露天煤場的安全管理研究

尉明凈

[摘 要]隨著市場經濟的不斷發展，人們對于能源的需求也隨之增加，促進了火電發電廠的發展。生產煤作為火電發電廠的重要資源，也是火電發電廠燃料管理流程的重要環節，露天煤場的管理不僅影響著火電發電廠的經營管理效益，還影響著生產安全的管理水平。在露天煤場中，如果煤炭長時間處于露天的狀態，那么其將會與空氣中的氧氣產生化學作用，出現氧化自燃等問題，進而引發煤質灰分增加等問題，影響煤礦的安全生產質效以及經濟效益。本文論述了煤的氧化自燃機理以及煤的氧化自燃影響因素，并提出露天煤場安全監管治理策略，希望能夠優化煤場管理的方法，健全露天煤場管理制度，提升露天煤場的安全管理水平，以保障露天煤場的經濟效益。

[關鍵詞]露天煤場；安全監管；管理

中圖分類號：E227 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1722（2022）10-0088-03

如果露天煤場的安全管理工作落實不到位，那么將會引發煤自燃的現象。作為一種較為嚴重的自然災害，煤自燃現象的產生不僅會影響煤炭的生產管理秩序，造成嚴重的經濟以及資源損失，還會給人民的生命財產安全造成危害[1]。為了保障生產管理的需要，大部分的露天煤場都會儲備大量的備用煤，由于備用煤的儲存時間較久，再加上露天煤場安全管理工作不到位，將會出現氧化等問題，不僅會降低煤的質量，還會給煤炭生產管理埋下安全隱患。因此，為了能夠提升露天煤場的安全管理水平，確保露天煤場的正常運營秩序，需要加強露天煤場的管理[2]。

（一）煤的氧化自燃機理概述

作為一種在常溫狀態下會出現緩慢氧化的物料，露天煤礦在置放的過程中將會與空氣產生化學反應，進而出現氧化自燃的現象。如果露天煤場中出現氧化自燃的煤礦未得到及時的處理，而是聚集在煤堆內，那么隨著時間的推移，露天煤場的煤堆中的熱能將會不斷增加，使得煤堆中的溫度也隨之增加，加快露天煤場煤堆中的氧化反應速度，進而使得露天煤場煤堆中所釋放的熱量不斷增多。根據研究數據分析，如果露天煤場的煤堆溫度每增加8～10℃時，那么露天煤場煤堆的氧化速度將會成倍增加[3]。由此可見，露天煤場的煤堆溫度的上升是以加速度的形式出現的，當露天煤場的煤堆自燃所產生的溫度超過60℃以上時，如果露天煤場的安全管理人員未及時采取相應的措施及時處理，那么將會造成大面積的煤堆自燃現象，引發露天煤場的安全管理問題[4]。

（二）煤的氧化自燃階段

露天煤場的煤堆自燃主要可以劃分為兩個階段：第一階段是煤堆初期氧化自熱階段。露天煤場的煤堆主要處于露天的存儲狀態，煤堆與空氣接觸將會自然而然地產生氧化作用。氧氣和水蒸氣是空氣中具有吸附性氣體性質的物質，當其與煤中的礦物質進行接觸時，將會被自動地吸附在煤中的活性官能團中，當煤處于一定的溫度狀態時煤中的活性官能團將會與所吸附的物質發生化學反應，該化學反應為放熱反應，進而使露天煤場的煤堆釋放相應的熱量。與此同時，煤中的FeS2等礦物質將會在放熱反應的影響下與空氣中的物質產生氧化反應，進而釋放出更多的熱量。隨著露天煤場的煤堆所釋放的熱量不斷增加，煤堆周圍區域的溫度也隨之增加，加快煤堆氧化反應的速度[5]。第二階段是煤堆的自燃現場產生階段。當露天煤礦的煤堆內部中的熱量不斷增加，如果露天煤場的安全管理人員未及時發現該問題，導致煤堆所產生的氧化反應的熱量無法得到及時的散發，那么將會在煤堆中形成熱能儲存，造成目標區域煤堆內部的溫度大幅度的上升。在目標區域煤堆內部的溫度上升的過程中，原先煤中的活性官能團所吸附的各種氣體將會被釋放出來，同時煤在氧化自燃中所產生的熱分解也會同步析出硫化氫、一氧化碳等氣體。其所析出的氣體的燃點通常低于煤的燃點溫度，這將會給露天煤場的煤自燃產生重大的影響。當露天煤場的煤堆周圍區域的溫度達到一定值時，這些被釋放或者析出的硫化氫、一氧化碳等氣體將會依附在煤堆表面，呈現出著火燃燒的現象，進而點燃煤堆。

