特大型储煤仓自燃发火治理技术＊

周 平，邢立杰，范向军，刘 芬

(徐矿集团郭家河煤业有限责任公司，陕西 宝鸡721500)

0 引 言

高产高效集约化矿井已成为现代矿井发展的趋势［1-3］，在神华、淮南、晋城、同煤等矿区，一些矿井的生产能力已达10 Mt/a 以上，并且矿井工作面数量缩减至1 -2 个，基本达到一矿一面或者一矿两面就可以完成生产任务［4-6］。由于综合机械化釆煤开釆强度大、生产集中、推进速度快，势必使得工作面煤炭外运速度加快，外运时间缩短，直接送入矿井地面储煤仓［7-9］。综合对煤质、管理、环境等方面的考虑，储煤仓被设计成封闭的筒仓结构。郭家河煤矿储煤仓就是筒仓结构，其容量为3.3 万t，居国内前列。

煤仓内松散煤体的蓄热条件好，储存热量大，难以释放，高温范围大，灭火难度大。大量的可燃可爆气体在煤仓内积聚，遇火源极易发生爆炸，灭火危险性大［10-11］。矿井储煤仓发生事故，势必影响矿井生产的整体运行，对矿井安全高效生产产生严重影响。近几年矿井机械化水平不断提高，煤炭产量持续增加，储煤仓发火现象频发，己经成为郭家河煤矿安全、高效生产的严重问题之一。

1 郭家河储煤仓简介

太阳能储煤仓:高度76 m，内径35 m，3 个原煤仓可储原煤10 万余吨，原煤仓安装了太阳能光伏面板，发电量满足了矿区道路的照明，既降低仓壁温度及发火的风险，又美化了矿区环境。

煤炭在储存过程中自燃现象经常发生，如地面煤堆、煤仓自燃着火，产生大量的有毒有害气体，造成了巨大的资源浪费和严重的环境污染。郭家河煤矿储煤仓为圆桶型封密闭式钢筋混凝土结构，直径为35 m，高度为76 m，在国内属大型地面储煤仓之一，仓顶有入煤口4 个，自然通风孔10个，仓底有放煤口9 个，单个储煤仓设计储煤量3.3 万t. 在早期投产时，因经验不足，煤仓内煤未能放空，造成内部热量积聚，导致煤自燃着火，煤仓顶部出现冒烟，受到煤仓的“烟囱效应”，冒烟的情况越来越严重，最后出现明火，导致放煤口出现烧红结焦，给安全生产带来了极大的隐患，储煤仓照片如图1 所示。

图1 储煤仓照片Fig.1 Coal storage

2 储煤仓发火原因

根据现场实际情况，结合煤的特性和储煤仓的结构，现对储煤仓发火原因分析如下。

1)储煤仓容量大，居国内前列，易储存热量。

2)煤的自燃特性。郭家河煤矿3#煤层，1305工作面煤样自燃倾向性等级属Ⅰ类，容易自燃，最短自燃发火期为37 d.

3)仓内煤炭滞留时间过长，煤堆内部氧化反应产生的热量得不到很好散失，长期积聚升温，导致煤炭“自燃”。

4)仓壁的粘壁现象。由于煤中含有一定的水分，在仓壁或漏口壁的积煤，受存煤压实的影响被挤压在仓壁上，与仓壁紧密粘在一起，就出现了粘壁现象。

5)空气炮增加了供氧量。现在多数储煤仓运用了空气炮破拱防堵装置，对解决储煤仓堵煤问题收到了明显的效果，起到效果的同时也增加了煤仓内部的供氧量，对储煤仓防灭火十分不利。

预防和消除圆筒煤仓煤炭自燃:一是减少仓内漏风量;二是缩短仓内煤炭的滞留时间。实际生产管理，要做到这两点有一定难度。这就需要从技术上设计出更加科学合理的圆筒储煤仓，并从管理上掌握仓内煤炭的状况。

