1.煤矸石中硫化物含量和聚集狀態對自燃的影響。
根據元素形態，煤矸石中的硫主要有硫化物、有機硫、元素硫和硫酸鹽硫。硫化物是煤矸石中硫的主要存在形式，壹般占煤矸石中總硫的80%以上；硫酸鹽硫壹般不可燃；元素硫易燃，但含量很少；有機硫易燃，但常以-SH和-S-S-的形式均勻分布在煤矸石殘余煤基分子的多環結構中。硫化物硫磺易燃，按其晶體結構和聚集狀態可分為黃鐵礦、白鐵礦、膠狀黃鐵礦和磁鐵礦，主要脈石為黃鐵礦(FeS2)。脈石中的黃鐵礦在低溫下吸收空氣中的氧氣，發生壹系列氧化還原反應釋放大量熱量。如果黃鐵礦散在煤中，其顆粒與碳質材料相連，更容易氧化自燃。研究表明，當煤矸石中硫含量為2%時，硫被完全氧化，釋放的熱量可使煤矸石溫度升高120℃。因此，在黃鐵礦局部集中的區域，黃鐵礦的氧化、放熱和升溫可能使這壹區域成為自燃的中心。但有的煤矸石中黃鐵礦含量高而不自燃，有的含硫量少但易自燃，說明黃鐵礦是煤矸石山自燃的重要因素，而不是唯壹因素。
二、煤矸石中殘煤的變質程度對自燃的影響
殘煤的變質程度直接影響煤矸石自燃的著火點和發熱量。在矸石大小、堆積形式、殘煤含量等其他條件相同的情況下，低變質煤的燃點低，發熱量相對較小。中高變質煤熱值高，燃點高。但對於矸石山的矸石，低變質煤對矸石自燃的影響更大。
低變質煤揮發分產率高，煤矸石自燃過程中產生大量的CH4、C2H2、C2H4、C2H6等可燃氣體，在壹定溫度下對煤矸石起到助燃和加劇燃燒的作用。
低變質煤的煤分子中有許多活性基團，極易與空氣中的氧氣發生反應。
低變質煤密度低、硬度低，易破碎，比表面積大，加快了與氧氣的反應，加速了自燃的發生。
第三，濕氣的影響
1.水分有利於煤矸石的風化。
在適宜的水分和溫度作用下，煤矸石風化速度加快，使煤矸石的比表面積增大，粒徑減小，孔隙率增加，為空氣滲入煤矸石山提供了有利條件。黃鐵礦在高濕度下的自然風化速率比幹燥狀態下高出幾個數量級，充分說明水分明顯加快了FeS2的氧化反應速率，釋放出更多的熱量。
2.水分促進煤矸石和煤的氧化，加快燃燒速度。
空氣中的水分吸附在煤的表面後產生吸附熱，同時吸氧量增加，促進了煤的氧化。產生的吸附熱可以提高煤矸石的溫度，水的濕熱也可以提高煤矸石的溫度。含硫煤矸石低溫氧化放熱速率在壹定範圍內隨著含水量的增加而增加。在煤的氧化反應中，水提供活性H和HO。這時C和CO的反應變成了支鏈反應，自動加快了反應速度。
3.水分降低了煤矸石山的著火溫度。
在壹定的含水量範圍內，隨著含水量的增加，原煤的著火溫度降低。壹般當煤的含水量達到20%時，其著火溫度比幹燥時低80℃以上。
4.水分有助於煤矸石爆破。
煤矸石中的煤粉和硫化物在低溫下緩慢氧化，產生的熱量在內部積累。當陰雨天氣有利於雨水向高溫區滲透時，壹部分雨水遇到高溫煤矸石被加熱汽化，壹部分與高溫煤矸石發生劇烈反應，短時間內產生大量爆炸性氣體，使煤矸石山內部壓力劇增。可見降雨對矸石山爆炸的影響很大，做好雨季矸石山的防爆工作是非常必要的。
綜上所述，水對煤矸石山自燃有著重要的促進作用，所以在堆放煤矸石山或對煤矸石山進行預處理時，應盡可能防止水滲入其中。
第四，粒度的影響
