远程控制装置在火区高温爆破中的应用.pdf

第3 4 卷第1 期 2 0 1 7 年3 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．3 4N o ．1 M a r ．2 0 1 7 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 1 7 ．0 1 ．0 2 4 远程控制装置在火区 吉0 日 同I r m爆破中的应用 林谋金1 ，束学来1 ，马宏昊2 ，李战军1 ，崔晓荣1 1 ．宏大爆破有限公司，广州5 1 0 6 2 3 ； 2 ．中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室，合肥2 3 0 0 2 6 木 摘要为了提高煤矿火区高温爆破的安全性，采用远程控制装置进行装药施工。结果表明远程控制装 置可在远程控制一次性完成下放导爆索、装药、堵塞工作 危险时段 ，装置中的钢管以及容器底部少量的堵 塞物能防止雷管爆炸产生的能量与冲击波引爆容器内部的炸药，另外，开关网路可使所有炮孔同时完成下放 导爆索、装药、堵塞的工作，使整个炮区中在最短时间内完成装填工作并引爆炸药。远程控制装药施工方法 使施工人员远离高温火区，在实际应用中操作简便，克服了传统高温爆破工艺限制炮q L q L 数的不足，能够对 高温火区进行大规模爆破，从而提高矿山剥离挖运效率，并提高高温爆破的安全性。 关键词露天开采；高温爆破；远程控制；安全性 中圈分类号T D 2 3 5文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 7 0 1 0 1 3 3 0 5 A p p l i c a t i o no fR e m o t eC o n t r o lD e v i c ei nF i r eA r e aB l a s t i n g L ／NM o u - j i n l ，S H UX u e l a i l ，M AH o n g 。h a 0 2 ，L IZ h a n - j u n l ，C U IX i a o r o n 9 1 1 ．H o n g d aB l a s t i n gC oL t d ，G u a n g z h o u51 0 6 2 3 ，C h i n a ； 2 ．C A SK e yL a b o r a t o r yo fM e c h a n i c a lB e h a v i o ra n dD e s i g no fM a t e r i a l s L M B D ， U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yo fC h i n a ，H e f e i2 3 0 0 2 6 ，C h i n a A b s t r a c t T oi m p r o v et h es e c u r i t yo fh i g h t e m p e r a t u r eb l a s t i n g ，t h er e m o t ec o n t r o ld e v i c ew a si m p l e m e n t e d ．T h e r e s u l t ss h o wt h a td o w n p a s s d e t o n a t i n gc o r d ，c h a r g i n g ，b l o c k i n gw o r kc a nb ef i n i s h e db yt h er e m o t ec o n t r o ld e v i c ei n c e r t a i nd i s t a n c e ．T h es t e e lt u b ea n ds o m es a n d sa tb o t t o mo ft h ec o n t a i n e rc a np r e v e n td e t o n a t o rf r o md e t o n a t i n ge x p l o s i v e si nt h ec o n t a i n e r ．