1、矿山自燃火灾事故与安全,常见自燃物质,工农产品,滤布、稻草,煤、硫矿石,油布、油绸、油纸、漆布、蜡布、蜡管，油棉麻、桐油,黄磷、三丁基硼,矿 石,油类物质,化学物品,1.煤矿自燃机理,2.煤矿自燃早期发现,煤矿自燃与防治,3.煤矿自燃防治,1.研究现状 2.火灾机理 3.自燃火灾发展过程,1.煤炭自燃火灾现状与趋势,有煤炭自燃倾向的矿井：56%有自燃发火危险的煤层：60%自燃火灾占矿井火灾总数：70%趋势：综采放顶煤开采技术，火灾更频繁,2.煤炭自燃发火机理,黄铁矿作用学说煤层中的黄铁矿(FeS2)与空气中水份和氧发生热反应引起,细菌作用学说在细菌作用下，煤在发酵过程中放出热量引起,2.煤炭自2、燃发火机理,酚基作用学说煤体内不饱和的酚基化合物与空气中氧反应，放出热量引起,煤氧作用学说在空气中氧作用下，煤氧化放出热量引起,煤的自燃是一个低温氧化过程有自燃倾向的煤炭，只要存在有利于煤炭氧化进程发展的时间与热量蓄积条件，就可能发生自燃,？,3.煤炭自燃发展过程,自燃期,燃烧期,潜伏期,潜伏期,自燃期,燃烧,温度,70,时间,冷却风化,0,T,临界温度,Company Logo,煤炭自燃过程,OH,Company Logo,煤炭自热温度,自热温度 煤加速反应的临界温度。达到了该温度点后，氧化产热量高于散热量，导致环境温度上升，氧化速度增加，并又产生更多的热量。影响因素 煤的产热能力与蓄热环境3、。,Company Logo,煤炭自燃条件,煤具有自燃倾向性 有连续的供氧条件 热量易于积聚 足够的时间,Company Logo,煤炭着火点温度,着火点温度 煤自发燃烧的最低温度。达到了该温度点后，煤炭开始燃烧。主要煤炭着火温度,400,320380,270350,无烟煤,烟 煤,褐 煤,Company Logo,1.煤的自燃倾向性 2.地质采矿影响,Company Logo,煤自燃危险程度,煤自燃危险程度（1）煤的自燃倾向性（2）地质采矿因素（3）自燃发火期,1.煤的自燃倾向性,1.煤变质程度 2.煤的水分 3.煤岩成分,4.煤的含硫量 5.煤的粒度 6.煤瓦斯含量,Company Log4、o,煤炭自燃倾向性,取决于常温下煤的氧化能力和发热能力。不同的煤自燃倾向性不同,是采矿安全设计的基础。自燃倾向性分类：容易自燃、自燃、不易自燃。规程要求：新建矿井与延深新水平所有煤层的自燃倾向性要进行鉴定。,火温度法,色谱吸氧法,Company Logo,煤自燃倾向影响因素,（1）煤的变质程度 碳化程度越高，煤体内的活性结构越少。所以煤的变质程度越低，煤自燃倾向性越大。褐煤最易自燃，无烟煤最不易自燃，烟煤介于之间。烟煤的煤化度：长焰煤、不黏煤、弱黏煤、气煤、肥煤、焦煤,Company Logo,煤自燃倾向影响因素,（2）煤的水分 自热时，水分的催化作用随着温度的增加增大（雨后地面煤堆，灌水灭火5、疏干）。水分是FeS2反应的必要条件。自热时水分生成蒸气要消耗热量，所以湿度太大，温度难以上升。,Company Logo,煤自燃倾向影响因素,（3）煤岩成分 煤岩成分：丝煤、亮煤和镜煤、暗煤 丝煤：结构松散，着火点低（190-270），最易自燃，引火作用。镜煤/亮煤：脆性大，易破碎，而且灰分少，常充填有黄铁矿，易自燃，利于自燃的发展。暗煤：硬度大，不易自燃。,Company Logo,煤自燃倾向影响因素,（4）煤的含硫量硫存在形式：FeS2、有机硫以及硫酸盐黄铁矿：黄铁矿比热小，吸附相同氧量，温度增值比煤大3倍。低温氧化时产生硫酸铁和硫酸亚铁，使煤膨胀松散，促煤更易氧化自燃。煤中含黄铁矿越多6、，越易自燃。含硫3%以上的煤层均为自燃发火煤层。,Company Logo,煤炭自燃倾向影响因素,（5）煤破碎程度 完整的煤体不会自燃，破碎后表面积增大、着火温点降低，自燃性能显著提高。煤粒直径=1.52mm，着火点330360；粒度直径1mm，着火点低到190220。煤的自燃性随着破碎度的增加而上升。,Company Logo,煤自燃倾向影响因素,（）煤的瓦斯含量瓦斯含量较高的煤，含有大量的吸附瓦斯，使煤与空气隔离，氧气不易与煤表面发生接触，使煤炭不易自燃。当煤中残余瓦斯量5m3/t时，煤难以自燃。但在瓦斯的放散后，自燃特性就再现出来了。,2.地质采矿对煤自燃的影响因素,1.地质赋存条件 27、.开拓采矿 3.