較厚硫鐵礦自燃特性的研究

于貴生

(1.煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司;2.煤礦安全技術(shù)國家重點(diǎn)實驗室)

較厚硫鐵礦自燃特性的研究

于貴生1,2

(1.煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司;2.煤礦安全技術(shù)國家重點(diǎn)實驗室)

利用試驗方法，對某硫鐵礦自然發(fā)火基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行了測試與分析，并對所測定的吸氧量及揮發(fā)分進(jìn)行了定性分析，認(rèn)為該硫鐵礦含硫量較大。根據(jù)測試結(jié)果，分析了硫鐵礦自燃特性規(guī)律，結(jié)合技術(shù)及經(jīng)濟(jì)因素，有針對性地設(shè)計硫鐵礦自燃防治方法，為該硫鐵礦的安全開采提供了保障。

硫鐵礦 自然發(fā)火 自燃防治

硫鐵礦自燃不僅浪費(fèi)了大量的寶貴資源，而且惡化了井下環(huán)境，嚴(yán)重威脅著井下工作人員的生命健康。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在國內(nèi)，大約有20%～30%的硫鐵礦、5%～10%的有色金屬或多金屬硫化礦存在內(nèi)因火災(zāi)危害[1-2]，高硫礦山占金屬礦山總量近1/3[3-4]；在國外，硫化礦山發(fā)生內(nèi)因火災(zāi)的風(fēng)險同樣較大，如美國克洛克礦1972年發(fā)生的火災(zāi)導(dǎo)致91人死亡[5-8]。伴隨著我國對資源需求量的增大，礦井開采深度及開采強(qiáng)度也在不斷加大，掌握其自燃特性，制定合理的防滅火措施顯得尤為重要。

1 礦井概況

吉林金土地礦業(yè)有限責(zé)任公司硫鐵礦礦體走向NE70°，東部(X線東)轉(zhuǎn)為NE80°，傾向SE，傾角60°～75°，東部傾角稍緩。礦床東西延長650 m，寬150～250 m，控制深度280～550 m(平均400 m)，單個礦體長度50～480 m，厚度3～14 m，平均厚度7.76 m，礦體較厚，伴隨構(gòu)造，條件較為復(fù)雜。礦體特征見表1。

2 硫鐵礦自燃特性研究

硫鐵礦自燃已成為制約其發(fā)展的重大難題，國內(nèi)外學(xué)者展開了不懈的探索，形成了大量卓有成效的成果，為硫鐵礦自燃預(yù)測及防治提供了技術(shù)條件。通過測定吉林金土地礦業(yè)有限責(zé)任公司硫鐵礦典型礦樣的吸氧量，評價其自然發(fā)火性能及自燃發(fā)火期，為硫鐵礦自燃防治提供數(shù)據(jù)支撐。

2.1 基礎(chǔ)參數(shù)測定

硫鐵礦與氧氣的作用過程中會發(fā)生氧化反應(yīng)放出熱量，當(dāng)熱量大于其周圍環(huán)境的熱量時，硫鐵礦溫度將不斷升高，溫度的升高又加快了氧化速度，使得硫鐵礦的溫度達(dá)到其著火溫度，引發(fā)自燃。

表1 硫鐵礦體特征

硫鐵礦自身性質(zhì)對于其熱量積聚的快慢具有重要影響，是進(jìn)一步分析其自燃特性的基礎(chǔ)，主要包括水分、灰分、揮發(fā)分、全硫、真相對密度等。其測試儀器包括工業(yè)分析儀、紅外定硫儀、真相對密度測定儀等。測試結(jié)果如表2所示。

表2 分項參數(shù)測定

2.2 自然發(fā)火性評價

礦體自然發(fā)火的評價方法上總體上有以吸氧量、吸氧速度、有無膠狀黃鐵礦、升溫率、Fe2++Fe3+>0.3%、火災(zāi)指數(shù)等多種指標(biāo)的研究方法，就其自燃機(jī)理尚未形成一致的認(rèn)識，本次采用吸氧量這一指標(biāo)來研究其自然發(fā)火特性。

測定儀器以氮?dú)鉃檩d氣，以氧氣為吸附氣，氣源壓力0.4 MPa。稱取100 g分析礦樣,全部粉碎至粒度小于0.15 mm，0.1～0.15 mm粒級的礦樣應(yīng)占總數(shù)的65%～75%，粉碎后的礦樣裝入250 mL的廣口瓶中備用。礦樣裝入樣品管后在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下干燥2 h,經(jīng)歷吸附20 min、脫附5 min的過程，形成譜圖及峰面積，并測定其真相對密度進(jìn)行工業(yè)分析，處理后換算出礦樣吸氧量。從表2中可看出揮發(fā)分為2.08%,小于18%;礦中全硫為23.92%,大于2%;吸氧量為0.16 cm3/g,小于1 cm3/g，定性分析結(jié)果認(rèn)為存在自燃風(fēng)險。