F i r ea r e ab l a s t i n gc a nb ec o m p l e t e di nl e s st i m e ，b e c a u s ed o w n p a s sd e t o n a t i n gc o r d ，c h a r - g i n g ，s t e m m i n gw o r ki na l lt h eh o l ec a nb ef i n i s h e db yt h es w i t c hn e t w o r ka tt h es a m et i m e ．R e m o t ec o n t r o lc h a r g i n g m e t h o dd e t r a c t sp e o p l ef r o mt h eh u r to ft h ef i r ea r e aa n dc a nb eu s e r f r i e n d l yc o n t r o l l e di np r a c t i c a la p p l i c a t i o n ．R e m o t ec o n t r o lc h a r g i n gm e t h o do v e r c o m e st h ed i s a d v a n t a g e so ft r a d i t i o n a lm e t h o dd u et ot h er e s t r i c t i o ni nt h en u m b e r o fh i g h t e m p e r a t u r eh o l e ．T h et e c h n o l o g ya c h i e v e sl a r g es c a l eb l a s t i n gi nt h ef i r ea r e aa n di m p r o v e se f f i c i e n c yo f s t r i p p i n gi nm i n ea n db l a s t i n gs a f e t y ． K e yw o r d s o p e n p i tm i n i n g ；h i g h t e m p e r a t u r eb l a s t i n g ；r e m o t ec o n t r o l ；s e c u r i t y 我国某些煤炭与含硫矿等矿山由于自燃现象而 造成部分矿岩存在高温现象，其温度范围为4 0 ℃～ 8 0 0 。C ，对爆破剥离施工构成较大威胁‘1 | 。研究人 收稿日期2 0 1 5 1 1 0 9 作者简介林谋金 1 9 8 5 一 ，男，福建福州人，工程师，主要从事爆炸 力学及高温火区爆破相关领域研究， E - m a i l l m j 2 0 1 2 p t 1 6 3 ．t o m 。 基金项目广东省产学研合作院士工作站 2 0 1 3 8 0 9 0 4 0 0 0 2 6 员从不同方面对高温爆破施工方案进行探索，目前 的高温爆破施工一般采用降温后快速装药施工，或 者对爆破器材进行防护后再装填施工。周明辉采用 加入C a C l 、M g C l 的水对炮孔降温，然后进行装药 施工旧o ；王涛采用于冰对高温炮孔进行降温试验， 结果表明干冰对孔深小于8i n 的炮孔能起到有效降 温及维持低温效果的作用旧1 ；史秀志通过试验研究 万方数据 爆破2 0 1 7 年3 月 高温控制爆破过程中容易出现的安全问题，同时采 用的新型隔热材料对爆破器材进行防护Ho ；林谋金 通过全孔蓄水的方法使爆破器材处于水浴温度中， 从而达到安全爆破的目的垆。。由于注水降温后部 分炮孑L 温度回升较快，因此需要在炮孔温度大幅回 升前进行快速装药、堵塞、起爆等工作，整个爆破施 工过程安全隐患较大。采用防护材料对爆破器材进 行防护后能有效延缓爆破器材温度上升的时间‘6o ， 但防护材料成本较高，不利于露天矿山大范围推广 应用。另外，上述两种施工方法除了自身固有的缺 点外，还有一个共同特点是需要施工人员在高温炮 孔边进行近距离下放导爆索、装药、堵塞等操作，如 果出现早爆、误爆等意外，将严重威胁施工人员生命 安全，而且两种施工方法为了控制施工人员数量，采 用“少孔多爆”的原则进行高温爆破，严重影响矿山 剥离挖运工作。