CN104492004A - 一种预防煤矸石山自燃的方法 - Google Patents

Abstract

一种预防煤矸石山自燃的方法，该方法通过在煤矸石山温度异常区域采用网格式布置方法施工钻孔群，将单向传热密封管植入各个钻孔中，利用单向传热密封管高效的热传导性能，将煤矸石山内部的热量不断的转移至外界空气中，使热量难以发生积聚，多个单向传热密封管协同作用形成网格式吸热降温区，高温异常区域温度不断降低。多个网格式吸热降温区共同作用下，煤矸石山内部蓄热条件被破坏，温度不断降低，避免了自燃的发生,既而实现了煤矸石山自燃的预防。本发明提出了一种施工简单、安全可靠、经济高效的煤矸石自燃预防方法，具有降温显著、工程量小、可循环使用、维护费用低等优点，具有很好的推广应用价值。

Description

一种预防煤矸石山自燃的方法

技术领域

本发明涉及矿山煤矸石山治理技术领域，尤其涉及一种预防煤矸石山自燃的方法。

背景技术

煤矸石是煤炭开采与加工过程中产生和排放的固体废弃物，其产量约占煤炭产量的10％～15％。近年来，随着采煤机械化程度的不断提高和煤炭分选加工产业的快速发展，煤矸石的排放量逐年增加，大量煤矸石的堆积现已形成大小数千座矸石山，占用了土地，浪费了资源，更为严重的是在空气的长期氧化作用下矸石山会发生自燃，煤矸石山的自燃不仅会产生大量的SO₂、CO、H₂S等有毒有害气体，污染大气环境，危害人民健康，更有可能引发爆炸等破坏性更大的灾害，因此采取有效措施对煤矸石山自燃的防治是十分必要的。

煤矸石山一旦自燃，灭火十分困难，常用的灭火方法有挖掘熄灭法、覆盖碾压法、浇灌灭火法和注浆灭火法等，这些方法耗资巨大，而且实施后煤矸石山复燃的可能性仍然很大，所以从环境和治理费等各方面考虑，我们应从煤矸石山自燃的预防工作做起，做到防患于未“燃”。我国针对煤矸石山的防治进行了大量工作，形成了一系列预防煤矸石山自燃的方法。煤矸分离法是将矸石中的煤块尽量分捡回收，减少矸石中饱煤含量，从而减少矸石的硫分，降低自燃系数，但其对矸石内部的易氧化成分不能有效的解除，对煤矸石的自燃只能起到一定的阻止作用；深部注入惰性气体法是将液氮、干冰(气化后注入)等注入矸石山深部，降低反应区温度，同时代替矸石山内部孔隙中的气体，该方法可以使煤矸石以较长的时间保持低温和无氧状态，但因成本太高使其应用受到了很大限制；此外还有压注阻化材料、洒水降温等方法，但都因成本高、工程量大或防治效果不理想等而难以得到广泛的推广应用，煤矸石山自燃的预防问题还有待进一步研究解决。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对已有技术中存在问题，提出一种施工简单、安全可靠、经济高效、效果好的预防煤矸石山自燃的方法。

技术方案：为了实现上述目的，本发明的防治煤矸石山自燃的方法，包括以下步骤：

a.从煤矸石堆积成型开始，采用非接触式红外测温仪定期对煤矸石山的表面温度进行测定，及时发现温度异常情况，确定温度异常区域位置；

b.在确定的异常温度区域内与水平面成夹角α倾斜施工多个钻孔，夹角α>30゜，多个钻孔采用网格式布置方式形成钻孔群，孔间距为0.5～1.5m；

c.在施工好的多个钻孔内分别植入单向传热密封管，形成网格式吸热降温区，所述单向传热密封管的下部为吸热段，吸热段内装有液体工质，单向传热密封管的中部为绝热段，上部为散热段，散热段上安装有散热片；施工过程中，将吸热段全部埋入矸石山内部，散热段伸出钻孔全部暴露于空气中；

