含硫矿床自燃可能性的预测与防治
1 含硫矿床自燃可能性的测定方法
含硫矿床自燃的倾向性也可以通俗地称为可能性,准确测定硫化矿石的自燃倾向性为设计单位提供依据,以便正确选择采矿方法、通风系统、回采顺序以及采取防火措施,从而达到避免盲目设计、节省投资、保证安全的目的。
矿岩的自燃倾向性是指矿岩中所有矿物的综合自燃倾向性,而不是单一矿物的自燃倾向性。矿岩中与自燃倾向性有关的主要特征是矿岩的物质组成、各组分的结构特征、氧化 速度、自热特性、着火温度等等。
自燃倾向性的测定方法及步骤如下
(1)矿样选取。为了正确测定矿石的自燃倾向性,第一步工作是要选取有代表性的矿样。一般来说,不同类型矿石都应该采样。但实践经验表明,胶状黄铁矿、磁黄铁矿、微细颗粒黄铁矿容易自燃，应该作为采样重点。
(2)矿相分析。矿石的矿物成分及其含量不同,结构构造不同,晶体颗粒不同,其氧化性也不同。因此,通过矿相分析可以掌握矿石所含的矿物及其品位、矿物的结构构造、矿物晶体颗粒尺寸等微观特征。
(3)矿样加工。为了分析矿石的化学成分含量,进行氧化试验和自热性试验等,必须把矿石破碎成很小的颗粒(通常小于40目,0.45mm),以提高矿石的比表面积。矿样般采用手工破碎
而不采用机械研磨,因为研磨有可能使矿石出现高温而快速氧化,从而影响以后的分析。矿样用手工破碎后,必须用塑料袋包装好并封口,然后放于干燥容器中。
(4)矿样化学成分分析。由于矿石的氧化性与矿石所含成分及其含量有关,通过化学成分分析,可以定量掌握矿样的化学组成及其特征。通常要分析矿样所含化学硫、单硫、化学铁、水溶性Fe2+和Fe3+、有机碳、铜、砷等成分。
(5)矿样氧化增重、水溶性铁离子、硫酸根和pH值测定。硫化矿石低温氧化反应一般都需要水、氧气的参与,把矿样置放于特定的潮湿环境中让其缓慢氧化,并不断测定其氧化过程所产生的有关化学成分含量变化情况,从而间接分析其氧化速度与规律。
(6)吸氧速度测定。硫化矿石氧化过程离不开氧气参与反应。因此,可通过测定矿样的吸氧速度,判定其氧化性的强弱。 (7)自热试样。为了了解硫化矿石在氧化过程中的有关自热特性,如矿石明显自热所需的环境温度等,需要进行矿样自热的测定,比较矿样明显自热所需环境温度的高低，可以比较矿样是否容易自热。
(8)着火点测定。通过使用着火点测定装置可以测定不同矿样的着火点,比较矿样着火点的高低,可以分析评价矿样是否容易自燃。
2含硫矿床自燃的预测
在开采矿岩具有自燃倾向性的矿床时,需要弄清哪些矿石具有自燃倾向性以及发火周期的长短。但是,发火周期的长短受其内因(自燃倾向性)和外因(开采技术条件、地质条件、环境的气象因素—温、湿度及风速)的制约,准确地确定某一采场或工作面指导生产,必须尽早准确地识别内因火灾发生的初期征兆,这对防止火灾的发生发展和及 的发火周期是相当困难的。因此,对于有内因火灾发生的矿山,不能单纯依赖发火周期来时扑灭火灾,确保矿井安全持续的生产具有极其重要的意义。
内因火灾的发展过程,要经过氧化自热、着火、燃烧和熄灭阶段,这是人们共识的自燃发火规律。通过对多个硫化矿山的自燃倾向性、发火周期及防灭火措施的研究,初期征兆表现为矿石堆本身温度的升温率的变化、矿石堆表面附近温度的变化、环境温度的变化,氧含量相对减少,一氧化碳、二氧化碳相对增加,且矿岩中的温度由常温稳定上升到30℃被认为是发火的征兆。
3。矿石堆本身温度的变化表现为三个阶段,可以通过升温率来反映。当温度小于30-32℃，升温率小于0.5℃/d时,为氧化自热的孕育期(或称萌芽期);当温度为32-60℃时,升温率大于1℃/d时,为氧化自热发展期;当温度大于60℃,升温率大于1℃/d,为临近自燃期。
(1)孕育期的主要征兆是当氧含量相对减少,矿石中有有机物参与氧化时一氧化碳及二氧化碳相对增加,矿岩中的温度由常温稳定上升到30℃左右时,可认为是发火的初期征兆。 (2)在硫化矿石堆中,有氧化产物存在、氧含量减少或一氧化碳、二氧化碳增加,只能说明矿岩有氧化现象,但不能说明处于何阶段。因此,其只能作为定性指标,不能单独作为判定发火初期阶段的依据。
(3)温度的变化,反映了硫化矿岩氧化的本质和程度,又反映了外界诸如地质采矿技术条件和气象因素等热交换条件,温度是既可定性又可定量的综合指标。在硫化矿井中,只要系统地测定矿岩中温度的变化,便可将其作为判定矿岩发火初期阶段的依据;必要时,需要测定矿岩中的温度。可通过在矿岩中钻孔或在矿石堆中预埋测温钢管,系统地在钻孔或测温管中测定温度,当温度稳定地从常温上升到30℃左右时,则为发火孕育期。
(4)二氧化硫是自热已发展到相当程度临近自燃期及自燃阶段的产物,不能作为发火孕育期的征兆。由于二氧化硫的活跃性,即使在采场矿岩着火烟雾弥漫、浓烟滚滚的情况下用检知管也测不出二氧化硫,只有在直接冒烟处才可测出。因此二氧化硫不能作为发火孕育期的征兆。
(5)金属矿山一般用水较多,大部分井巷均很潮湿,常出现水珠现象,即使在发火情况下,并不出现“出汗”现象,而且还
显得干燥,因此,“出汗”不能作为孕育期的征兆。
3硫化矿床自燃的防治
硫化矿石的自燃必须具备三个条件:矿石的氧化性、供氧条件、聚热环境,因此硫化矿床自燃的防治方法对应为挖除热源(矿石)、排热降温和隔氧。
3.1预防硫化矿床自燃的方法 在硫化矿石自燃的三要素中,有自燃倾向性的矿石的氧化性是客观存在的,无法改变,可以改变矿石的氧化性,方法是通过在矿石表面喷洒适宜的阻化剂,使矿石表面钝化,从而控制其氧化。阻化剂的作用有隔氧降温、中和、吸附、钝化等。通过喷洒覆盖阻化剂,从而达到阻碍或延缓硫化矿石低温氧化产物生成,阻碍矿石同水、空气的有效接触和降低矿石的温度及其表面的反应速度。 在防火技术方面,一般采用的方法有灌注泥浆、喷洒阻化剂、加强通风、充填空区、密闭采空区等。 3.2硫化矿床自燃的扑灭方法
扑灭硫化矿床自燃火灾的方法可分为积极方法、消极方法和联合方法。
(1)积极方法可用液体、惰性物质等直接覆盖于或作用于发火矿石上,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,但它一般适合于小范围火区且人员能接近的情况下采用。
(2)消极方法是在有空气可能进入火区的通道上修筑隔
含硫矿床自燃可能性的预测与防治
