较厚硫铁矿自燃特性的研究

于贵生

(1.煤科集团沈阳研究院有限公司;2.煤矿安全技术国家重点实验室)

较厚硫铁矿自燃特性的研究

于贵生1,2

(1.煤科集团沈阳研究院有限公司;2.煤矿安全技术国家重点实验室)

利用试验方法，对某硫铁矿自然发火基础参数进行了测试与分析，并对所测定的吸氧量及挥发分进行了定性分析，认为该硫铁矿含硫量较大。根据测试结果，分析了硫铁矿自燃特性规律，结合技术及经济因素，有针对性地设计硫铁矿自燃防治方法，为该硫铁矿的安全开采提供了保障。

硫铁矿 自然发火 自燃防治

硫铁矿自燃不仅浪费了大量的宝贵资源，而且恶化了井下环境，严重威胁着井下工作人员的生命健康。根据有关数据统计，在国内，大约有20%～30%的硫铁矿、5%～10%的有色金属或多金属硫化矿存在内因火灾危害[1-2]，高硫矿山占金属矿山总量近1/3[3-4]；在国外，硫化矿山发生内因火灾的风险同样较大，如美国克洛克矿1972年发生的火灾导致91人死亡[5-8]。伴随着我国对资源需求量的增大，矿井开采深度及开采强度也在不断加大，掌握其自燃特性，制定合理的防灭火措施显得尤为重要。

1 矿井概况

吉林金土地矿业有限责任公司硫铁矿矿体走向NE70°，东部(X线东)转为NE80°，倾向SE，倾角60°～75°，东部倾角稍缓。矿床东西延长650 m，宽150～250 m，控制深度280～550 m(平均400 m)，单个矿体长度50～480 m，厚度3～14 m，平均厚度7.76 m，矿体较厚，伴随构造，条件较为复杂。矿体特征见表1。

2 硫铁矿自燃特性研究

硫铁矿自燃已成为制约其发展的重大难题，国内外学者展开了不懈的探索，形成了大量卓有成效的成果，为硫铁矿自燃预测及防治提供了技术条件。通过测定吉林金土地矿业有限责任公司硫铁矿典型矿样的吸氧量，评价其自然发火性能及自燃发火期，为硫铁矿自燃防治提供数据支撑。

2.1 基础参数测定

硫铁矿与氧气的作用过程中会发生氧化反应放出热量，当热量大于其周围环境的热量时，硫铁矿温度将不断升高，温度的升高又加快了氧化速度，使得硫铁矿的温度达到其着火温度，引发自燃。

表1 硫铁矿体特征

硫铁矿自身性质对于其热量积聚的快慢具有重要影响，是进一步分析其自燃特性的基础，主要包括水分、灰分、挥发分、全硫、真相对密度等。其测试仪器包括工业分析仪、红外定硫仪、真相对密度测定仪等。测试结果如表2所示。

表2 分项参数测定

2.2 自然发火性评价

矿体自然发火的评价方法上总体上有以吸氧量、吸氧速度、有无胶状黄铁矿、升温率、Fe2++Fe3+>0.3%、火灾指数等多种指标的研究方法，就其自燃机理尚未形成一致的认识，本次采用吸氧量这一指标来研究其自然发火特性。

测定仪器以氮气为载气，以氧气为吸附气，气源压力0.4 MPa。称取100 g分析矿样,全部粉碎至粒度小于0.15 mm，0.1～0.15 mm粒级的矿样应占总数的65%～75%，粉碎后的矿样装入250 mL的广口瓶中备用。矿样装入样品管后在氮气的保护下干燥2 h,经历吸附20 min、脱附5 min的过程，形成谱图及峰面积，并测定其真相对密度进行工业分析，处理后换算出矿样吸氧量。从表2中可看出挥发分为2.08%,小于18%;矿中全硫为23.92%,大于2%;吸氧量为0.16 cm3/g,小于1 cm3/g，定性分析结果认为存在自燃风险。

2.3 自然发火期评价

具有自燃风险的矿样被揭露后与空气接触到发生自然发火之日止，所经历的时间叫做矿样的自然发火期。吉林金土地矿业有限责任公司硫铁矿存在自燃风险，考察其自然发火期的长短有助于制定合理的防灭火措施。

采用绝热氧化试验测试方法，经过96 h的预处理，测定温升曲线和原样及氧化样的着火点，原样的着火温度为500 ℃，氧化样的着火温度为502 ℃。得出如下研究结果：整个试验过程绝热测试时间为325.0 h，最短自然发火期为57 d，考虑硫铁矿现场环境及仪器测定过程中影响系数、仪器常数的因素，自然发火期范围为57～118 d。测定器温度曲线见图1，绝热氧化测试结果见表3。

表3 绝热氧化测试结果

3 结 论

通过试验研究可知，吉林金土地矿业有限责任公司硫铁矿含硫量较高，存在较大的自燃风险，自然发火期为57～118 d，为采区制定有针对性的防灭火措施提供了重要的依据。在开采过程中要密切监测采场周围环境变化，制定合理的采矿循环，加强通风，改善采场底部结构，防止热量积聚、自燃。

[1] 阳富强，吴 超，吴国珉，等.硫化矿石堆自燃预测预报技术[J].中国安全科学学报，2007，17(5):89-95.

[2] 陈 晨．基于热重分析法的硫铁矿自燃特性试验研究[D].阜新：辽宁工程技术大学，2009.

[3] 吴 超，孟廷让.高硫矿井内因火灾防治理论与技术[M]．北京：冶金工业出版社，1995.

[4] 李孜军．硫化矿自燃机理及其预防关键技术研究[D].长沙：中南大学，2007.

[5] 叶红卫，王志国．高硫矿床开采的特殊灾害及其发生机理[J].有色矿冶，1995(4):38-41.

[6] 吴大敏．新桥硫铁矿矿石自燃特征及综合防治措施[J].化工矿物与加工，2001(10):20-22.

[7] 李孜军，古德生，吴 超．高温高硫矿床矿石自燃危险性的评价[J].金属矿山，2004(5):57-59.

[8] 邬长福．高硫金属矿床内因火灾及其灭火措施[J].矿业安全与环保，2002,29(2):21-22.

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河南省部署矿产资源开发利用保护整改工作

近日，河南省政府召开会议，通报国家审计署对我省矿产资源开发利用保护及相关资金征管情况的审计反馈意见和审计决定，就抓好问题整改和审计决定执行工作进行详细安排部署。副省长李亚参加会议并讲话。据介绍，2014年国家审计署对我省展开了矿产资源专项审计，2015年1月初将审计报告和审计决定反馈给我省。审计报告既肯定了河南省矿产资源管理所做的各 项工作，又指出在矿业权审批出让、矿业权转让、矿产资源勘查开采、矿产资源管理、矿产资源相关资金征收管理使用等6个方面存在的突出问题。

据了解，审计署审计矿产资源发现问题的整改任务，涉及7个省辖市、直管县政府，11个厅局委、3个厅级企事业单位。按照要求，河南省在接到审计报告和决定之日起60 d内，要向审计署报送整改和执行情况。

2014-10-10)

于贵生(1973—)，男，所长，工程师，硕士，110000 辽宁省辽阳市沈河区东滨河路108号。