煤矿在进行开采过程中会产生固体废弃物——煤矸石，主要包括选煤厂尾矿、煤岩巷剥离矸石等。目前，基于我国能源的结构煤田富余而油气缺乏的基本特征，煤矿仍是我国主体能源；一般情况下，煤矸石约占原煤产量的10%左右，在天然煤净化后可达到12-18%。由于煤矿地处位置、排矸机等基础条件的差异造成煤矸石山堆积工艺、粒度结构也不同；地处平原地区煤矿大部分将煤矸石直接堆积在未垦荒地，形成脊形或者锥形煤矸石山，有的间接被充填至矿井塌陷区。而地处山区的煤矿将煤矸石直接排至山坡自由滚落，填至山沟内。对于目前煤矸石山的安置，造成了大量土地的浪费和各类环境污染，而对人类生态生活与环境的直接危害是煤矸石自燃。煤矸石自燃将产生大量SO2、CO、H2S等多种有毒有害气体和大量烟尘，而且易发生煤矸石山坍塌和爆炸等事故，对煤矿工作人员及周边民众生命安全造成严重的威胁。

影响煤矸石自燃的影响因素主要有硫铁矿、含水率、矸石山内外温差、残存煤变质、粒径、漏风强度与孔隙率等。而煤矸石的自燃离不开燃烧三要素：①煤矸石具备自燃倾向性，黄铁矿和水分等因素起到了重要作用；②堆积起来的煤矸石山内部的疏松程度，较大的孔隙率给内、外部的气体交换提供了通道；③煤矸石山内部良好的蓄热条件，初期内部温度不高，但随着时间推移热量的不断集聚，温度持续升高又推动了氧化放热，最后造成了煤矸石发生自燃现象。煤矸石山的自燃成因是物理、化学变化相结合的结果，如果在其初期以上三种条件任意一个达不到，就不会发生煤矸石山自燃。煤矸石发生自燃过程中，温度的影响可分为3个不同的阶段，即缓慢氧化、加速升温、燃烧。初始情况下硫铁矿燃烧温度较低，遇到氧气后会产生热量致使煤矸石山内温度的升高，加之煤矸石堆积过程中产生的孔隙，使煤矸石山内外气体的交换，造成煤矸石山内部温度继续升高，一定时间的积累造成内部温度达到燃烧的临界值，产生煤矸石山的自燃。升温过程中伴随着地表水分、煤矸石山内含水率、内外受热温差等因素的辅助推动，提供了更加良好的升温环境，致使煤矸石山自燃的发生概率。

目前市场上检测煤矸石山自燃的产品的局限性：

人工巡检是现场通行的作法，但是靠一两个工人扛2米的温度计巡逻根本达不到有效测量密度，热电阻插入煤堆需要几分钟才可以测量准确，而且煤矸石山很多地方行走不便，煤场环境恶劣，安排太多的人测温也非常不安全;

还有使用红外温枪或热成像设备，该类设备都只能测量表面温度，煤矸石山自热自燃主要从内部开始，所以达不到使用目的，导致选型失败。所以现场明知预防自热自燃的重要性，却无可奈何。

3.1、煤矸石山测点位置及深度选择方法

我公司与多家设计单位联合对煤矸石山温度场进行连续监测研究，发现煤矸石山内部温度有规律变化。

受到供氧量和散热条件的制约，煤堆自燃的发源点主要发生在煤堆侧表面以内3米到8米深度范围内。首先观察3米以内深度范围，因为紧邻空气，煤矸石的散热量大于发热量，所以煤自热初期所发出的热量，不能得到有效积累，不能导致温度明显升高，所以这个区域的煤很难自燃；观察从煤堆斜面以内4米深度至煤堆中心的范围，虽然温度很快，但是因为氧气供应量太少，无法为煤发热提供足够的氧气，所以很难自燃。所以，当我们观察到煤矸石山表面某处冒汽冒烟时，并不是表皮首先发热自燃，而是内部区域经过一段时间的自燃，把热量传递出来，形成的结果。所以观察表面发热自燃只是治标，观察煤矸石山内部区域发热自燃才是治本。

