金属矿山内因火灾综合因素预报法的应用.pdf

氏 ／ ， ， t 、＼ ‘ ， r 一 ／ 金属矿山内因火灾综合因素预报法的应用 中南工业 大学 周勃 吴爱祥 【 摘要】以 金 属 矿山 内 因火 灾 为 研究 对 象， 用综 合因 素法 对其 进 行预 报． 通过 现场实 践证明了 其可 行性。阐述 了综合因素法是一种试验流程和设备简单 ．易操作控制、准确性高的方法 ．也是判断矿岩 自燃倾 向的一种行之有效的方法。 关键词白燃性 预报 综合因素法 AP PLI CAT卫 0N 0lF C0M PRE衄NS I VE F ACT 0R F0R F0RECAS T BREEDI NG F Ⅱt E I N M吡TAL M I NES Th e Ce n t r a l S o u t h I n d u s t r y Un i v e r s i t y Zh o u 1 1 3 o W u Ai x J a n g 【 A B S T R A C T 】T a k e t h e b r e e d in g f ir e in me t a l mi n e s a s s t u d y t a r g e t ，u t i l iz i n g c o mp r e h e n s i v e f o r e c a s t me t h o d ，t h e f e a s i b i l i t y o f t h i s me t h o d i s p 3 v e d b y o p e r a t i o n p r a c t i c e ，c o mp r e h e n s i v e me t h od i s s i mp l e i n f l o ws h e e t ，l e s s e q u i p me n t ，e a s y c o n t r o l ， a n d h i g h a c e u r a c y ，a n d i s a l s o S ／ 1 e f f e c t i v e wa y t o d e t e r mi n e mi n e r o c k f i r i n g t e n d e n c y． KEY W ORDS S p o n t a n e o u s i g n i t a b i l i t y F o r e c a s t C o mp r e h e n s i v e f a c t o r me t h od l 概述 矿山发生火灾时，使矿山企业遭受巨大 的损失，火灾的发生必将影响生产的顺利进 行 。据统 计 全 世 界 7年 间井 下共 发生 火 灾 2 3 6 起 ，其 中 自燃 火灾 就 占 1 8 9起 ，约 占 8 0 ％，可见矿山内因火灾危害很大 ，我国大 厂和武山铜矿等都发生过多起内因火灾。所 谓内因火灾 ，是由具有 白燃性质的物质 如 煤、炭质页岩、硫化矿山等在某种条件下 发生物理化学变化而引起的自燃现象。 我 国金属矿 山发生 的内因火灾 。可分两 种类型。矿体顶板岩层 自燃 湘潭锰矿和 矿体矿石本身 自燃 武山铜矿 。 为 了确保生产的顺利进行 ，必须有效地 预报火灾 ，从而寻求出最有效和经济合理的 防灾方法 。 2 矿岩 自燃倾 向预报方法 2 1 历史与现状 矿岩 包括煤 白燃倾 向的研究 ，从 3 0 年代起已有数十年了，研究的目的在于揭露 矿岩白燃的内在因素。由于条件复杂，涉及 面广，工作十分艰巨，不易取得进展 ，不少 研究工作因此半途而废 。随着采矿科学技术 的发展 ，对 这一研究 的需要也 日益 迫切 。因 此 ，查 明矿岩 自燃 原因 ，研 究矿岩 自燃倾 向 性、寻找行之有效的判断矿岩 白燃倾向程度 的方法，以指导矿床开采前设计以及安全生 产，是当前国内外急需解决的重大的课题。 