硫化礦自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)理論與技術(shù)目錄

1 緒論

1.1 引言

1.2 研究意義

1.3 金屬礦山硫化礦自燃火災(zāi)的研究現(xiàn)狀

1.3.1 國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)檢索

1.3.2 硫化礦石自燃機(jī)理的研究現(xiàn)狀

1.3.3 硫化礦石自燃預(yù)測(cè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀

1.3.4 硫化礦石自燃預(yù)報(bào)技術(shù)的研究現(xiàn)狀

1.3.5 硫化礦石自燃防治技術(shù)的研究現(xiàn)狀

1.4 研究現(xiàn)狀的評(píng)價(jià)

1.5 研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線

1.5.1 主要研究?jī)?nèi)容

1.5.2 研究的技術(shù)路線

2 硫化礦石的常溫氧化行為及影響因素分析

2.1 典型硫化礦物的結(jié)構(gòu)特性

2.2 硫化礦石的常溫氧化實(shí)驗(yàn)

2.2.1 礦樣采集

2.2.2 礦樣分析

2.2.3 實(shí)驗(yàn)操作

2.3 硫化礦石常溫氧化中的微觀形貌及化學(xué)成分

2.4 硫化礦石常溫氧化的影響因素

2.4.1 晶體結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成

2.4.2 含水率與空氣濕度

2.4.3 氧氣濃度及鐵離子含量

2.4.4 環(huán)境溫度

2.4.5 環(huán)境的pH值及礦樣粒度

2.4.6 微生物作用

2.4.7 地質(zhì)條件

2.4.8 其他影響因素

2.5 本章小結(jié)

3 硫化礦石自燃的機(jī)械活化理論

3.1 硫化礦石自然發(fā)火過程的表征

3.1.1 物理化學(xué)性質(zhì)的改變

3.1.2 熱量的釋放

3.1.3 氣體的生成

3.2 硫化礦石自燃機(jī)理研究評(píng)述

3.2.1 物理吸附氧機(jī)理

3.2.2 電化學(xué)機(jī)理

3.2.3 微生物作用機(jī)理

3.2.4 化學(xué)熱力學(xué)機(jī)理

3.3 機(jī)械力化學(xué)的基礎(chǔ)理論

3.4 破碎引發(fā)的物理與化學(xué)現(xiàn)象

3.4.1 比表面積和新生表面

3.4.2 晶格缺陷

3.4.3 晶格畸變與顆粒非晶化

3.4.4 晶型轉(zhuǎn)變

3.4.5 熱量的生成

3.4.6 固相反應(yīng)

3.4.7 其他物性變化

3.5 硫化礦石的機(jī)械活化

3.5.1 硫化礦石的機(jī)械活化效應(yīng)

3.5.2 硫化礦石機(jī)械活化的研究現(xiàn)狀

3.5.3 硫化礦石的機(jī)械活化實(shí)驗(yàn)

3.5.4 礦樣機(jī)械活化后的物理化學(xué)性質(zhì)變化

3.6 本章小結(jié)

4 硫化礦石自燃傾向性測(cè)試的動(dòng)力學(xué)方法研究

4.1 硫化礦石自燃傾向性測(cè)試的金屬網(wǎng)籃交叉點(diǎn)溫度法

4.1.1 實(shí)驗(yàn)介紹

4.1.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

4.1.3 氧化動(dòng)力學(xué)參數(shù)的計(jì)算

4.2 硫化礦石自燃的TG/Dsc聯(lián)合測(cè)試研究

4.2.1 實(shí)驗(yàn)礦樣與儀器

4.2.2 實(shí)驗(yàn)的主要影響因素分析

4.2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

4.3 硫化礦石自燃的熱分析動(dòng)力學(xué)研究

4.3.1 硫化礦石自燃的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理

4.3.2 硫化礦石自燃的表觀活化能計(jì)算

4.4 硫化礦石預(yù)氧化前后的表觀活化能比較

4.4.1 礦樣的預(yù)氧化

4.4.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

4.4.3 礦樣預(yù)氧化后的表觀活化能

4.5 硫化礦石自燃傾向性的鑒定標(biāo)準(zhǔn)

4.6 本章小結(jié)

5 硫化礦石自燃預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)模型及綜合評(píng)價(jià)研究

5.1 硫化礦石自然發(fā)火過程的數(shù)學(xué)模型

5.1.1 硫化礦石自燃的特征

5.1.2 硫化礦石堆內(nèi)部的風(fēng)流場(chǎng)

