一、露天礦自然發(fā)火的條件
1.煤炭自燃發(fā)火必須具備以下條件
(1)具備低溫易氧化的特性。煤體以破碎或破裂狀態(tài)存在,完整的煤體很難發(fā)生自然發(fā)火。
(2)具備連續(xù)供氧的條件。只有連續(xù)供氧,煤體的氧化才能不斷地進行,連續(xù)地產生熱量。
(3)煤體氧化生成的熱量易聚難散。煤體的發(fā)熱速度大于散熱速度,直到升高到煤體燃點。
二、露天礦自然發(fā)火的特點
1.季節(jié)性較強。大多數發(fā)生在春秋兩季,受外界環(huán)境氣候影響大。
2.火區(qū)深度不深,燃燒方向由外向內?;饏^(qū)一般在距暴露面0. 5~3m的破碎煤體中,當發(fā)現煤體暴露面處的溫度異常時內部火勢已形成。
3.火區(qū)易復燃,較低的氧濃度就可維持高溫煤體溫度不下降。除與煤的化學、物理性質相關外,還與露天礦開采方法、煤體風化破碎、采場風流氣壓等條件相關聯。
三、露天礦自然發(fā)火的規(guī)律
露天煤層的自然發(fā)火受其產生的氧化熱與熱傳導和對流形成的熱擴散之間平衡狀況的制約,粒度、供氧條件以及周圍環(huán)境條件等都對自然發(fā)火有影響,過程很復雜的。根據對伊敏露天礦、霍林河南露天礦、云南小龍?zhí)堵短斓V等煤層自然發(fā)火有關系的要素、自然發(fā)火過程的變化規(guī)律進行的檢測研究結果表明:
1.露天煤炭自然發(fā)火發(fā)展進程與煤炭內部結構復雜性及露天礦地質、開采和環(huán)境條件密切相關,煤炭固有水分,粒度和供氧濃度對氧化自燃速度影響很大,煤的粉化性越強,供氧條件越充分氧化自燃速度越快。
2.露天礦煤炭自然發(fā)火是碎煤表面吸附氧發(fā)生緩慢氧化蓄熱產生的,從常溫到60℃左右,煤的氧化以低而緩慢的速度進行,60℃~110℃時氧化速度加快,110℃以上氧化反應活潑化,進入激烈氧化階段,隨著激烈氧化的發(fā)展,爆發(fā)明火。
通過大量室內和現場自燃發(fā)火周期試驗,煤體的自然發(fā)火溫度變化可劃分為以下階段:
第一階段:低溫氧化階段(氧化自熱孕育期),煤體內部溫度為常溫~30℃左右,升溫率0.5℃/d,煤體有自燃的可能。
第二階段:氧化升溫階段(氧化自熱發(fā)展期),煤體內部溫度為30~60℃左右,升溫率1℃/d,煤體已發(fā)生氧化反應,煤體溫度逐漸升高。
第三階段:氧化升溫加速階段(氧化自熱加速期),煤體內部溫度為60~110℃左右,升溫率10℃/d,煤體氧化反應加速,煤體臨近自燃溫度。
第四階段:激烈氧化階段(氧化自燃發(fā)火期),煤體內部溫度為110℃至燃點,隨著激烈氧化的發(fā)展,爆發(fā)明火。
從煤體的自然發(fā)火溫度變化階段看,由于露天開采是從敞露地表的采場采出煤炭,CO等標志氣體測量難度、差異大,作為劃分煤體自然發(fā)火階段偏差難控制,而煤體溫度變化既能表示氧化現象,又能表示氧化程度,是一個即可定性,又可定量的綜合指標。
露天煤礦只要系統地測定煤體溫度的變化,便可作為判定煤體自然發(fā)火階段(期)的依據,在煤體的溫度達到60~70℃之前進行及時治理,如:灑水降溫、噴灑阻化劑、封閉隔氧等,有效防止煤體自然發(fā)火的發(fā)生。
四、露天礦自然發(fā)火防治技術要求
煤自燃是一個極為復雜的、動態(tài)變化的、自動加速的物理化學過程,其實質是一個緩慢地自動放熱、聚熱、升溫,最終引起燃燒的過程,形成的關鍵是熱量的自發(fā)產生和熱量的逐漸積聚。煤的表面活性結構濃度、氧濃度和溫度是影響煤自燃的主要因素,露天礦防滅火主要從三個方面著手:一是隔離煤氧接觸;二是降低煤溫使煤氧化放熱強度降低;三是惰化煤體表面活性結構降低煤氧復合速度。
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