因此，由于煤的氧化自燃的特殊作用，在露天煤場中自燃現象的產生具有明顯的特征，首先是露天煤場的煤堆局部區域出現白氣。其次，經過一段時間的放熱等相關反應之后，露天煤場的煤堆局部區域隨之冒出黃色的煙霧。最后，露天煤場的煤堆局部區域在硫化氫、一氧化碳等氣體的影響下出現著火燃燒的現象，出現紅色的火苗。以生產不粘煤原煤的露天煤場為例，當天氣的溫度處于30℃的狀態時，露天煤場的最短存儲期一般在20天左右，如果當露天煤場的煤堆局部區域冒出白煙之后，那么露天煤場的最短存儲期將會縮短至3天，從側面證明了露天煤場中煤堆的溫度上升主要以加速度的形式呈現的。

（一）煤的氧化自燃內部影響因素分析

1.變質程度

通常情況下，當煤的變質程度提升時，煤在空氣中的耐氧化性能將會隨之增加，降低煤的氧化自燃現象的發生概率。換言之，在相同的環境狀態下，煙煤等變質程度較高的煤礦更容易發生自燃。這是因為煙煤等煤礦自身的變質程度較高，其本身中碳含量的占比較高，與之相對應的是氫含量的占比較小，影響了揮發分的含量，使得刀子煤的燃點處于較高的水平狀態。

2.粒度

煤的粒度與煤的氧化自燃水平有著極為密切的聯系，如果煤的粒度較大，那么煤的表面積將會隨之減少，由于煤的氧化自燃反應主要集中在煤的表面，當煤的表面積變小時，煤的氧化自燃現象的發生概率也會隨之降低。

3.水分含量

水分含量同樣會影響煤的氧化自燃反應，當露天煤場的煤堆溫度上升時，煤自身的水分含量將會影響煤堆溫度的升高。當露天煤場的煤堆溫度處于80～90℃時，如果煤本身的水分處于較高的水平狀態，將會延長煤的氧化自燃反應時間；如果煤的水分蒸發潛能與煤的氧化熱出現嚴重的失衡，將會加快煤的氧化自燃反應的速度。

4.黃鐵礦含量

煤的氧化自燃反應同樣受到煤中黃鐵礦含量的影響，當煤中黃鐵礦與空氣中的氧元素發生化學反應時，那么出現二氧化硫等物質時，這些物質容易釋放出大量的熱量。此外，二氧化硫等物質也是維持煤堆初期氧化自熱階段的重要因素之一。由此可見，如果煤中的黃鐵礦以及硫等元素的含量較大，那么在潮濕的狀態下煤會更容易出現自燃，進而引發露天煤場的安全管理問題。

（二）煤的氧化自燃外部影響因素分析

1.氣候條件

除了內部影響因素之外，煤的氧化自燃還會受到氣候條件等因素的影響。氣候條件因素主要包括溫度以及風力等因素，露天煤場中煤堆所處的溫度是導致煤的氧化自燃反應產生的直接影響因素，如果露天煤場煤堆所處的溫度越高，那么煤堆向外散熱的能力將會受到削弱，進而導致煤堆內部聚集的溫度也隨之增高，加快煤的氧化自燃的速度。而風力能夠影響煤堆向外散熱的能力，如果風力強度上升，那么煤堆向外散熱的能力也會隨之增加，降低煤的氧化自燃過程中所產生的熱量，進而控制煤的氧化自燃的速度。因此，與夏季相比，冬季發生煤的氧化自燃的概率會降低。

2.堆放方式

堆放方式的不同所產生的煤的氧化自燃現象概率也會隨之不同，如果煤的堆放方式呈現出分散的狀態，那么煤堆的厚度將會降低，提高煤堆的散熱能力，導致煤堆的內部難以快速地形成熱的積累，進而降低煤的氧化自燃現象的發生概率。此外，還需要注意的是，如果煤堆下部越不平坦，那么煤的氧化自燃發生的概率也會隨之增加。這是因為煤堆下部處于不平坦的狀態時，容易出現雨水積累，影響到煤堆下部的散熱能力。

3.堆放時間

煤的氧化自燃現象在發生時，其自身的自燃性質以及堆放時間等要素將會呈現出正比的狀態，如果煤的堆放時間較短，那么其自身的氧化變質程度處于較低的狀態，降低煤的氧化自燃現象的發生概率。反之，則會提升煤的氧化自燃現象的概率。

