礦山自燃火災(zāi)事故與安全

1、第七章礦山自燃火災(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) 一煤礦自燃與防治 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)引起細菌作用學(xué)說在細菌作用下，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0T臨界溫度煤炭自燃過程潛伏氧 氧化物羥基著火點 活潑性 溫度未增加自熱達到自熱溫度，60后，反應(yīng)加速，干餾燃燒溫度著火點溫度后，導(dǎo)致自燃，否則風(fēng)化OHCompany Logo煤炭自熱溫度 自熱溫度 煤加速反應(yīng)的臨界溫度。達到了該溫度點后，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

3、，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。 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。達到了該溫度點后，煤炭開始燃燒。 主要煤炭著火溫度 400320380270350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Company Logo1. 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、 4.煤的含硫量 5.煤的粒度 6.煤瓦斯含量 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行鑒定?；饻囟确ㄉV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

5、增加增大（雨后地面煤堆，灌水滅火疏干）。 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

6、煤更易氧化自燃。煤中含黃鐵礦越多，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。Company Logo2. 地

7、質(zhì)采礦對煤自燃的影響因素 1.地質(zhì)賦存條件 2.開拓采礦 3.通風(fēng)條件煤自燃地質(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

8、量的吸附瓦斯，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 Logo1.煤自燃階段征兆 2.煤自燃早期識別Company Logo1. 煤自燃階段征兆 1.自熱初期階段征兆 2.自熱后期階段征兆煤自燃初期征兆 （1）初期征兆 自熱潛伏期結(jié)束后進入自燃初期。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、CO2Company 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 出現(xiàn)

9、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Company Logo2. 煤自燃早期識別方法 1.直接測試方法 2.測試分析法煤自燃早期識別 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、非飽和碳氫化合物視覺：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）氣味劑測試法氣味膠囊：

10、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（3）溫度測試方法間接測溫：將無線電或紅

11、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 Logo2、測定礦內(nèi)空氣和圍巖溫度風(fēng) 速：太小、太大或太遠，影響氣味儀器易損壞：頂板垮落、底板開裂火源遠：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 Logo2.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 Company Logo氣體濃度和煤溫的關(guān)系 煤自燃早期識別 乙烷

12、 乙烯 丙烯無味 弱 中等 強烈氣味COH2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O2Company 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 LogoCO指數(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

13、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

14、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1111多余氣體水分捕捉器CO/CO2Company Logo 1. 高溫自燃火災(zāi)機理 2. 氧化發(fā)火影響因素 二高硫高溫礦山 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)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 Company Logo2、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

15、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品種顏色比重硬度延展性結(jié)晶黃金金黃色19.322.5好立方體黃鐵礦淡金黃色6.55差無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+Q33、硫鐵礦氧化反應(yīng)待續(xù)Company Logo高硫高溫礦山火災(zāi)機理 4FeS2

16、+11O2=2Fe2O3+8SO2+Q4FeSO4+FeS2+2H2O+3O23FeSO4+2H2SO4+Q52SO2+O2+2H2O=2H2SO4+Q63、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)Company Logo2. 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 Site Here燃點（）含硫（%）自然硫（%）名 稱1234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 Here2.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)火影響因素鐵帽淋蝕帶次生富集帶原生帶Your Site Here3.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 Here4.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)。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Yo