高硫矿体开采炸药自爆危险性评定及防自爆技术研究.pdf

■ ／ ／ 一 高硫矿体开采炸药 自爆危险性 比r -l- ． ， 及防自爆技术研究 ≯ ＼ 银 山 铅锌 矿 堕 焦拄 东乡铜矿胡镜明 历明 【 摘要 】高硫矿体开 采炸药自 爆危及 矿工的生命 安全。 本文以 高硫矿石与炸 药反 应的临界温 硫 垫 宴 鳖 型 ／ 关 键 词 墨 垦 里 生 堕 互 一， L 7 ／ 叠 ／ DA NGER As s E S S 0F S 0NTA NE0US EXP L 0s I VES J THE HI GH S ULH{ UR oRE MI N I G AND TE CHN0L0GY RB、 E A RCH 0N S H NTANE0US E 0s I VE SH 0F Yi mh a n Le a d ＆ Z i n c Mi n e C h i n De l l n l n g xhn g C o p p e r Mine H u J I n g ml n g T a n g M I n g 【 A B S T R A C T】I n t h e h ig hs u l p h u r o r e mi n img ， s p o n t a n e o u s e x p l os i v e s wo u l d e n d a n g e r m i n e r s l l f e ． Th i s p a p e r u s e d t h e c riti c a l t e m p e r a t u r e o f r e a c t i o n o n h i ghs u l p h u r o r e a n d e x p l o s i v e s a s t h e d a n g e r a s s e S s o f s p o n t a n eo u s e x p l o s i v e s m e t h o d c o mi d e r i n g t h e int e rna l f a c t o r a b o u t c a u s i n g s p o n t a n eo u s ex p l o s i v e s o f h i g hs I l l p h u r o re a n d ex p l o s i v es ex p e r i me n t s o n ex t e r n a l t e mp e r a t u r e a n d h e a t e d t i me e t c ， wh i c h c o ul d c a u s e s p on t a n e o us e x p l o s i v e s ， p ut f o r wa r d t he s p on t an eo u s ex p l o s i v e sp r o of t o e n g u F e t h e s a f e t y in h i g hs u l p h u r 0 mi n i n g ． KEY W O RDS *Cr i t i c a I t e rn p e r a t ure S po nt a ne o us e x p l o s i v e s H h一 l p h ur o F e 东乡铜矿 I 号 、 Ⅶ号矿体含硫高达 l 5 ％ -- 2 5 ％ ． 还含有极易氧化的胶状黄铁矿。 黄铁 矿及其氧化产物与硝铵类炸药接触容易产生 化学放热反应而引起炸药自燃、自爆。该矿 在 工 号矿体开采过程中．曾发生过多次炸药 自爆事故，给矿工生命安全造成严重威胁 。 年 根据这一实际情况，该矿与长沙矿山研究院 共同开发了 “ 高硫矿体开采炸药自曝危险性 评定及防自爆技术研究” 。 1 矿样采集及加工分析 根据该矿 工 号 、 Ⅶ号矿体高硫矿石的分 高硫 体开 蚱药 爆危险性评定及防自 爆技术研究陈德林 邮编 3 3 4 2 。 维普资讯 布特点 试验矿样采集及加工的原则是 分 布面广、代表性强、加工分析及时。 