水分对矸石山自燃的影响-徐州吉安矿业科技

作为采煤、洗煤以及煤后续加工过程中产生的固体废弃物，煤矸石一般由碳质、泥质和砂质页岩混合组成，排放量大。这些数量巨大的煤矸石山约有1/4会自燃，释放出大量的H2S，CO2，NOx，SO2等有害气体，跻身于煤炭企业主要污染源之列，严重污染了周边的大气环境，致使人畜中毒。

水分是影响矸石山自燃的一个重要因素，其对矸石山自燃影响有以下几个方面：

（1）水分能加快煤矸石的氧化自燃反应。当煤矸石中的煤质、碳质吸附空气中的水分或雨水时，表面会产生吸附热和湿润热，进一步推动可燃有机物氧化。对黄铁矿质量分数为5%的煤矸石样品进行实验，设定实验环境温度为60℃，经过8h的反应后，对煤矸石吸氧量进行测定，发现煤矸石吸氧量与湿度在一定范围内成正相关。当煤矸石湿度增大至15%左右时，吸氧量达到峰值，是干燥煤矸石样品实验吸氧量的70多倍，而吸氧量的增加无疑会加剧煤矸石自燃。这说明水分含量越高，催化效应越强，但这局限于一定的范围内。

（2）水分能降低煤矸石的着火点。当煤矸石湿度在20%时，着火点只为干燥状态下的20%。因此在采用注水法浇灭煤矸石自燃时，务必确保水供应充足，否则会适得其反，不足量的水分会加快煤矸石自燃。

（3）水分能加快煤矸石的风化进程。水分能减小煤矸石块的粒径，从而增大煤矸石的比表面积，增强了煤矸石整体的透气性，使空气中的O2更易进入煤矸石山内部发生反应，增大了煤矸石山自燃的概率。

（4）水分还能成为煤矸石山内部燃烧的原料。煤矸石山内部是一个高温高压的环境，当有水分从煤矸石山表面缝隙流进内部时，与空气发生反应，瞬间被高温分解成H2和水煤气等可燃气体，进而加剧燃烧。但是，部分温度低的雨水会流向煤矸石山底部，吸收矸石山底部的热量，导致矸石山底部温度不断降低，最终使煤矸石山内外形成一定的温度差。煤矸石山内外温差导致的压力差使更多的空气进入煤矸石山，进一步加剧了高温自燃区域的反应，周而复始，增大了矸石山爆炸的风险。

对于矸石山火灾，常用的灭火方法是注浆法。通过将浆液注入矸石层，降低矸石表面温度，达到降温的作用，并且填充矸石间的空隙，阻断矸石与空气的接触。徐州吉安研发的MAG-Ⅰ型复合胶体防灭火材料与黄泥浆或粉煤灰浆复配使用，可以显著提高浆体浓度，减少管路堵塞几率，提高灌浆效率和灌浆质量，属灌浆增强型防灭火材料。在灌浆中的应用，最大程度上避免了灌浆用于矸石山火灾防治时的诸多弊端，比如最大化减少了拉沟现象，提高了填充效果，提高了水在空隙的留滞时间，同时也显著降低了单位灌浆成本，是灌浆技术的一个重要进步。

参考文献：

[1]朱闰勤,刘永团. 煤矸石自燃机理及防治[J]. 能源与节能,2023(4):109-111.