止火势蔓延，请求 消防队派车拉水协助灭火等措施。可是，在熊熊燃烧的火焰 前，救火措施显得软弱无力，大量的可燃气体在垛顶燃烧， 浇水推铲也无济于事，最后被迫将内销煤装船一万余吨，腾 出空场，转垛翻垛才扑灭了这起大火。这次大火前后历时 29 天，虽保住了 3万多砘煤炭和港口机械设备，但由于部分黄 陵块煤出口转内销，国家少换外汇达 60 万美元，港口也承 担了较大的入力、物力、财力损失。2. 内蒙古锡林郭勒盟百万吨“煤山”自燃变“火焰山”2009 年 3 月 17 日 16 时 53 分，内蒙古锡盟消防指挥中 心接
3、到报警：称锡林浩特市火车站西侧储煤站起火，情况紧 急，请求消防官兵速来救援。锡盟消防指挥中心迅速指派锡 林浩特市消防二中队迅速出动 2 辆水罐车，10 名消防官兵赶 往火灾现场。17 时 02 分，当消防官兵到达火场后，发现该 站为露天式储煤站，整个“煤山”已变成了“火焰山”了， 此时正处于猛烈燃烧阶段，火光耀眼，消防车辆无法靠近， 4 级的西北风伴随着烟雾弥漫吹向东侧的火车站。消防中队 指挥员询问在场知情人得知，上午 10 时左右，该“煤山” 下角处自燃起来，也没当回事，没想到下午随着西北风变成 名副其实的“火焰山”了。经了解，该院内堆积“煤山”总 面积约 10 万平方米、储存有上百万吨煤炭
4、，而煤堆与煤堆 之间相连，离“煤山”不远处的东侧是火车站，北侧是中石 化锡林郭勒盟油库，如火势得不到及时控制，将会造成火烧 连营，吞噬整个“煤山”，殃及火车站和油库，后果不堪设 想。随即，根据现场情况，消防中队指挥员果断下达命令 消防车辆停靠在北侧的安全地带，1 号车出一只水炮先是扑 灭离消防车辆最近起火的煤炭，然后占据有利地势对着火部 位进行猛攻；2 号车出一只水枪也是先扑救车辆周边火灾， 之后对煤堆相连之处进行阻截、歼灭；其余人员进行现场疏 散及供水。由于着火面积过大，消防车辆载水量有限，消防 二中队指挥员向指挥中心汇报，请求支援。随即锡林浩特市 消防一中队出动 2 辆消防车、8 名指战员
5、赶赴现场增援。两 个消防中队官兵从西侧开始逐步向东侧射水扫描，继续喷水 进行降温及清理残余火星，防止煤堆复燃，经过 2个小时的 奋力扑救，大火被彻底扑灭，待再次检查确保无复燃的可能 后，消防指战员才返回。此次灭火出动消防官兵 20 余人次， 用水量 30吨，过火煤炭约数百吨。肯 据了解，该煤站曾于2008年12月16日20时43分自 燃起火，消防指战员顶着大雪冒着严寒与火魔展开近4个小 时的拼搏，大火得到有效控制。事隔三个月又再次起大火。3. 延吉2 00平方米煤堆自燃肯2010年1月15日13时36分，延吉市爱得山庄附近 一堆近200平方米原煤发生自燃，需要紧急救援。延边消防 支队延吉大队接
6、到报警后，迅速出动2辆水罐消防车、10名 指战员赶赴火场。1 3 时 47 分，消防官兵到达火场后分成两 组进行营救，一组对正在燃烧的煤堆进行扑救，另一组协助 煤场负责人利用铲车将未燃煤堆隔离。经过近两个小时的扑 救，火势得到有效控制。随后，消防员又仔细地对火场周围 进行检查，确保无明火后，组织煤场相关负责人用铲车将过 火煤堆进行分离，并将其摊平、冷却，防止发生复燃。延边信息港Www. Yb ToP. CoM4. 煤田自燃我国古典名著西游记中，有一段唐僧师徒四人途经 火焰山的故事，“火焰山遥八百程，火光大地有名声”。其 实，在我国西域的新疆，像火焰山这样的处所何止一处。据 资料披露，新疆 88