5.1.3 硫化礦石堆內(nèi)部的氧濃度場(chǎng)

5.1.4 硫化礦石堆內(nèi)溫度場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型

5.2 硫化礦石自然發(fā)火期數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建

5.2.1 基于電化學(xué)理論的礦石自然發(fā)火期

5.2.2 基于傳熱學(xué)理論的礦石自然發(fā)火期

5.3 硫化礦石爆堆自燃深度的測(cè)算模型

5.4 礦倉硫精礦的自燃臨界堆積厚度

5.4.1 相關(guān)理論

5.4.2 實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析

5.5 采場(chǎng)環(huán)境中硫化礦石爆堆的自燃危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)研究

5.5.1 未確知測(cè)度理論概述

5.5.2 采場(chǎng)硫化礦石爆堆自燃危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

5.5.3 實(shí)例應(yīng)用

5.6 本章小結(jié)

6 硫化礦石自然發(fā)火重要參數(shù)的確定及數(shù)值模擬

6.1 孔與孔隙率

6.1.1 孔隙率

6.1.2 比表面積M

6.1.3 硫化礦石的塊度

6.2 滲透系數(shù)

6.3 耗氧速率

6.4 傳熱系數(shù)

6.4.1 導(dǎo)熱系數(shù)

6.4.2 采場(chǎng)環(huán)境的不穩(wěn)定傳熱系數(shù)

6.4.3 礦石的放熱強(qiáng)度

6.5 數(shù)值解算軟件

6.5.1 MATLAB軟件

6.5.2 ANSYS軟件

6.5.3 FLUENT軟件

6.6 硫化礦石動(dòng)態(tài)自熱速率的測(cè)試裝置及模擬

6.6.1 新的實(shí)驗(yàn)裝置

6.6.2 礦樣自熱過程的數(shù)值模擬

6.7 風(fēng)流場(chǎng)與氣體濃度場(chǎng)的數(shù)值模擬

6.8 硫化礦堆溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬

6.8.1 基于MATI.AB軟件的礦堆溫度場(chǎng)模擬

6.8.2 冬瓜山銅礦礦倉硫精礦自熱的溫度場(chǎng)

6.8.3 某硫鐵礦山自燃礦石爆堆的滅火效果預(yù)測(cè)

6.9 本章小結(jié)

7 硫化礦自燃火災(zāi)的非接觸式檢測(cè)技術(shù)研究及應(yīng)用

7.1 硫化礦石自然發(fā)火檢測(cè)技術(shù)的研究概況

7.2 非接觸式測(cè)溫技術(shù)概述

7.2.1 紅外輻射的基本理論

7.2.2 紅外測(cè)溫儀的工作原理

7.2.3 紅外熱成像儀的工作原理

7.3 硫化礦氧化自熱的非接觸式測(cè)定實(shí)驗(yàn)

7.3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備與實(shí)驗(yàn)步驟

7.3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

7.3.3 紅外測(cè)溫誤差的產(chǎn)生機(jī)理

7.4 溫度檢測(cè)裝置的改進(jìn)

7.5 硫化礦自燃非接觸式檢測(cè)裝置的選擇及應(yīng)用

7.5.1 礦山紅外測(cè)溫裝置的選擇方法

7.5.2 礦堆自燃檢測(cè)裝置的應(yīng)用

7.5.3 硫化礦堆自燃火源位置的反演

7.6 本章小結(jié)

8 主要研究結(jié)論與展望

8.1 主要研究結(jié)論

8.2 研究工作的展望

參考文獻(xiàn)2100433B

陽富強(qiáng)、吳超所著的《硫化礦自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)理論與技術(shù)》借助著名數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計(jì)分析了國(guó)內(nèi)外有關(guān)礦山自燃火災(zāi)研究的文獻(xiàn)共計(jì)300余篇。闡述了現(xiàn)有解釋硫化礦石自然發(fā)火的各種理論，包括物理吸附氧機(jī)理、化學(xué)熱力學(xué)機(jī)理、電化學(xué)機(jī)理以及微生物氧化機(jī)理。綜述了硫化礦石自燃傾向性測(cè)試技術(shù)的研究成果，著重評(píng)述了硫化礦石自燃傾向性測(cè)試的吸氧速度法、傳統(tǒng)的交叉點(diǎn)溫度法、動(dòng)態(tài)自熱率測(cè)試法、絕熱氧化法、金屬網(wǎng)籃交叉點(diǎn)法、綜合指標(biāo)測(cè)試法、程序升溫氧化法等，并將各種測(cè)試方法加以分類。