煤矸石粒徑的組成在壹定程度上決定了煤矸石山的滲透性，但在什麽粒徑下煤矸石的滲透性最好，氧化加熱和蓄熱條件最合適，目前尚無定論。因為煤矸石山的發熱蓄熱除了與粒徑有關外，還與其比表面積、氧化等物理化學性質有關。當矸石粒徑較小時，即使滲透性較好，有足夠的空氣滲入進行氧化，但滲入的氧氣由於比表面積大、反應活性高，被消耗在矸石堆表面，難以滲透到矸石深處。而且由於矸石表面散熱條件好，不易因蓄熱升溫而引起自燃。有研究認為，當煤矸石顆粒平均有效直徑為6 ~ 13 mm時，煤矸石堆具有最佳的氧化蓄熱條件，自燃的可能性最大。
5.溫度對煤矸石自燃的影響
煤矸石山自燃其實和其他含碳物質燃燒壹樣，符合燃燒物理學原理，即必須經歷緩慢升溫、自動加速氧化、穩定燃燒等階段。
煤矸石自燃的臨界溫度是煤矸石氧化從緩慢升溫階段過渡到自動加速階段的溫度。當煤矸石山某地的溫度達到臨界溫度(壹般認為是80 ~ 90℃)時，就會發生自燃。另壹方面，如果矸石的溫度不能降低到90℃以下，就有復燃的危險。因此，臨界溫度的確定和應用對自燃矸石山的防治具有重要的指導意義。
六、矸石堆中的空氣輸送方式
影響煤矸石自燃的外部因素是供氧和蓄熱條件，這是壹對矛盾的條件。良好的通風條件可以使煤矸石在氧化過程中得到充足的氧氣供應，但同時也會帶走煤矸石自熱階段產生的熱量。另壹方面，如果封閉環境中的煤矸石具有良好的蓄熱條件，就不能供氧，煤矸石就不會進壹步氧化自燃。供氧條件對具有自燃傾向性的煤矸石自燃起著極其重要的作用，甚至可以說是決定性的。煤矸石山由表及裏，根據供氧和蓄熱條件可分為三個區域:①非自燃區；②可能自燃的區域；③窒息區。
在煤矸石山表面，雖然可以獲得充足的氧氣供應，但與外界的熱交換條件較好，氧化反應產生的熱量很快散發到周圍環境中，煤矸石的溫升很小，不足以引起自燃，因此為非自燃區。在煤矸石山的深層，分子擴散或氣流帶來的氧氣大部分已經消耗在地表，氣流中的氧氣濃度很低，煤矸石氧化反應產生的熱量太小，無法進壹步加熱煤矸石，這個區域不會自燃，所以是窒息區。
在非自燃區和窒息區之間，有壹定的氧氣供應，產生的熱量不會全部被帶走。煤矸石氧化產生的熱量足以使煤矸石升溫，是自燃的可能區域。可能自燃帶的範圍與煤矸石的氧化能力、粒度、堆積形式、孔隙率和外界環境條件有關。大量試驗結果表明，大部分自燃發生在距地表0.5 ~ 7 m範圍內。在該區域中，如果可以連續獲得氧氣，則氧化反應可以繼續。經過壹定時間後，如果煤矸石的溫度上升到燃點以上，就會燃燒。在這壹階段，如果供氧和蓄熱條件發生變化，矸石的氧化反應無法繼續，自燃就不會發生。
煤矸石在自熱過程中，需要外界供氧。煤矸石山中氧氣的傳輸機理是:①氧氣濃度梯度引起的分子擴散；②自然風引起的自然對流；(3)煤矸石山自熱後的熱對流；④粒度偏析造成的煙囪效應；⑤晝夜溫差引起的煤矸石山“熱氣”；⑥大氣壓力變化引起的矸石山“氣壓呼吸”。大氣壓變化引起的“氣壓呼吸”很小，不能維持矸石的自熱。晝夜溫差造成的“熱息”效應只發生在矸石表面，熱效應很快就會喪失。煤矸石山自熱時，所需氧氣主要由氧分子擴散、自然對流、熱對流和煙囪效應提供。
七、風速對矸石山自燃的影響
