權(quán)利要求

1.硫化礦石新建礦床開采過(guò)程安全預(yù)防管控方法，其特征在于，包括以下步驟：

S100開采前，對(duì)硫化礦石樣品進(jìn)行自燃傾向性分析，并確定硫化礦石對(duì)應(yīng)的氧化速度、燃點(diǎn)溫度以及兩者關(guān)系；

S200根據(jù)氧化速度、燃點(diǎn)溫度以及兩者關(guān)系，構(gòu)建自燃預(yù)測(cè)模型；

S300控制開采過(guò)程中的硫化礦石堆放量，監(jiān)測(cè)堆放環(huán)境數(shù)據(jù)和堆放硫化礦石的溫度，將堆放量、環(huán)境數(shù)據(jù)和溫度輸入自燃預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)堆放硫化礦石的自燃時(shí)間；

S400若自燃時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)的安全時(shí)間，立即發(fā)出警告，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案防止發(fā)生自燃。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫化礦石新建礦床開采過(guò)程安全預(yù)防管控方法，其特征在于，在S100步驟中，對(duì)硫化礦石樣品進(jìn)行自燃傾向性分析的方法如下：

獲取硫化礦石的自燃傾向性圖譜，采用成分分析模型對(duì)硫化礦石樣本進(jìn)行成分分析，根據(jù)分析得到的硫化礦石樣本成分，結(jié)合自燃傾向性圖譜確定硫化礦石樣本對(duì)應(yīng)的氧化速度、燃點(diǎn)溫度以及兩者關(guān)系；

所述自燃傾向性圖譜通過(guò)以下方式得到：

采用多種成分不同的硫化礦石樣本在不同初始溫度下進(jìn)行升溫氧化測(cè)試，確定各個(gè)硫化礦石樣本的燃點(diǎn)溫度；

根據(jù)各個(gè)硫化礦石樣本的燃點(diǎn)溫度，確定第一自燃預(yù)測(cè)模型；

根據(jù)由初始溫度升溫到燃點(diǎn)溫度過(guò)程中各個(gè)硫化礦石樣本的吸氧量，確定第二自燃預(yù)測(cè)模型；

根據(jù)各個(gè)硫化礦石樣本的孔體積和燃點(diǎn)溫度，確定第三自燃預(yù)測(cè)模型；

提取所述第一自燃預(yù)測(cè)模型、第二自燃預(yù)測(cè)模型和第三自燃預(yù)測(cè)模型的權(quán)重，將所述權(quán)重帶入硫化礦石樣本成分分析模型進(jìn)行分析，得到成分不同的硫化礦石的自燃傾向性圖譜。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硫化礦石新建礦床開采過(guò)程安全預(yù)防管控方法，其特征在于，還包括對(duì)所述傾向性圖譜進(jìn)行驗(yàn)證，具體步驟如下：

步驟1：確定自燃傾向性圖中硫化礦石在各時(shí)間下的自燃傾向性分布點(diǎn)坐標(biāo)(ti,yj)；并基于正態(tài)分布函數(shù)，采用下式計(jì)算自燃傾向性分布點(diǎn)的熵：

其中，F(xiàn)(ti,yj)表示自燃傾向性分布點(diǎn)(xi,yj)的熵；ti表示硫化礦石樣本具有第i種成分下的反應(yīng)時(shí)間；t0表示平均反應(yīng)時(shí)間；i表示硫化礦石樣本中的成分編號(hào)，為由1開始順序編號(hào)；yj表示第j種初始溫度下的傾向性結(jié)果；y0表示最低初始溫度下的傾向性結(jié)果；j表示硫化礦石樣本中的初始溫度編號(hào)，為由1開始順序編號(hào)；δ表示硫化礦石的活化能，所述k表示熵指標(biāo)；

步驟2：對(duì)所述自燃傾向性圖譜中的坐標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，構(gòu)建矩陣的歸一矩陣H:

其中，tij表示具有第i種成分的硫化礦石樣本第j種初始溫度下的反應(yīng)時(shí)間；yij表示具有第i種成分的硫化礦石樣本第j種初始溫度下的傾向性結(jié)果；