（一）完善露天煤場安全管理機制

1.加強煤堆的存儲管理

為了能夠完善露天煤場的安全管理機制，提高露天煤場的安全監管水平，露天煤場需要加強煤堆的存儲管理。露天煤場在存儲時應當對煤場的現象進行全方位的清理，確保露天煤場能夠處于平整以及干燥的狀態。為了能夠保障露天煤場的存儲工作開展情況，露天煤場還需要對煤場的現場進行規劃，并對所需要儲存的煤礦類型進行歸類，根據煤礦的類型進行分類堆放，確保煤礦的堆放處于整齊合理的狀態。在規劃的過程中應當堅持分段分層存煤的原則，堆煤的長度應當控制在40米以內。此外，露天煤場還應當嚴格安全工作要求落實定點堆料以及程序堆料工作方法，在堆煤的過程中如果發現露天煤場的煤堆局部區域出現白氣時，應當第一時間停止堆料作業，并將冒汽煤取走，防止出現煤的氧化自燃現象。而在存儲的過程中，應當要確保煤堆能夠處于壓實的狀態，四邊坡角需要控制在40～50°的范圍內，而此時的煤堆的頂部的寬度不得小于10米。為了能夠確保露天煤場煤礦的使用，還應當為同斗輪機行走預留5米距離的空間。

2.加強煤堆的取用管理

通過加強煤堆的取用管理，能夠有效地提升露天煤場的安全管理水平。首先，露天煤場在開展取煤工作時，應當嚴格按照堆放的時間順序進行取用，一般來說堆放時間較長的煤堆應當被優先取用，盡可能地縮短露天煤場的煤堆堆放時間。其次，露天煤場還應當嚴格按照安全管理要求進行取煤，采取分層分段的方式進行取煤，每段的長度應當控制在20米的范圍內，每層的高度不應該超過4米。當底層的煤取完之后，應當用推煤機將露天煤場的現場清理干凈，避免其他自燃物的存在，以降低露天煤場的安全隱患。最后，露天煤場結束取煤工作之后，還應當對煤堆的陡坡及時進行平整以及清理，以便于之后的取煤工作能夠有序開展。

3.加強煤堆的日常管理

為了能夠加強煤堆的日常管理，排除露天煤場的安全管理隱患。首先，露天煤場應當引入智能化溫度檢測裝置，通過智能化溫度檢測裝置實時監控露天煤場的溫度變化情況，一旦出現異常的溫度上升時，該檢測裝置將會自動發出預警信號，以便露天煤場能夠及時對出現白煙等異常現象區域進行排除。其次，加強露天煤場的消防設施管理，通過建立消防預警機制等方式強化露天煤場的事前安全管理。最后，露天煤場還應當及時疏通防汛通道，特別是雨季時。露天煤場還應當關注煤炭的保濕工作，如在煤場端部設置擋煤墻等方式加強遮蓋，避免因雨水沖刷造成煤的流失。此外，露天煤場還應當加強現場的清潔以及環保治理工作，如采取噴淋管理等方式避免揚塵等問題。

（二）完善露天煤場安全應急管理

當前露天煤場出現自燃等現象時，為了能夠避免損失擴大，需要完善露天煤場安全應急管理。一方面，當露天煤場的煤堆發生氧化自燃反應時，為了避免未自燃區域也被點燃等問題時，露天煤場應當采取措施隔開自燃區域以及未自燃區域。當露天煤場出現白煙時，為了能夠達到阻斷火源的效果，露天煤場應當在白煙出現區域的2～3米處挖切溝，確保火源區域處于孤立的狀態。此時，露天煤場需要對煤堆的數量情況采取相應的措施，如果針對十幾噸的小型煤堆則可以采取消防滅火的方式降低煤堆的溫度，控制露天煤場的自燃問題；如果煤堆是大中型煤堆，則應當采取浸泡式滅火法處理。另一方面，對于出現過自燃現象的煤堆，露天煤場還應當將其作為重點關注的對象，自燃現象產生的煤堆更容易出現二次自燃的問題。此外，在開展露天煤場安全應急管理工作時，露天煤場應當加強滅火過程中的安全防護，避免滅火過程中所產生的高溫蒸汽等給人們的生命財產安全造成危害。

綜上所述，通過對煤的氧化自燃機理以及煤的氧化自燃影響因素進行分析，能夠找到當前露天煤場安全管理的重要隱患。為了能夠加強露天煤場的管理，提高露天煤場的安全管理水平，一方面，需要完善露天煤場安全管理機制，通過優化煤堆的存儲管理、煤堆的取用管理以及煤堆的日常管理等方式來提高露天煤場安全管理的科學水平。另一方面，還應當完善露天煤場安全應急管理，增強露天煤場的安全應對能力，避免露天煤場安全問題的進一步擴大，并降低露天煤場的損失。

[1]黃校春，姜國平，賈曉國，等.基于無人機的露天煤場盤煤系統研究與應用[J].電站系統工程，2020，36（05）：64-66.

[2]劉國強.露天儲煤場存在的自燃風險和防范[J].消防界（電子版），2018，4（14）：62.

[3]任曉夢.基于無人機的露天煤場溫度監測系統設計[D].西西安：安科技大學，2017.

[4]姜浩.火力發電廠露天煤場管理[J].企業改革與管理，2016（16）：198-199.

[5]段文波，王普毅，劉金龍.露天煤礦煤的自燃與儲煤場管理[J].露天采礦技術，2015（02）：81-83.