煤矿矸石山的自燃及其控制.pdfVIP

维普资讯 第 22卷第 4期 能 源 环 境 保 护 17o1．22，No．4 2008年 8月 EnergyEn vironmentalProtection Aug．，2008 煤矿矸石山的 自燃及其控制 吴京杨 (煤炭科学研究总院杭州环境保护研究所，浙江杭州311201) 摘要：试验研究了煤矸石的 自燃临界风速及煤矸石的粒径、空隙率与透气率的关系，详细 分析计算了矸石堆中的热风速与 自然对流风速。研究表明通过减小矸石堆的空隙率可以 减小其供氧速率，从而达到控制煤矸石山 自燃的 目的。 关键词 ：煤矸石山；自燃 ；热对流 ；自然对流 中图分类号：rID849．5，TD753 文献标识码 ：A 文章编号：1006—8759(2008)04—0020—05 我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国， 状态进入 自燃状态。在 自热阶段 ，若矸石中可燃物 煤矸石是煤炭开采、洗选加工过程中产生的废弃 不多，无法提供进一步氧化所需的物质基础，或矸 岩石，约 占原煤产量的 15％～20％。长期以来 ，煤 石堆的供氧条件与蓄热条件发生变化，使氧化反 矸石都被当作废弃物，在矿区堆积成山。据不完 应产生的热量散失于周围环境中，矸石便不会进 全统计，目前全国煤矸石的总积存量已达45亿 t 入 自燃状态 。 以上，占地 1．5万 hm，每年还新增矸石约 1．0～ 矸石在 自热到 自燃过程中，需不断从外界得 1．2亿 t，新 占地4OO多hm2o国有重点煤矿形成矸 到氧的供应 ，矸石堆中氧的传输扩散过程有以下 石山 1600多座。由于矸石中含有残煤、碳质泥 几种 ： 岩、碎木材等可燃物质，在长期露天堆积后，往往 ①氧的浓度梯度造成的分子扩散 ； 发生 自燃现象 ，自燃矸石 山昼夜不停地释放出 ② 自然风造成的自然对流； SO、CO、H 等大量有害气体，给环境带来了极大 ③矸石堆 自热后产生的热对流(烟 囱效应)； 的危害。有的矿区甚至发生在矸石 山上的人员因 ④昼夜温差造成的矸石 山的 “热呼吸”； 吸人烟气造成的中毒死亡事故，还有的矿区发生 ⑤大气压变化产生的矸石山 “气压呼吸”。 自燃矸石山发生爆炸或崩塌造成多人伤亡的重大 许多研究已证明，由大气压变化产生的 “气压 事故。解决 自燃矸石山造成的环境问题与安全问 呼吸”非常小，以致根本不能维持矸石的自热，由 题是煤矿矿区一项非常迫切的任务。 昼夜温差产生的 “热呼吸”效应只发生在矸石表 面，产生的热效应很快就会散失。矸石 自热时，主 1 煤矸石 自燃的临界风速 要 由分子扩散及对流提供所需的氧气，其中又以 煤矸石中含有煤 、炭质岩、黄铁矿等可燃物， 自然风引起的自然对流及 由矸石 山内外部温度不 这些物质会发生低温氧化反应。当低温氧化反应 同引起的热对流为主。只有当矸石的供氧速率大 放出热量不能及时消散于周围环境 中，就会导致 于某一临界值时，氧化反应放出的热量大于通过 局部升温，若煤矸石中有足够的可燃物，且仍能得 传导，对流等途径散失的热量，矸石才可能发生 自 到充分的氧气供应，环境温度的升高会促使矸石 燃，这一临界值称之为临界风速。 的氧化反应加速。在矸石达到临界温度