通风条件,Company Logo,煤自燃地质采矿影响因素,（）地质赋存条件厚度大：回采时间长，大量残矿倾角大：封闭困难，大量残矿地质构造复杂：破碎易吸氧、氧化顶板坚硬：煤柱易压碎，冒落空区不密实,Company Logo,煤自燃地质采矿影响因素,（2）开拓与采矿 开拓 切割煤层越多，自燃发火危险性越大。采矿 矿石损失越大、回采时间越长，危险性越大,Company Logo,煤自燃地质采矿影响因素,（3）通风漏风 采空区：残矿、裂缝煤柱、裂缝煤壁 工作面：大量堆煤 措施：堵塞、降低风压,Company Logo,（4）煤的瓦斯含量 瓦斯或者其它气体含量较高的煤，由于其表面有大量8、的吸附瓦斯，煤与空气隔离，不易氧化。在吸附瓦斯量5m3/t时，煤才会自燃。,煤自燃地质采矿影响因素,Company Logo,1.煤自燃阶段征兆 2.煤自燃早期识别,1.煤自燃阶段征兆,1.自热初期阶段征兆 2.自热后期阶段征兆,Company Logo,煤自燃初期征兆,（1）初期征兆 自热潜伏期结束后进入自燃初期。煤炭自燃发展有一个过程。主要征兆为：煤温度升高，但在临界温度以下 空气中氧浓度降低 空气中相对湿度较大 出现CO、CO2,Company Logo,煤自燃初期征兆,（2）自热后期征兆 自热温度超过临界值，但未达到明火燃烧温度，为自热后期。主要征兆为：火源处空气湿度大、雾气、煤壁出汗9、 出现煤炭氧化物：CO、CO2、甲烷等 煤温、水温、空气温度升高 水酸度增大,2.煤自燃早期识别方法,1.直接测试方法 2.测试分析法,Company Logo,煤自燃早期识别,1.直接测试方法 煤炭自燃发展有一个过程。初期发现，可阻止发展，避免酿成火灾。其自燃有明显的外部特征，可采用直接测试的方法测定。主要测试方法为：人的感觉 气味测定 温度测定（空气、围岩）,Company Logo,（1）人的直接感觉,煤自燃的初期阶段,嗅觉：煤油、芳香味、非饱和碳氢化合物视觉：水蒸气、表面水珠、烟雾触觉：头痛、闷热、精神疲乏根据人的感觉，是最快捷、最简便的方法。,Company Logo,（2）气味剂测10、试法,气味胶囊：封装有低沸点、高蒸汽压、浓烈气味的液态物质（硫醇和紫罗兰酮）测试方法：将其埋在测点，温度升高，胶囊破裂发出特殊气味。,煤自燃早期识别,气味？,Company Logo,煤自燃早期识别,气味测试剂 紫罗兰酮 黄色液体（香精），沸点140147。有浓郁甜花香或松木香。硫 醇 无色液体，沸点36.2。有强烈大蒜气味（空气中浓度达到500亿分之一）；吸入引起头痛、恶心。,Company Logo,（3）温度测试方法,直接测定：将温度传感器放入钻孔中或埋在采空区内测定煤岩体温度（热电偶和热敏电阻）,煤自燃早期识别,温度传感器,传感器,测试仪器,温度直接测定,Company Logo,（311、）温度测试方法,间接测温：将无线电或红外辐射仪传感器埋入测点，通过无线电信号、红外辐射测定热量,煤自燃早期识别,传感器,接收机,测定热量推测温度,Company Logo,2、测定矿内空气和围岩温度,风 速：太小、太大或太远，影响气味仪器易损坏：顶板垮落、底板开裂火源远：煤的热传导能力弱，热量影响范围小（1m）湿度大：结果可靠性差,煤自燃早期识别,（4）直接测试方法存在问题,测试法操作简便，但有以下问题：,Company Logo,2.测试气体分析法,煤炭自热时产生的CO、CO2，是分析火灾变化趋势的主要指标。测出这些变化值，除以氧气的消耗量，即获得新鲜空气被稀释影响。,煤自燃早期识别,Com12、pany Logo,气体浓度和煤温的关系,煤自燃早期识别,乙烷 乙烯 丙烯,无味 弱 中等 强烈气味,CO,H2,煤温,浓度ppm,返回,Company Logo,原始氧气比值K=（氧气比例/惰性气体比例）=20.93%/79.04%=0.2648 氧气减少量,煤自燃早期识别,（1）氧气减少量,原始O0,现在O2,Company Logo,煤自燃早期识别,机理：CO生成温度低，生成量大，并且生成量随温度升高按指数规律增加CO指数：CO/O2（英国学者Ivon Graham提出）优点：反映自燃火灾灵敏，比其它方法早数周，并且不受风量影响,（2）CO指数（ICO）,Company Logo,CO指13、数特点与不足比值持续0.5：有自热现象。