煤矿矸石山喷爆预防问题浅析

摘 要：该文在概述矸石山喷爆现象及其危害基础上，从矸石山喷爆成因、自燃预防与预测、自燃灭火和矸石山采挖过程中喷爆的预防几个角度，探讨了煤矿矸石山喷爆预防问题；以期对提高煤矿矸石山安全管理水平有所帮助。

关键词：矸石山 喷爆 预防 煤矿

中图分类号：TD712.7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（b）-00-01

煤矿矸石山很容易发生自燃，进而发生喷爆；主要表现为高压气体作用下热煤矸石放射状喷射，距离可达百余米，喷泄量可达数百立方米。喷爆的发生直接威胁矿区工人人身安全以及附近生产、建筑设施。喷爆，如发生矸石山滑坡或崩塌，还会干扰煤矿正常排矸。在人们环境保护意识大幅提高的今天，减少矸石山喷爆引发的灾害以及悲剧的发生，研究与分析煤矿矸石山喷爆预防问题具有重要意义。

1 煤矿矸石山喷爆成因分析

煤矿矸石山中富含硫铁矿、残存煤和油页岩等物质，它们与矸石堆积空隙中的氧气很容易发生氧化反应而放出在大量的热。在一般情况下，煤矸石都是处于阴燃状态，但也可能随着可燃物富集状态的改变、加之外部通风条件和内部温度条件的急剧变化，使矸石发生剧烈自燃。由于矸石山积压、密闭的环境使燃烧热能和产生的气体不能及时散发，产生大量热积累；特别是燃烧过程中产成大量CO、SO2、H2、H2O、CH2等可燃气体也会发生燃烧，在矸石山表层无法束缚住内部强大热能和气压的情况下，瞬间释放出来，形成矸石山喷爆。究其具体产生原因。

（1）可燃物不断聚集。矸石山主要的可燃物为硫化物、油页岩和残存煤等，它们的性质属易燃、含量富集，在矸石山深处很容易发生局部的自燃，造成热量积聚无法释放，而最后发生急剧释放则形成喷爆。

（2）通风条件急剧改善。煤矿矸石山多由堆积形成。堆积过程中形成锥形，在锥形的下部较容易出现较大孔隙，而中细粒的矸石堆积在上面，形成大体积、多孔的燃烧床局面，当内部通风条件发生改善时，氧气从矸石山下部孔隙渗入到燃烧区，加剧矸石自燃的发生强度。在供氧充足情况下，矸石自燃受到充足供氧速率影响，会放出与之供氧不足情况下更加大量的热，如硫铁矿在供氧充足情况下放热是供氧不足情况下的三倍，而大量热能的产生，又会加剧反应发生，矸石山内部较小的孔隙不利于热对流，热量、气体来不及释放，引发喷爆。

（3）大气降水影的响。第一，水的进入起到催化剂的作用，加剧矸石中硫铁矿的反应速率，反应变得异常强烈和复杂，加水情况下的燃烧热是非加水情况下的2.5倍。燃烧过程中还会产生其他燃烧物，进一步加剧燃烧；第二，水的加入会与的碳生成大量的水煤气，增加爆燃机率；第三，降水可能在矸石山形成径流，矸石山上部细小矸石粒会随径流移动到中下部，堵塞散热通道，加速热量的积累；第四，水的进入使温度发生变化，起到降温作用，而降温则会加速矸石山下部空气对流，进一步改善给氧条件，加剧自燃发生喷爆。

（4）人工挖掘的影响。人工采挖矸石山过程中，会有效削弱矸石山的覆盖层，短时间内改变内部通风条件，活化处于阴燃状态的矸石，人为的创造了矸石燃烧条件，且外表束缚层压力的骤降，也会喷爆发生变得容易。

2 煤矿矸石山自燃的预防

矸石山喷爆的根本原因是自燃，因此预防矸石山喷爆发生，首先要预防矸石山自燃发生，从自燃的预防、及时的灭火入手防止发生喷爆。预防矸石山自燃措施有多种，归纳起来可以概括为两种，第一种是减少矸石中包含的可燃物；第二是人为的创造密封的矸石堆放形式。

2.1 减少矸石包含的可燃物

（1）加强矸石洗选力度，最大限度减少矸石中煤的残存量。（2）采用比重分异办法洗煤，目的是去除煤矸石中含有的硫化物。（3）逐步回收煤矸石中的热能。通过建设链床式的矸石燃烧炉，一方面有回收热量的作用，另一方面则能进一步活化矸石，使其可以用于建筑材料生产。

2.2 人为营造密封的矸石堆放形式

（1）平面碾压式堆放。该种方式是通过人为碾压矸石山的方式，降低矸石空隙，增大其表层覆面积，以此增加表层束缚力。（2）填埋式堆放。该种堆放方式主要是通过人为挖掘的办法降低排矸场的地表高度，但要求高度要保持在地下水位之上，最后将矸石掩埋至坑中，而原排土则是作为矸石分层和覆盖使用。

3 煤矿矸石山自燃的预测

矸石山自燃预测工作，主要是“诊断”高温区，在早期将火灭掉，防患于未然。当前有很多种煤矿矸石山自燃预测方法和技术手段，但实际开展过程中却不是很得力、效果有效。实践证明有效的方法主要有：（1）测温法。主要是在矸石山周围布设观测网点，利用热电偶或者热像仪直接探测矸石山表层和深处的温度，以此确定高温区域，以便做好准备提前灭火。“诊断”高温区技术基本已经实现了计算机集中分析与控制。（2）自燃标志气体法。自然标志气体法主要是检测由于煤矸石自燃释放的CO、CO2、H2S等气体变化情况，依据不同环境温度下氧化产生的气体种类、数量变化情况，利用传感器实时检测相关气体的浓度，以此圈定矸石山可能发生自燃区域。

4 煤矿矸石山自燃的灭火

煤矸石有很强的缓慢自燃特性，在发现自燃情况下予以及时的灭火能有效防止喷爆发生。比较有效的灭火措施，如灌浆、注浆、挖掘以及及进碾压压实等；最好采用多种方法综合使用的方式，效果会更好。需要注意的是在使用挖掘法之前，需要先对自燃区域进行注浆降温，否则挖掘过程中引发矸石山喷爆，会造成更大的人员伤亡和损失。

5 煤矸石开发过程中喷爆的预防

矿区最大的污染源就是煤矿矸石山，但其也是比较有开发和利用价值的资源之一。煤矸石被广泛用于建筑材料水泥、砂浆的生产以及陶料、型材等的生产。如果煤矿矸石山发生喷爆，更多的是给开发者造成伤害，面对这一随时都有可能 “发怒”的矸石山，一定要事先掌握好喷爆发生规律，在生产过程别需要注意：（1）如果已经确定矸石山发生自燃，在雨后一定不要急于复工或者予以采挖。如前所述大气循环产生的降水，尤其是间歇性的大气降水，更容易引发矸石山喷爆。（2）大风天气情况下一定要谨慎生产。大风天气下施工可能会直接改变矸石山自燃区域的通风条件，给氧量和给氧速度急剧变化，加速矸石山自燃，进而发生喷爆。如果确定需要开工生产，一定要在矸石山的背风面采挖，会一定和度上提高生产安全性。

参考文献

[1] 张弘弛.预防矸石山自燃在“动态”中掌控技术要点[J].能源环境保护，2011（5）.

[2] 王福国，晓南.矸石山自燃喷爆灾害防治与预测研究[D].辽宁工程技术大学，2008（11）.