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1、礦山自燃火災(zāi)事故與安全,常見自燃物質(zhì),工農(nóng)產(chǎn)品,濾布、稻草,煤、硫礦石,油布、油綢、油紙、漆布、蠟布、蠟管，油棉麻、桐油,黃磷、三丁基硼,礦 石,油類物質(zhì),化學(xué)物品,1.煤礦自燃機理,2.煤礦自燃早期發(fā)現(xiàn),煤礦自燃與防治,3.煤礦自燃防治,1.研究現(xiàn)狀 2.火災(zāi)機理 3.自燃火災(zāi)發(fā)展過程,1.煤炭自燃火災(zāi)現(xiàn)狀與趨勢,有煤炭自燃傾向的礦井：56%有自燃發(fā)火危險的煤層：60%自燃火災(zāi)占礦井火災(zāi)總數(shù)：70%趨勢：綜采放頂煤開采技術(shù)，火災(zāi)更頻繁,2.煤炭自燃發(fā)火機理,黃鐵礦作用學(xué)說煤層中的黃鐵礦(FeS2)與空氣中水份和氧發(fā)生熱反應(yīng)引起,細(xì)菌作用學(xué)說在細(xì)菌作用下，煤在發(fā)酵過程中放出熱量引起,2.煤炭自2、燃發(fā)火機理,酚基作用學(xué)說煤體內(nèi)不飽和的酚基化合物與空氣中氧反應(yīng)，放出熱量引起,煤氧作用學(xué)說在空氣中氧作用下，煤氧化放出熱量引起,煤的自燃是一個低溫氧化過程有自燃傾向的煤炭，只要存在有利于煤炭氧化進(jìn)程發(fā)展的時間與熱量蓄積條件，就可能發(fā)生自燃,？,3.煤炭自燃發(fā)展過程,自燃期,燃燒期,潛伏期,潛伏期,自燃期,燃燒,溫度,70,時間,冷卻風(fēng)化,0,T,臨界溫度,Company Logo,煤炭自燃過程,OH,Company Logo,煤炭自熱溫度,自熱溫度 煤加速反應(yīng)的臨界溫度。達(dá)到了該溫度點后，氧化產(chǎn)熱量高于散熱量，導(dǎo)致環(huán)境溫度上升，氧化速度增加，并又產(chǎn)生更多的熱量。影響因素 煤的產(chǎn)熱能力與蓄熱環(huán)境3、。,Company Logo,煤炭自燃條件,煤具有自燃傾向性 有連續(xù)的供氧條件 熱量易于積聚 足夠的時間,Company Logo,煤炭著火點溫度,著火點溫度 煤自發(fā)燃燒的最低溫度。達(dá)到了該溫度點后，煤炭開始燃燒。主要煤炭著火溫度,400,320380,270350,無煙煤,煙 煤,褐 煤,Company Logo,1.煤的自燃傾向性 2.地質(zhì)采礦影響,Company Logo,煤自燃危險程度,煤自燃危險程度（1）煤的自燃傾向性（2）地質(zhì)采礦因素（3）自燃發(fā)火期,1.煤的自燃傾向性,1.煤變質(zhì)程度 2.煤的水分 3.煤巖成分,4.煤的含硫量 5.煤的粒度 6.煤瓦斯含量,Company Log4、o,煤炭自燃傾向性,取決于常溫下煤的氧化能力和發(fā)熱能力。不同的煤自燃傾向性不同,是采礦安全設(shè)計的基礎(chǔ)。自燃傾向性分類：容易自燃、自燃、不易自燃。規(guī)程要求：新建礦井與延深新水平所有煤層的自燃傾向性要進(jìn)行鑒定。,火溫度法,色譜吸氧法,Company Logo,煤自燃傾向影響因素,（1）煤的變質(zhì)程度 碳化程度越高，煤體內(nèi)的活性結(jié)構(gòu)越少。所以煤的變質(zhì)程度越低，煤自燃傾向性越大。褐煤最易自燃，無煙煤最不易自燃，煙煤介于之間。煙煤的煤化度：長焰煤、不黏煤、弱黏煤、氣煤、肥煤、焦煤,Company Logo,煤自燃傾向影響因素,（2）煤的水分 自熱時，水分的催化作用隨著溫度的增加增大（雨后地面煤堆，灌水滅火5、疏干）。水分是FeS2反應(yīng)的必要條件。自熱時水分生成蒸氣要消耗熱量，所以濕度太大，溫度難以上升。,Company Logo,煤自燃傾向影響因素,（3）煤巖成分 煤巖成分：絲煤、亮煤和鏡煤、暗煤 絲煤：結(jié)構(gòu)松散，著火點低（190-270），最易自燃，引火作用。