2.3 自然發(fā)火期評價

具有自燃風(fēng)險的礦樣被揭露后與空氣接觸到發(fā)生自然發(fā)火之日止，所經(jīng)歷的時間叫做礦樣的自然發(fā)火期。吉林金土地礦業(yè)有限責(zé)任公司硫鐵礦存在自燃風(fēng)險，考察其自然發(fā)火期的長短有助于制定合理的防滅火措施。

采用絕熱氧化試驗測試方法，經(jīng)過96 h的預(yù)處理，測定溫升曲線和原樣及氧化樣的著火點(diǎn)，原樣的著火溫度為500 ℃，氧化樣的著火溫度為502 ℃。得出如下研究結(jié)果：整個試驗過程絕熱測試時間為325.0 h，最短自然發(fā)火期為57 d，考慮硫鐵礦現(xiàn)場環(huán)境及儀器測定過程中影響系數(shù)、儀器常數(shù)的因素，自然發(fā)火期范圍為57～118 d。測定器溫度曲線見圖1，絕熱氧化測試結(jié)果見表3。

表3 絕熱氧化測試結(jié)果

3 結(jié) 論

通過試驗研究可知，吉林金土地礦業(yè)有限責(zé)任公司硫鐵礦含硫量較高，存在較大的自燃風(fēng)險，自然發(fā)火期為57～118 d，為采區(qū)制定有針對性的防滅火措施提供了重要的依據(jù)。在開采過程中要密切監(jiān)測采場周圍環(huán)境變化，制定合理的采礦循環(huán)，加強(qiáng)通風(fēng)，改善采場底部結(jié)構(gòu)，防止熱量積聚、自燃。

[1] 陽富強(qiáng)，吳 超，吳國珉，等.硫化礦石堆自燃預(yù)測預(yù)報技術(shù)[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2007，17(5):89-95.

[2] 陳 晨．基于熱重分析法的硫鐵礦自燃特性試驗研究[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2009.

[3] 吳 超，孟廷讓.高硫礦井內(nèi)因火災(zāi)防治理論與技術(shù)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，1995.

[4] 李孜軍．硫化礦自燃機(jī)理及其預(yù)防關(guān)鍵技術(shù)研究[D].長沙：中南大學(xué)，2007.

[5] 葉紅衛(wèi)，王志國．高硫礦床開采的特殊災(zāi)害及其發(fā)生機(jī)理[J].有色礦冶，1995(4):38-41.

[6] 吳大敏．新橋硫鐵礦礦石自燃特征及綜合防治措施[J].化工礦物與加工，2001(10):20-22.

[7] 李孜軍，古德生，吳 超．高溫高硫礦床礦石自燃危險性的評價[J].金屬礦山，2004(5):57-59.

[8] 鄔長福．高硫金屬礦床內(nèi)因火災(zāi)及其滅火措施[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2002,29(2):21-22.

·記者在線·

河南省部署礦產(chǎn)資源開發(fā)利用保護(hù)整改工作

近日，河南省政府召開會議，通報國家審計署對我省礦產(chǎn)資源開發(fā)利用保護(hù)及相關(guān)資金征管情況的審計反饋意見和審計決定，就抓好問題整改和審計決定執(zhí)行工作進(jìn)行詳細(xì)安排部署。副省長李亞參加會議并講話。據(jù)介紹，2014年國家審計署對我省展開了礦產(chǎn)資源專項審計，2015年1月初將審計報告和審計決定反饋給我省。審計報告既肯定了河南省礦產(chǎn)資源管理所做的各 項工作，又指出在礦業(yè)權(quán)審批出讓、礦業(yè)權(quán)轉(zhuǎn)讓、礦產(chǎn)資源勘查開采、礦產(chǎn)資源管理、礦產(chǎn)資源相關(guān)資金征收管理使用等6個方面存在的突出問題。

據(jù)了解，審計署審計礦產(chǎn)資源發(fā)現(xiàn)問題的整改任務(wù)，涉及7個省轄市、直管縣政府，11個廳局委、3個廳級企事業(yè)單位。按照要求，河南省在接到審計報告和決定之日起60 d內(nèi)，要向?qū)徲嬍饒笏驼暮蛨?zhí)行情況。

2014-10-10)

于貴生(1973—)，男，所長，工程師，碩士，110000 遼寧省遼陽市沈河區(qū)東濱河路108號。