硫化礦石自燃特性及井下火源探測技術(shù)研究.pdf

1、硫化礦石自燃是長期以來影響礦山安全生產(chǎn)的問題，已成為硫化礦床開采經(jīng)常遇到的重大災(zāi)害之一。迄今，國內(nèi)外學者對硫化礦石的自燃機理、自燃傾向性、預(yù)防以及控制方法等方面進行了大量研究，但由于硫化礦石自燃過程的復(fù)雜性和白燃火源的隱蔽性，使問題未能得到根本解決。隨著我國礦產(chǎn)資源不斷向深部開發(fā)的影響，深部開采面臨的高溫問題越發(fā)加劇了高硫礦石開采過程中自燃事故的頻發(fā)，礦石自燃問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技術(shù)，對于深入了

2、解井下礦石自燃過程，判定礦石堆燃燒狀況和推斷火源位置以及高效、快速地展開防滅火具有重大的理論意義和應(yīng)用價值。
　　 論文在廣泛查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻和系統(tǒng)總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，采用理論研究、實驗室模擬、數(shù)值分析和現(xiàn)場實驗相結(jié)合的研究方法，對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方法及內(nèi)火源定位技術(shù)等展開了系統(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，對典型硫化礦物的基礎(chǔ)特性及硫化礦石自燃機理等方面相關(guān)研究的成果進行了綜合分析、比較和總結(jié)，并就礦石與氧氣復(fù)合作用生熱的過程進行了系統(tǒng)探討和分析，為探索硫化礦石自燃發(fā)火機理提供必要、可靠的理論基礎(chǔ)和科學依據(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)的流動方式主要為滲流流動和擴散流動；把礦堆堆體導熱視為固體顆粒導熱和礦堆內(nèi)間隙氣體的導熱過程，并在此基礎(chǔ)

4、上推導了硫化礦石堆熱量的積聚過程和聚熱升溫條件；采用理論和實驗相結(jié)合的手段對硫化礦石堆熱量積聚的影響因素進行了系統(tǒng)的研究，表明溫度、空隙率、漏風強度、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)運用現(xiàn)代測試和分析技術(shù)對硫化礦礦樣做TG/DSC分析，水溶液含量測定及電鏡掃描等實驗發(fā)現(xiàn)：①礦石升溫過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程的主要特征。
　　 (4)利用現(xiàn)場堆礦實驗篩選了溫度作為表征礦石自燃早期的最佳指標，并分析探討了礦石堆內(nèi)部的升溫特性及其對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)，可以通過探測礦堆表面的溫度變化

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