鏡煤/亮煤：脆性大，易破碎，而且灰分少，常充填有黃鐵礦，易自燃，利于自燃的發(fā)展。暗煤：硬度大，不易自燃。,Company Logo,煤自燃傾向影響因素,（4）煤的含硫量硫存在形式：FeS2、有機硫以及硫酸鹽黃鐵礦：黃鐵礦比熱小，吸附相同氧量，溫度增值比煤大3倍。低溫氧化時產(chǎn)生硫酸鐵和硫酸亞鐵，使煤膨脹松散，促煤更易氧化自燃。煤中含黃鐵礦越多6、，越易自燃。含硫3%以上的煤層均為自燃發(fā)火煤層。,Company Logo,煤炭自燃傾向影響因素,（5）煤破碎程度 完整的煤體不會自燃，破碎后表面積增大、著火溫點降低，自燃性能顯著提高。煤粒直徑=1.52mm，著火點330360；粒度直徑1mm，著火點低到190220。煤的自燃性隨著破碎度的增加而上升。,Company Logo,煤自燃傾向影響因素,（）煤的瓦斯含量瓦斯含量較高的煤，含有大量的吸附瓦斯，使煤與空氣隔離，氧氣不易與煤表面發(fā)生接觸，使煤炭不易自燃。當(dāng)煤中殘余瓦斯量5m3/t時，煤難以自燃。但在瓦斯的放散后，自燃特性就再現(xiàn)出來了。,2.地質(zhì)采礦對煤自燃的影響因素,1.地質(zhì)賦存條件 27、.開拓采礦 3.通風(fēng)條件,Company Logo,煤自燃地質(zhì)采礦影響因素,（）地質(zhì)賦存條件厚度大：回采時間長，大量殘礦傾角大：封閉困難，大量殘礦地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜：破碎易吸氧、氧化頂板堅硬：煤柱易壓碎，冒落空區(qū)不密實,Company Logo,煤自燃地質(zhì)采礦影響因素,（2）開拓與采礦 開拓 切割煤層越多，自燃發(fā)火危險性越大。采礦 礦石損失越大、回采時間越長，危險性越大,Company Logo,煤自燃地質(zhì)采礦影響因素,（3）通風(fēng)漏風(fēng) 采空區(qū)：殘礦、裂縫煤柱、裂縫煤壁 工作面：大量堆煤 措施：堵塞、降低風(fēng)壓,Company Logo,（4）煤的瓦斯含量 瓦斯或者其它氣體含量較高的煤，由于其表面有大量8、的吸附瓦斯，煤與空氣隔離，不易氧化。在吸附瓦斯量5m3/t時，煤才會自燃。,煤自燃地質(zhì)采礦影響因素,Company Logo,1.煤自燃階段征兆 2.煤自燃早期識別,1.煤自燃階段征兆,1.自熱初期階段征兆 2.自熱后期階段征兆,Company Logo,煤自燃初期征兆,（1）初期征兆 自熱潛伏期結(jié)束后進(jìn)入自燃初期。煤炭自燃發(fā)展有一個過程。主要征兆為：煤溫度升高，但在臨界溫度以下 空氣中氧濃度降低 空氣中相對濕度較大 出現(xiàn)CO、CO2,Company Logo,煤自燃初期征兆,（2）自熱后期征兆 自熱溫度超過臨界值，但未達(dá)到明火燃燒溫度，為自熱后期。主要征兆為：火源處空氣濕度大、霧氣、煤壁出汗9、 出現(xiàn)煤炭氧化物：CO、CO2、甲烷等 煤溫、水溫、空氣溫度升高 水酸度增大,2.煤自燃早期識別方法,1.直接測試方法 2.測試分析法,Company Logo,煤自燃早期識別,1.直接測試方法 煤炭自燃發(fā)展有一個過程。初期發(fā)現(xiàn)，可阻止發(fā)展，避免釀成火災(zāi)。其自燃有明顯的外部特征，可采用直接測試的方法測定。主要測試方法為：人的感覺 氣味測定 溫度測定（空氣、圍巖）,Company Logo,（1）人的直接感覺,煤自燃的初期階段,嗅覺：煤油、芳香味、非飽和碳?xì)浠衔镆曈X：水蒸氣、表面水珠、煙霧觸覺：頭痛、悶熱、精神疲乏根據(jù)人的感覺，是最快捷、最簡便的方法。,Company Logo,（2）氣味劑測10、試法,氣味膠囊：封裝有低沸點、高蒸汽壓、濃烈氣味的液態(tài)物質(zhì)（硫醇和紫羅蘭酮）測試方法：將其埋在測點，溫度升高，膠囊破裂發(fā)出特殊氣味。