7、 个煤产地中，有火区 42 个，面积约 150 平方公里，烧失煤炭资源约 38 亿吨。为此，新疆还专门设 臵了煤矿灭火工程处，下面是该处资料中的几个具体例子。肯奇台县将军庙煤田火区，据记载从唐朝开始采煤，采后无封闭措施，引起煤层自燃，地面景观为火烧山；肯 阜康煤产地的火烧山脊，长52公里，宽290米，燃烧深度50400米，面积1508平方公里；肯 乌鲁木齐西山火区，燃烧已经200年，其中四道岔火区长65公里的范围内，地表明火几乎连成一片；肯 铁厂沟火区，烟雾弥漫，燃烧气味浓，温度高达 10001以上，岩石被烧红、烧碎，导致地表崩裂、塌陷长度 达 2 5 公里。肯除了我国的新疆之外，美国的16个
8、州中，计有260 处地下煤田在燃烧。它们有些发生在废弃了的矿井中，有的 发生在还未开采的露天煤田中。肯 澳大利亚新南威尔士州斯科涅城附近一座冒烟的小 山，多少年来一直被当地居民看作神灵在敬奉着。据地质人 员查明，这是该处地下 150 米深处的煤层在燃烧。煤田大火有被闪电点燃的，有由草原烈火引起的，也可 能是自燃或人们抛弃的火种所点燃。但煤炭自燃必须具备三 个条件：一是煤层本身有自燃倾向，二是有连续并适量的空 气供给，三是极差的散热条件。二、影响煤炭自燃的因素：1. 煤炭自身特性1 ）自燃的倾向性。各种煤炭自燃的能力是不一样的，有的很容易自燃，如 褐煤。有的可以自燃，如长焰煤。有的比较难以自燃，
9、如肥 煤、气煤、焦煤。有的不会自然，如贫煤、无烟煤、瘦煤、 弱粘结煤、不粘结煤。2 ）煤的岩石学成分。煤的岩石学成分有丝煤、暗煤、亮煤和镜煤。它们具有不同的氧化性。丝煤在常温下吸氧能力特别强，煤中含丝煤 越多，自燃倾向越大。相反，含暗煤多的煤，一般是不易自 燃的。3）煤的含硫量。同牌号的煤中，含硫矿物（如黄铁矿）越多，越易自燃 煤中含有硫份，硫在一定温度下化学性质发生变化，生成氧 化硫，氧化硫遇水生成稀硫酸，其反应过程为放热过程，提 高了煤堆中的温度。4）煤的孔隙率。煤的孔隙率大，使煤与氧气接触面增加，故易自燃。5）氧气的影响。在各种光、热、雨水等自然力的作用下，煤炭表面与大 气中的氧气接触后
10、发生氧化分解与碎裂，并放出热量，同时 形成新的表面，新表面又再次氧化，如此反复循环，导致煤 堆温度不断上升，逐渐达到自燃的温度。6）煤的水分。煤层的自燃危险性往往和煤的湿润程度，甚至空气中的 相对湿度有关。煤孔隙内水分的存在，将降低煤吸附氧气的 能力，减小煤的自燃性倾向。但煤堆中一定量的水份促使煤 中的各种反应的进行，如硫份的酸化，产生的热量又加快了 氧化反应过程，加剧了煤的自燃。 水分对煤炭自燃的影响在含硫煤中，水分是黄铁矿氧化所必需的物质。黄铁矿氧化成为三氧化二铁及三氧化硫，在有水分参加 的情况下，可以形成硫酸，它是很强的氧化剂，更加速煤的 氧化。这种反应在低温下即可进行，而且均为放热反应
11、，释放 的热量比煤炭氧化放出的热量高 2 倍，这将使煤体的活性机 构能够更快地达到反应所需的活化能，导致体系热量加速增 加，达到煤的着火点而发生着火燃烧。而且黄铁矿氧化时， 体积增大，对煤产生胀裂作用，使煤体裂隙扩大和增多，从 而增加了煤与空气的接触面积，进而促进煤的低温氧化。如果煤体含有较多的水分，过量的水分就会在煤体的表 面形成一层水膜，隔绝氧气，即便有少量的氧气被煤体吸附， 所放出的热量大部分也会被水分蒸发而吸收和消耗掉，使煤 体周围的热量难以积聚，从而延缓煤的自热升温。但少量的 水分却会起到恰恰相反的作用，少量水分在与煤体接触时会 放出润湿热使煤体升温，润湿热随煤体初始水分含量的降低