3.2、煤矸石山测点位置的选择

测点越密集，发现煤的发热现象就越早，但是测量设备的购置和维护成本就越高；反之，测点太稀疏，等到发现自燃现象就太晚了，自燃感染的区域就太大了。综合考虑，既不能让自燃的感染区域太大，也不能使设备的购置和维护成本太高，我们往往选择沿着煤堆斜面，间隔20米的距离，布置一支测温探头。

考虑到很多煤场的储煤有不同的来源、批次、煤质等差异，所以也可以采用每个批次插入至少一支探头的策略，该测点就能比较好的反应该批次储煤的发热自燃情况。

3.3、煤矸石山测温点的布置方法

每个煤矸石山都具有地理、气候、形状、土建结构方面的个性，所以煤矸石山负责人经过长期管理实践，也会发现该煤场的发热自燃现象，可以根据这些现象有针对性的布置测温点。

煤堆自燃的原因

 

煤堆自燃往往需要具备三个主要条件:一是煤质有自燃倾向,二是供氧条件好,三是散热条件差。各种煤质的自燃能 力是不同的,有的很容易自燃,如褐煤、长焰煤等;有的不容易自燃,如贫煤、无烟煤等,另外,煤的含硫份和含水 分越高,氧化反应速度越快、放热越多,煤越易自燃。煤堆发热是氧化反应,所以煤堆自燃要求煤堆有一定的孔隙 率、通风条件好。煤堆的氧化反应放出热量,如果散热条件差,热量积累会提升煤堆温度,煤温度越高氧化反应就越剧烈,两方面相互影响,使得煤堆自燃过程加速。

 

根据以上煤堆自燃的原理和储煤堆发生自燃的实际情况看,自然堆积(不压实)条件下,可以将煤堆分为三层:（如上图：A冷却层 B氧化层 C窒息层）

 

(1) 冷却层:

 

冷却层处于煤堆的表层,约0.5至1.5米厚,该层与空气接触充分,虽然发生氧化反应,但是散热条件好,热量难以积累,所以自燃发生率低。

 

(2) 氧化层:

 

氧化层处于冷却层以下,约1至4米厚,有一定供氧量,氧化反应发出的热量难以散热,不断积累升温,反过来促进氧化反应,容易发生自燃。

 

(3) 窒息层:

 

窒息息层位于氧化层以下,供氧不充足,无法发生自燃。

 

堆场往往会把煤堆压实后储存,导致孔隙率减小,煤堆氧化层的深度也相应减小,根据现场经验,氧化层往往位于表层以下1米至4米深度范围。从煤场实际情况看,煤堆自燃还表现出非常明显的局部区域发性特点,原因有很多,比如某位置存在一些煤块,导致该位置的供氧条件很好;或者某位置的煤在堆放过程中受潮,含水分较多。首先发生自热的位置称为“热点”,热点相比于煤堆的其它位置,首先满足了自燃的条件,更早的开始发热自燃,自燃一旦开始,煤温就可以达到230度,此时热点放热速度很快,向四周传导,感染本来还没有发热、还没有满足自燃条件的煤堆,促使它们开始升温,并加速氧化反应,加速进入自燃状态,如此循环,热点的区域体积不断扩大,不仅造成越来越大的损失,也因为体积太大而很难处理。这就是为什么当我们观察到煤堆表面冒烟,再把煤堆翻开后发现无论是氧化层、冷却层还是室息层都开始自燃的原因。综上所述,我们预防煤堆自燃的关键就是尽早发现热点,在热点刚刚出现,感染的体积还比较小的时候,发现热点,就采 取措施把祸患消灭掉,极大的减小了损耗,而且很容易处理。