,煤自燃早期識別,氣味？,Company Logo,煤自燃早期識別,氣味測試劑 紫羅蘭酮 黃色液體（香精），沸點140147。有濃郁甜花香或松木香。硫 醇 無色液體，沸點36.2。有強烈大蒜氣味（空氣中濃度達(dá)到500億分之一）；吸入引起頭痛、惡心。,Company Logo,（3）溫度測試方法,直接測定：將溫度傳感器放入鉆孔中或埋在采空區(qū)內(nèi)測定煤巖體溫度（熱電偶和熱敏電阻）,煤自燃早期識別,溫度傳感器,傳感器,測試儀器,溫度直接測定,Company Logo,（311、）溫度測試方法,間接測溫：將無線電或紅外輻射儀傳感器埋入測點，通過無線電信號、紅外輻射測定熱量,煤自燃早期識別,傳感器,接收機,測定熱量推測溫度,Company Logo,2、測定礦內(nèi)空氣和圍巖溫度,風(fēng) 速：太小、太大或太遠(yuǎn)，影響氣味儀器易損壞：頂板垮落、底板開裂火源遠(yuǎn)：煤的熱傳導(dǎo)能力弱，熱量影響范圍?。?m）濕度大：結(jié)果可靠性差,煤自燃早期識別,（4）直接測試方法存在問題,測試法操作簡便，但有以下問題：,Company Logo,2.測試氣體分析法,煤炭自熱時產(chǎn)生的CO、CO2，是分析火災(zāi)變化趨勢的主要指標(biāo)。測出這些變化值，除以氧氣的消耗量，即獲得新鮮空氣被稀釋影響。,煤自燃早期識別,Com12、pany Logo,氣體濃度和煤溫的關(guān)系,煤自燃早期識別,乙烷 乙烯 丙烯,無味 弱 中等 強烈氣味,CO,H2,煤溫,濃度ppm,返回,Company Logo,原始氧氣比值K=（氧氣比例/惰性氣體比例）=20.93%/79.04%=0.2648 氧氣減少量,煤自燃早期識別,（1）氧氣減少量,原始O0,現(xiàn)在O2,Company Logo,煤自燃早期識別,機理：CO生成溫度低，生成量大，并且生成量隨溫度升高按指數(shù)規(guī)律增加CO指數(shù)：CO/O2（英國學(xué)者Ivon Graham提出）優(yōu)點：反映自燃火災(zāi)靈敏，比其它方法早數(shù)周，并且不受風(fēng)量影響,（2）CO指數(shù)（ICO）,Company Logo,CO指13、數(shù)特點與不足比值持續(xù)0.5：有自熱現(xiàn)象。氧氣消耗量?。壕鹊头腔馂?zāi)CO影響：CO采空區(qū)、空氣（通常比值0.5）,煤自燃早期識別,Company Logo,（2）CO2指數(shù),機理：火災(zāi)會產(chǎn)生大量的CO2，同時，在陰燃轉(zhuǎn)為明燃時，CO還會燃燒成為CO2CO2指數(shù)：CO2/O2特點：CO2/O2 CO/O2。在CO2/O2升高、CO/O2降低時，表明正向燃燒發(fā)展CO2：易溶于水中，不穩(wěn)定,煤自燃的初期階段,Company Logo,（3）碳氧化物比值,碳氧化物比值：CO/CO2機理：可顯示火災(zāi)發(fā)展?fàn)顩r。初期該比值上升；充分燃燒時，為一個常數(shù)。特點：當(dāng)火災(zāi)形成富燃料燃燒時，CO/CO2值會快速增加（如14、煤炭、瓦斯與其它參與燃燒）。,煤自燃的初期階段,Company Logo,火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng),測點取樣,粉塵過濾器,井下至地面管線,氣體分析儀,計算機,聽覺警報,聽覺警報,數(shù)字顯示,圖表顯示,試樣選擇器,程序控制,試樣校對,1,1,1,1,多余氣體,水分捕捉器,CO/CO2,1.高溫自燃火災(zāi)機理,2.氧化發(fā)火影響因素,高硫高溫礦山,2.高硫高溫礦山火災(zāi)機理,1.火災(zāi)機理 2.硫鐵礦性質(zhì) 3.硫鐵礦放熱反應(yīng),Company Logo,1、火災(zāi)機理,機理：高硫高溫礦床由于硫化物氧化而大量積聚熱量，導(dǎo)致礦石自熱發(fā)火燃燒。