步驟3：處理所述歸一矩陣，對(duì)所述歸一矩陣中的坐標(biāo)，進(jìn)行重復(fù)計(jì)算，獲取熵權(quán)重：

其中，Gij表示熵權(quán)重；T表示初始溫度；

步驟4：根據(jù)所述自燃傾向性分布點(diǎn)熵，將所述歸一化矩陣進(jìn)行熵權(quán)重轉(zhuǎn)換得到熵權(quán)重模型：

步驟5：通過(guò)所述自燃傾向性分布點(diǎn)熵權(quán)重模型對(duì)所述自燃傾向性分布點(diǎn)的熵進(jìn)行驗(yàn)證：

即：F(ti,yj)＝H；

其中，當(dāng)F(ti,yj)＝H，所述自燃傾向性圖譜準(zhǔn)確；

當(dāng)F(ti,yj)≠H，所述自燃傾向性圖譜不準(zhǔn)確。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫化礦石新建礦床開采過(guò)程安全預(yù)防管控方法，其特征在于，在S200步驟中，所述自燃預(yù)測(cè)模型包括以下自燃時(shí)間計(jì)算公式：

上式中，Ti表示硫化礦石堆放第i點(diǎn)的自燃時(shí)間；C礦表示硫化礦石的比熱，預(yù)先測(cè)定；Mi表示第i點(diǎn)硫化礦石的質(zhì)量；t2表示硫化礦石的燃點(diǎn)溫度；t1表示硫化礦石的初始溫度；t0表示環(huán)境溫度；wi表示第i點(diǎn)硫化礦石單位時(shí)間內(nèi)的氧化質(zhì)量，預(yù)先測(cè)定；ε表示單位質(zhì)量的硫化礦石氧化產(chǎn)生的熱量，預(yù)先測(cè)定；C氣表示硫化礦石堆放處空氣的比熱；ρ氣表示空氣的密度；Vi表示第i點(diǎn)的空氣流動(dòng)速度；t表示第i點(diǎn)硫化礦石的實(shí)時(shí)溫度，實(shí)時(shí)溫度由初始溫度t1隨著硫化礦石的氧化升溫至燃點(diǎn)溫度t2。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硫化礦石新建礦床開采過(guò)程安全預(yù)防管控方法，其特征在于，在S300步驟中，建立硫化礦石堆放的有限元分析模型，采用自燃預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)硫化礦石堆放的有限元單元的自燃時(shí)間，以每個(gè)有限元單元作為一個(gè)硫化礦石堆放測(cè)點(diǎn)，采用自燃時(shí)間計(jì)算公式計(jì)算各有限元單元測(cè)點(diǎn)的自燃時(shí)間，取各有限元單元測(cè)點(diǎn)的自燃時(shí)間最小值作為硫化礦石堆整體的自燃時(shí)間。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫化礦石新建礦床開采過(guò)程安全預(yù)防管控方法，其特征在于，所述自燃傾向性分析采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、隱含層和輸出層，所述輸入層采用硫化礦石的厚度、傾角、氧化增重量和燃點(diǎn)溫度；所述輸出層將硫化礦石的自燃傾向性發(fā)生自燃的可能性由易至難分為三級(jí)；所述隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)不超過(guò)訓(xùn)練樣本數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫化礦石新建礦床開采過(guò)程安全預(yù)防管控方法，其特征在于，采用以下公式計(jì)算硫化礦石的最大堆放量：

Mmax＝Q均Tmax

其中，Mmax表示硫化礦石的最大堆放量；Q均表示硫化礦石的平均轉(zhuǎn)移速度；Tmax表示硫化礦石的最長(zhǎng)堆放時(shí)間；

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，控制開采過(guò)程中的硫化礦石堆放量不超過(guò)最大堆放量Mmax。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫化礦石新建礦床開采過(guò)程安全預(yù)防管控方法，其特征在于，通過(guò)紅外線熱成像方式對(duì)礦場(chǎng)堆放的硫化礦石進(jìn)行實(shí)時(shí)熱成像溫度場(chǎng)檢測(cè)，構(gòu)建硫化礦石的溫度場(chǎng)模型，獲取溫度超過(guò)溫度閾值的硫化礦石堆放點(diǎn)位置；

對(duì)溫度超過(guò)溫度閾值的硫化礦石堆放點(diǎn)采用強(qiáng)制散熱設(shè)備進(jìn)行降溫處理，以阻止該堆放點(diǎn)的溫度達(dá)到燃點(diǎn)溫度。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫化礦石新建礦床開采過(guò)程安全預(yù)防管控方法，其特征在于，采用阻化劑對(duì)礦場(chǎng)堆放的硫化礦石進(jìn)行抑制氧化處理，具體為配置阻化劑溶液，采用管道輸送到硫化礦石的堆放處，并噴灑在硫化礦石的堆放表面，使阻化劑溶液通過(guò)流動(dòng)滲透進(jìn)入硫化礦石堆放內(nèi)部。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫化礦石新建礦床開采過(guò)程安全預(yù)防管控方法，其特征在于，先對(duì)不同的阻化劑進(jìn)行抑制氧化處理實(shí)驗(yàn)，采用以下公式計(jì)算阻化劑的阻化率：

