硫化矿石自燃是金属矿山开采中所面临的重大灾害之一，火灾的发生将引发一系列的安全与环境问题，并且造成巨大的经济损失。本项目采取理论分析、实验测定、数值模拟相结合的研究手段，构建了金属矿山硫化矿石自燃安全评价体系。本项目的主要研究内容和取得的研究成果总结如下： （1）通过绘制鱼刺图，直观详细地分析了硫化矿石自燃的主要影响因素；在此基础上，对不同影响因素之间的相关性进行了研究，为理清各因素之间的复杂关系、简化评价指标奠定了基础。 （2）综合运用多种先进测试技术，在实验室环境中对各个矿样的低温氧化反应过程进行了模拟。提出的机械活化理论认为金属矿山开采中施加于矿体上的各种机械力使得硫化矿石经历了机械活化作用，相应的化学反应活性得到提高，在一定的环境条件下更加容易发生氧化自热，最终引发自燃火灾。 （3）建立了描述硫化矿石自然发火的数学模型.对硫化矿石堆的动态自热过程、硫化矿石堆氧化自热过程的非线性特征等进行了系统研究. 提出了硫精矿自燃临界堆积厚度的概念，并解算出硫化矿石在不同环境中的自燃临界堆积厚度。 （4）完善了硫化矿石自燃温度的非接触式红外测试技术。分析影响红外热像仪测温精度的主要因素，得出了红外热像仪测温拟合公式。提高了红外热像仪直接应用于硫化矿石自燃监测时的测量精度。 （5）规范了硫化矿石自燃倾向鉴定指标的测试方案，建立了硫化矿石自燃倾向性的鉴定标准。通过实验研究，确定了硫化矿石吸氧速度测试实验的标准化方案。提出了硫化矿石自燃倾向性测试的氧化动力学方法，建立了硫化矿石自燃倾向性的鉴定标准，并规范了矿样的具体测试程序。 （6）查清了影响硫化矿石氧化结块性的因素，并开发了一种用于检测硫化矿石结块性的单轴测试技术，与其他方法相比，单轴测试法更直观精确。 （7）在综合考虑了影响硫化矿石爆堆自燃的各种因素的基础上，选取了评价指标并对其进行标准化和定量化处理，确立危险性分级标准，最终建立了硫化矿石自燃危险性评价指标体系和评价模型。

本项目针对高硫金属矿床在开采过程中易发生矿石自燃事故的严重问题，通过采用理论分析、数值模拟、实验测试、现场调查相结合的研究方法，查清影响硫化矿石自燃的主要因素之间的相关性、重要性顺序及与自燃的耦合关系；筛选自燃评价指标，从硫化矿石氧化特征和产物入手，研究并规范各评价指标的量化方法（测试程序与技术）；分析、测定典型硫化矿石自燃的临界环境条件，获得不同特性硫化矿石在环境参数改变时的自燃特征及有效抑制自燃的环境因素集；研究硫化矿石安全评价的指标体系，确定各项指标的分级标准及权重，建立硫化矿石自燃的预报数模和自燃时间数模；最后应用系统安全分析和评价理论，研究硫化矿石自燃定量安全评价方法，建立定量评价体系。本项研究可解决金属矿山硫化矿石自燃难以进行定量评价的难题，使评价体系得到规范，评价结果更准确、可靠，为制定硫化矿井自燃火灾的防治措施提供重要的依据，具有十分重要的理论和现实意义。

学科：环境科学

词目：矿石自燃

英文：ore self-ignition，ore auto-ignition，ore fire breeding

释文：有些矿床的矿石（或围岩）氧化性极强，尤以松散状态下氧化更强烈，松散的矿石（或围岩）可氧化引起自燃。矿石自燃不仪会引起火灾、损坏设备和危害作业人员安全，使矿山环境恶化，而且还将造成资源的重大损失。故必须查明自燃的地质因素和外部因素等，并作出相应的评价，为治理提供依据。 2100433B

