基于WSR-DEMATEL模型的硫化矿石自燃灾害事故影响因素分析.pdf

第30卷第3期2023年 5月Vo l.30 No.3Ma y 2023妥全与环境工程Sa f et y a nd Env iro nment a l Enginee ring引用格式：毛亚军，阳富强.基于WSR-DEMATEL模型的硫化矿石自燃灾害事故影响因素分析J.妥全与环境工程,2023,30(3):1-6,12.Ma o Y J,Ya ng F Q.Ana lys is o f inf luenc ing f a c t o rs o f s po nt a neo us c o mbus t io n a c c ident s o f s ulf ide o re ba s ed o n WSR-DEMATEL mo delJ.Safety and Environmental Engineering,2023,30(3)：1-6,12*基于WSR-DEMATEL模型的硫化矿石 自燃灾害事故影响因素分析毛亚军，阳富强*（福州大学环境与安全工程学院，福建福州350116）摘要：为了更加系统全面地了解硫化矿石自燃灾害事故影响因素，首先基于WSR（物理-事理-人理）系统分析方 法找出可能引起硫化矿石自燃灾害事故的影响因素，从而构建硫化矿石自燃灾害事故影响因素指标体系，然后运 用矩阵决策实验室分析法（DEMATEL）研究影响因素之间的相互影响关系，计算不同影响因素的中心度和原因 度,确定关键影响因素。结果表明：通过综合考虑中心度和原因度，识别出引起硫化矿石自燃灾害事故的关键影响 因素为温度、pH值、蓄热条件、矿石成分及含量、初始铁离子浓度、地质条件和氧气浓度。该研究可为有效提高金 属矿山企业安全管理水平提供理论参考。关键词：矿山安全管理;硫化矿石自燃;影响因素;WSR；DEMATEL中图分类号：X913；X936 文章编号：1671-1556（2023）03-0001-06 收稿日期：2021-11-17DOI：10.13578/j.c nk i.is s n.1671-1556.20211367 开放科学（资源服务）标识码（OSID）:Analysis o f Influencing Facto rs o f Spo ntaneo us Co mbustio n Accidents o f Sulfide Ore Based o n WSR-DEMATEL Mo delMAO Ya jun,YANG Fuqia ng*(Sc h o o l o f Enviro nmentaI and Saf e ty Eng inee ring Fuzh o u Univ ersity Fuzh o u 350116,Ch ina)Abst r ac t:In o rder t o unders t a nd t h e inf luenc ing f a c t o rs o f s ulf ide o re s po nt a neo us c o mbus t io n a c c ident s mo re s ys t ema t ic a lly a nd c o mpre h ens iv ely,f irs t ly t h e inf luenc ing f a c t o rs t h a t ma y c a us e s ulf ide o re s po nt aneo us c o mbus t io n a c c ident s a re ident if ied by t h e W SR(W uli-Sh ili-Renli)s ys t em a na lys is met h o d,t h ereby c o ns t ruc t ing a n index s ys t em f o r inf luenc ing f a c t o rs o f s ulf ide o re s po nt a neo us c o mbus t io n a c c ide nt s.Th en t h e ma t rix dec is io n-ma k ing t ria l a nd ev a lua t io n la bo ra t o ry(DEMATEL)is us ed t o s t udy t h e rela t io ns h ip bet wee n t h e inf luenc ing f a c t o rs,c a lc ula t e t h e c ent ra lit y a nd c a us a lit y o f dif f erent inf luenc ing f a c t o rs,a nd det ermine t h e k ey inf luenc ing f a c t o rs Th e re s ult s a re a s f o llo ws：o n t h e ba s is o f c o mpreh ens iv e c o ns iderat io n o f c ent ra lit y a nd c a us a lit y,t h e k ey inf luenc ing f a c t o rs t h a t c a us e na t ura l dis a s t ers in s ulf ide o re a re ident if ied a s t empera t ure,pH v a lue,h ea t s t o ra ge c o ndit io ns,o re c o mpo s it io n a nd c o nt e nt,init ia l iro n io n c o nc ent ra t io n9 geo lo gic a l c o ndit io ns?a nd o xygen c o nc ent ra t io n Th e res ea rc h ma y pro v ide ref erenc e f o r ef f ec t iv ely impro v ing t h e s a f et y ma na gement lev el o f met a l mining ent erpris es.Key wo r ds:mine s a f e t y ma na ge ment；s po nt a neo us c o mbus t io n o f s ulf ide o re inf luenc ing f a c t o r；WSR；DEMATEL硫化矿石自燃是一个复杂的非线性物理化学反 应过程，是矿石自身氧化放热和周围环境散热共同 作用的结果。