氧气消耗量小：精度低非火灾CO影响：CO采空区、空气（通常比值0.5）,煤自燃早期识别,Company Logo,（2）CO2指数,机理：火灾会产生大量的CO2，同时，在阴燃转为明燃时，CO还会燃烧成为CO2CO2指数：CO2/O2特点：CO2/O2 CO/O2。在CO2/O2升高、CO/O2降低时，表明正向燃烧发展CO2：易溶于水中，不稳定,煤自燃的初期阶段,Company Logo,（3）碳氧化物比值,碳氧化物比值：CO/CO2机理：可显示火灾发展状况。初期该比值上升；充分燃烧时，为一个常数。特点：当火灾形成富燃料燃烧时，CO/CO2值会快速增加（如14、煤炭、瓦斯与其它参与燃烧）。,煤自燃的初期阶段,Company Logo,火灾监测系统,测点取样,粉尘过滤器,井下至地面管线,气体分析仪,计算机,听觉警报,听觉警报,数字显示,图表显示,试样选择器,程序控制,试样校对,1,1,1,1,多余气体,水分捕捉器,CO/CO2,1.高温自燃火灾机理,2.氧化发火影响因素,高硫高温矿山,2.高硫高温矿山火灾机理,1.火灾机理 2.硫铁矿性质 3.硫铁矿放热反应,Company Logo,1、火灾机理,机理：高硫高温矿床由于硫化物氧化而大量积聚热量，导致矿石自热发火燃烧。,高硫高温矿山火灾机理,Company Logo,高硫高温矿山火灾机理,Company15、 Logo,2、硫铁矿性质,物理：晶体呈立方体、十二面体，呈金黄色或浅黄铜色，硬度6-6.5，密度4.9-5.2g/cm3。化学：弱导电性，溶于硝酸，不溶于水和稀盐酸，容易氧化，燃烧时发 出SO2臭味。特点：常与有色金属共生，可用于制硫酸,硫磺。,高硫高温矿山火灾机理,Company Logo,硫铁矿与黄金的物理性质差别,高硫高温矿山火灾机理,Company Logo,高硫高温矿山火灾机理,2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO4+Q1FeS2+3O2=FeSO4+SO2+Q212FeSO4+6H2O+3O24Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3+Q3,3、硫铁矿氧化反应,待续16、,Company Logo,高硫高温矿山火灾机理,4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2+Q4FeSO4+FeS2+2H2O+3O23FeSO4+2H2SO4+Q52SO2+O2+2H2O=2H2SO4+Q6,3、硫铁矿氧化反应,Company Logo,上述化学反应中不断产生大量热量，如不能及时扩散，积聚热量促使温度升高，就会引燃周围可燃物导致火灾,2.硫氧化发火影响因素,1.地质赋存条件 2.开拓采矿 3.通风条件,Your Site Here,氧化发火影响因素,1矿石含硫量 含硫：1520%有发火可能 含硫：4050%发火危险性最大 矿岩中含炭、自然硫危险性更大,Your Site17、 Here,燃点（）,含硫（%）,自然硫（%）,名 称,1,2,3,4,矿石含硫与燃点关系,黄铁矿 黄铜矿 旧坑木 新坑木,36.4 32.2,341 350 140 210,1.77 0.20,氧化发火影响因素,Your Site Here,2.矿石赋存地带 次生富集带经轻微氧化，矿石疏松多孔，空气接触面大，矿石易氧化。,氧化发火影响因素,Your Site Here,3.矿体厚度倾角 厚度10时，氧化产生热量容易扩散到围岩中，不容易发生火灾。倾角50时，矿石、坑木损失大，易发生火灾。,氧化发火影响因素,Your Site Here,4.矿石物理性质 矿石湿度、粒度、孔隙度越大，越易引发火灾18、。,硫化矿潮湿与干燥时自然特性比较,氧化发火影响因素,湿硫化矿,干硫化矿,温度,时间,Your Site Here,5.铜陵市铜官山矿松树山区高硫矿床 该矿床含硫高达38.346.7%，井下空区时有火灾发生，井下温度高达35-40，高温缺氧，工人作业困难.1963-1990年，院所通过三十年的攻关，基本解决了其开采问题。主要措施（1）改变采矿方法（2）改进爆破技术（3）加强通风与降温，灌浆灭火,高温硫化矿火灾案例,Your Site Here,矿山自燃火灾控制与管理,确定矿山自燃倾向加强监测，早期识别合理设计采矿通风系统防止漏风均压防火预防性灌浆,一、矿山自燃火灾预防,二、矿山自燃火灾控制,结 束,