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煤矸石是采煤和洗煤過程中的排棄物，通常占采煤量的15% ～ 20%。煤矸石山對環(huán)境最大的危害除占地外就是自燃。自燃時(shí)釋放出大量二氧化硫、一氧化碳、硫化氫等有害氣體，嚴(yán)重污染周圍大氣環(huán)境，危害人們身體健康。在人們環(huán)保意識不斷提高、環(huán)保問題備受關(guān)注的今天，如何防治煤矸石自燃，就顯得尤其重要。

煤矸石自燃的原因

關(guān)于煤矸石自燃的原因，主要有硫鐵礦氧化學(xué)說和煤氧復(fù)合自燃學(xué)說。硫鐵礦氧化學(xué)說是目前解釋煤矸石自燃的主要理論。它認(rèn)為，煤矸石中的硫鐵礦在低溫下發(fā)生氧化，產(chǎn)生熱量并不斷聚積，使煤矸石內(nèi)溫度聚集，引起煤矸石中的煤和可燃有機(jī)物燃燒起來，從而導(dǎo)致煤矸石自燃。而煤氧復(fù)合自燃學(xué)說則認(rèn)為煤矸石中通常夾帶著10 %～ 25 %的碳質(zhì)可燃物，在常溫下，煤矸石中的煤(尤其是鏡煤和絲炭)會發(fā)生緩慢的氧化反應(yīng)，同時(shí)放出熱量，當(dāng)熱量聚積到一定溫度時(shí)，便可引起可燃物自燃，從而導(dǎo)致矸石山自燃。

煤矸石自燃的條件

煤矸石山發(fā)生自燃須具備以下條件：

1、煤矸石具有自燃傾向性；

2、有連續(xù)的氧氣供給；

3、有熱量積聚的環(huán)境；

4、以上條件應(yīng)維持足夠時(shí)間已達(dá)到自燃點(diǎn)。

其中條件1為煤矸石發(fā)生自燃的內(nèi)部特征，2、3為其自燃的外部條件。煤矸石中的可燃物主要是黃鐵礦和煤，而氧氣及熱量積聚的環(huán)境，與其堆積結(jié)構(gòu)有關(guān)。矸石山在自然堆放(平地或順坡堆放)過程中，均會發(fā)生粒度偏析，在矸石山內(nèi)產(chǎn)生“煙囪效應(yīng)”。氧化產(chǎn)生的熱量，一部分由“煙囪效應(yīng)”隨空氣帶出，另一部分則積聚在矸石山中。當(dāng)某一局部溫度達(dá)到自燃點(diǎn)時(shí)便引起自燃，且逐步向四周蔓延。

煤矸石山滅火方法

1、直接挖出法

這種方法較為簡單，但只適用于初燃的矸石山。一般利用機(jī)器或高壓水槍，挖出著火矸石和熱矸石，用水冷卻或讓其自然冷卻，回填或重新堆積。

2、注漿法

注漿法是國內(nèi)最常用的方法，可表面澆灑，也可挖溝灌注和鉆孔注漿。其中，鉆孔注漿對大面積或深部燃燒治理和防止復(fù)燃效果較為理想。該方法是在矸石山布置一定數(shù)量的鉆孔，將黃土、粉煤灰、電石渣和石灰等注漿材料配成一定濃度的漿液注入火區(qū)和自熱區(qū)。考慮漿液受重力作用的影響，其擴(kuò)散以垂直方向?yàn)橹鳎y以控制其流動(dòng)方向。近年來出現(xiàn)了將注漿與注泡沫滅火劑相結(jié)合的治理技術(shù)。泡沫有較好的隔氧作用，不僅可以節(jié)約用水，在矸石空隙中的擴(kuò)散能力較強(qiáng)，又不會破壞漿液形成的密封帶。