据有关统计,硫化矿石氧化、自燃引发 的火灾事故是高硫矿开采中的主要灾害之一，其影基金项目：国家自然科学基金项目（51874100）作者简介：毛亚军（1997）,男，硕士研究生，主要研究方向为地下矿山及安全技术。E-ma il：18839130113163.c o m通讯作者：阳富强（1982）,男，博士，教授，主要从事安全科学与工程领域的教学和研究工作。E-niail：f qo uya ng82163.c o m2安金与琢燼工裡 ht t p：/水t aq.c bpt.c 第30卷响了我国约30%的金属矿山硫化矿石自燃会 导致该地区大量矿石流失，氧化自燃时会产生大量 腐蚀性气体。同时，硫化矿石自燃引发的火灾，会给 金属矿山企业带来巨大的经济损失，造成许多不容 忽视的安全隐患和环境问题。目前，国内外学者在硫化矿石自燃机理、自燃灾 害管理、自燃趋势预测与评价等研究领域取得了一 定的成果。如：钱柏青E综合分析了铜山铜矿采场 区氧化、自燃和燃烧三个阶段的一系列理化变化和 特征，考察了硫化矿石自燃的影响因素，并提出了相 应的预防措施;Wu阂利用系统安全分析方法建立了 硫化矿石自燃故障树，通过分析揭示硫化矿石自燃 必然是硫化矿石处于氧化状态且完全接触潮湿空 气，并提出了判断硫化矿石自燃倾向性的测量项目 和现场防治自燃的基本方法；阳富强等选取吸氧 速度常数、自热点、着火点3个测定指标，建立了基 于爛权法和云模型的硫化矿石自燃倾向性分级模 型，首先将硫化矿石自燃倾向性测定指标及分级标 准转化为正态云分级标准，采用爛权法对各个指标 的实际测试值进行指标赋权，然后以模糊子集B的 最大隶属度原则为依据，判定各个矿样的自燃倾向 性等级。综上可知，现有文献虽然对引起硫化矿石 自燃的影响因素进行了相关研究，但很少关注硫化 矿石自燃影响因素之间的相互作用，尤其是缺乏对 硫化矿石自燃影响因素之间的关系的深入研究。证 明硫化矿石自燃影响因素之间的相关性，明确影响因 素之间的相互作用关系对降低硫化矿石自燃灾害事 故的风险具有重要意义。因此，本文采用WSR(物 理-事理-人理)系统分析方法，从物理、事理、人理三 个方面系统分析可能引起硫化矿石自燃灾害事故的 危险因素；同时，运用决策实验室分析法(dec is io n-ma k ing t ria l a nd ev a lua t io n la bo ra t o ry,DEMA-TEL)分析各种影响因素，识别其关键因素,从而为 有效提高金属矿山安全管理水平提供理论参考。1硫化矿石自燃灾害事故影响因素指 标体系建立1.1影响因素分析WSR方法论是物理-事理-人理方法论的简称，是 解决复杂问题的工具，其根据实践活动的不同性质,将管理方法层次化、条理化、系统化和规范化。影 响硫化矿石自燃的“物理”层面因素是指客观存在的 物质运动规律,主要包括硫化矿石的自身性质和环境 因素两个方面，如矿物成分及含量、氧气浓度、耗氧率 等。“事理”是在“物理”的基础上，是指为完成系统的 特定目标而形成的方式、方法、规律等,导致硫化矿石 自燃的“事理”层面因素主要是指管理因素，如开采方 法、安全教育、安全监督等。“人理”强调依靠人来组 织协调管理过程中的各个环节，尽可能地利用“物”把“事”做好,在WSR方法论中占据了主导地位旳，引起 硫化矿石自燃的“人理”层面因素主要是指人为因素,如员工安全意识、自救互救技能等。1.1.1 物理层面因素分析(1)矿物成分及含量。决定硫化矿石自燃的最 基本因素是矿物成分及含量。硫化矿石的矿物成分 及含量不同，会导致硫化矿石自燃倾向差异很大。实测表明，矿石含硫量在15%20%以上时，有自 燃的可能，而当矿石含硫量为40%50%时，自燃 的风险最大国。(2)氧气浓度。硫化矿石的氧化和自燃离不开 氧气,氧气是硫化矿石自燃的必要条件。大量试验 结果表明，环境中氧气浓度越高，越有利于硫化矿石 的氧化自燃卬。一般来说，硫化矿石的氧化速率与 环境中的氧气浓度成正比，即环境中氧气浓度越高，氧化速率越大;反之,氧气浓度越小,氧化速率越小O(3)耗氧率。氧气在硫化矿石自燃过程中起着 至关重要的作用，因此耗氧率反映了硫化矿石的升 温氧化和自燃状态的速度。耗氧率主要用来表征矿 石的氧化性，其值越高说明矿石氧化性越强。硫化矿 石氧化反应产生的热量是导致矿堆温度升高的重要 原因叭(4)初始铁离子浓度。硫化矿物在氧化过程中 生成了大量FJ+、Fe3+等氧化产物，它们又可以参 与硫化矿物的氧化还原反应，并释放大量热。随 着初始铁离子浓度的增加，硫化矿石的氧化速率也 随之增大。(5)矿石破碎程度。硫化矿石的自燃是一个非 常复杂的物理化学变化放热过程。化学变化使硫化 矿石表面分子中的各种活性结构与氧发生化学吸附 和化学反应，生成各种含氧基团，产生各种气体产 物。物理化学过程随着硫化矿石与氧气的接触表面 积而变化。矿体表面积越大，与氧气的接触面积越 大，矿物与氧气结合程度越高，耗氧率越大，硫化矿 石的氧化率越强(6)环境湿度。大量研究表明，水对硫化矿石 的氧化具有双重作用：少量的水分会催化硫化矿石 的氧化过程；当含水量超过一定值时,水会抑制硫化 矿石的氧化阂。同时，由于地下水、凿岩水和潮湿空 气的作用，硫化矿