陽富強(qiáng)、吳超所著的《硫化礦自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)理論與技術(shù)》在闡述硫化礦自然發(fā)火本質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，以預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)金屬礦山硫化礦自燃火災(zāi)為出發(fā)點(diǎn)，詳細(xì)介紹了硫化礦常溫氧化的行為及影響因素、自然發(fā)火機(jī)理、自燃傾向性測(cè)試技術(shù)、自燃預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型、數(shù)值模擬技術(shù)、自燃危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法、自燃火災(zāi)的非接觸式檢測(cè)技術(shù)等方面的最新研究成果。

《硫化礦自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)理論與技術(shù)》可供有關(guān)礦山設(shè)計(jì)、研究、開發(fā)和管理的科研人員、工程技術(shù)人員和現(xiàn)場(chǎng)施工管理人員等參閱，也可供高校采礦工程和安全工程等專業(yè)的研究生參考學(xué)習(xí)。

1.后者是具體天氣狀況的預(yù)報(bào)，而前者則是某時(shí)段內(nèi)氣候要素和天氣狀況平均統(tǒng)計(jì)量的預(yù)測(cè)。

2.天氣預(yù)報(bào)一般僅限于對(duì)大氣圈和水圈物理過程的分析，而氣候預(yù)測(cè)必須考慮包括大氣、海洋、大陸、冰雪、生物圈等在內(nèi)的氣候系統(tǒng)內(nèi)能量和物質(zhì)交換以及天文因子的影響。

3.后者主要依賴于初值，而前者既依賴于初始條件，也依賴于邊界條件或者完全依賴于邊界條件。依賴于以上兩種條件的可預(yù)報(bào)性被洛侖茨稱為第一類可預(yù)報(bào)性。對(duì)于長(zhǎng)期(幾十年或幾百年)的氣候變化預(yù)測(cè)，如由人類活動(dòng)造成的溫室氣體增加引起的全球氣候變化，將不依賴于大氣的初始條件，這是由于模式在長(zhǎng)期積分之后，將完全喪失對(duì)初始條件的記憶。這種完全依賴于詳細(xì)邊界條件變化的氣候預(yù)測(cè)被洛侖茨稱為第二類可預(yù)報(bào)性，其可預(yù)報(bào)性決定于外界強(qiáng)迫變化的時(shí)問尺度。由于氣候系統(tǒng)的慣性，即使施加于邊界的外強(qiáng)迫消失之后很久，氣候系統(tǒng)還將繼續(xù)變化相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，甚至長(zhǎng)達(dá)十年以上，海平面上升的響應(yīng)就是一個(gè)例子。由于第一類可預(yù)報(bào)性的時(shí)間一般不超過3周，因此，月時(shí)間尺度以上的短期氣候預(yù)測(cè)，基本上也是在第二類可預(yù)報(bào)性意義下進(jìn)行的。

4.時(shí)間較長(zhǎng)的氣候預(yù)測(cè)，還要考慮到人類活動(dòng)對(duì)氣候變化的影響。最早的氣候預(yù)測(cè)是根據(jù)過去某一段時(shí)間氣候平均值的外推。但在編制時(shí)效為數(shù)年的氣候預(yù)測(cè)時(shí)，大都沿用長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)中的某些方法。例如，用時(shí)間序列的分析技術(shù)，分析氣候要素的歷史變化，尋找序列本身的演變規(guī)律，建立氣候預(yù)測(cè)方程，或者尋找氣候要素同一種或數(shù)種環(huán)境因子之間的統(tǒng)計(jì)聯(lián)系，然后根據(jù)相關(guān)因子的變化來預(yù)測(cè)未來的氣候。有的國(guó)家已用數(shù)值模擬方法推斷未來氣候。

在煤礦生產(chǎn)中，煤的自燃一直是重大災(zāi)害，它極易引發(fā)瓦斯爆炸、水煤氣爆炸等重大事故，嚴(yán)重危害礦井安全。但煤自燃監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)基本只是人工在危險(xiǎn)的井下各個(gè)分散點(diǎn)采集相關(guān)數(shù)據(jù)，用的是多臺(tái)不同類型的儀器儀表，不僅價(jià)格高昂，而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，此外對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理，也基本處于人工經(jīng)驗(yàn)判斷的水平上，更不具備實(shí)時(shí)性。采用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)造監(jiān)測(cè)平臺(tái)，可以節(jié)省大量硬件方面的投資，用軟件實(shí)現(xiàn)硬件的功能，把多臺(tái)不同的儀器統(tǒng)一組態(tài)，并根據(jù)井下的具體情況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的分布式測(cè)量網(wǎng)絡(luò)。