上式中，pk表示第k種阻化劑的阻化率；M1表示添加阻化劑前的氧化增重率；Mk表示添加第k種阻化劑后的氧化增重率；

然后選取阻化率pk最大的阻化劑用于硫化礦石的抑制氧化處理。

說(shuō)明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及采礦安全與預(yù)防技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種硫化礦石新建礦床開采過(guò)程安全預(yù)防管控方法。

背景技術(shù)

對(duì)于硫化礦石的開采，硫化礦石自燃引發(fā)火災(zāi)是其主要災(zāi)害之一，因此，防止硫化礦石自燃是新建礦山安全生產(chǎn)的主要問(wèn)題，硫化礦石發(fā)生自燃必須具備三個(gè)要素：具有氧化性的礦石、持續(xù)供氧條件和良好的聚熱環(huán)境，三者缺一不可，安全預(yù)防管控一般是圍繞這三個(gè)方面來(lái)實(shí)施針對(duì)性措施。目前，主要的防火、滅火技術(shù)措施和方法包括:灑水、黃泥灌漿、噴灑阻化劑、注凝膠等。

對(duì)于硫化礦石的自燃風(fēng)險(xiǎn)，重點(diǎn)在于預(yù)防，但至今沒(méi)有高效便捷的預(yù)防硫化礦石自燃的安全管控解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種硫化礦石新建礦床開采過(guò)程安全預(yù)防管控方法，包括以下步驟：

S100開采前，對(duì)硫化礦石樣品進(jìn)行自燃傾向性分析，并確定硫化礦石對(duì)應(yīng)的氧化速度、燃點(diǎn)溫度以及兩者關(guān)系；

S200根據(jù)氧化速度、燃點(diǎn)溫度以及兩者關(guān)系，構(gòu)建自燃預(yù)測(cè)模型；

S300控制開采過(guò)程中的硫化礦石堆放量，監(jiān)測(cè)堆放環(huán)境數(shù)據(jù)和堆放硫化礦石的溫度，將堆放量、環(huán)境數(shù)據(jù)和溫度輸入自燃預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)堆放硫化礦石的自燃時(shí)間；

S400若自燃時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)的安全時(shí)間，立即發(fā)出警告，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案防止發(fā)生自燃。

可選的，在S100步驟中，對(duì)硫化礦石樣品進(jìn)行自燃傾向性分析的方法如下：

獲取硫化礦石的自燃傾向性圖譜，采用成分分析模型對(duì)硫化礦石樣本進(jìn)行成分分析，根據(jù)分析得到的硫化礦石樣本成分，結(jié)合自燃傾向性圖譜確定硫化礦石樣本對(duì)應(yīng)的氧化速度、燃點(diǎn)溫度以及兩者關(guān)系；

所述自燃傾向性圖譜通過(guò)以下方式得到：

采用多種成分不同的硫化礦石樣本在不同初始溫度下進(jìn)行升溫氧化測(cè)試，確定各個(gè)硫化礦石樣本的燃點(diǎn)溫度；

根據(jù)各個(gè)硫化礦石樣本的燃點(diǎn)溫度，確定第一自燃預(yù)測(cè)模型；

根據(jù)由初始溫度升溫到燃點(diǎn)溫度過(guò)程中各個(gè)硫化礦石樣本的吸氧量，確定第二自燃預(yù)測(cè)模型；

根據(jù)各個(gè)硫化礦石樣本的孔體積和燃點(diǎn)溫度，確定第三自燃預(yù)測(cè)模型；

提取所述第一自燃預(yù)測(cè)模型、第二自燃預(yù)測(cè)模型和第三自燃預(yù)測(cè)模型的權(quán)重，將所述權(quán)重帶入硫化礦石樣本成分分析模型進(jìn)行分析，得到成分不同的硫化礦石的自燃傾向性圖譜。

可選的，還包括對(duì)所述傾向性圖譜進(jìn)行驗(yàn)證，具體步驟如下：

步驟1：確定自燃傾向性圖中硫化礦石在各時(shí)間下的自燃傾向性分布點(diǎn)坐標(biāo)(ti,yj)；并基于正態(tài)分布函數(shù)，采用下式計(jì)算自燃傾向性分布點(diǎn)的熵：

其中，F(xiàn)(ti,yj)表示自燃傾向性分布點(diǎn)(xi,yj)的熵；ti表示硫化礦石樣本具有第i種成分下的反應(yīng)時(shí)間；t0表示平均反應(yīng)時(shí)間；i表示硫化礦石樣本中的成分編號(hào)，為由1開始順序編號(hào)；yj表示第j種初始溫度下的傾向性結(jié)果；y0表示最低初始溫度下的傾向性結(jié)果；j表示硫化礦石樣本中的初始溫度編號(hào)，為由1開始順序編號(hào)；δ表示硫化礦石的活化能，所述k表示熵指標(biāo)；