3 储煤仓灭火处理方案

郭家河煤矿在储煤仓发火技术研究吸取了国内先进做法，根据现场实际情况，提出2 种方案对储煤仓进行处理，方案如下。

方案1:用高速水雾喷头在放煤口放煤灭火。

在挡箱上安装喷头，此喷头角度对准给煤机出煤位置，并在每个放煤口的皮带上加设喷雾架杆，每个脚杆上安装2 个喷头，架杆数量根据发火情况增加。

优点:需要人员少，材料成本低，操作简单，速度快。

缺点:受储煤仓内煤量限制。

方案2:用惰化性能好的液态二氧化碳灭火。

根据发火位置，在放煤口向储煤仓内打眼，插入花管，再用高压胶管与储存液态二氧化碳槽车直接连接，向储煤仓内压注液态二氧化碳灭火。

优点:降温效果好、不受储煤仓内煤量限制。

缺点:成本较高、工序较复杂、需要人员多。

3.1 方案确定

通过从成本、工艺、仓位、人员3 方面对方案1与方案2 进行比较，采用高速水雾喷头在放煤口放煤灭火为主防灭火措施，迅速放煤，从而控制火区的进一步发展，同时根据储煤仓实际情况和火区治理的紧迫性与安全性，将储煤仓上方的喷淋降温和放煤口放煤高速水雾喷头灭火同时进行。

3.2 方案具体实施过程

在挡箱上加设一个雾化角度为120°的喷头，此喷头角度对准给煤机出煤位置，并分别在每个放煤口前的134#，135#，136#皮带上加设喷雾架杆，每个脚杆上安装2 个雾化角度为60°的喷头，喷雾架杆数量根据发火情况增加，并在放煤口安全范围内放置一定数量的灭火器材，以上工作就绪后，放煤口开始放煤，严格控制各个放煤口的放煤量。喷雾和喷雾架杆安装示意图如图2，3 和4 所示。

图2 喷雾和喷雾架杆安装示意图Fig.2 Installation schematic diagram of spray and spray stand

图3 挡箱喷雾安装剖面图Fig.3 Installation section diagram of carriage spray

图4 喷雾架杆剖面图Fig.4 Section diagram of spray stand

首先将各个喷雾设计要求安装到指定位置，根据储煤仓发火情况，安设8 个喷雾架杆，并将消防管路按要求铺设到各给煤机出口备用，以及配备一定数量的灭火器材，同时各转载点安排专人警戒，防止仓内火势较大而无法控制及自燃炭在运输走廊弥漫。保持和运输控制台通讯联络，设专人检测工作区域瓦斯、一氧化碳和温度，及时掌握各种气体和出煤变化情况。

图5 储煤仓自然升温过程中指标气体浓度与时间的关系曲线Fig.5 Curve of relation between gas concentration and time in the process of natural warming in coal storage

图6 储煤仓自然升温过程中放煤口温度与时间的关系曲线Fig.6 Curve of relation between coal exit temperature and time in the process of natural warming in coal storage

4 效果检验

从图5 可以看出，9 月22 日开始，储煤仓内的CO 浓度不断升高，同时取气样分析，发现CO2也有升高趋势，在9 月29 日CO 浓度达到最大值321.7 ×10-7，22 日至30 日持续9 天发现有C2H4出现。与此同时，利用便携式红外测温仪对储煤仓的放煤口进行温度监测，从图6 可以看出，部分储煤仓放煤口温度从9 月25 日开始持续升高，到9 月30 日106#给煤机周围温度最高达到47 ℃，而9 月15 日—9 月25 日区间段的温度略高于10 月4日—10 月15 日区间段的温度，此现象只要是由于我矿海拔较高，昼夜温差较大造成的，属正常现象，整个温度曲线呈“牛仔帽”形状。综合以上数据分析，判断储煤仓已自然发火，且在放煤过程中出现火炭，立即采取相关措施后，于9 月30 日，储煤仓内的CO，CO2浓度不断减少，随后指标气体C2H4浓度为零，C2H4浓度不断减少。在10 月7日3#储煤仓各项标志气体指标呈正常值，仓内自然现象消除，确保安全生产。

5 结 论

通过对郭家河特大型储煤仓发火原因进行详细分析，得出发火最根本的原因是煤仓易储存热量，漏风量大和仓内煤炭滞留时间过长。针对储煤仓发火做出合理的应对方案，及时将发火问题得以处理，使储煤仓安全稳定运行。郭家河煤矿根据现场实际情况，提出了2 种储煤仓防灭火方案，通过从成本、工艺、仓位、人员和周期5 方面对其比较后，最终采用高速水雾喷头在放煤口放煤灭火的方案，处理过程发现该方案灭火周期短、材料消耗少、人员和成本投入少、操作简单，能有效解决特大型储煤仓发火问题。处理结束后，并对储煤仓进行连续监控，最终储煤仓各项标志气体指标呈正常值，仓内自然现象消除。

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