硫化礦石自燃特性及井下火源探測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、硫化礦石自燃是長(zhǎng)期以來(lái)影響礦山安全生產(chǎn)的問(wèn)題，已成為硫化礦床開(kāi)采經(jīng)常遇到的重大災(zāi)害之一。迄今，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)硫化礦石的自燃機(jī)理、自燃傾向性、預(yù)防以及控制方法等方面進(jìn)行了大量研究，但由于硫化礦石自燃過(guò)程的復(fù)雜性和白燃火源的隱蔽性，使問(wèn)題未能得到根本解決。隨著我國(guó)礦產(chǎn)資源不斷向深部開(kāi)發(fā)的影響，深部開(kāi)采面臨的高溫問(wèn)題越發(fā)加劇了高硫礦石開(kāi)采過(guò)程中自燃事故的頻發(fā)，礦石自燃問(wèn)題比以前顯得更加突出。因此，研究硫化礦石自燃特性及其火源探測(cè)技術(shù)，對(duì)于深入了

2、解井下礦石自燃過(guò)程，判定礦石堆燃燒狀況和推斷火源位置以及高效、快速地展開(kāi)防滅火具有重大的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　 論文在廣泛查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)和系統(tǒng)總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，采用理論研究、實(shí)驗(yàn)室模擬、數(shù)值分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，對(duì)硫化礦石自燃的基礎(chǔ)理論、礦石堆的聚熱特性與自燃早期的發(fā)火規(guī)律、自燃礦石火源的紅外熱像探測(cè)方法及內(nèi)火源定位技術(shù)等展開(kāi)了系統(tǒng)深入的研究。論文的主要工作和獲得的成果總結(jié)如下：
　　 (1)在

3、已有的研究成果基礎(chǔ)上，對(duì)典型硫化礦物的基礎(chǔ)特性及硫化礦石自燃機(jī)理等方面相關(guān)研究的成果進(jìn)行了綜合分析、比較和總結(jié)，并就礦石與氧氣復(fù)合作用生熱的過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)探討和分析，為探索硫化礦石自燃發(fā)火機(jī)理提供必要、可靠的理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)，把硫化礦石自燃發(fā)火的研究成果融匯成較完善、系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論體系。
　　 (2)揭示了氧氣在硫化礦石堆內(nèi)的流動(dòng)方式主要為滲流流動(dòng)和擴(kuò)散流動(dòng)；把礦堆堆體導(dǎo)熱視為固體顆粒導(dǎo)熱和礦堆內(nèi)間隙氣體的導(dǎo)熱過(guò)程，并在此基礎(chǔ)

4、上推導(dǎo)了硫化礦石堆熱量的積聚過(guò)程和聚熱升溫條件；采用理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的手段對(duì)硫化礦石堆熱量積聚的影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，表明溫度、空隙率、漏風(fēng)強(qiáng)度、堆積體積、氧氣濃度以及含水量和礦石粒度等是影響礦石升溫的主要因素。
　　 (3)運(yùn)用現(xiàn)代測(cè)試和分析技術(shù)對(duì)硫化礦礦樣做TG/DSC分析，水溶液含量測(cè)定及電鏡掃描等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：①礦石升溫過(guò)程有大量的熱量釋放；②氧化前后，礦樣表面變得疏松多孔，呈疏松、破碎狀，并伴有結(jié)塊現(xiàn)象。③礦樣中水溶性

5、Fe2++Fe3+和SO2-4-離子的含量均有增加，特別是硫酸根SO2-4含量，部分礦樣增加幅度很大。研究表明這些現(xiàn)象為礦石氧化自燃過(guò)程的主要特征。
　　 (4)利用現(xiàn)場(chǎng)堆礦實(shí)驗(yàn)篩選了溫度作為表征礦石自燃早期的最佳指標(biāo)，并分析探討了礦石堆內(nèi)部的升溫特性及其對(duì)礦堆表面溫度的影響，獲取了兩者之間的關(guān)系，表明礦堆表面溫度的變化，間接反映了硫化礦石氧化的本質(zhì)和程度，且溫度的變化在量的關(guān)系上與各階段緊密相關(guān)，可以通過(guò)探測(cè)礦堆表面的溫度變化

6、來(lái)監(jiān)測(cè)礦堆內(nèi)部的自熱、自燃情況，適宜作為早期監(jiān)測(cè)礦石自燃的指標(biāo)。
　　 (5)提出了用于探測(cè)硫化礦石堆自燃火源的紅外熱像方法。分析了紅外測(cè)溫儀的選擇方法及礦用熱像儀的選型；結(jié)合IRI-1011通用型熱像儀對(duì)影響礦石自燃紅外探測(cè)的因素進(jìn)行了深入探討，并提出了相應(yīng)的校正措施。利用理論推導(dǎo)和數(shù)值模擬計(jì)算表明，現(xiàn)有的熱像儀對(duì)于探測(cè)礦石堆10m內(nèi)的火源均具有可行性；設(shè)計(jì)了探測(cè)工藝，獲取了幾組適應(yīng)于IRI-1011型熱像儀的探測(cè)距離與探測(cè)面