分别在 I 号矿体 一 4 5 m中段的 1 、 2 、 4 、 6 、 8 、 1 0 、 1 9． 21 、2 5 等采场和Ⅶ号矿体 一 7 5 m中段的 7 3 、 7 5 、 7 7 、7 9 、 8 1 等采场共采集矿样 3 0 个。 这些矿样主要矿石类型是含铜胶状黄铁 矿 、细粒结晶黄铁矿 、粗粒结晶黄铁矿等。 矿样用机磨方法进行细加工，过筛及 1 2 目筛下产品即试样。对这些试样化验分析分 别测定 ” 、 F e ”、 有效硫 、 蹦 2 、 c u 等含量及 p H值 ，其测定结果见表 1 。 2 接触试验 将硝铵类炸药与试样和水分按一定比例 混合拌匀， 装入试管置于控制一定温度的加 热器中使其反应，这一试验方法称接触试验， 炸药与矿石的反应称接触反应。 通过接触试 验，找出在 4 小时内引起矿石与炸药反应的 最低温度，此温度值称为矿石与炸药反应的 临界温度 。 备矿样的临界温度见表 I 。 表 i 矿样分析测定结果及临界温度一览表 1 2 有色矿山 珀蛐增刊 维普资讯 试验结果表明，临界温度与矿样的 p H 值关系密切，矿样的 p H值越大，临界温度 相应地越高 ，矿样的 P H下降而临界温度有 规律地降低 ，见图 I 。当矿样的p H值小于 2 4 时，临界温度在 4 0 。 C 以下．即在室温条 件下炸药也能与矿石反应。p H值 3 ． 3 时，T 临界为 6 5 ℃；p H值 4 ． 8 时，T临界上升到 1 2 0 ℃ 。 O l 2 3 4 5 6 p H 值 图 1 临界温度与矿样 p H值的关系图 试验结果又表明，临界温度 与 矿 石 的 F e F e 3 含量有关， 随F e 2 F e。 含量的增加而下降，见图 2 。 1 4 o 1 0 0 赠 甚6 0 2 0 o l 2 3 4 5 6 7 F ’ 音量． ％ 图2 临界温度与F e 2 F e 3 含量关系图 试验结果还表明，临界温度与矿石铜含 量有关，当铜含量剧增时，临界温度也随之 增大；而与有效硫含量 、 F 笛 的含量关系不 犬 。 3 以矿石的临界温度评定 炸药自爆危险性 从以上试验结果褥出，临界温度与矿石 的p H值的关系非常密切．随 P H值减少临界 温度规律性地降低，它们之间具有明显的对 应关系，将试验数据用回归方法进行数据处 理，得出临界温度与矿石 p H值的线性方程 式，其公式为 T a p H b 式中a 一3 2 ． 3 7 2 0 6 ℃ b ． 一 一3 l 4 7 8 7 8 。 C 根据这一经验公式。只要测定出现场矿 石的p H值 ，即可算出其相应的临界温度。 当评定高硫矿体开采炸药自爆危险性时 首先测定矿石的p H值， 然后计算出与其相应 的临界温度， 再将炮孔温度与临界温度进行比 较， 当炮孔温度高于临界温度时， 将会引起炸 药与矿石反应，认定为有炸药自爆危险性； 当炮孔温度低于临界温度时，炸药与矿石不 发生反应， 定为无 自 爆危险。在该矿高温采场 进行了炮孔装药危险性验证检测及评定，其 孔内引起炸药自爆危险性评定结果见表 2 。 表 2 炮孔矿石引起炸药自爆危险性 评定结果表 炮孔编号 矿样 p H值 临界温度 炮孔温度 炸药自爆 ℃ 。 C 危险性 1 2 6 2 4 8 1 l 2 有 2 2 9 2 5 5 1 2 0 有 3 7仰 l 0 3 4 无 4 4 3 0 l l 5 3 8 无 5 6 6 8 0 4 4 无 6 2 ． 9 8 5 4 5 2 无 从试验说明该矿Ⅶ号矿体和工 号矿体的 高硫矿石具有引起炸药自爆的危险性 。 4 防自爆技术研究 4 ． I 掌握炸药安全使用温度，防止炸药在高 高硫矿体开采炸药自爆危险性评定及防自 爆技术研究栋德林 邮编 3 3 4 2 0 1 3 ∞ m ∞ ∞ ∞ m p． 等 崃善 维普资讯 温炮孔中产生自燃自爆 矿用工业炸药在超过安全使用温度时， 即使不与矿石发生接触反应 ，也会发生分解， 甚至在高温条件下，由剧烈的分解转变为燃 烧，如果炸药在炮孔内燃烧达到一定的压力 时，会导致爆炸。