步驟2：對(duì)所述自燃傾向性圖譜中的坐標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，構(gòu)建矩陣的歸一矩陣H:

其中，tij表示具有第i種成分的硫化礦石樣本第j種初始溫度下的反應(yīng)時(shí)間；yij表示具有第i種成分的硫化礦石樣本第j種初始溫度下的傾向性結(jié)果；

步驟3：處理所述歸一矩陣，對(duì)所述歸一矩陣中的坐標(biāo)，進(jìn)行重復(fù)計(jì)算，獲取熵權(quán)重：

其中，Gij表示熵權(quán)重；T表示初始溫度；

步驟4：根據(jù)所述自燃傾向性分布點(diǎn)熵，將所述歸一化矩陣進(jìn)行熵權(quán)重轉(zhuǎn)換得到熵權(quán)重模型：

步驟5：通過(guò)所述自燃傾向性分布點(diǎn)熵權(quán)重模型對(duì)所述自燃傾向性分布點(diǎn)的熵進(jìn)行驗(yàn)證：

即：F(ti,yj)＝H；

其中，當(dāng)F(ti,yj)＝H，所述自燃傾向性圖譜準(zhǔn)確；

當(dāng)F(ti,yj)≠H，所述自燃傾向性圖譜不準(zhǔn)確。

可選的，在S200步驟中，所述自燃預(yù)測(cè)模型包括以下自燃時(shí)間計(jì)算公式：

上式中，Ti表示硫化礦石堆放第i點(diǎn)的自燃時(shí)間；C礦表示硫化礦石的比熱，預(yù)先測(cè)定；Mi表示第i點(diǎn)硫化礦石的質(zhì)量；t2表示硫化礦石的燃點(diǎn)溫度；t1表示硫化礦石的初始溫度；t0表示環(huán)境溫度；wi表示第i點(diǎn)硫化礦石單位時(shí)間內(nèi)的氧化質(zhì)量，預(yù)先測(cè)定；ε表示單位質(zhì)量的硫化礦石氧化產(chǎn)生的熱量，預(yù)先測(cè)定；C氣表示硫化礦石堆放處空氣的比熱；ρ氣表示空氣的密度；Vi表示第i點(diǎn)的空氣流動(dòng)速度；t表示第i點(diǎn)硫化礦石的實(shí)時(shí)溫度，實(shí)時(shí)溫度由初始溫度t1隨著硫化礦石的氧化升溫至燃點(diǎn)溫度t2。

可選的，在S300步驟中，建立硫化礦石堆放的有限元分析模型，采用自燃預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)硫化礦石堆放的有限元單元的自燃時(shí)間，以每個(gè)有限元單元作為一個(gè)硫化礦石堆放測(cè)點(diǎn)，采用自燃時(shí)間計(jì)算公式計(jì)算各有限元單元測(cè)點(diǎn)的自燃時(shí)間，取各有限元單元測(cè)點(diǎn)的自燃時(shí)間最小值作為硫化礦石堆整體的自燃時(shí)間。

可選的，所述自燃傾向性分析采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、隱含層和輸出層，所述輸入層采用硫化礦石的厚度、傾角、氧化增重量和燃點(diǎn)溫度；所述輸出層將硫化礦石的自燃傾向性發(fā)生自燃的可能性由易至難分為三級(jí)；所述隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)不超過(guò)訓(xùn)練樣本數(shù)。

可選的，采用以下公式計(jì)算硫化礦石的最大堆放量：

Mmax＝Q均Tmax

其中，Mmax表示硫化礦石的最大堆放量；Q均表示硫化礦石的平均轉(zhuǎn)移速度；Tmax表示硫化礦石的最長(zhǎng)堆放時(shí)間；

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，控制開采過(guò)程中的硫化礦石堆放量不超過(guò)最大堆放量Mmax。

可選的，通過(guò)紅外線熱成像方式對(duì)礦場(chǎng)堆放的硫化礦石進(jìn)行實(shí)時(shí)熱成像溫度場(chǎng)檢測(cè)，構(gòu)建硫化礦石的溫度場(chǎng)模型，獲取溫度超過(guò)溫度閾值的硫化礦石堆放點(diǎn)位置；

對(duì)溫度超過(guò)溫度閾值的硫化礦石堆放點(diǎn)采用強(qiáng)制散熱設(shè)備進(jìn)行降溫處理，以阻止該堆放點(diǎn)的溫度達(dá)到燃點(diǎn)溫度。

