煤长时间且大量的存储容易导致煤的自燃。煤自燃产生CO、CO2,等有害气体,放出热量危害环境,同时造成资源的浪费,导致经济损失。因此,有效地防止煤堆在存储过程中自燃,能产生巨大的经济效益和社会效益。
煤堆存储时,煤与空气中的氧相互作用释放出热量,如果煤氧复合产生的热量无法及时散出,热量累积会导致煤堆温度升高,当煤温上升到自燃点时煤堆就会自燃。煤体与氧接触时,首先发生物理吸附。物理吸附的动力是分子间范德华力,本质上是复杂的多层吸附。物理吸附放出热量导致煤温升高,此时煤表面吸附的氧与煤中容易反应的基团产生化学吸附。化学吸附是介于物理吸附和化学反应之间的一个过渡阶段。化学吸附是单层吸附,放出的热量是物理吸附放出的热量的十几倍以上。化学吸附产生的热量累积使煤温进一步升高,化学吸附的中间产物发生化学反应,释放出CO、CO2等气体,其反应热远远大于物理吸附和化学吸附产生的热量。化学反应不断消耗吸附的氧,使煤温不断升高,煤体又重新吸附氧,物理吸附、化学吸附及化学反应重复进行,释放出的热量不断累积,最终造成煤堆的自燃。
煤堆自燃的过程伴随着温度的升高,如果能及时地监测温度就能掌握煤堆自燃进程。煤自燃过程中存在不同的特征温度值,在监测过程中要密切注意。首先是煤自燃的临界温度也叫煤的自热温度,顾名思义,超过这一温度点后,煤就能够自发燃烧了。此时煤的产热量将高于煤的散热量,热量无法及时散失就会导致煤体温度与环境温度的升高,加速煤的自燃进程。一般煤的自热温度在60-70℃之间。其次是煤的干裂温度,煤的干裂温度是煤分子开始裂解的初始温度。此时煤与氧的化学反应加速进行,煤温持续升高,煤的干裂温度一般在-℃之间。
在煤堆存储时,可以预先将热电偶埋入煤堆中,铠装热电偶及测温导线用保护套管保护,防止损坏。温度监测点均匀分布在煤堆中,一般在距煤表面2、3、5m处分别设置监测点。在温度监测过程中,一旦煤体温度达到煤的自热温度,就要及时采取防治措施,降低煤温;如果煤温达到煤的干裂温度时,则需要及时处理高温煤体,防止引发整个煤堆的自燃。
对于难以处理的煤堆自燃,徐州吉安矿业科技有限公司结合自己多年对煤田火灾治理的丰富经验及煤场自燃的原因,提出了以下的防灭火治理方案:
(1)源头治理:利用普瑞特阻燃剂,在装船或装车之前就对其进行喷洒处理。
(2)叠层压实并喷洒阻燃剂:在场地堆存煤炭的过程中,分层摊开的同时喷洒普瑞特阻燃剂,然后用推土机压实,第一层压实后以同样的方式堆放第二层,以此类推,堆放的高度以现场实际情况而定。
(3)边际拍紧并喷涂阻封材料:待煤垛起高后,用铲车把边际从底部到顶部逐一拍紧,确保堆体表面平滑,尽量避免出现沟槽或平台,然后在表面喷涂普瑞特阻封材料。
(4)每天利用红外热成像仪对煤堆进行测温,针对超过或接近60摄氏度的局部高温点,及时采用多孔压注普瑞特复合胶体的措施,确保煤堆温度保持在60摄氏度以下。