通过设计一种远程控制装药装置， 使施工人员在下放导爆索、装药、堵塞时 危险时 段 能够远离高温火区，同时可在一次高温爆破中 进行多孔施工，从而达到大规模高温爆破的目的。 1 远程控制装药装置设计 一般中深孔爆破的施工程序为钻孔、装药、填 塞、联网、警戒、起爆，在这一套施工程序中，从装药 到起爆要完成填塞联网和警戒这一系列工作，而装 药到起爆前的这一段时间则是深孔高温爆破的危险 期，蔡建德提出的反程序施工方法将联网和警戒工 作做在装药工作前面“ J ，同时加快装药与填塞的速 度就可大大减少炸药在高温孔中的时间，那么危险 时间段就可大大缩短，深孔高温爆破的安全性就可 大幅增加，如图1 所示。 图1反程序深孔高温爆破工艺流程 F i g ．1 T h ew o r d i n gr o u t i n eo fr e v e r s eo r d e r d e e ph o l eh i g h t e m p e r a t u r eb l a s t i n g 需要指出的是，反程序施工方法与普通施工方 法都要求施工人员在高温炮孔边进行近距离下放导 爆索、装药、堵塞等操作，如果出现早爆、误爆等意 外，将严重威胁施工人员生命安全，而且两者为了控 制施工人员数量，采用“少孔多爆”的原则进行高温 爆破，严重影响矿山剥离挖运工作。本文通过探索 一种远程控制装药装置及其施工方法，达到施工人 员在下放导爆索、装药、堵塞时 危险时段 能够远 离高温火区，同时可在一次高温爆破进行多孔施工 的目的。另外，为了便于现场施工，设计远程控制装 药装置时需要考虑操作简便，同时材料可重复利用， 以达到成本可控的目的。 远程控制装药装置包括用于装载爆破材料的装 药模块、用于远程启动装药动作的装药控制模块以 及用于远程引爆炸药的远程引爆模块。其中，装药 模块包括容器1 、用于支撑容器的支撑机构2 、堵塞 物3 、炸药4 ，装药控制模块包括通过绑扎封堵容器 下端口的绳索1 1 、钢管1 0 、用于炸断绳索的电雷管 7 以及用于远程控制电雷管工作的开关网路1 2 ，远 程引爆模块包括重物9 、导爆索6 、小支架5 、电雷管 7 以及起爆网路8 ，如图2 所示。 图2远程控制装置结构示意图 F i g ．2 T h es c h e m a t i cd i a g r a mo fr e m o t ec o n t r o ld e v i c e 远程控制装药装置的工作原理是利用下端口事 先封堵的容器装载爆破需要的炸药和堵塞物，并用 支撑机构支撑在高温炮孔上方，并使得容器的下端 口对准高温炮；f L f L 口，这样当容器的下端口打开时 尝 圆圈 、●●●J、●●●J 一破作破备一 一爆工爆准一一规备温项一一常准高专一 』，．．．．．．__L J，-_______L 万方数据 第3 4 卷第1 期林谋金，束学来，马宏昊，等远程控制装置在火区高温爆破中的应用1 3 5 就可以让炸药和堵塞物自动落入到高温炮孔中。容 器的下端口的打开通过远程控制，具体是通过绳索 对容器的下端口进行封堵，并让该绳索与可以将其 炸断的雷管连接，再让雷管与可远程控制其爆破的 开关网路连接，当通过开关网路远程控制雷管爆炸 后，可以将封堵容器的绳索先炸断，容器的下端口就 会自动打开，使得炸药和堵塞物自动地落人到高温 炮孔中。在爆破物料自动落入高温炮孔中的同时， 还实现了引爆炸药的导爆索的埋设，即通过设置重 物悬挂于雷管上，当雷管爆炸时，用于悬挂重物的绳 索也被炸断，使得重物和爆破物料一起自动掉落，而 重物的掉落又会同步地带着导爆索进入到高温炮孑L 中，最终使得导爆索埋在落入到高温炮孔中炸药中， 最后通过起爆网路即可实现远程控制高温爆破。另 外，除了采用电雷管远程打开容器下端口外，也可采 用电控开关进行远程控制。 容器形状为漏斗型，其里面分层装有炸药与堵 塞物，体积略大于炮孑L 中需要装填炸药与堵塞物的 总体积。容器一端套在支撑机构上，一端对准高温 炮孔的孔口，并用穿过钢管的绳索捆扎封口，对准高 温炮孔孔口一端的直径略小于高温炮孔的直径。容 器一般采用编织袋或帆布袋，有利于绳索直接绑扎 在下端口实现封堵，也便于通过雷管炸断绳索，使封 堵的端口可靠地打开，另外，在不使用时也便于折叠 放置，占用空间小。