可選的，采用阻化劑對(duì)礦場(chǎng)堆放的硫化礦石進(jìn)行抑制氧化處理，具體為配置阻化劑溶液，采用管道輸送到硫化礦石的堆放處，并噴灑在硫化礦石的堆放表面，使阻化劑溶液通過(guò)流動(dòng)滲透進(jìn)入硫化礦石堆放內(nèi)部。

可選的，先對(duì)不同的阻化劑進(jìn)行抑制氧化處理實(shí)驗(yàn)，采用以下公式計(jì)算阻化劑的阻化率：

上式中，pk表示第k種阻化劑的阻化率；M1表示添加阻化劑前的氧化增重率；Mk表示添加第k種阻化劑后的氧化增重率；

然后選取阻化率pk最大的阻化劑用于硫化礦石的抑制氧化處理。

本發(fā)明的硫化礦石新建礦床開采過(guò)程安全預(yù)防管控方法，在開采前，先對(duì)硫化礦石進(jìn)行取樣，對(duì)樣品進(jìn)行自燃傾向性分析，確定硫化礦石對(duì)應(yīng)的氧化速度、燃點(diǎn)溫度以及兩者關(guān)系，結(jié)合對(duì)當(dāng)前項(xiàng)目硫化礦石的分析結(jié)果，構(gòu)建與即將開采的硫化礦石項(xiàng)目具有高度切合的自燃預(yù)測(cè)模型，可以提高并保證自燃預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)精度；通過(guò)控制開采過(guò)程中的硫化礦石堆放量，降低硫化礦石的自燃風(fēng)險(xiǎn)；通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸入自燃預(yù)測(cè)模型，精確預(yù)測(cè)硫化礦石的自燃時(shí)間，將自燃時(shí)間與預(yù)先設(shè)定的安全時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，若自燃時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)的安全時(shí)間，說(shuō)明當(dāng)前處于較高的自燃風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，此時(shí)立即發(fā)出警告，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，對(duì)硫化礦石進(jìn)行干預(yù)，包括移除或者降溫等，防止發(fā)生自燃。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在所寫的說(shuō)明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說(shuō)明

附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中一種硫化礦石新建礦床開采過(guò)程安全預(yù)防管控方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種硫化礦石新建礦床開采過(guò)程安全預(yù)防管控方法，包括以下步驟：

S100開采前，對(duì)硫化礦石樣品進(jìn)行自燃傾向性分析，并確定硫化礦石對(duì)應(yīng)的氧化速度、燃點(diǎn)溫度以及兩者關(guān)系；

S200根據(jù)氧化速度、燃點(diǎn)溫度以及兩者關(guān)系，構(gòu)建自燃預(yù)測(cè)模型；

S300控制開采過(guò)程中的硫化礦石堆放量，監(jiān)測(cè)堆放環(huán)境數(shù)據(jù)和堆放硫化礦石的溫度，將堆放量、環(huán)境數(shù)據(jù)和溫度輸入自燃預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)堆放硫化礦石的自燃時(shí)間；

S400若自燃時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)的安全時(shí)間，立即發(fā)出警告，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案防止發(fā)生自燃。

上述技術(shù)方案的工作原理和有益效果為：本發(fā)明在硫化礦石開采前，先對(duì)硫化礦石進(jìn)行取樣，對(duì)樣品進(jìn)行自燃傾向性分析，確定硫化礦石對(duì)應(yīng)的氧化速度、燃點(diǎn)溫度以及兩者關(guān)系，結(jié)合對(duì)當(dāng)前項(xiàng)目硫化礦石的分析結(jié)果，構(gòu)建與即將開采的硫化礦石項(xiàng)目具有高度切合的自燃預(yù)測(cè)模型，可以提高并保證自燃預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)精度；通過(guò)控制開采過(guò)程中的硫化礦石堆放量，降低硫化礦石的自燃風(fēng)險(xiǎn)；通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸入自燃預(yù)測(cè)模型，精確預(yù)測(cè)硫化礦石的自燃時(shí)間，將自燃時(shí)間與預(yù)先設(shè)定的安全時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，若自燃時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)的安全時(shí)間，說(shuō)明當(dāng)前處于較高的自燃風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，此時(shí)立即發(fā)出警告，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，對(duì)硫化礦石進(jìn)行干預(yù)，包括移除或者降溫等，防止發(fā)生自燃。