d.按常规对钻孔口进行密闭封孔；

e.当煤矸石内部热量积聚温度升高，与外部环境形成一定温差后，单向传热密封管在吸热段与散热段温差的作用下开始工作，吸热段内的液体工质受热不断蒸发变成气体，在压力差的作用下气体不断上升至散热段，通过散热片与周围空气进行热量交换，自身发生冷凝变成液体，在重力作用下流回单向传热密封管下部的吸热段，完成一个气液转换、热量转移的循环，周而复始，不断的将煤矸石内部热量转移至外界空气中，从而避免热量发生积聚；

f.定期利用测温仪器检测单向传热密封管的散热段温度，考察温度异常区域的降温程度和效果，直至温度异常区域达到安全温度；

g.达到安全温度后，将单向传热密封管移出钻孔，并对该钻孔进行充填封堵，以防止空气进入引发自燃；

h.对所有温度异常区都布置单向传热密封管，形成一个个网格式吸热降温区，在多个网格式吸热降温区共同作用下，实现煤矸石山自燃的预防。

有益效果：本发明针对当前煤矸石山自燃防治困难的问题，通过在煤矸石山温度异常区域布置施工网格式钻孔群，将单向传热密封管植入各个钻孔中，利用其高效的热传导性能，将煤矸石山内部的热量不断的转移至外界空气中，使热量难以发生积聚，多个单向传热密封管协同作用形成网格式吸热降温区，防止了煤矸石山内部热量的积聚，实现了温度异常区域的安全降温，在多个网格式吸热降温区共同作用下，煤矸石山内部蓄热条件被破坏，温度不断降低，有效的避免了自燃的发生，从而达到了预防煤矸石山的自燃的目的。本发明散热高效，降温显著，预防效果出色；只对温度异常区域实施降温，施工简单，工程量小；单向传热密封管安全可靠，基本不需维护，同时单向传热密封管可实现循环再利用，极大的降低了经济成本。其施工简单、安全可靠、经济高效、效果好，在本技术领域内具有广泛的实用性。

附图说明

图1是本发明的煤矸石山温度异常点分布示意图。

图2是本发明的网格钻孔施工布置示意图。

图3是本发明的单个传热密封管及降温工作方式示意图。

图中：1-煤矸石山，2-温度异常区域，3-钻孔群，4-单向传热密封管，5-散热段，6-绝热段，7-吸热段，8-煤矸石，9-液体工质，10-吸热段工质蒸汽流向，11-散热段冷凝工质流向，12-散热片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

如图1所示，首先，对已经堆积成型的煤矸石山1，利用非接触式红外测温仪对其进行表面温度的测定，检测并标定出温度异常区2，确定温度异常区的位置。随后，对各个温度异常区分别施工钻孔，图2为温度异常区2的钻孔施工布置示意图，在温度异常区域2内，采用网格式的方式布置钻孔群3，钻孔间距L为0.5～1.5m，具体L长度视该区域温度情况而定，实验显示，当两根单向传热密封管之间距离L小于1.5m时，单向传热密封管4对煤矸石山1内部的温度分布影响较大，当L大于1.5m时，两根单向传热密封管的中间区域的温度会有明显的上升，温度分布线凸起较为明显，认为其降温效果不理想，因此要求L不得大于1.5m。

如图3所示，在施工好的钻孔内分别植入单向传热密封管4，形成网格式吸热降温区，所述单向传热密封管4的下部为吸热段7，吸热段7内装有液体工质9，单向传热密封管4的中部为绝热段6，上部为散热段5，散热段5上安装有散热片12；施工过程中，将吸热段7全部埋入矸石山内部，散热段5伸出钻孔全部暴露于空气中；该单向传热密封管4管材和液体工质的选择是同步的，管材应具有耐腐蚀性、化学稳定性和较高的强度，液体工质9应具有较高的热传导能力，其化学组成稳定且不与密封管发生化学反应，对于管材和液体工质9的选取，针对温度异常区域2的温度范围确定了两类组合方式，一类是氨-碳钢单向传热密封管，工作温度为-60～120℃，适用于升温初期温度异常区域2煤矸石自燃的预防；一类是水-碳钢单向传热密封管，工作温度为30～250℃，适用于升温发展阶段温度异常区域2煤矸石自燃的预防。施工时，吸热段7全部埋入煤矸石8内部，散热段5伸出钻孔全部暴露于空气中，绝热段6可没入钻孔中也可暴露于空气中，可根据高温区域深度灵活调整。为了保证冷凝后的液体工质9在重力作用下能正常回流到吸热段7，保持密封管稳定性和提高降温效果，单向传热密封管的倾斜角度即钻孔施工角度α>30°；

