特大型儲煤倉自燃發火治理技術＊

周 平，邢立杰，范向軍，劉 芬

(徐礦集團郭家河煤業有限責任公司，陜西 寶雞721500)

0 引 言

高產高效集約化礦井已成為現代礦井發展的趨勢［1-3］，在神華、淮南、晉城、同煤等礦區，一些礦井的生產能力已達10 Mt/a 以上，并且礦井工作面數量縮減至1 -2 個，基本達到一礦一面或者一礦兩面就可以完成生產任務［4-6］。由于綜合機械化釆煤開釆強度大、生產集中、推進速度快，勢必使得工作面煤炭外運速度加快，外運時間縮短，直接送入礦井地面儲煤倉［7-9］。綜合對煤質、管理、環境等方面的考慮，儲煤倉被設計成封閉的筒倉結構。郭家河煤礦儲煤倉就是筒倉結構，其容量為3.3 萬t，居國內前列。

煤倉內松散煤體的蓄熱條件好，儲存熱量大，難以釋放，高溫范圍大，滅火難度大。大量的可燃可爆氣體在煤倉內積聚，遇火源極易發生爆炸，滅火危險性大［10-11］。礦井儲煤倉發生事故，勢必影響礦井生產的整體運行，對礦井安全高效生產產生嚴重影響。近幾年礦井機械化水平不斷提高，煤炭產量持續增加，儲煤倉發火現象頻發，己經成為郭家河煤礦安全、高效生產的嚴重問題之一。

1 郭家河儲煤倉簡介

太陽能儲煤倉:高度76 m，內徑35 m，3 個原煤倉可儲原煤10 萬余噸，原煤倉安裝了太陽能光伏面板，發電量滿足了礦區道路的照明，既降低倉壁溫度及發火的風險，又美化了礦區環境。

煤炭在儲存過程中自燃現象經常發生，如地面煤堆、煤倉自燃著火，產生大量的有毒有害氣體，造成了巨大的資源浪費和嚴重的環境污染。郭家河煤礦儲煤倉為圓桶型封密閉式鋼筋混凝土結構，直徑為35 m，高度為76 m，在國內屬大型地面儲煤倉之一，倉頂有入煤口4 個，自然通風孔10個，倉底有放煤口9 個，單個儲煤倉設計儲煤量3.3 萬t. 在早期投產時，因經驗不足，煤倉內煤未能放空，造成內部熱量積聚，導致煤自燃著火，煤倉頂部出現冒煙，受到煤倉的“煙囪效應”，冒煙的情況越來越嚴重，最后出現明火，導致放煤口出現燒紅結焦，給安全生產帶來了極大的隱患，儲煤倉照片如圖1 所示。

圖1 儲煤倉照片Fig.1 Coal storage

2 儲煤倉發火原因

根據現場實際情況，結合煤的特性和儲煤倉的結構，現對儲煤倉發火原因分析如下。

1)儲煤倉容量大，居國內前列，易儲存熱量。

2)煤的自燃特性。郭家河煤礦3#煤層，1305工作面煤樣自燃傾向性等級屬Ⅰ類，容易自燃，最短自燃發火期為37 d.

3)倉內煤炭滯留時間過長，煤堆內部氧化反應產生的熱量得不到很好散失，長期積聚升溫，導致煤炭“自燃”。

4)倉壁的粘壁現象。由于煤中含有一定的水分，在倉壁或漏口壁的積煤，受存煤壓實的影響被擠壓在倉壁上，與倉壁緊密粘在一起，就出現了粘壁現象。

5)空氣炮增加了供氧量。現在多數儲煤倉運用了空氣炮破拱防堵裝置，對解決儲煤倉堵煤問題收到了明顯的效果，起到效果的同時也增加了煤倉內部的供氧量，對儲煤倉防滅火十分不利。

預防和消除圓筒煤倉煤炭自燃:一是減少倉內漏風量;二是縮短倉內煤炭的滯留時間。實際生產管理，要做到這兩點有一定難度。這就需要從技術上設計出更加科學合理的圓筒儲煤倉，并從管理上掌握倉內煤炭的狀況。

