关于+18水平11穿冒烟的分析
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【摘要】 矿井火灾是矿井三大灾害中较为严重之一。矿井火灾不仅直接到井下职工的生命安全,而且往往造成巨大的经济损失。矿井火灾一旦发生,就会在短时间内产生大量的有毒有害气体(主要是一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫等),如果采取措施不力,烟气将随风流扩散到整个矿井,从而导致重大伤亡事故的发生。
我矿是铁矿,井下支护采用非易燃材料支护,运输轨道枕木采用砼轨枕。在炸药库、中央变电所、水泵房、修理硐室等容易发生火灾的部位安放灭火设施和防火报警装置,防止火灾发生。
在井下供水系统中设计考虑了消防用水的要求。矿山井巷一般采用喷射砼(或锚喷、砼)的方法支护,不采用木材支护。在运输巷道中设计了消防用水管道,配置了消防栓等消防器材。因此,人们认为金属矿山除了外因(如炸药库、中央变电所等处)引起火灾,不可能发生岩石的自燃。
然而真实的事实还是发生了。火灾发生的原因是由于硫铁矿的自燃引起。我矿自2009年重组投产以来,相继发生了3次硫化矿自燃事故,一次是2010年后半年7-3采场冒烟,一次是2011年8穿上山坡头刺鼻的气味,没有发现出处,但此现象持续了近10几天。
在2012年8月5日,通风科接到采二车间主任的电话,说在+18水平11穿冒出一种不明气体,呛得人睁不开眼。于是我与刘科长连忙换衣服下井。到达现场后,见到:在刚刚崩下的矿堆上,冒出一股股烟雾,颜色有点发白,范围不大,刺鼻的难闻。用随身携带的四种气体检测仪(能检测氧气、硫化氢、一氧化碳、可燃气体浓度)检测,没有检测出任何气体成分,但闻之有股硫磺燃烧的味道。然后,让工人用水管放水冲,用水一冲,烟雾不再呛鼻,手摸堆上矿石,感觉有股热气在蒸腾,又过了大约10分钟,我的气体检测仪显示有硫化氢的成分,含量在5ppm。
一开始,刘科长根据多年在煤矿工作的经验,断定是火药失效,失效的火药在引爆时,没有爆炸,造成爆燃。因此认为经水一浇,把阴燃的炸药浇灭,也就可以了。但我认为,假如真是炸药爆燃,那么,根据炸药的成分主要是碳、氢、氮来说,气体中应有一氧化碳、甚至还会有二氧化氮等,然而这些成分在检测时都没有显示出来,只有闻到的二氧化硫气味,故,我断定这不是炸药爆燃引起。随后,通过翻找有关火灾的书籍、上网查证:这可能是有些含硫高的矿物如黄铁矿,在条件适宜的情况下,发生了自燃,产生二氧化硫及发出一定热量。通过与地质部门沟通,本矿矿石中硫含量较高达30%左右,那么根据矿石形成过程,有可能在某些部位产生硫化物的聚集,形成硫铁矿。这些聚集的硫铁矿在适宜的条件下(经放炮崩落成碎块,表面积得以扩大,与到氧气发生了氧化。
4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2+热量
浇水后,二氧化硫溶于水,成亚硫酸,亚硫酸与黄铁矿(硫化亚铁)发生反应,生成硫化氢,因此,浇水后,检测到了硫化氢成分。
为什么别的地方不发生,但就此地发生呢？通过查看,了解到:本矿采用的是充填采矿法,由于充填,水泥的水解放出大量热,使得充填矿房相邻矿房温度也较高,再有此处矿房是底板在+10m水平,顶板在+18m,爆破后靠局部通风机压入式爆堆通风,风流不是很顺畅。由于顶板处夹杂有聚集的硫铁矿,再加上爆破时产生的高温,使得硫铁矿与空气接触发生氧化而产生热量,当产生的热量大于向周围散发的热量时,硫化矿的温度不断升高,局部热量不断聚集,当超过了向外散发的热量时,物质便不断加热,直到其温度升高到着火点,引起自燃。
矿房的矿石是在全部矿石都挑落后再出矿。放炮后,一些含硫过高的矿石被埋在下面,通风不畅,加之爆炸产生的热量,引起黄铁矿自燃。
处理方法:加强通风,浇水降温。于是在+18m水平又加一台扇风机用于引风,同时接根水管通道冒烟处,从上往下浇水。
8月5日,经浇水后,当时发现有减轻的趋势,于是继续加大浇水量。在8月6日早班,观察后发现,烟气得更大了,据现场观测,烟气中有二氧化硫(大部分)、硫化氢(少部分)。由此完全可以断定这绝非炸药失效造成的爆燃引起的,从而更加肯定是硫铁矿发生了自燃。
水被广泛地应用于扑灭外因火灾,它能够降低燃烧物表面温度,特别是水份蒸发为蒸汽时冷却作用更大。又通过查找资料,看到水对硫化矿物自燃有催化作用,湿黄铁矿的氧化速度高于干黄铁矿。因此,决定放弃浇水。
无论是二氧化硫还是硫化氢,他们对人的危害是相当大的,轻者头疼、重者造成人员死亡。通过分析烟气又增大的原因认为:当时可能有少量的硫铁矿发生了自热,但由于这些硫铁矿处于矿堆深处,热量散发不出来,使得周围温度不断升高,又引燃一些黄铁矿;再有水促使黄铁矿的氧化速度加快,以产生更多的气体。
这样看来,浇水、通风都不能彻底解决问题。因为,通风,风流不能彻底到达自燃处,浇水使得反应更加复杂,产热量更大,且热量又散发不去。
解决此问题的根本,看来只有挖出根源,从而扩大通风面,使得热量及时散发。但考虑到如果把这些矿石运出,那么顶上剩余的矿就要白白浪费。根据灾区没有发现明火,只是产生烟气,为保护职工身体健康,经矿研究,暂时将+18水平以上各水平人员全部撤离,等此处处理结束再开始工作。
现在只有加强通风,即+10水平一风机往矿房里压风,+18水平一风机引风,24h连续运转,将产生的有毒有害气体及时排出,目的是不要使这些有毒烟雾积聚,造成人员受害。
到8月11日,矿房的矿石开始往外运,这样通风情况得到了改善,烟气自然越来越小。当时设想,如果达到无法控制的程度,那只有舍弃这些矿石,将此矿房彻底充填。
至此,这场火灾宣告结束。通过这次火灾,我们意识到,金属矿山也会发生内因引起的火灾的,从而在今后的矿石开采中一定要加强矿房的通风,尤其是通风系统不完善的地方,保证井下作业场所有足够的风量将采掘工作面产生的热量及时排出;再有,地质部门也应该加强地质的检测分析,对可能有自燃的矿岩做出预警,从而在设计开采过程中及早采取措施,控制一次崩矿量,及时清空崩落的矿石。达到彻底对内因火灾的预防。
简介:李常青(1970-),男,河北省衡水市人,冀中能源峰峰集团武安市南洺河铁矿有限公司,主要研究方向:技术安全。