经试验获知，该矿使用的 2 号岩石硝铵炸药，当温度为 I 3 0 。 C 的条件 下受热 1 7 5分钟，炸药由剧烈的分解转变为 燃烧。见图 3 。当炸药置于 1 0 0 ℃的条件下， 受热 l 0 小时 3 o 分钟，既不燃烧也无剧烈分 解 。见图 4 。 3 2 0 蓍2 4 0 受热时同， r a in 图3 炸药在 1 3 0 ℃炮孔内受热情况 p 嘣 时间． mi a 图4 炸药在 I O 0 。 C 炮孔内受热情况 由此可知，2 号岩石硝铵炸药在没有与 矿石接触的情况下，装入温度为 1 0 0 。 C 以下 的炮孔中是安全的。因此，试验结果认定 2 号岩石硝铵炸药的安全使用温度为 1 0 0 。 C。 由现场验证试验表明，当炮孔温度低于 炸药安全使用温度时，炸药在炮孔中是稳定 的，不会发生分解反应，没有自爆危险；当 炮孔温度高于炸药安全使用温度时，炸药在 受热过程中会发生分解 燃烧、 甚至有自爆 危险，因此必须采取防自爆措施。 4 ． 2 采取隔离包装防止炸药自爆 该矿的矿石与 2 号岩石硝铵炸药接触反 应中得到充分证实，炸药自爆是由于炸药与 硫化矿石产生化学放热反应引起的。为避免 炸药与矿石接触反应，采取隔离措施将炸药 制成防自爆药包，2 号岩石炸药在具有良好 包装条件下于 1 0 0 。 C 炮孔中 8 小时不会产生 剧烈分解 。其温升过程 见图 5 。由试验证实 ， 采取 良好的隔离包装在一定时间内能防止炸 药在高温炮孔中产生 自燃 自爆， 。该矿隔离包 装的办法是用具有隔热、延缓热传导时问的 石棉 、 玻璃纤维布等包装药包，该隔离包装 药包的安全使用温度可达到 1 2 0 。 C 以上。 赠 糯 世 3 0 0 { 2 5 0 2 0 0’ 1 5 o 1 0 0 5 0 时 间 ． m l n 图 5 炸药与矿样接触及隔离 包装时炸药温升变化 4 ． 3 降低炮孔温度防止炸药自爆 温度是引起炸药自燃自爆的一个重要条 件，当炮孔温度超过炸药的安全使用温度时， 便会引起炸药产生分解，也能由分解导致爆 炸。当炸药直接装入炮孔、而炮孔矿石临界 温度低于炮孔温度时，就会使炸药产生反应 引起炸药自燃自爆。因此，降低炮孔温度是 防止炸药自燃自爆的一个重要技术措施。 4 ． 3 ． I 使炮孔温度低于炸药安全使用温度 当用测温仪测得炮孔温度高于炸药安全使 用温度时，需对炮孔进行降温处理，其方法 是将冷水压进高温炮孔底，自流出炮孔，从 而使孔温降至低于炸药的安全使用温度，再 行装药爆破作业。 4 ． 3 ． 2 使炮孔温度低于临界温度 当炮孔壁矿石含有 F 而且氧化严重， 矿石P H值低 F e F e”台量高．临界温 度低于测得的炮孔温度时，炸药直接装入炮 孔内就有自爆的危险， 此时采取炮孔降温措 施，用冷水冲洗炮孔，将孔温降至低于临界 温度。不仅于此，在试验中发现冷水冲洗降 有色矿山】 9 9 15 增刊 维普资讯 温的同时，炮孔壁矿粉减少，临界温度比冲 洗前提高。 4 ． 4 处理炮孔孔壁矿石防止炸药 自爆 为防止炸药与矿石接触反应引起炸药自 燃自爆，进行了处理炮孔矿石的试验。在实 验室内对抑制硝酸粪炸药与硫化矿石反应的 各种抑制剂作了比较和选择 ，认为石灰的抑 制效果好 。另外，用水制作溶液处理高温炮 孔时，水本身能冲洗矿石的硫酸铁和硫酸亚 铁，降低 F e 0 F e 3 含量，提高 p H值， 使临界温度籽以提高 并降低炮孔温度，使 孔温低于临界温度，从而保证爆破安全。 系统地进行了用石灰抑制炸药与矿石反 应的试验。 用 2 ％的石灰乳液对该矿 p H值最 低的 1 7 号矿样进行处理后， 其 p H值 由 1 ． 1 1 提高到 4 4． 而临界温度由 l 5 ℃提高到 1 0 0 。 C 以上；经用 l ％石灰乳抑制剂水溶液处理 p H 值 2 ～4 左右的各种矿样， 其 p H值均提高到 8 以上， 而临界温度由4 0 。 C 以上升高到 1 3 0 o C 以 E 。 见表 3 。 表3 抑制剂对各种矿石临界温度的影响 4 ． 