植入单向传热密封管4后，按常规对钻孔口进行封闭处理，防止其与外界空气联通加剧煤矸石的自燃。

当煤矸石8内部热量积聚温度升高，与外部环境形成一定温差后，单向传热密封管4植入钻孔内后即在吸热段7与散热段5温差的作用下开始工作，吸热段7内的液体工质9受热不断蒸发变成气体，在压力差的作用下气体沿方向10不断上升至上部散热段5，通过散热片12将热量传给周围空气，与周围空气进行热量交换，同时自身发生冷凝变成液体，在重力作用下沿方向11流回到下部的吸热段7，完成一个气液转换、热量转移的循环，周而复始，进行下一个气液转换、热量转移的循环，不断的将煤矸石8内部热量转移至外界空气中，从而避免热量发生积聚；随着单向传热密封管4的不断工作，温度异常区2内部的热量便不断被转移至外界空气中，使热量难以积聚。

定期利用测温仪器检测单向传热密封管4的散热段5温度，以检查单向传热密封管4的工作状态，考察温度异常区域2的降温程度和效果，在网格式吸热降温区内所有单向传热密封管的协同作用下，高温异常区域2温度就会不断降低，直至网格式吸热降温区内所有单向传热密封管的温度均降低到安全温度以下，此时，认为温度异常区域2达到了一个安全温度；

达到安全温度后，将单向传热密封管4移出钻孔，并对该钻孔进行充填封堵，以防止空气进入引发自燃；将单向传热密封管4移至其他温度异常区域进行循环再利用，单向传热密封管4移出后对钻孔3进行充填封堵，以防治空气进入引发自燃。

对所有温度异常区2都布置单向传热密封管4后，就形成一个个网格式吸热降温区，在多个网格式吸热降温区共同作用下，煤矸石山1内部蓄热条件被破坏，温度异常区的温度不断降低，自燃无法发生，最终实现煤矸石山1自燃的预防。

Claims (1)

1.一种防治煤矸石山自燃的方法，其特征在于包括以下步骤：

a. 从煤矸石堆积成型开始，采用非接触式红外测温仪定期对煤矸石山（1）的表面温度进行测定，及时发现温度异常情况，确定温度异常区域（2）位置；

b. 在确定的异常温度区域（2）内与水平面成夹角α倾斜施工多个钻孔，夹角α>30゜，多个钻孔采用网格式布置方式形成钻孔群（3），孔间距为0.5~1.5m；

c. 在施工好的多个钻孔内分别植入单向传热密封管（4），形成网格式吸热降温区，所述单向传热密封管（4）的下部为吸热段（7），吸热段（7）内装有液体工质（9），单向传热密封管（4）的中部为绝热段（6），上部为散热段（5），散热段（5）上安装有散热片（12）；施工过程中，将吸热段（7）全部埋入矸石山内部，散热段（5）伸出钻孔全部暴露于空气中；

d.按常规对钻孔口进行密闭封孔；

e. 当煤矸石（8）内部热量积聚温度升高，与外部环境形成一定温差后，单向传热密封管（4）在吸热段（7）与散热段（5）温差的作用下开始工作，吸热段（7）内的液体工质（9）受热不断蒸发变成气体，在压力差的作用下气体不断上升至散热段（5），通过散热片（12）与周围空气进行热量交换，自身发生冷凝变成液体，在重力作用下流回到单向传热密封管（4）下部的吸热段（7），完成一个气液转换、热量转移的循环，周而复始，不断的将煤矸石（8）内部热量转移至外界空气中，从而避免热量发生积聚；

f.定期利用测温仪器检测单向传热密封管（4）的散热段（5）温度，考察温度异常区域（2）的降温程度和效果，直至温度异常区域（2）达到安全温度；

g. 达到安全温度后，将单向传热密封管（4）移出钻孔，并对该钻孔进行充填封堵，以防止空气进入引发自燃；

h. 对所有温度异常区（2）都布置单向传热密封管（4），形成一个个网格式吸热降温区，在多个网格式吸热降温区共同作用下，实现煤矸石山（1）自燃的预防。