在一個(gè)實(shí)施例中，在S100步驟中，對(duì)硫化礦石樣品進(jìn)行自燃傾向性分析的方法如下：

獲取硫化礦石的自燃傾向性圖譜，采用成分分析模型對(duì)硫化礦石樣本進(jìn)行成分分析，根據(jù)分析得到的硫化礦石樣本成分，結(jié)合自燃傾向性圖譜確定硫化礦石樣本對(duì)應(yīng)的氧化速度、燃點(diǎn)溫度以及兩者關(guān)系；

所述自燃傾向性圖譜通過(guò)以下方式得到：

采用多種成分不同的硫化礦石樣本在不同初始溫度下進(jìn)行升溫氧化測(cè)試，確定各個(gè)硫化礦石樣本的燃點(diǎn)溫度；

根據(jù)各個(gè)硫化礦石樣本的燃點(diǎn)溫度，確定第一自燃預(yù)測(cè)模型；

根據(jù)由初始溫度升溫到燃點(diǎn)溫度過(guò)程中各個(gè)硫化礦石樣本的吸氧量，確定第二自燃預(yù)測(cè)模型；

根據(jù)各個(gè)硫化礦石樣本的孔體積和燃點(diǎn)溫度，確定第三自燃預(yù)測(cè)模型；

提取所述第一自燃預(yù)測(cè)模型、第二自燃預(yù)測(cè)模型和第三自燃預(yù)測(cè)模型的權(quán)重，將所述權(quán)重帶入硫化礦石樣本成分分析模型進(jìn)行分析，得到成分不同的硫化礦石的自燃傾向性圖譜。

上述技術(shù)方案的工作原理和有益效果為：本方案通過(guò)模擬氧化氧化升溫過(guò)程，建立自燃傾向性圖譜，揭示硫化礦石的成分與氧化的關(guān)系；再根據(jù)對(duì)應(yīng)項(xiàng)目中的硫化礦石的成分，與自燃傾向性圖譜進(jìn)行對(duì)照，從中得到硫化礦石的氧化速度、燃點(diǎn)溫度以及兩者關(guān)系，以便構(gòu)建與項(xiàng)目具有高度切合的自燃預(yù)測(cè)模型，提高自燃預(yù)測(cè)精度。

在一個(gè)實(shí)施例中，還包括對(duì)所述傾向性圖譜進(jìn)行驗(yàn)證，具體步驟如下：

步驟1：確定自燃傾向性圖中硫化礦石在各時(shí)間下的自燃傾向性分布點(diǎn)坐標(biāo)(ti,yj)；并基于正態(tài)分布函數(shù)，采用下式計(jì)算自燃傾向性分布點(diǎn)的熵：

其中，F(xiàn)(ti,yj)表示自燃傾向性分布點(diǎn)(xi,yj)的熵；ti表示硫化礦石樣本具有第i種成分下的反應(yīng)時(shí)間；t0表示平均反應(yīng)時(shí)間；i表示硫化礦石樣本中的成分編號(hào)，為由1開始順序編號(hào)；yj表示第j種初始溫度下的傾向性結(jié)果；y0表示最低初始溫度下的傾向性結(jié)果；j表示硫化礦石樣本中的初始溫度編號(hào)，為由1開始順序編號(hào)；δ表示硫化礦石的活化能，所述k表示熵指標(biāo)；

步驟2：對(duì)所述自燃傾向性圖譜中的坐標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，構(gòu)建矩陣的歸一矩陣H:

其中，tij表示具有第i種成分的硫化礦石樣本第j種初始溫度下的反應(yīng)時(shí)間；yij表示具有第i種成分的硫化礦石樣本第j種初始溫度下的傾向性結(jié)果；

步驟3：處理所述歸一矩陣，對(duì)所述歸一矩陣中的坐標(biāo)，進(jìn)行重復(fù)計(jì)算，獲取熵權(quán)重：

其中，Gij表示熵權(quán)重；T表示初始溫度；

步驟4：根據(jù)所述自燃傾向性分布點(diǎn)熵，將所述歸一化矩陣進(jìn)行熵權(quán)重轉(zhuǎn)換得到熵權(quán)重模型：

步驟5：通過(guò)所述自燃傾向性分布點(diǎn)熵權(quán)重模型對(duì)所述自燃傾向性分布點(diǎn)的熵進(jìn)行驗(yàn)證：

即：F(ti,yj)＝H；

其中，當(dāng)F(ti,yj)＝H，所述自燃傾向性圖譜準(zhǔn)確；

當(dāng)F(ti,yj)≠H，所述自燃傾向性圖譜不準(zhǔn)確。

上述技術(shù)方案的工作原理和有益效果為：本方案根據(jù)正態(tài)分布，計(jì)算硫化礦石堆各分布點(diǎn)的熵，通過(guò)歸一化處理，得到熵權(quán)重模型，對(duì)照分布點(diǎn)的熵與熵權(quán)重模型，對(duì)自燃傾向性圖譜的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，以提高所采用的自燃傾向性圖譜的準(zhǔn)確度和可靠性，避免由于自燃傾向性圖譜的誤差影響后續(xù)構(gòu)建出的自燃預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)精度，減少預(yù)測(cè)偏差。