容器的最下层还设有一层不少 于1 0c m 的堵塞物，使钢管中的雷管与帆布袋中炸 药保持一定距离，即当雷管引爆后，该层堵塞物起到 隔离缓冲的作用，从而避免雷管直接引爆容器内的 炸药。 导爆索一端穿过小支架并绑定一绳索，该绳索 与重物绑定，另一端连接起爆网路，导爆索的长度根 据高温炮孔深度进行确定。小支架上的引导部通常 设置成圆环结构，支架有利于引导导爆索平稳地随 着重物落入到高温炮孔中，另外也可以不设定支架， 直接将圆环结构固定在支撑机构上。在重物和导爆 索之间接有绳索，一方面避免导爆索在准备阶段处 于高温炮孔中，从而避免施工时发生危险，另一方 面，便于实现导爆索与重物的连接，避免导爆索直接 与重物连接时带来的连接困难。重物通过一绳索穿 过钢管悬挂在炮孔中，重物为柱状且直径为炮孔直 径的一半，其重量能将导爆索的一端下拉到高温炮 孑L 孔底。 钢管中插一个接有开关网路的电雷管 也可以 是无线雷管 ，该雷管头部朝下，使射流远离帆布袋 中炸药，钢管内径大于两倍绳索的直径与电雷管直 径之和，其长度大于电雷管长度。设置钢管的目的 在于当雷管引爆时，确保可以炸断钢管内的绳索，同 时也确保雷管的爆炸不会炸坏容器，并防止爆炸产 生的热量与冲击波影响到容器内部的炸药，从而导 致炸药爆炸。 综上所述，当容器下端开关被打开时，容器中的 堵塞物、炸药、堵塞物会依次注入炮孔中，从而完成 装药、堵塞的工作。另外，容器下端开关被打开的同 时，导爆索也开始被重物带到孔底，从而完成下放导 爆索的工作，进而一次性完成下放导爆索、装药、堵 塞工作。 2 现场试验 由于高温爆破前需要注水降温，使炮孔处于水 蒸气环境中，另外容器中的炸药在重力作用下能流 入炮孔中，因此采用具有一定抗水能力的粉状乳化 炸药，同时采用具有一定耐热能力的导爆索作为起 爆器材，另外，导爆索具有全孔引爆炸药的能力，其 能确保导爆索与炸药完全接触上。 试验炮孔的直径为1 4 0m m ，孔深为1 2m ，其体 积约为0 ．1 8 5m 3 ，据此帆布袋体积设计为0 ．1 9 6m 3 ， 包括圆台与圆柱两部分，圆台高度设计为0 ．4m ，圆 柱高度为1m ，圆台上端的直径为4 6 0m m ，下端直 径为1 3 0m m 。试验时将帆布袋下端口与钢管一起 用绳索捆绑扎口，然后往帆布袋中装填1 0c m 高度 的堵塞物，最后调整三脚架的位置，使端口对准炮孔 并保持一定距离。调整三脚架后往帆布袋中倒人炸 药 根据孔深确定的炸药量 ，然后再倒入足量的堵 塞物。导爆索的一端接有起爆网路，一端接有绳索， 绳索的长度使导爆索能远离放有雷管的钢管，另外 该绳索绑定圆柱形的重物，同时该重物通过另一绳 索悬挂在钢管上，另外导爆索需要拉直有利于重物 将导爆索带到孔底中。远程控制装药过程如图3 所示。 钢管中的电雷管起爆后，重物带着导爆索下放到 炮孔中，同时帆布袋的下端口也打开，粉状炸药开始 往炮孔中注入，炸药注完后，堵塞物开始往炮孔中注 入，整个过程持续时间约为4 5s 。钢管中的雷管未引 爆帆布袋中的炸药，即采取雷管放在钢管中、雷管头 部朝下以及帆布袋底部装有砂土等措施能保证使用 雷管炸断绳索的安全性，另外，帆布袋的端口也未被 雷管炸坏，即雷管的能量得到有效控制。综上所述， 现场试验效果良好，达到了通过远程控制一次性完成 下放导爆索、装药、堵塞的目的，另外，支架与帆布袋 在爆破后未受到破坏，其能回收用于下一次使用，有 万方数据 1 3 6爆破 利于控制高温爆破施工成本，提高经济效益。 a l a 装药前 a B e f o r ec h a r g i n g f b l 装药过程 b C h a r g i n g e 堵塞过程 e S t e m m i n g 图3 远程控制装药过程 F i g ．3 T h ep r o c e s so fr e m o t ec o n t r o lc h a r g i n g 3 远程控制施工方法 3 ．1 施工准备 为了实施远程控制装药，需要在施工人员撤离 炮区前将准备工作做好，需要准备好的材料如图4 所示，前期的准备工作主要有 1 清理爆区、布孔、钻孑L 。 2 测温。采用红外测温仪与多点热电偶相互 验证测温，测得炮孔最高温度后将其记录在纸上并 用石头压在炮孔边上。 3 降温。对超过施工温度范围的炮孔进行注 水降温。 4 测孑L 深。