论文部分内容阅读
矿尘爆炸是高硫金属矿山地下开采的诸多安全隐患之一,国内东乡铜矿、铜官山铜矿等矿山发生过多次矿尘爆炸事故,造成了不小的人员和财产损失。研究硫化矿尘爆炸反应过程、机理和防治措施,在保障矿山企业安全开采方面具有重要的现实意义。为探究分散度对硫化矿尘爆炸特性的影响,经现场取样、实验室制样和20L球形爆炸装置-硫化矿尘爆炸试验,获得了不同矿尘浓度(250、500、750g/m3)、不同粒径(200、300、500目)、不同含硫量(1020%、2030%、3040%)下的矿尘爆炸强度(最大爆炸压力,Pmax)和反应速率(到达最大爆炸压力时间,T1)。发现当含硫量相同时,矿尘浓度为矿尘爆炸强度和反应速率的主控因素。当硫化矿尘浓度相同,且含硫量跨度较大时,矿尘爆炸强度主要由含硫量控制;当含硫量接近时,分散度为矿尘爆炸强度的主控因素,但并非爆炸反应速率的主控因素。通过引入Spearman相关性系数,评价了D10、D25、D50、D75、D90、Dave这6项粒径参数能否用于表征硫化矿尘爆炸强度与硫化矿尘反应速率。为探究硫化矿尘爆炸的反应过程,通过分析和计算硫化矿尘试验样品的分子式和物质的量,采用热力学研究软件Factsage,从化学反应的角度定性的分析和对比了黄铁矿、相同含硫量下的磁黄铁矿、相同质量下的磁黄铁矿随爆炸温度上升过程的氧化、分解、中间产物和最终产物的成分。研究发现,黄铁矿(FeS2)与氧气从室温到爆温的反应过程分为四个阶段,分别为FeS2的氧化阶段、SO3(g)的分解阶段、Fe2(SO4)3(s)的分解阶段、剩余SO3(g)的分解阶段。磁黄铁矿(Fe7S8)可以分为三个阶段,分别为Fe7S8的氧化阶段、Fe2(SO4)3(s)的分解阶段、剩余SO3(g)的分解阶段。二者最终主要产物均为SO2(g)、SO3(g)、Fe2O3(s),中间主要产物均为Fe2(SO4)3(s)。为探究高硫金属矿井矿尘爆炸防治措施,在井下事故易发部位(装矿横巷)进行矿尘爆炸数值模拟研究。先进行20L球形爆炸装置-硫化矿尘爆炸试验数值模拟,通过最大爆炸压力验证基本模型的可靠性,再建立井下装矿横巷二维几何模型,通过FLUENT模拟压入式局部通风方式在不同风机工况(风速0.2、0.4、1、2m/s)下装矿横巷的硫化矿尘爆炸情况。结果表明,压入式通风方式的风速越大,排尘效果越好,降低硫化矿尘爆炸危害(高温、SO2)效果越明显。