3 儲煤倉滅火處理方案

郭家河煤礦在儲煤倉發火技術研究吸取了國內先進做法，根據現場實際情況，提出2 種方案對儲煤倉進行處理，方案如下。

方案1:用高速水霧噴頭在放煤口放煤滅火。

在擋箱上安裝噴頭，此噴頭角度對準給煤機出煤位置，并在每個放煤口的皮帶上加設噴霧架桿，每個腳桿上安裝2 個噴頭，架桿數量根據發火情況增加。

優點:需要人員少，材料成本低，操作簡單，速度快。

缺點:受儲煤倉內煤量限制。

方案2:用惰化性能好的液態二氧化碳滅火。

根據發火位置，在放煤口向儲煤倉內打眼，插入花管，再用高壓膠管與儲存液態二氧化碳槽車直接連接，向儲煤倉內壓注液態二氧化碳滅火。

優點:降溫效果好、不受儲煤倉內煤量限制。

缺點:成本較高、工序較復雜、需要人員多。

3.1 方案確定

通過從成本、工藝、倉位、人員3 方面對方案1與方案2 進行比較，采用高速水霧噴頭在放煤口放煤滅火為主防滅火措施，迅速放煤，從而控制火區的進一步發展，同時根據儲煤倉實際情況和火區治理的緊迫性與安全性，將儲煤倉上方的噴淋降溫和放煤口放煤高速水霧噴頭滅火同時進行。

3.2 方案具體實施過程

在擋箱上加設一個霧化角度為120°的噴頭，此噴頭角度對準給煤機出煤位置，并分別在每個放煤口前的134#，135#，136#皮帶上加設噴霧架桿，每個腳桿上安裝2 個霧化角度為60°的噴頭，噴霧架桿數量根據發火情況增加，并在放煤口安全范圍內放置一定數量的滅火器材，以上工作就緒后，放煤口開始放煤，嚴格控制各個放煤口的放煤量。噴霧和噴霧架桿安裝示意圖如圖2，3 和4 所示。

圖2 噴霧和噴霧架桿安裝示意圖Fig.2 Installation schematic diagram of spray and spray stand

圖3 擋箱噴霧安裝剖面圖Fig.3 Installation section diagram of carriage spray

圖4 噴霧架桿剖面圖Fig.4 Section diagram of spray stand

首先將各個噴霧設計要求安裝到指定位置，根據儲煤倉發火情況，安設8 個噴霧架桿，并將消防管路按要求鋪設到各給煤機出口備用，以及配備一定數量的滅火器材，同時各轉載點安排專人警戒，防止倉內火勢較大而無法控制及自燃炭在運輸走廊彌漫。保持和運輸控制臺通訊聯絡，設專人檢測工作區域瓦斯、一氧化碳和溫度，及時掌握各種氣體和出煤變化情況。

圖5 儲煤倉自然升溫過程中指標氣體濃度與時間的關系曲線Fig.5 Curve of relation between gas concentration and time in the process of natural warming in coal storage

圖6 儲煤倉自然升溫過程中放煤口溫度與時間的關系曲線Fig.6 Curve of relation between coal exit temperature and time in the process of natural warming in coal storage

4 效果檢驗

從圖5 可以看出，9 月22 日開始，儲煤倉內的CO 濃度不斷升高，同時取氣樣分析，發現CO2也有升高趨勢，在9 月29 日CO 濃度達到最大值321.7 ×10-7，22 日至30 日持續9 天發現有C2H4出現。與此同時，利用便攜式紅外測溫儀對儲煤倉的放煤口進行溫度監測，從圖6 可以看出，部分儲煤倉放煤口溫度從9 月25 日開始持續升高，到9 月30 日106#給煤機周圍溫度最高達到47 ℃，而9 月15 日—9 月25 日區間段的溫度略高于10 月4日—10 月15 日區間段的溫度，此現象只要是由于我礦海拔較高，晝夜溫差較大造成的，屬正常現象，整個溫度曲線呈“牛仔帽”形狀。綜合以上數據分析，判斷儲煤倉已自然發火，且在放煤過程中出現火炭，立即采取相關措施后，于9 月30 日，儲煤倉內的CO，CO2濃度不斷減少，隨后指標氣體C2H4濃度為零，C2H4濃度不斷減少。在10 月7日3#儲煤倉各項標志氣體指標呈正常值，倉內自然現象消除，確保安全生產。

5 結 論

通過對郭家河特大型儲煤倉發火原因進行詳細分析，得出發火最根本的原因是煤倉易儲存熱量，漏風量大和倉內煤炭滯留時間過長。針對儲煤倉發火做出合理的應對方案，及時將發火問題得以處理，使儲煤倉安全穩定運行。郭家河煤礦根據現場實際情況，提出了2 種儲煤倉防滅火方案，通過從成本、工藝、倉位、人員和周期5 方面對其比較后，最終采用高速水霧噴頭在放煤口放煤滅火的方案，處理過程發現該方案滅火周期短、材料消耗少、人員和成本投入少、操作簡單，能有效解決特大型儲煤倉發火問題。處理結束后，并對儲煤倉進行連續監控，最終儲煤倉各項標志氣體指標呈正常值，倉內自然現象消除。

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