煤矸石的氧化需要氧氣。只有當外界的供氧速率大於某壹臨界值時，氧化反應釋放的熱量大於散熱速率，熱量才能積聚起來，才會使煤矸石升溫。如果沒有達到這個臨界值，反應釋放的熱量將全部通過傳導和對流散失到周圍環境中。當反應釋放的熱量小於散熱速率時，矸石會逐漸降溫。這個臨界值叫做臨界風速。
氣流在煤矸石山中的作用是雙面的，它既供給煤矸石反應所需的氧氣，又帶走煤矸石反應產生的熱量。因此，臨界風速有壹個上限和壹個下限。當風速超過上限時，反應產生的熱量將全部被帶走。從防止煤矸石山自燃的角度來看，增加煤矸石山的透氣性作為防止自燃的措施是不可能的，所以關鍵是控制臨界風速的下限。臨界風速與可燃物的物理化學性質和環境條件有關。國內外學者對煤矸石中的臨界風速進行了研究，但結果差異很大。壹般認為煤矸石山的風速低於4.4× 10-5m/s時，煤矸石不會自燃
八、煤矸石堆放方式對自燃的影響
目前國內煤礦多采用倒坡轉頭排矸，先將矸石拉到矸石山山頂，然後傾倒，使其自然滾下，使矸石大面積暴露在自然環境中。由於堆積的煤矸石是從山頂向山下排放，形成“倒排”，大部分煤矸石山呈圓錐形。在自然重力作用下，滑移的煤矸石具有明顯的分選性(圖3-6)。在矸石山臨空邊坡的A段和B段之間，小碎矸石靠近A端，碎矸石越大越往B端走。這樣A和B之間就形成了自燃的外部環境，自燃點壹般在B端附近A和B之間的1/3(C)處。燃燒區橫向形成並逐漸延伸至A端。
圖3-6倒置廢棄物傾倒示意圖
測定了陽泉煤矸石山不同部位的組成。結果表明，在煤矸石山下部，粒徑大於25mm的煤矸石占下部的83%，其中許多超過5cm，有的甚至超過20cm，粒徑小於6mm的煤矸石僅占下部的4.5%；山坡中上部粒徑較小，含較多礫石和矸石屑，其中大於25mm的煤矸石占48%，小於6mm的煤矸石占20%。這種倒坡型導致煤矸石在不同垂直梯度上的粒度分級。煤矸石山不同部位的煤矸石粒徑分布見表3-5。
表3-5不同粒徑煤矸石的比例單位:%
粒度分級的結果增加了煤矸石山的孔隙率，使煤矸石得到較好的供氧條件。由於粒徑小的煤矸石中含煤較多，粒徑分級的結果也促進了可燃物的進壹步富集，增加了自燃的可能性。而且這些脈石自然滾下，形成不同粒徑的層狀堆積。壹般位於矸石山斜坡中下部的矸石較大，相互之間有較大的空隙，空氣中的氧氣通過空隙滲透，為矸石山供氧提供了良好的通風條件。同時，由於矸石山中上部顆粒較小，在風雨季節容易風化破碎。破碎的矸石堵塞了孔隙，降低了孔隙度，導致矸石山中上部形成了密封良好的覆蓋層。這種覆蓋層像帽子壹樣覆蓋在矸石上，使中下矸石中的混煤或黃鐵礦氧化產生的熱量得不到有效釋放，容易造成矸石山局部高溫自燃。
煤矸石山中氣流的滲流速度與氣壓有關。發現矸石山內存在低瓦斯壓力，該點的位置與矸石堆積高度有關。堆積越高，壓力越大。因此，空氣滲透的深度隨著矸石山高度的增加而增加，因此，燃燒深度和燃燒面積也可能相應增加。
綜上所述，煤矸石山自燃過程是壹個極其復雜的物理、化學和生物過程，既有內因也有外因影響自燃。只有掌握了煤矸石山自燃機理和影響自燃的因素，才能更好地掌握煤矸石山自燃規律，為今後滅火和實施科學合理的滅火方法提供依據。