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露天矿煤层自然发火的规律及防治技术要求

2023
06/28
02:50
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一、露天矿自然发火的条件

1.煤炭自燃发火必须具备以下条件

(1)具备低温易氧化的特性。煤体以破碎或破裂状态存在,完整的煤体很难发生自然发火。

(2)具备连续供氧的条件。只有连续供氧,煤体的氧化才能不断地进行,连续地产生热量。

(3)煤体氧化生成的热量易聚难散。煤体的发热速度大于散热速度,直到升高到煤体燃点。

二、露天矿自然发火的特点

1.季节性较强。大多数发生在春秋两季,受外界环境气候影响大。

2.火区深度不深,燃烧方向由外向内。火区一般在距暴露面0. 5~3m的破碎煤体中,当发现煤体暴露面处的温度异常时内部火势已形成。

3.火区易复燃,较低的氧浓度就可维持高温煤体温度不下降。除与煤的化学、物理性质相关外,还与露天矿开采方法、煤体风化破碎、采场风流气压等条件相关联。

三、露天矿自然发火的规律

露天煤层的自然发火受其产生的氧化热与热传导和对流形成的热扩散之间平衡状况的制约,粒度、供氧条件以及周围环境条件等都对自然发火有影响,过程很复杂的。根据对伊敏露天矿、霍林河南露天矿、云南小龙潭露天矿等煤层自然发火有关系的要素、自然发火过程的变化规律进行的检测研究结果表明:

1.露天煤炭自然发火发展进程与煤炭内部结构复杂性及露天矿地质、开采和环境条件密切相关,煤炭固有水分,粒度和供氧浓度对氧化自燃速度影响很大,煤的粉化性越强,供氧条件越充分氧化自燃速度越快。

2.露天矿煤炭自然发火是碎煤表面吸附氧发生缓慢氧化蓄热产生的,从常温到60℃左右,煤的氧化以低而缓慢的速度进行,60℃~110℃时氧化速度加快,110℃以上氧化反应活泼化,进入激烈氧化阶段,随着激烈氧化的发展,爆发明火。

通过大量室内和现场自燃发火周期试验,煤体的自然发火温度变化可划分为以下阶段:

第一阶段:低温氧化阶段(氧化自热孕育期),煤体内部温度为常温~30℃左右,升温率0.5℃/d,煤体有自燃的可能。

第二阶段:氧化升温阶段(氧化自热发展期),煤体内部温度为30~60℃左右,升温率1℃/d,煤体已发生氧化反应,煤体温度逐渐升高。

第三阶段:氧化升温加速阶段(氧化自热加速期),煤体内部温度为60~110℃左右,升温率10℃/d,煤体氧化反应加速,煤体临近自燃温度。

第四阶段:激烈氧化阶段(氧化自燃发火期),煤体内部温度为110℃至燃点,随着激烈氧化的发展,爆发明火。

从煤体的自然发火温度变化阶段看,由于露天开采是从敞露地表的采场采出煤炭,CO等标志气体测量难度、差异大,作为划分煤体自然发火阶段偏差难控制,而煤体温度变化既能表示氧化现象,又能表示氧化程度,是一个即可定性,又可定量的综合指标。

露天煤矿只要系统地测定煤体温度的变化,便可作为判定煤体自然发火阶段(期)的依据,在煤体的温度达到60~70℃之前进行及时治理,如:洒水降温、喷洒阻化剂、封闭隔氧等,有效防止煤体自然发火的发生。

四、露天矿自然发火防治技术要求

煤自燃是一个极为复杂的、动态变化的、自动加速的物理化学过程,其实质是一个缓慢地自动放热、聚热、升温,最终引起燃烧的过程,形成的关键是热量的自发产生和热量的逐渐积聚。煤的表面活性结构浓度、氧浓度和温度是影响煤自燃的主要因素,露天矿防灭火主要从三个方面着手:一是隔离煤氧接触;二是降低煤温使煤氧化放热强度降低;三是惰化煤体表面活性结构降低煤氧复合速度。

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