自燃系統(tǒng)煤層自燃的實(shí)質(zhì)及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)

煤層自燃是由于煤體逐漸發(fā)生低溫氧化，熱量逐漸蓄積，最終發(fā)生自燃。按照煤層自燃的階段是否出現(xiàn)自燃發(fā)火征兆，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)可分為預(yù)報(bào)和預(yù)測(cè)兩種。煤在氧化自熱到自燃這一復(fù)雜的物理化學(xué)變化過程中，隨著煤溫的上升，要序列性地釋放出CO、CH4、C2H4等氣體，稱之為指標(biāo)氣體。因此，掌握煤炭在自熱到自燃過程各階段中所釋放的氣體成份以及自燃發(fā)火指標(biāo)氣體的變化規(guī)律，是分析煤炭氧化程度的重要依據(jù)。經(jīng)研究表明，CO及C₂H₄作為預(yù)測(cè)指標(biāo)氣體較好。但由于C₂H₄出現(xiàn)的溫度較高，產(chǎn)生量小，因此，用它來校正預(yù)報(bào)出現(xiàn)的溫度偏

差，而主要把CO作為早期預(yù)報(bào)的指標(biāo)。以CO指標(biāo)氣體為中心，建立自燃早期預(yù)報(bào)系統(tǒng)。此外，井下綜采面的氧濃度、漏風(fēng)強(qiáng)度、煤巖體溫度、煤厚度等因素也決定了煤層自燃的傾向性和危險(xiǎn)性。同時(shí)也將對(duì)以上因素實(shí)時(shí)采集、分析，以建立實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而達(dá)到對(duì)煤層自燃的預(yù)測(cè)。

自燃系統(tǒng)虛擬儀器

通過測(cè)得實(shí)時(shí)的CO含量，與歷史數(shù)據(jù)結(jié)合，建立灰色模型，得到時(shí)間預(yù)報(bào)序列。結(jié)合設(shè)定的警報(bào)值，預(yù)報(bào)出煤自燃發(fā)火的日期?？紤]到井下的實(shí)際情況及未來網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的需要，本軟件具有初步的局域網(wǎng)通信功能，基于TCP/IP協(xié)議，下位機(jī)(客戶機(jī))采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送到上位機(jī)(服務(wù)器)顯示，發(fā)送時(shí)雙機(jī)均要打開TCP連接，并指定相同的端口。

該模塊有寫盤和讀盤兩個(gè)功能，采集的信號(hào)波形文件可以存儲(chǔ)，采集的最終數(shù)值送入歷時(shí)數(shù)組中，形成新的序列，以供預(yù)測(cè)，日后查詢時(shí)也可以打開。

軟件系統(tǒng)試運(yùn)行后，和煤礦實(shí)際采集數(shù)據(jù)和歷史實(shí)際自燃發(fā)火日期對(duì)比，證明該系統(tǒng)不僅具有系統(tǒng)采集精度高、使用方便、節(jié)省人力和設(shè)備投資的優(yōu)點(diǎn)，而且預(yù)測(cè)的發(fā)火日期準(zhǔn)確，證明預(yù)測(cè)模型結(jié)構(gòu)合理有效。本軟件系統(tǒng)為今后煤礦井下監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)一體化作出了有益的探索。 2100433B

《煤層自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及防治技術(shù)》在分析煤層自然發(fā)火基本概念和理論的基礎(chǔ)上，研究了煤層自燃傾向性的鑒定方法、煤層自然發(fā)火危險(xiǎn)程度的綜合評(píng)價(jià)、煤層自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)指標(biāo)氣體分析方法；建立了煤層自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)、開發(fā)了煤自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模糊系統(tǒng)；最后介紹了煤層自然發(fā)火的防治技術(shù)?！睹簩幼匀话l(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及防治技術(shù)》主要供礦山企業(yè)的工程技術(shù)人員及管理干部使用，也可作為科研院所科研人員、礦業(yè)類專業(yè)大學(xué)本科生及研究生參考用書。

《煤層自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及防治技術(shù)》由冶金工業(yè)出版社出版。