12、而增加。同时，气化后的水蒸气在煤体发热区周围产生凝结， 放出气化热，从而使煤体周围环境的温度升高，形成热反馈。 而由于水分含量较少或脱水后的煤体会形成更多、更大的孔 隙通道或裂隙，增大了煤体的孔隙率，使煤体具有更大的内 部表面积。煤体也会获得大量与氧气接触的机会，从而增加 煤的自热氧化，促进煤体的升温。结论：充分增加煤体的外在水分，使煤体保持一定的水 分含量，在早期可以延缓或抑制煤炭自燃的进程。随着煤体 外在水分的减少，水分对煤体的氧化升温又起到了催化作 用，从而加剧了煤体的自燃。所以，浇水降温不是防止煤炭 自燃的长效办法。2. 地质、开采因素1）煤层厚度和倾角。煤层厚度和倾角越大，自燃危险性
13、 越大。这是因为开采厚煤层或急倾斜煤层时，煤炭回收率低， 采区煤柱易遭破坏，采空区不易封闭严密和漏风较大所致。2）煤层埋藏深度。煤层埋藏深度增加，煤体的原始温度 增加，煤内自然水分减少，这将使煤的自燃危险性增加。3）地质构造。煤层中有地质构造破坏的地带（如褶曲、 断层、破碎带和岩浆侵入区等），煤炭自燃比较频繁。因为， 这些地区煤质松碎，有大量裂隙，从而增加了煤的氧化活性 和供氧通道与氧化表面积。4）围岩性质。顶底板的物理机械性（结构、硬度、可塑 性等）也能在一定程度上影响煤炭的自燃过程。如果顶板坚 硬不易冒落，就会造成煤层和煤柱破坏，煤炭就易于自燃。 如果顶板易于垮落，并在垮落之后，能够严密地
14、充填采空区 而又压实，自燃就不会发生。5）煤的瓦斯含量。煤孔隙内存在的瓦斯能够占据煤的孔 隙空间和内表面，降低煤的吸氧量，瓦斯逸出后，就构成煤 炭加剧氧化的条件。6）开拓开采条件。它是影响煤炭自燃的重要因素。能保 证煤层切割少、煤柱少、及时隔绝采空区的开拓系统，以及 巷道布臵简单、煤炭回收率高、采空区的漏风少、后退式开 采的采煤方法，可以降低煤炭的自燃性。7）通风制度。煤炭氧化生成的热量及其热量的集聚同风 速有直接的关系。当风速过小时，供氧不足，氧化生成热很 少，易散失掉。当风速过大时，氧化生成热被风流带走，同 样不能形成热集聚，不能发生自燃。只有当风流流动而且风 速又不大的情况下，煤才能自燃
15、。一般认为，风速为 0.02m/s 至 0.05m/s 时，是有利于自燃的风速，采空区、煤巷冒落处、 垮帮处及煤柱裂隙地点的漏风，往往具备了自燃发火的条 件。三、煤堆自燃的部位 根据电力、冶金、煤炭和水泥行业的煤堆发生自燃 的实际情况看，发生自燃的部位既不在煤堆的表面，也不在 煤堆深部，而在表层以下。在自然堆积状况下，可将煤堆分 为 3 层。1冷却层：煤堆的表层，约0. 515m厚，该层煤较松 散，与空气接触充分，虽发生氧化反应，但散热条件好，所 以一般不会发生自燃。2氧化层：该层位于冷却层以下，厚度在1 4m左右，具备煤自燃的所有条件，达到自然发火期即会自燃。3. 窒息层：该层位于氧化层以下，煤层相对压实，供氧 不充分，且含水率较高，氧化程度较低，不易发生自燃。四、煤堆自燃前的征兆1. 自燃的潜伏期。煤炭的自燃，不是在煤变松和强烈的空气流入以后立即 发生的，它是要经过一个聚热的潜伏期才会发生。这种潜伏 期较长，通常在 90天以内。2. 自燃的季节。各个产地的煤自燃的季节及温度也常不同，有不少煤在 夏季高温时易自燃；也有在春、秋季，特别是连绵阴雨天， 空气中湿度大，煤堆的热量不易散发，也容易自燃。甚至还 有些煤种冬天下雪天更易自燃，煤中焦炭在低温下易吸附氧 气氧化。大同煤焦炭含量高，雪是很好的保温物质，因此在 下雪季节，要注意大同煤自燃。
