上海廟西部礦區儲煤自燃監測預警及防控技術

王 敏 張磊鑫 姜 偉

(新礦內蒙古有限責任公司，內蒙古 鄂爾多斯 016299)

1 概 況

山東能源新礦集團內蒙能源公司堆煤儲量分別為8萬t和14萬t。煤含硫量為3%左右，易自燃，堆煤時間已超過3個月。儲煤高度均大于10m，分層壓實布置，但儲煤堆表層通風良好。受煤質與銷量的影響，儲煤還需要有3個月的時間才能完成銷售，而煤堆自然發火期為3～6個月，一旦出現煤堆自燃，將會給公司帶來很大的經濟損失和社會影響。

2 煤堆自燃因素的確定

煤堆自燃的形成主要受煤質、水分、揮發分、粒徑等因素影響。內蒙能源煤含硫量為2.8%～3.2%，水分含量為11%左右，灰分為8%～10%。高硫煤是易自燃煤種之一，而水分是煤炭自燃的催化劑，揮發分較高的煤種揮發分活性強且易燃。通過研究確定了煤堆易自燃的區域主要分布在：煤堆底層周邊、煤堆交匯處、煤堆向風面、過水區域、斷面疏松區。由于內蒙地區降水量相對較少，堆孔隙內相對濕度較其他季節更高，煤中水分向大氣逸散的趨勢更加明顯，氧量交換更頻繁，煤炭對氧的吸附能力增強，煤的氧化處于相對活躍期。由于早晚溫差大，煤堆堆積厚度大，形成自然風壓大，煤堆裂隙存在漏風，極易氧化自燃。通常，煤堆自燃大概分四個階段：氧化蓄熱初期、氧化蓄熱中期、氧化蓄熱后期和自燃擴展期。常用滅火方法有煤堆底層周邊機械化處理，正確使用水滅火，合理組堆減少向風面，熱棒移熱技術，自燃風險高的煤于專區儲存或與灰分高的煤混合儲存等。內蒙能源采用綜合治理措施防止自燃，對煤堆中自燃蓄熱高溫區域進行深部熱量轉移，減少煤堆自燃的因素，確保了煤堆的安全儲存。

3 儲煤自燃監測預警及防控技術實施

采用理論分析、實驗測定、數值模擬和現場工業試驗相結合的研究方法，結合地面煤堆研究煤自燃發生及發展的全過程，確定煤自燃過程中特征溫度及與之相對應煤炭自燃程度判定指標，判定提出煤堆自燃危險區域，提高儲煤場所的防滅火能力。

3.1 地面儲煤場所自燃危險區域特點和規律

實驗測定2個不同煤場堆積類型（煤堆、封閉煤場、煤倉）的最短自然發火期，在不同氣候條件下自燃特征溫度及自燃程度判定表征參數。

（1）通過工業分析測試得到煤的含水量、灰分、揮發分和固定碳等。選用全自動吸附儀，測試煤樣的孔徑分布，對比表面積及真密度等煤樣的基礎物性參數，確定煤樣本身性質對煤樣的氧化性的影響。

（2）利用程序升溫實驗臺在不同煤體溫度情況下，測試不同煤樣的耗氧特性及其他自燃特性參數。確定煤自然發火期，測算出煤自燃全過程中的放熱強度、耗氧速率、各種指標性氣體的產生率等特性參數，這些指標對原煤的堆放使用周期具有指導意義。

（3）采用傅里葉紅外光譜和熱重分析聯用實驗系統，研究煤在不同氧氣濃度情況下，從室溫開始被空氣氧化而達到著火點以至燃燒結束時煤的重量變化全過程，以及煤氧化過程中氣態產物的變化規律。掌握煤自燃特征溫度點、活性炭表面官能團的氧化種類和數量。

（4）采用微量熱儀C80實驗系統，確定煤在空氣條件下氧化升溫的放熱量及放熱的真實溫度，從而判定煤的自燃性能。

3.2 地面儲煤場所煤自燃在線監測預警技術

地面儲煤場所煤自燃在線監測預警系統集多參數氣體傳感器、溫濕度傳感器、壓差傳感器、無線自組網技術、嵌入式web、Internet、數據庫、云網絡、APP等技術于一體，搭建了一種基于云網絡的地面儲煤場所煤自燃在線監測預警管控平臺。系統主要由礦用本安型多參數傳感器、礦用監測基站及監測預警軟件三部分構成。礦用本安型多參數傳感器通過無線自組網的形式將采集的煤自燃多參數信息發送到監測裝置主機，通過其內置的嵌入式處理器進行處理以及協議的封裝，然后再通過地面網絡交換機發送到網絡內的監控服務器，實現了儲煤堆煤自燃特征信息的遠程網絡化實時動態監測預警，解決了目前現場人工巡檢存在的工作量大、信息量少、漏報率高、時效性差等問題。

結合堆煤自燃危險區域情況，分別在煤堆上施工鉆孔6個，通過鉆孔向煤體內采集溫度、指標氣體，能夠實時對地面儲煤堆煤樣自燃過程進行監測，實現煤堆自燃的早期預報。將多參數無線傳感器主要布置在地面煤堆內壁距地面3m處，分別堆煤各施工6組鉆孔，通過采樣束管采集氣體與溫度信息分析，將特征信息傳輸到無線監測裝置主機。確定煤堆易發生自燃危險區域，確定防火重點監測。

3.3 地面煤堆自然發火預控技術實施

內蒙能源公司通過在2個煤堆重點區域進行布點監測及布控，對煤自燃危險區域的判定，對可能自燃的4個區域，有效布置8個導熱棒及導熱管，促使煤堆熱量通過導熱管得以釋放，防止熱量積聚，確保地面煤堆的安全。并建立快速滅火系統，形成動態立體防控圈，解決火災的快速控制問題。

4 結 語

儲煤自燃監測預警及防控技術的應用，確保了煤堆儲存過程的安全，為煤堆自燃的預測及防治奠定基礎，能夠有針對性的防控地面煤堆自燃，建立起地面煤堆自燃綜合防火技術體系，具有較為廣泛的推廣意義。