5 掌握安全装药时间防止炸药自爆 炸药装入炮孔中与孔壁硫化矿石接触产 生反应至引起炸药燃烧需要一个过程和一定 时间，即使炮孔温度高于引起炸药与矿石反 应的临界温度，只要装药时间很短，使炸药 与矿石来不及反应和燃烧 ，那么在短时间内 装药仍然是安全的。因此，准确掌握起始反 应时间，确定好安全装药时间是保证高硫矿 体开采爆破作业安全的又一技术途径。 为此． 进行了温度对炸药与矿石接触起始反应时问 的影响试验。 选择该矿 p H分别接近 2 、2 ． 5 、3 、3 ． 5 和 4的几种典型的矿石 矿石编号为 l 6 、 2 6 、2 2 、2 0 ，1 3 ． 将炸药分别与各种矿石在 不同温度的水 { 油中进行接触试验，得到 2 号岩石硝铵炸药与各种矿石在不同温度下 的起始反应时间，其结果见表 4 和图6 。 l 3 0 1 1 0 蔷9 0 7 0 5 O 4 0 图 6 炸药与各种矿石在不同 温度下的起始反应时间 由表4 和图 6 可知，同一种矿石条件下， 温度越高，炸药与矿石接触越容易反应，而 产生反应的起始时间也就越短，相反，温度 低，起始反应时间就长；当温度接近临界温 度时，就难于产生反应，此时的起始反应时 高硫矿体开采蚌药自爆危险性评定及防自 爆技术研究陈德林 邮编 3 ,3 4 2 0 维普资讯 表4 炸药与矿石在不同温度下的起始反应时间ra in 问更长；当温度低于临界温度时 石接触 4个小时也不产生反应 。 炸药与矿 爆炸破作业是没有自爆危险的。 表 4 和图6 表明，在同一温度下，炸药 与矿石接触，随矿石 p H值的降低起反应时 问相应缩短 。 由试验可知，当炮孔温度低于临界温度 时，炸药装入炮孔内4 小时是安全的；当炮 孔温度高于临界温度时，装药时问不超过起 始反应时问也是安全的。 4 ． 6 掌握高温炮孔降温后孔温回升时问，防 止炸药自爆 高温炮孔经降温后，孔温明显下降，但 停止降温，炮孔周围岩体高温热量传递及孔 内高硫矿石自身氧化放热，其孔温将逐渐回 升，甚至升到高于矿石的临界温度或高于炸 药安全使用温度，此时即有自爆的危险，所 以掌握孔温回升至矿石临界温度或炸药安全 使用温度的时问，对指导爆破作业 ， 预防炸 药自爆有其重要的实际意义。 分别对孔温为 1 6 0 、1 9 5 2 3 0 、 2 2 7 ℃四 个特高温炮孔进行了降温后温升过程的测定， 前面三个孔经过6 0 --8 0 分钟的降温之后 2 个 小时，孔温分别为 l 1 1 、1 2 8 、1 2 0 口 C ；后面 一 个孔经 6 o 分钟降温之后 5 个小时的孔温为 1 1 7 。 C ，其温升过程见图7 。 这些孔温均接近 炸药安全使用温度，降温后即行采取隔离包 装的措施，爆破作业是安全的。 因此，确定 特高温炮孔降温后孔温回升至炸药安全使用 温度的时问为 9 0 分钟，在 9 o 分钟以内完成 卿 时 间 ， ． if L 图7 2 2 7 。 C 的炮孔降温后的温度回升曲线 5 结 语 本研究成果得出的利用矿石 p H值与临 界温度相互关系推导的计算临界温度的经验 公式是可靠的，利用临界温度作为评定高硫 矿体开采炸药自爆危险性的新方法，在技术 上是可行的，较国内评定高硫矿体开采炸药 自爆危险性的常规方法 F e” F e” 、 黄铁矿含量 水含量三要素评定法简便可 靠，此方法不仅可以对炸药自 爆危险性作出 定性的结论。可供类似矿山借鉴。 东乡铜矿高硫矿体矿石氧化严重，P H 值低，临界温度低， 有炸药自爆危险性，容 易引起硝铵类炸药产生自 燃自爆，应加强炮 孔测温 ，当孔温高于矿石临界温度或炸药安 全作用温度时，必须采取防炸药 自爆措施 。 研究成果提出的用水 、 石灰水冲冼高温 炮孔以降低炮孔温度，提高矿石临界温度以 及采取隔离包装炸药等防自爆措施，技术上 是可靠的，安全上是可行的。结合矿山实际， 类似矿山也可借鉴。 有色矿山一l * g 8增刊 5 8 2 5 0 ● H 船 性帅 盯 如蚰 2 2 D D 6 “ 帅 虾射 一 _‘_‘盟卸” 维普资讯