上海庙西部矿区储煤自燃监测预警及防控技术

王 敏 张磊鑫 姜 伟

(新矿内蒙古有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 016299)

1 概 况

山东能源新矿集团内蒙能源公司堆煤储量分别为8万t和14万t。煤含硫量为3%左右，易自燃，堆煤时间已超过3个月。储煤高度均大于10m，分层压实布置，但储煤堆表层通风良好。受煤质与销量的影响，储煤还需要有3个月的时间才能完成销售，而煤堆自然发火期为3～6个月，一旦出现煤堆自燃，将会给公司带来很大的经济损失和社会影响。

2 煤堆自燃因素的确定

煤堆自燃的形成主要受煤质、水分、挥发分、粒径等因素影响。内蒙能源煤含硫量为2.8%～3.2%，水分含量为11%左右，灰分为8%～10%。高硫煤是易自燃煤种之一，而水分是煤炭自燃的催化剂，挥发分较高的煤种挥发分活性强且易燃。通过研究确定了煤堆易自燃的区域主要分布在：煤堆底层周边、煤堆交汇处、煤堆向风面、过水区域、断面疏松区。由于内蒙地区降水量相对较少，堆孔隙内相对湿度较其他季节更高，煤中水分向大气逸散的趋势更加明显，氧量交换更频繁，煤炭对氧的吸附能力增强，煤的氧化处于相对活跃期。由于早晚温差大，煤堆堆积厚度大，形成自然风压大，煤堆裂隙存在漏风，极易氧化自燃。通常，煤堆自燃大概分四个阶段：氧化蓄热初期、氧化蓄热中期、氧化蓄热后期和自燃扩展期。常用灭火方法有煤堆底层周边机械化处理，正确使用水灭火，合理组堆减少向风面，热棒移热技术，自燃风险高的煤于专区储存或与灰分高的煤混合储存等。内蒙能源采用综合治理措施防止自燃，对煤堆中自燃蓄热高温区域进行深部热量转移，减少煤堆自燃的因素，确保了煤堆的安全储存。

3 储煤自燃监测预警及防控技术实施

采用理论分析、实验测定、数值模拟和现场工业试验相结合的研究方法，结合地面煤堆研究煤自燃发生及发展的全过程，确定煤自燃过程中特征温度及与之相对应煤炭自燃程度判定指标，判定提出煤堆自燃危险区域，提高储煤场所的防灭火能力。

3.1 地面储煤场所自燃危险区域特点和规律

实验测定2个不同煤场堆积类型（煤堆、封闭煤场、煤仓）的最短自然发火期，在不同气候条件下自燃特征温度及自燃程度判定表征参数。

（1）通过工业分析测试得到煤的含水量、灰分、挥发分和固定碳等。选用全自动吸附仪，测试煤样的孔径分布，对比表面积及真密度等煤样的基础物性参数，确定煤样本身性质对煤样的氧化性的影响。

（2）利用程序升温实验台在不同煤体温度情况下，测试不同煤样的耗氧特性及其他自燃特性参数。确定煤自然发火期，测算出煤自燃全过程中的放热强度、耗氧速率、各种指标性气体的产生率等特性参数，这些指标对原煤的堆放使用周期具有指导意义。

（3）采用傅里叶红外光谱和热重分析联用实验系统，研究煤在不同氧气浓度情况下，从室温开始被空气氧化而达到着火点以至燃烧结束时煤的重量变化全过程，以及煤氧化过程中气态产物的变化规律。掌握煤自燃特征温度点、活性炭表面官能团的氧化种类和数量。

（4）采用微量热仪C80实验系统，确定煤在空气条件下氧化升温的放热量及放热的真实温度，从而判定煤的自燃性能。

3.2 地面储煤场所煤自燃在线监测预警技术

地面储煤场所煤自燃在线监测预警系统集多参数气体传感器、温湿度传感器、压差传感器、无线自组网技术、嵌入式web、Internet、数据库、云网络、APP等技术于一体，搭建了一种基于云网络的地面储煤场所煤自燃在线监测预警管控平台。系统主要由矿用本安型多参数传感器、矿用监测基站及监测预警软件三部分构成。矿用本安型多参数传感器通过无线自组网的形式将采集的煤自燃多参数信息发送到监测装置主机，通过其内置的嵌入式处理器进行处理以及协议的封装，然后再通过地面网络交换机发送到网络内的监控服务器，实现了储煤堆煤自燃特征信息的远程网络化实时动态监测预警，解决了目前现场人工巡检存在的工作量大、信息量少、漏报率高、时效性差等问题。

结合堆煤自燃危险区域情况，分别在煤堆上施工钻孔6个，通过钻孔向煤体内采集温度、指标气体，能够实时对地面储煤堆煤样自燃过程进行监测，实现煤堆自燃的早期预报。将多参数无线传感器主要布置在地面煤堆内壁距地面3m处，分别堆煤各施工6组钻孔，通过采样束管采集气体与温度信息分析，将特征信息传输到无线监测装置主机。确定煤堆易发生自燃危险区域，确定防火重点监测。

3.3 地面煤堆自然发火预控技术实施

内蒙能源公司通过在2个煤堆重点区域进行布点监测及布控，对煤自燃危险区域的判定，对可能自燃的4个区域，有效布置8个导热棒及导热管，促使煤堆热量通过导热管得以释放，防止热量积聚，确保地面煤堆的安全。并建立快速灭火系统，形成动态立体防控圈，解决火灾的快速控制问题。

4 结 语

储煤自燃监测预警及防控技术的应用，确保了煤堆储存过程的安全，为煤堆自燃的预测及防治奠定基础，能够有针对性的防控地面煤堆自燃，建立起地面煤堆自燃综合防火技术体系，具有较为广泛的推广意义。