矸石山自燃原因是什么?

煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物,是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石。早些年,由于煤礦粗放發展,采用的排矸方式為最直接的自然傾瀉堆積,極易發生自燃情況,產生了大量的SO2和CO與濃煙,不僅影響了排矸工人的身體健康,嚴重者甚至發生了中毒現象,同時導致周邊村落農作物大面積死亡,嚴重影響煤礦與周邊村莊之間的關系。

煤矸石自燃不可或缺的3個條件:

(1)煤矸石有自燃傾向,在常溫下可以很好地與氧氣進行結合;

(2)有充足的氧氣供應;

(3)擁有良好的儲熱條件。

當煤矸石低溫氧化反應放出的熱量無法及時釋放到外界時,溫度就會持續升高,外加本身具有自燃傾向,且能夠和充足氧氣接觸,在溫度升高至80℃左右時,氧化反應速度就會急速升高,于是矸石由自熱變成自燃狀。

由于堆積形成的矸石山內部較為疏松,有較大的孔隙度,為矸石提供了比較充分的氧氣。而煤矸石主要包括煤、砂巖、頁巖、泥巖等多種成分,在常溫中煤與空氣接觸,會吸附氧氣釋放一定熱量,這一階段為煤的自燃潛伏期,具體表現為煤的化學活性增強。在經過上述自燃潛伏期之后,氧化速度增加,開始生成CO、CO2以及H2O,同時釋放更多熱量,從而導致溫度升高,達到自熱臨界點之后,轉為自熱期。自熱期使煤體溫度上升,隨后形成燃燒。

良好的通風條件能夠在矸石發生慢性氧化反應時提供充足的氧氣,但是也能夠及時將反應產生的熱量帶走。相對而言,若矸石處于完全封閉的空間環境當中,即便擁有好的蓄熱環境,也因無法得到氧氣供應而停止反應,無法自燃。矸石山的供氧條件對矸石自燃起到了決定性作用。根據供氧以及蓄熱條件,可以將矸石山分為3個區域:

(1)不自燃區:在矸石山表面,雖然不斷有氧氣供應,也可以持續發生慢性的氧化反應,但是反應放熱很快散失到周圍環境中,不足以引起自燃。

(2)窒息區:在矸石山內部,空氣中氧氣體積分數很小,氧化反應過程中釋放熱量很少,基本不會令矸石升溫,故這一區域不會發生自燃,這一區域為窒息區。

(3)可能自燃區:在不自燃區和窒息區之間,既有一定的氧氣供應,所產生的熱量也不會全部被外界空氣帶走,氧化產生的熱量令矸石升溫,稱為可能自燃區。這個區域范圍與矸石氧化能力、堆積形態、孔隙度等性質以及外部環境條件相關。

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創建時間:2020-08-20 14:34
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