1 绪论

1.1 引言

1.2 研究意义

1.3 金属矿山硫化矿自燃火灾的研究现状

1.3.1 国内外文献检索

1.3.2 硫化矿石自燃机理的研究现状

1.3.3 硫化矿石自燃预测技术的研究现状

1.3.4 硫化矿石自燃预报技术的研究现状

1.3.5 硫化矿石自燃防治技术的研究现状

1.4 研究现状的评价

1.5 研究内容及技术路线

1.5.1 主要研究内容

1.5.2 研究的技术路线

2 硫化矿石的常温氧化行为及影响因素分析

2.1 典型硫化矿物的结构特性

2.2 硫化矿石的常温氧化实验

2.2.1 矿样采集

2.2.2 矿样分析

2.2.3 实验操作

2.3 硫化矿石常温氧化中的微观形貌及化学成分

2.4 硫化矿石常温氧化的影响因素

2.4.1 晶体结构与化学组成

2.4.2 含水率与空气湿度

2.4.3 氧气浓度及铁离子含量

2.4.4 环境温度

2.4.5 环境的pH值及矿样粒度

2.4.6 微生物作用

2.4.7 地质条件

2.4.8 其他影响因素

2.5 本章小结

3 硫化矿石自燃的机械活化理论

3.1 硫化矿石自然发火过程的表征

3.1.1 物理化学性质的改变

3.1.2 热量的释放

3.1.3 气体的生成

3.2 硫化矿石自燃机理研究评述

3.2.1 物理吸附氧机理

3.2.2 电化学机理

3.2.3 微生物作用机理

3.2.4 化学热力学机理

3.3 机械力化学的基础理论

3.4 破碎引发的物理与化学现象

3.4.1 比表面积和新生表面

3.4.2 晶格缺陷

3.4.3 晶格畸变与颗粒非晶化

3.4.4 晶型转变

3.4.5 热量的生成

3.4.6 固相反应

3.4.7 其他物性变化

3.5 硫化矿石的机械活化

3.5.1 硫化矿石的机械活化效应

3.5.2 硫化矿石机械活化的研究现状

3.5.3 硫化矿石的机械活化实验

3.5.4 矿样机械活化后的物理化学性质变化

3.6 本章小结

4 硫化矿石自燃倾向性测试的动力学方法研究

4.1 硫化矿石自燃倾向性测试的金属网篮交叉点温度法

4.1.1 实验介绍

4.1.2 实验数据及分析

4.1.3 氧化动力学参数的计算

4.2 硫化矿石自燃的TG/Dsc联合测试研究

4.2.1 实验矿样与仪器

4.2.2 实验的主要影响因素分析

4.2.3 数据处理与分析

4.3 硫化矿石自燃的热分析动力学研究

4.3.1 硫化矿石自燃的反应动力学机理

4.3.2 硫化矿石自燃的表观活化能计算

4.4 硫化矿石预氧化前后的表观活化能比较

4.4.1 矿样的预氧化

4.4.2 实验数据及分析

4.4.3 矿样预氧化后的表观活化能

4.5 硫化矿石自燃倾向性的鉴定标准

4.6 本章小结

5 硫化矿石自燃预测的数学模型及综合评价研究

5.1 硫化矿石自然发火过程的数学模型

5.1.1 硫化矿石自燃的特征

5.1.2 硫化矿石堆内部的风流场

5.1.3 硫化矿石堆内部的氧浓度场

5.1.4 硫化矿石堆内温度场的数学模型

5.2 硫化矿石自然发火期数学模型的构建

5.2.1 基于电化学理论的矿石自然发火期

5.2.2 基于传热学理论的矿石自然发火期

5.3 硫化矿石爆堆自燃深度的测算模型

5.4 矿仓硫精矿的自燃临界堆积厚度

5.4.1 相关理论

5.4.2 实验及数据分析

5.5 采场环境中硫化矿石爆堆的自燃危险性评价研究

5.5.1 未确知测度理论概述

5.5.2 采场硫化矿石爆堆自燃危险性评价指标体系的建立

5.5.3 实例应用

5.6 本章小结

6 硫化矿石自然发火重要参数的确定及数值模拟

6.1 孔与孔隙率

6.1.1 孔隙率

6.1.2 比表面积M

6.1.3 硫化矿石的块度

6.2 渗透系数

6.3 耗氧速率

6.4 传热系数

6.4.1 导热系数

6.4.2 采场环境的不稳定传热系数

6.4.3 矿石的放热强度

6.5 数值解算软件

6.5.1 MATLAB软件

6.5.2 ANSYS软件

6.5.3 FLUENT软件

6.6 硫化矿石动态自热速率的测试装置及模拟

6.6.1 新的实验装置

6.6.2 矿样自热过程的数值模拟

6.7 风流场与气体浓度场的数值模拟

6.8 硫化矿堆温度场的数值模拟

6.8.1 基于MATI.AB软件的矿堆温度场模拟

6.8.2 冬瓜山铜矿矿仓硫精矿自热的温度场

6.8.3 某硫铁矿山自燃矿石爆堆的灭火效果预测

6.9 本章小结

7 硫化矿自燃火灾的非接触式检测技术研究及应用

7.1 硫化矿石自然发火检测技术的研究概况

7.2 非接触式测温技术概述

7.2.1 红外辐射的基本理论

7.2.2 红外测温仪的工作原理

7.2.3 红外热成像仪的工作原理

7.3 硫化矿氧化自热的非接触式测定实验

7.3.1 实验准备与实验步骤

7.3.2 实验数据分析

7.3.3 红外测温误差的产生机理

7.4 温度检测装置的改进

7.5 硫化矿自燃非接触式检测装置的选择及应用

7.5.1 矿山红外测温装置的选择方法

7.5.2 矿堆自燃检测装置的应用

7.5.3 硫化矿堆自燃火源位置的反演

7.6 本章小结

8 主要研究结论与展望

8.1 主要研究结论

8.2 研究工作的展望

参考文献2100433B

阳富强、吴超所著的《硫化矿自燃预测预报理论与技术》借助著名数据库，统计分析了国内外有关矿山自燃火灾研究的文献共计300余篇。阐述了现有解释硫化矿石自然发火的各种理论，包括物理吸附氧机理、化学热力学机理、电化学机理以及微生物氧化机理。综述了硫化矿石自燃倾向性测试技术的研究成果，着重评述了硫化矿石自燃倾向性测试的吸氧速度法、传统的交叉点温度法、动态自热率测试法、绝热氧化法、金属网篮交叉点法、综合指标测试法、程序升温氧化法等，并将各种测试方法加以分类。