数十年的研究中，在不同的国家和不同 时期提出过如下判断自燃倾向程度的指标 1 波兰 对煤的 白燃倾 向用 H 2 氧 化升温率为指标 ； 2 前苏联 ①主要是对煤 的 自燃倾 向，以着火点及其降低值作为指标 ；②对煤 及硫化矿石的白燃倾向以及吸氧速度常数作 为指标 ；③对硫化矿石的白燃倾 向，用电化 学性能作为指标 ，目前这种指标还未获得具 体的应用 1 8 有色矿山--1 9 9 9 2 维普资讯 ■ 3 保加 利亚；对硫化矿石 的 自燃倾 向，用吸氧速度常数与差热分析反映的热谱 两种作为指标 ； 4 日本 研究煤的自燃发火的早期预 报 ， 分析温度、气体等的变化为指标 ； 5 我国①抚顺煤研所 对煤的 自燃 倾向 ，用着火点及其降低值作为指标 ；②长 沙矿 山研究院 对硫化矿石的自燃倾向，提 出 “ 有无胶状黄铁矿”作为指标 ；③长沙矿 冶研究所 对硫化石的 自燃倾 向，用 H 2 O 2 氧化率升温率作为指标 ；④ 白银研究所 对 硫化矿 石 的 自燃 倾 向，是 以硫 化矿 石 中 F e z F le 3 O 3 ％作为指标。 2 ． 2 综合因素分析法 自1 9 5 8年以来，特别是在 l7 0年代 ，中 南工业大学组织了地质、采矿、分析化学及 物化等几个方面的科技人员 ，就这一课题进 行了大量的试验研究。研究表明，上述国内 外现有的单一性指标用于判别矿岩的 自燃倾 向性有很大的片面性和局限性 ，有的试样的 各种指标互相矛盾。例如有的矿岩不含有胶 状黄铁矿也会出现 自热 ，有的试样的 H 2 O 2 氧化升温率 、吸氧速度常数比较高却不 自燃 等。 对湘潭 锰矿和阿尔 巴尼亚的普雷尼亚斯 镍铁矿 自燃的研究 ．得出了矿岩由自热到 自 燃；就其内在原因而言 ，也是由多种因素决 定的，采用一、二种指标不能表征它的 自 燃 倾向程度。试验得出 ，矿岩中硫是主要氧化 放热的成分，但硫的种类、分布等都与矿岩 的自热与 自燃有着 密切 的关系；矿岩的结 构、构造不同，其 自燃倾 向程度也不同。矿 岩的氧化速度是衡量 自燃倾向程度的重要内 容 ，而氧化速度可在多种条件下用不同的方 法测得 。可以说 ， 0 2 氧化升温率，F e 2 F 含量的变化，吸氧速度常数 、S 或 C O e 产生量都是衡量矿岩在不同条件下的氧 化速度的指标。 在 8 o年代初 ，中南工业大学提出了综 合因素分析法，用于鉴定矿岩的自燃倾向程 度．即除了对矿岩的地质环境进行观察和分 析外。对试样进行矿相鉴定 ，有关组分的化 学元素分析 ，不周条件下 的氧化速度 的测 定、自热试验、差热试验中放热峰值 的观测 等，对试验结果进行综合分析，例如 ，有些 试样在 自热试验中直观地展示出由自热至自 燃的特性，有的试样在室内自热试验是不能 测出 自热现象 ，则可将该试样与 自热试验的 试样的其它指标进行比较 ，以得出正确的结 论 。 多年来 ，实践证明这种方法是行之有效 的。例如 。对湘潭锰矿和阿尔巴尼亚的普雷 尼斯镍铁矿 6 7 8中段 自燃原因的研究 ，表明 了 自燃是由矿岩的多种内在因素所决定的。 用综合因素分析法对普雷尼亚斯镍铁矿 6 7 8 中段 ，武山铜矿等矿岩 自燃倾向程度的鉴定 所作出的结论，已被实践证明是正确的，为 设计院所采用 ，作为设计的依据 ，对现场组 织生产起 了重要 的作用 。 3 预报实例 武山铜矿投产后 ，北矿带矿床为含铜黄 铁矿类 型，矿石主要含黄铁矿 ，含硫高达 3 4 ％以上 ，在基建时期曾数次发生 自燃现 象。 采集 了有代表性的七种矿样 ，同时从铜 官山矿松树区也采集了三种矿样 ，做了以下 试验并得出了 自燃原 因的结论 。 3 ． 1 矿样化学分析 矿样有关组分化验结果 ，如表 l 所示 。 3 ． 2 矿样的矿相分析 矿样的矿物成分 ，如表 2 所示。 3 ． 