,高硫高溫礦山火災(zāi)機理,Company Logo,高硫高溫礦山火災(zāi)機理,Company15、 Logo,2、硫鐵礦性質(zhì),物理：晶體呈立方體、十二面體，呈金黃色或淺黃銅色，硬度6-6.5，密度4.9-5.2g/cm3。化學(xué)：弱導(dǎo)電性，溶于硝酸，不溶于水和稀鹽酸，容易氧化，燃燒時發(fā) 出SO2臭味。特點：常與有色金屬共生，可用于制硫酸,硫磺。,高硫高溫礦山火災(zāi)機理,Company Logo,硫鐵礦與黃金的物理性質(zhì)差別,高硫高溫礦山火災(zāi)機理,Company Logo,高硫高溫礦山火災(zāi)機理,2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4+Q1FeS2+3O2=FeSO4+SO2+Q212FeSO4+6H2O+3O24Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3+Q3,3、硫鐵礦氧化反應(yīng),待續(xù)16、,Company Logo,高硫高溫礦山火災(zāi)機理,4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2+Q4FeSO4+FeS2+2H2O+3O23FeSO4+2H2SO4+Q52SO2+O2+2H2O=2H2SO4+Q6,3、硫鐵礦氧化反應(yīng),Company Logo,上述化學(xué)反應(yīng)中不斷產(chǎn)生大量熱量，如不能及時擴散，積聚熱量促使溫度升高，就會引燃周圍可燃物導(dǎo)致火災(zāi),2.硫氧化發(fā)火影響因素,1.地質(zhì)賦存條件 2.開拓采礦 3.通風(fēng)條件,Your Site Here,氧化發(fā)火影響因素,1礦石含硫量 含硫：1520%有發(fā)火可能 含硫：4050%發(fā)火危險性最大 礦巖中含炭、自然硫危險性更大,Your Site17、 Here,燃點（）,含硫（%）,自然硫（%）,名 稱,1,2,3,4,礦石含硫與燃點關(guān)系,黃鐵礦 黃銅礦 舊坑木 新坑木,36.4 32.2,341 350 140 210,1.77 0.20,氧化發(fā)火影響因素,Your Site Here,2.礦石賦存地帶 次生富集帶經(jīng)輕微氧化，礦石疏松多孔，空氣接觸面大，礦石易氧化。,氧化發(fā)火影響因素,Your Site Here,3.礦體厚度傾角 厚度10時，氧化產(chǎn)生熱量容易擴散到圍巖中，不容易發(fā)生火災(zāi)。傾角50時，礦石、坑木損失大，易發(fā)生火災(zāi)。,氧化發(fā)火影響因素,Your Site Here,4.礦石物理性質(zhì) 礦石濕度、粒度、孔隙度越大，越易引發(fā)火災(zāi)18、。,硫化礦潮濕與干燥時自然特性比較,氧化發(fā)火影響因素,濕硫化礦,干硫化礦,溫度,時間,Your Site Here,5.銅陵市銅官山礦松樹山區(qū)高硫礦床 該礦床含硫高達(dá)38.346.7%，井下空區(qū)時有火災(zāi)發(fā)生，井下溫度高達(dá)35-40，高溫缺氧，工人作業(yè)困難.1963-1990年，院所通過三十年的攻關(guān)，基本解決了其開采問題。主要措施（1）改變采礦方法（2）改進(jìn)爆破技術(shù)（3）加強通風(fēng)與降溫，灌漿滅火,高溫硫化礦火災(zāi)案例,Your Site Here,礦山自燃火災(zāi)控制與管理,確定礦山自燃傾向加強監(jiān)測，早期識別合理設(shè)計采礦通風(fēng)系統(tǒng)防止漏風(fēng)均壓防火預(yù)防性灌漿,一、礦山自燃火災(zāi)預(yù)防,二、礦山自燃火災(zāi)控制,結(jié) 束,