准备材料前需要测量注水降温后 的炮- j L E 深，用于确定需要准备的炸药量。 5 验证孔壁。将用于下拉导爆索的重物下放 到炮孑L 中，确保重物能顺利下放到孔底。 6 准备材料。主要包括开口三脚支架、漏斗 型的编织袋或帆布袋、堵塞物、粉状乳化炸药、小支 架、导爆索、电雷管、导线、重物、小钢管、绳索等。 a 支架与帆布袋 a S t a n da n dc a n v a sb a g b 粉状乳化炸药 b P o w d e re m u l s i o ne x p l o s i v e d 爆破后 d A f t e rb l a s t i n g 7 架设远程控制装药装置。将支架架在炮孔 上，然后将编织袋或帆布袋上端固定在支架上，下端 用绳子捆绑扎口，调整支腿角度使容器端口与孑L 口 距离合适。将少量堵塞物倒入容器中，并重新调整 开口支架位置使容器端口对准炮孑L 孔口，然后根据 需求量将粉状乳化炸药与堵塞物依次倒人容器中。 8 连接开关网路。将电雷管插入小钢管中并 固定，然后将这些电雷管连接成开关网路。 9 连接起爆网路。将接有导爆索的电雷管连 接成起爆网路。 1 0 爆破警戒。两种网路连接完成后开始爆 破警戒，警戒工作严格按照爆破设计要求进行，一般 情况下高温火区深孔爆破的警戒范围为3 0 0i n ，设 置好警戒岗位，安排专人负责警戒，同时配备对讲 机，及时汇报警戒情况。 1 1 人员撤离。当炮区内的准备工作完毕后， 施工人员开始撤离炮区，撤离时要注意脚下的导爆 索和脚线，以防踢断。 c 导爆索 r D e t o n a t i n gc o r d 图4 准备的材料 F i g ．4 T h ep r e p a r e dm a t e r i a l s d 电雷管 d E l e c t r i cd e t o n a t o r 万方数据 第3 4 卷第l 期林谋金，束学来，马宏昊，等远程控制装置在火区高温爆破中的应用 1 3 7 3 ．2 远程控制装药 1 检查网路。起爆站分别检测开关网路与起 爆网路，如有问题应及时排除。 2 引爆开关网路。达到预定的起爆时间，确 认警戒无异常时引爆开关网路，使导爆索、粉状乳化 炸药以及堵塞物一次性落入炮孔中。 3 引爆起爆网路。待炮区中所有的炮孔都完 成堵塞工作后 一般为1 2m i n 引爆起爆网路。 4 检查爆破效果。爆破2 0m i n 待炮烟散去 后，可采用人工或无人机对炮区进行检查，重点检查 爆破效果、有无盲炮、爆堆是否稳定等。 5 解除警戒。爆破工程师确认现场全部起爆 无危险后，向爆破指挥报告检查情况，爆破指挥即可 发出解除警戒命令。若爆破存在未爆现象或现场有 滚石等危险状况，则爆破工程师需通知有关人员进 行处理，未能及时处理的，需在周围设置危险标志。 6 回收支架。在检查爆破效果与挖运时可对 未损坏的支撑支架、编织袋或帆布袋进行回收，以便 下次重复使用。 4 结论 1 远程控制装药装置可以使施工人员在下放 导爆索、装药、堵塞时 危险时段 能够远离高温火 区，同时一次性完成下放导爆索、装药、堵塞工作，从 而提高高温爆破的安全性。 2 远程控制装药装置中的钢管以及容器底部 少量的堵塞物能防止雷管爆炸产生的能量与冲击波 引爆容器内部的炸药，从而达到安全打开容器下端 口的目的。 3 开关网路可将炮区中所有容器下端口的绳 索同时炸断，达到同时下放导爆索、装药、堵塞的工 作，使整个炮区中的炮孔在最短时间内完成装填工 作，从而能在最短时间内引爆炸药，达到安全爆破的 目的。 4 远程控制装药装置使导爆索下放到孔底， 其能确保导爆索与炸药完全接触上，从而能够全孔 引爆炮孔中装填的炸药。 5 远程控制装药施工方法在实际应用中操作 简便，其克服了传统高温爆破工艺限制炮孔孔数的 不足，能够对高温火区进行大规模爆破，从而提高矿 山剥离挖运效率，具有显著的经济效益与社会效益。 参考文献{ R e f e r e n c e s [ 1 ]齐俊德，禹学成．浅谈宁夏煤田火灾现状及综合治理 [ J ] ．陕西煤炭，2 0 0 7 1 3 6 - 3 8 ． [ 1 ]Q IJ u n d e ，Y UX u e e h e n g ．P r e s 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