在一個(gè)實(shí)施例中，在S200步驟中，所述自燃預(yù)測(cè)模型包括以下自燃時(shí)間計(jì)算公式：

上式中，Ti表示硫化礦石堆放第i點(diǎn)的自燃時(shí)間；C礦表示硫化礦石的比熱，預(yù)先測(cè)定；Mi表示第i點(diǎn)硫化礦石的質(zhì)量；t2表示硫化礦石的燃點(diǎn)溫度；t1表示硫化礦石的初始溫度；t0表示環(huán)境溫度；wi表示第i點(diǎn)硫化礦石單位時(shí)間內(nèi)的氧化質(zhì)量，預(yù)先測(cè)定；ε表示單位質(zhì)量的硫化礦石氧化產(chǎn)生的熱量，預(yù)先測(cè)定；C氣表示硫化礦石堆放處空氣的比熱；ρ氣表示空氣的密度；Vi表示第i點(diǎn)的空氣流動(dòng)速度；t表示第i點(diǎn)硫化礦石的實(shí)時(shí)溫度，實(shí)時(shí)溫度由初始溫度t1隨著硫化礦石的氧化升溫至燃點(diǎn)溫度t2。

上述技術(shù)方案的工作原理和有益效果為：本方案提供了自燃預(yù)測(cè)模型中設(shè)置的一種可用自燃時(shí)間計(jì)算公式，采用該公式可以量化計(jì)算出硫化礦石達(dá)到燃點(diǎn)溫度發(fā)生自燃所需要的自燃時(shí)間，從而可以在采礦中根據(jù)自燃時(shí)間對(duì)硫化礦石進(jìn)行避免自燃的防控，促進(jìn)采礦安全，確保采礦生產(chǎn)的順利，防止由于自燃事故產(chǎn)生的損失。

在一個(gè)實(shí)施例中，在S300步驟中，建立硫化礦石堆放的有限元分析模型，采用自燃預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)硫化礦石堆放的有限元單元的自燃時(shí)間，以每個(gè)有限元單元作為一個(gè)硫化礦石堆放測(cè)點(diǎn)，采用自燃時(shí)間計(jì)算公式計(jì)算各有限元單元測(cè)點(diǎn)的自燃時(shí)間，取各有限元單元測(cè)點(diǎn)的自燃時(shí)間最小值作為硫化礦石堆整體的自燃時(shí)間。

上述技術(shù)方案的工作原理和有益效果為：本方案通過(guò)將硫化礦石堆放建立有限元分析模型，以有限元單元為基礎(chǔ)對(duì)硫化礦石堆模型單元進(jìn)行升溫分析，從而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)檢測(cè)，避免硫化礦石堆出現(xiàn)單點(diǎn)高溫而引發(fā)自燃，進(jìn)一步加強(qiáng)自燃風(fēng)險(xiǎn)控制，降低自燃風(fēng)險(xiǎn)。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述自燃傾向性分析采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、隱含層和輸出層，所述輸入層采用硫化礦石的厚度、傾角、氧化增重量和燃點(diǎn)溫度；所述輸出層將硫化礦石的自燃傾向性發(fā)生自燃的可能性由易至難分為三級(jí)；所述隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)不超過(guò)訓(xùn)練樣本數(shù)。

上述技術(shù)方案的工作原理和有益效果為：本方案中的隱含層還可采用金字塔法則，即一個(gè)單隱含層網(wǎng)絡(luò)，輸入、輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為n和m，則隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)可取為了控制訓(xùn)練效果和效率，訓(xùn)練樣本數(shù)可以選擇15-30個(gè)；本方案在自燃傾向性分析采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層、隱含層和輸出層進(jìn)行限定，以保證分析效果的前提下，減少訓(xùn)練工作量和時(shí)間，提高分析效率。

在一個(gè)實(shí)施例中，采用以下公式計(jì)算硫化礦石的最大堆放量：

Mmax＝Q均Tmax

其中，Mmax表示硫化礦石的最大堆放量；Q均表示硫化礦石的平均轉(zhuǎn)移速度；Tmax表示硫化礦石的最長(zhǎng)堆放時(shí)間；

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，控制開采過(guò)程中的硫化礦石堆放量不超過(guò)最大堆放量Mmax。