3 矿样氧化速度的测定 为了全面观测综合分析矿样 的氧化倾 向，采用如下方法 常温下矿样在空气 中吸 氧速度的测定 ；4 0 ℃恒温时矿样暴露在空气 中 F e z F e 3 产量随时间 的变化而测定 ； 矿样用 0 2 氧化的升温速率的 测 定；不 同 金 属 矿山 内阻 J 灾 综 台囡素 顶 枢 法的 应用 局 勃 等 ‘ 邮 编4 1 0 8 3 维普资讯 表 1 矿 榉缉 分～ 览表 ％ 温度下矿样氧化产物 S 产生量的测定等。 3 ． 4 矿样的差热分析 不 同的矿物显现氧化 放热 的温 度 和放 热 量有较大的差异，用差热分析方法测定了热 谱。从试验结果可以看出。在 7 O ℃以下有一 个放热反应 ，松 1和松 2矿样表现较为 明 显 ；7 0 --1 2 0 ℃有 一 个 吸 热过 程 。以上 两个 反应有重叠情况。很可能互相低消一部分 。 武 3 、武 7及武 4矿样都可能是由于这一原 因氧化反应未明显反映出来。但仍查看出是 两个反应的重叠，较低温时表现放热，较高 温时则为吸热；在 1 0 0 --2 0 0 ℃之间有一个明 显的放热反应，武 3 、武 1的放热量比较大， 松 3次 之，武 4 、武 7更 次 之。在 1 0 4～ 1 5 0 “C之间峰顶温度各矿样有些差异 ，这个 放热 峰顶 对 自燃应 有 一定 的作 用。2 8 0～ 2 9 0 ℃之间，松 1 及松 3 有 一明显而温度范 围很窄的吸热反应，武 3也有类似反应。但 吸热量较小 ，温度也较低 ，随着这一反应之 后 ，温度迅速升高，开始着火。 3 5 着火 点的测定 将矿岩加热达到足以使之燃烧的温度叫 着火点。 前苏联学者奥尔莲斯卡娅，采用有 自燃 倾 向的煤层和无 自燃倾 向的煤层 的新试样 。 测定它们各自的着火点 ，以后将这些试样用 有色矿山1 9 9 9 ，2 维普资讯 双氧水氧化 、再测 定它 的着火点。试 验得 出，无 自燃倾向煤氧化后发火点的降低不超 过 8 ℃，而有 自燃倾向的煤就都大于 2 5 ℃。 武山铜矿各矿样 的着 火点，如表 3所 示 。 表 3 各矿样着火点一览表 矿样号 盘 l赢2 武 3武4赢5式6 武 7武8格 1I { } 2枉 } 3 竺竺竺竺竺 竺竺竺竺竺竺 3 6 矿样的 自热试验 试验 结果 列于表 4中。 表 4 恒 温 自热试 验结 果 ℃ 自燃试验结果表明 松 3 、武 8 、武 4 、武 1 、武 3和松 1 在 比较低的起始温度时出现了自热现象 ，而且 自燃的幅度一般较大；武 5 、武 2 、武 7和 武 4也出现 自热，但出现 自热时的起始温度 较高和 自燃幅度一般较小 ；武 6高达 2 9 0 ℃ 时没有出现 自热。 武 8 、武 4 、武 1 、松 3 和松 1 矿样在出 现明显 自热后 ，为持续 自热 而将恒温箱温度 适当跟踪，当跟踪温度到远低于矿样着火点 时，矿样就急剧出现升温而着火燃烧。其它 矿样未能出现急剧升温到着火燃烧的情形。 3 7小结 武山矿样的矿物成分 主要是黄铁矿、白 铁矿及胶状黄铁矿，这些矿物在湿空气中氧 化放出热量，散发不出，蓄积起来致使温度 升高，而又促进氧化。这些氧化作用互相促 进，当温度升至着火点时就 自燃。 胶状黄铁矿常与黄铁矿、白铁矿共生 ， 但胶状黄铁矿在三者之 中最不稳定，按氧化 速度快慢排列 的顺序是胶状 黄铁矿 、白铁 矿 、黄铁矿 。 铜官山矿、松树山区矿体 中含有大量的 磁黄铁矿 ，该矿物的氧化速度最快，在较低 温度时就产生 自 燃现象。因而含有磁黄铁矿 的矿体要加强防火措施。 4 结论 综合因素分析法是中南工业大学矿石 自 燃研究组在长期研究和试验 中得出的经验总 结，已广泛用于预报矿岩和 自燃倾 向。用综 合因素分析法来判断矿 山的矿岩 自燃倾 向， 是当前一种比较科学的预报矿岩 自燃倾向方 法 ，经多次实践检验 ，其准确性非常高。此 外 ，它是方法成熟，试验流程和设备简单 ， 操作控制容易的一种矿岩 自燃倾向的预报方 法。 金属矿山内因火灾始台因素预报法的应用圃勃等 f 邮编 4 1 0 0 8 3 维普资讯