煤礦矸石山噴爆預防問題淺析

摘 要：該文在概述矸石山噴爆現象及其危害基礎上，從矸石山噴爆成因、自燃預防與預測、自燃滅火和矸石山采挖過程中噴爆的預防幾個角度，探討了煤礦矸石山噴爆預防問題；以期對提高煤礦矸石山安全管理水平有所幫助。

關鍵詞：矸石山 噴爆 預防 煤礦

中圖分類號：TD712.7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（b）-00-01

煤礦矸石山很容易發生自燃，進而發生噴爆；主要表現為高壓氣體作用下熱煤矸石放射狀噴射，距離可達百余米，噴泄量可達數百立方米。噴爆的發生直接威脅礦區工人人身安全以及附近生產、建筑設施。噴爆，如發生矸石山滑坡或崩塌，還會干擾煤礦正常排矸。在人們環境保護意識大幅提高的今天，減少矸石山噴爆引發的災害以及悲劇的發生，研究與分析煤礦矸石山噴爆預防問題具有重要意義。

1 煤礦矸石山噴爆成因分析

煤礦矸石山中富含硫鐵礦、殘存煤和油頁巖等物質，它們與矸石堆積空隙中的氧氣很容易發生氧化反應而放出在大量的熱。在一般情況下，煤矸石都是處于陰燃狀態，但也可能隨著可燃物富集狀態的改變、加之外部通風條件和內部溫度條件的急劇變化，使矸石發生劇烈自燃。由于矸石山積壓、密閉的環境使燃燒熱能和產生的氣體不能及時散發，產生大量熱積累；特別是燃燒過程中產成大量CO、SO2、H2、H2O、CH2等可燃氣體也會發生燃燒，在矸石山表層無法束縛住內部強大熱能和氣壓的情況下，瞬間釋放出來，形成矸石山噴爆。究其具體產生原因。

（1）可燃物不斷聚集。矸石山主要的可燃物為硫化物、油頁巖和殘存煤等，它們的性質屬易燃、含量富集，在矸石山深處很容易發生局部的自燃，造成熱量積聚無法釋放，而最后發生急劇釋放則形成噴爆。

（2）通風條件急劇改善。煤礦矸石山多由堆積形成。堆積過程中形成錐形，在錐形的下部較容易出現較大孔隙，而中細粒的矸石堆積在上面，形成大體積、多孔的燃燒床局面，當內部通風條件發生改善時，氧氣從矸石山下部孔隙滲入到燃燒區，加劇矸石自燃的發生強度。在供氧充足情況下，矸石自燃受到充足供氧速率影響，會放出與之供氧不足情況下更加大量的熱，如硫鐵礦在供氧充足情況下放熱是供氧不足情況下的三倍，而大量熱能的產生，又會加劇反應發生，矸石山內部較小的孔隙不利于熱對流，熱量、氣體來不及釋放，引發噴爆。

（3）大氣降水影的響。第一，水的進入起到催化劑的作用，加劇矸石中硫鐵礦的反應速率，反應變得異常強烈和復雜，加水情況下的燃燒熱是非加水情況下的2.5倍。燃燒過程中還會產生其他燃燒物，進一步加劇燃燒；第二，水的加入會與的碳生成大量的水煤氣，增加爆燃機率；第三，降水可能在矸石山形成徑流，矸石山上部細小矸石粒會隨徑流移動到中下部，堵塞散熱通道，加速熱量的積累；第四，水的進入使溫度發生變化，起到降溫作用，而降溫則會加速矸石山下部空氣對流，進一步改善給氧條件，加劇自燃發生噴爆。

（4）人工挖掘的影響。人工采挖矸石山過程中，會有效削弱矸石山的覆蓋層，短時間內改變內部通風條件，活化處于陰燃狀態的矸石，人為的創造了矸石燃燒條件，且外表束縛層壓力的驟降，也會噴爆發生變得容易。

2 煤礦矸石山自燃的預防

矸石山噴爆的根本原因是自燃，因此預防矸石山噴爆發生，首先要預防矸石山自燃發生，從自燃的預防、及時的滅火入手防止發生噴爆。預防矸石山自燃措施有多種，歸納起來可以概括為兩種，第一種是減少矸石中包含的可燃物；第二是人為的創造密封的矸石堆放形式。

2.1 減少矸石包含的可燃物

（1）加強矸石洗選力度，最大限度減少矸石中煤的殘存量。（2）采用比重分異辦法洗煤，目的是去除煤矸石中含有的硫化物。（3）逐步回收煤矸石中的熱能。通過建設鏈床式的矸石燃燒爐，一方面有回收熱量的作用，另一方面則能進一步活化矸石，使其可以用于建筑材料生產。

2.2 人為營造密封的矸石堆放形式

（1）平面碾壓式堆放。該種方式是通過人為碾壓矸石山的方式，降低矸石空隙，增大其表層覆蓋面積，以此增加表層束縛力。（2）填埋式堆放。該種堆放方式主要是通過人為挖掘的辦法降低排矸場的地表高度，但要求高度要保持在地下水位之上，最后將矸石掩埋至坑中，而原排土則是作為矸石分層和覆蓋使用。

3 煤礦矸石山自燃的預測

矸石山自燃預測工作，主要是“診斷”高溫區，在早期將火滅掉，防患于未然。當前有很多種煤礦矸石山自燃預測方法和技術手段，但實際開展過程中卻不是很得力、效果有效。實踐證明有效的方法主要有：（1）測溫法。主要是在矸石山周圍布設觀測網點，利用熱電偶或者熱像儀直接探測矸石山表層和深處的溫度，以此確定高溫區域，以便做好準備提前滅火?！霸\斷”高溫區技術基本已經實現了計算機集中分析與控制。（2）自燃標志氣體法。自然標志氣體法主要是檢測由于煤矸石自燃釋放的CO、CO2、H2S等氣體變化情況，依據不同環境溫度下氧化產生的氣體種類、數量變化情況，利用傳感器實時檢測相關氣體的濃度，以此圈定矸石山可能發生自燃區域。

4 煤礦矸石山自燃的滅火

煤矸石有很強的緩慢自燃特性，在發現自燃情況下予以及時的滅火能有效防止噴爆發生。比較有效的滅火措施，如灌漿、注漿、挖掘以及及進碾壓壓實等；最好采用多種方法綜合使用的方式，效果會更好。需要注意的是在使用挖掘法之前，需要先對自燃區域進行注漿降溫，否則挖掘過程中引發矸石山噴爆，會造成更大的人員傷亡和損失。

5 煤矸石開發過程中噴爆的預防

礦區最大的污染源就是煤礦矸石山，但其也是比較有開發和利用價值的資源之一。煤矸石被廣泛用于建筑材料水泥、砂漿的生產以及陶料、型材等的生產。如果煤礦矸石山發生噴爆，更多的是給開發者造成傷害，面對這一隨時都有可能 “發怒”的矸石山，一定要事先掌握好噴爆發生規律，在生產過程中特別需要注意：（1）如果已經確定矸石山發生自燃，在雨后一定不要急于復工或者予以采挖。如前所述大氣循環產生的降水，尤其是間歇性的大氣降水，更容易引發矸石山噴爆。（2）大風天氣情況下一定要謹慎生產。大風天氣下施工可能會直接改變矸石山自燃區域的通風條件，給氧量和給氧速度急劇變化，加速矸石山自燃，進而發生噴爆。如果確定需要開工生產，一定要在矸石山的背風面采挖，會一定和度上提高生產安全性。

參考文獻

[1]張弘弛.預防矸石山自燃在“動態”中掌控技術要點[J].能源環境保護，2011（5）.

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