3、灌水法

水在高溫下形成蒸汽，吸收大量汽化熱，其吸熱降溫效果非常好，是一種優(yōu)良的滅火劑。但是，選擇這種方法必須非常慎重。一方面，注水后矸石山空隙率增加，干燥后矸石的反應(yīng)活性也會增加，很難防止其復(fù)燃。另一方面，對深部高溫?zé)霟峄饏^(qū)或含有硫鐵礦的火區(qū)，水與熾熱的炭相遇，產(chǎn)生大量的水煤氣，增加了爆燃幾率；水的加入會使硫鐵礦氧化反應(yīng)更加劇烈、更復(fù)雜，產(chǎn)生的熱量和氣體來不及釋放，產(chǎn)生積聚而引發(fā)噴爆。

4、表面密封和壓實(shí)法

該方法是在矸石山表面鋪土、壓實(shí)，隔絕空氣進(jìn)路，使矸石山內(nèi)部空氣消耗殆盡后熄滅。表面密封和壓實(shí)法可以降低燃燒強(qiáng)度和污染物排放速率，主要用于控制矸石山火勢和污染強(qiáng)度，需要及時(shí)維護(hù)。國內(nèi)采用分層堆放矸石、分層壓實(shí)的方法預(yù)防矸石山自燃取得了較好的效果，其滅火效果不太理想。

5、低溫惰性氣體法

該方法是向火區(qū)注入液氮和固體2CO混合物，可快速降低火區(qū)溫度，而且在相變過程中體積可增加500倍，形成冷壓波，從注入點(diǎn)快速擴(kuò)散至全區(qū)，把低密度熱煙氣排至地表，同時(shí)隔絕空氣，達(dá)到降溫滅火的目的。

6、普瑞特防滅火新技術(shù)

為克服目前注漿、惰氣、凝膠、阻化劑、三相泡沫等防滅火技術(shù)的不足，徐州吉安礦業(yè)科技有限公司聯(lián)合中國礦業(yè)大學(xué)創(chuàng)新的提出了普瑞特防滅火新技術(shù)，并研制了普瑞特的裝備與材料。普瑞特防滅火新技術(shù)很好的融合了黃泥灌漿、惰性氣體、凝膠、阻化劑、三相泡沫等各項(xiàng)防滅火技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，又避免了上述各項(xiàng)技術(shù)的多數(shù)缺點(diǎn)。

（1）集凝膠、黃泥灌漿、兩相或三相泡沫、惰性氣體和阻化劑的防滅火優(yōu)點(diǎn)于一體，能把泡沫中的水固結(jié)在凝膠體內(nèi)，避免了黃泥灌漿和其它泡沫大量水流失或者潰漿的缺點(diǎn)；

（2）在采空區(qū)具有良好的擴(kuò)散性能，生成的普瑞特以泡沫為載體能夠?qū)Σ煽諈^(qū)或煤田火區(qū)的高、中、低位火源進(jìn)行大范圍、全方位的覆蓋，持久保持煤體濕潤冷卻，隔絕氧氣，且添加劑中含有的阻化劑能長久對煤體阻化，徹底防治煤炭自燃；
（3）普瑞特被注入火區(qū)后，會在火區(qū)全方位覆蓋一層凝膠層，并且凝膠層中95%以上都是水，具有長久的吸熱降溫作用，能夠有效防止火區(qū)復(fù)燃；
（4）普瑞特以泡沫為載體，在防滅火區(qū)域內(nèi)能向高處堆積，所到之處普瑞特都能有效覆蓋并黏附浮煤裂隙，具有良好的封堵漏風(fēng)通道的性能；
（5）泡沫中的氮?dú)饩徛尫�，避免單�?dú)注氮時(shí)氮?dú)馊菀琢魇У娜秉c(diǎn)，持久保持火區(qū)惰化。

結(jié)語

煤矸石山自燃是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，煤和黃鐵礦是煤矸石的主要可燃物，對其回收分選是防止自燃的基本措施。為了提高治理矸石山自燃的主動(dòng)性，首先應(yīng)重視煤矸石的堆放處置方式和預(yù)處理，以防為主。其次，應(yīng)加強(qiáng)煤矸石自燃機(jī)理、防治技術(shù)的研究，以減少人員傷亡。從環(huán)保的角度出發(fā)，則應(yīng)加強(qiáng)煤矸石綜合利用技術(shù)研究，這也是治理煤矸石自燃的根本之道。