上述技術(shù)方案的工作原理和有益效果為：本方案通過(guò)上述公式計(jì)算得到的最大堆放量，控制開采過(guò)程中的硫化礦石堆放量不超過(guò)最大堆放量，避免堆放量過(guò)大降低散熱，避免升溫過(guò)程加速，防止達(dá)到燃點(diǎn)溫度發(fā)生自燃，提高了硫化礦石采礦的安全性。

在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)紅外線熱成像方式對(duì)礦場(chǎng)堆放的硫化礦石進(jìn)行實(shí)時(shí)熱成像溫度場(chǎng)檢測(cè)，構(gòu)建硫化礦石的溫度場(chǎng)模型，獲取溫度超過(guò)溫度閾值的硫化礦石堆放點(diǎn)位置；

對(duì)溫度超過(guò)溫度閾值的硫化礦石堆放點(diǎn)采用強(qiáng)制散熱設(shè)備進(jìn)行降溫處理，以阻止該堆放點(diǎn)的溫度達(dá)到燃點(diǎn)溫度。

上述技術(shù)方案的工作原理和有益效果為：本方案通過(guò)對(duì)礦場(chǎng)堆放的硫化礦石進(jìn)行實(shí)時(shí)熱成像溫度場(chǎng)檢測(cè)，構(gòu)建硫化礦石的溫度場(chǎng)模型，確定溫度超高的硫化礦石堆放點(diǎn)位置，有針對(duì)有重點(diǎn)地進(jìn)行降溫處理，一方面可以有效防止自燃發(fā)生，另一方面可以控制降溫能耗和成本。

在一個(gè)實(shí)施例中，采用阻化劑對(duì)礦場(chǎng)堆放的硫化礦石進(jìn)行抑制氧化處理，具體為配置阻化劑溶液，采用管道輸送到硫化礦石的堆放處，并噴灑在硫化礦石的堆放表面，使阻化劑溶液通過(guò)流動(dòng)滲透進(jìn)入硫化礦石堆放內(nèi)部；所述阻化劑可以采用凝膠泡沫阻化劑，所述凝膠泡沫阻化劑由發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、膠凝劑和交聯(lián)劑組成，所述發(fā)泡劑的質(zhì)量濃度為0.3～0.4％、穩(wěn)泡劑的質(zhì)量濃度為0.4～0.55％、膠凝劑的質(zhì)量濃度為11～12.3％、交聯(lián)劑的質(zhì)量濃度為7.5～8.5％。

上述技術(shù)方案的工作原理和有益效果為：本方案中采用的阻化劑抑制含硫礦石氧化自燃的機(jī)理，主要有隔氧降溫機(jī)理、副催化機(jī)理等。隔氧降溫機(jī)理認(rèn)為，阻化劑的阻化作用是水的防火性能的延伸和擴(kuò)展。其作用是保持礦石的外在水分或一定濕度，將礦石的溫度控制在較低狀態(tài)，從而抑制礦石的氧化自燃；另在礦石表面造成液膜，從而使礦石與空氣隔絕，阻止空氣中的氧氣與礦石的接觸氧化。副催化機(jī)理認(rèn)為，由于阻化劑分子與礦石表面活性中心的相互吸引，破壞了礦石表面自由力場(chǎng)，促使氧原子恢復(fù)到分子狀態(tài)，提高了氧的活化能，減少了反應(yīng)物分子間的有效碰撞機(jī)會(huì)，從而降低了礦石表面的氧化速度；通過(guò)阻化劑防止自燃發(fā)生，降低風(fēng)險(xiǎn)。

在一個(gè)實(shí)施例中，先對(duì)不同的阻化劑進(jìn)行抑制氧化處理實(shí)驗(yàn)，采用以下公式計(jì)算阻化劑的阻化率：

上式中，pk表示第k種阻化劑的阻化率；M1表示添加阻化劑前的氧化增重率；Mk表示添加第k種阻化劑后的氧化增重率；

然后選取阻化率pk最大的阻化劑用于硫化礦石的抑制氧化處理。

上述技術(shù)方案的工作原理和有益效果為：本方案中的氧化增重率也可叫氧化增重速度，是單位時(shí)間內(nèi)硫化礦石因氧化所產(chǎn)生的質(zhì)量增加量；本方案通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)不同阻化劑的阻化率進(jìn)行評(píng)估，以選擇效果最佳的阻化劑使用，進(jìn)一步增強(qiáng)阻化劑防止自燃發(fā)生和降低風(fēng)險(xiǎn)的效果；且采用的實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單易行，便于操作，實(shí)驗(yàn)成本低。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。

全文PDF

硫化礦石新建礦床開采過(guò)程安全預(yù)防管控方法.pdf