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硫化矿石自燃

/spontaneous combustion of sulfide ores/
条目作者张兴凯

张兴凯

最后更新 2022-01-20
浏览 250
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堆积的松散硫化矿石与空气接触发生氧化反应而放出热量,随着热量积聚,温度升高,在一定外界条件作用下,氧化过程逐渐加速,局部的热量积聚使硫化矿石达到着火温度,从而引起自燃的现象。

英文名称
spontaneous combustion of sulfide ores
所属学科
矿业工程

含硫的矿物种类繁多,比较常见且有工业应用价值的硫化矿床主要有硫铁型、硫铜型、硫砷型、硫铅锌型等,其中有相当一部分是以混合的形式出现。矿石氧化自燃特性,多为硫铁矿,有黄铁矿、胶状黄铁矿、磁黄铁矿及白铁矿等。

硫化矿石发生自燃必须具备3个条件:矿石具有氧化性、持续供氧条件和良好的聚热环境。硫化矿石从崩落到自燃共经历了5个阶段,即矿石破碎、氧化、聚热、升温、着火。影响硫化矿石氧化自燃的因素很多,包括矿石本身的性质、结构、着火点、吸水性、热物性、矿床的地质条件、通风状况、采矿方法及采矿强度等,可分为矿石本身因素和环境因素。

①矿石的物理化学性质。矿石含硫量高,自燃倾向大,但含硫量不能作为衡量自燃火灾发生的判据,其只与火灾规模有关系。矿石破碎程度增加,氧化表面积增大,降低了它的着火点,易于自燃。②矿床赋存条件。急倾斜的矿体遗留在采空区内的木材和碎矿石易于集中,矿柱易受压破坏,且采空区较难严密隔离,更易发生自燃火灾。

①供氧条件。足够的供氧条件能够保证氧化反应顺利进行,是矿石自燃的必备条件。②水的影响。水能促进黄铁矿的氧化,湿黄铁矿的氧化速度高于干黄铁矿,矿井水的酸度高,可加速矿石氧化。矿石中常含有多种带不同化学电位的物质,矿石在有水分参与反应的氧化过程中,各物质成分间因电位的不同将产生电流,加速氧化作用。③同时参与反应的矿量。参与反应的矿石和粉矿越多,自燃的危险性越大。④温度。矿石的氧化反应随着温度的升高而加快。

硫化矿石自燃的预测分为建模预测和现场监测预测两个方面。建模预测主要通过建立数学模型来预测硫化矿石崩落后的安全堆积时间或发火周期;现场监测主要是通过监测硫化矿石堆内温度、气体的变化趋势,预测可能发火的时间。主要有自燃倾向性预测法、综合评判预测法、统计经验法、非接触预测法。

通过控制或消除硫化矿石自燃的基本条件来实现防灭火。具体可概括为挖除热源(矿石)、排热降温和隔氧等。采用的手段可分为3类:①直接灭火法。用水、沙土等惰性物质直接覆盖在发火矿石上,或直接挖除自燃的矿石等。这种方法是根治火灾的有效途径,一般适用于小范围火区且人员能够接近的情况。②隔绝灭火法。在有空气可能进入火区的通道上修筑隔离墙,减少或完全截断空气进入火区参与矿石的氧化自燃,使矿石因缺氧而不能继续燃烧,最后自行冷却熄灭。采用此方法要求火区易密闭,且密闭墙质量很好。③联合法。通过清除零碎发火矿石,并对高温矿石采用灌浆、浇水、喷洒含阻化剂的溶液、充填空区、通风排热等综合性技术措施,以降低矿石温度和减慢其氧化速度,最终达到消灭矿石自燃火灾的目的。此类方法适用范围可大可小,实施起来比较灵活多变,适用于各种不同情况的火区。

影响硫化矿石自燃的因素很多,火灾的性质又各不相同,对于硫化矿自燃火灾,须因势利导,因矿制宜,采取综合防灭火措施。

硫化矿石自燃是硫化矿床开采经常遇到的现象。硫化矿石自燃会引发火灾,更会引发一系列的安全与环境问题,并造成人员伤亡和经济损失。①矿石自燃产生的高温和二氧化硫、氮氧化物等有毒有害气体,会恶化井下和地表环境,降低工人的劳动生产率,影响工人的健康和生命安全,还会烧毁、腐蚀井下设备设施和材料。②火区开采时可能引起炸药自爆以及硫化矿尘爆炸等事故,对矿山安全生产造成极大威胁。③矿石自燃火灾会造成部分矿石烧毁,损失矿产资源,破坏正常的生产秩序,造成经济损失。④矿石氧化会改变矿石的性质,影响矿石质量,增加选矿难度和成本等。

  • 阳富强,吴超.硫化矿自燃预测预报理论与技术.北京:冶金工业出版社,2011.
  • 陈国芳.矿山安全.北京:化学工业出版社,2009.
  • 张兴凯.地下工程火灾原理及应用.北京:首都经济贸易大学出版社,1997.

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