防护下的导爆索在高温火区爆破中的应用.pdf

第3 3 卷第4 期 2 0 1 6 年1 2 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．3 3N o ．4 D e e ．2 0 1 6 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 6 ．0 4 ．0 2 3 防护下的导爆索在高温火区爆破中的应用木 林谋金1 ’2 ，郑炳旭1 ，李战军1 ，周科平2 ，束学来1 1 ．宏大矿业有限公司，广州5 1 0 6 2 3 ；2 ．中南大学资源与安全工程学院，长沙4 1 0 0 8 3 摘要为了使普通导爆索能应用在高温炮孔中，采用陶瓷纤维套管与胶体水对导爆索进行防护，通过热 电偶测温技术测量陶瓷纤维套管中的温度变化以及高温炮孔填土前后的温度变化。结果表明填土后的炮 孔中心温度在较长时间内才回升到先前的温度，有利于导爆索的保护；耐温隔热套管内下部温升速率比上部 温升速率快，但最终都稳定在水沸点温度，防护下的导爆索在其底部温度为3 2 0 ℃炮孔中放置4 0m i n 后能正 常起爆。 关键词露天开采；火区爆破；导爆索；耐火隔热套管；胶体水 中图分类号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 6 0 4 0 1 2 3 0 4 A p p l i c a t i o no fP r o t e c t e dD e t o n a t i n gC o r di nF i r eA r e aB l a s t i n g L I NM o u - j i n l7 ，Z H E N GB i n g 一戈M 1 ，L IZ h a n - j u n l ，Z H O UK e - p i n 9 2 ，S H UX u e l a i l 1 ．H o n g d aM i n 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 ．S c h o o lo fR e s o u r c e sa n dS a f e t yE n g i n e e r i n g ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt ou s et h ed e t o n a t i n gc o r di nh i g ht e m p e r a t u r eb l a s th o l es a f e l y ，t h ed e t o n a t i n gc o r di sp o s e d i nt h ec e r a m i cf i b e rs l e e v ef i l l e dj e l l i n gw a t e ra n dt h et h e r m o c o u p l ei sa p p l i e dt om e a s u r et h et e m p e r a t u r ei nt h ee e r a m i ef i b e rs l e e v ea n db l a s t h o l eb e f o r ea n da f t e re x p l o s i v ec h a r g i n g ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h et e m p e r a t u r ei nt h em i d d l eo fb l a s t h o l er e t u r n st ot h ep r e v i o u st e m p e r a t u r ef o ral o n gt i m ea f t e rf i l l e ds o i l ，w h i c hi sa d v a n t a g e o u st op r o t e c t t h ed e t o n a t i n gc o r d ．T h et e m p e r a t u r er i s er a t ei nt h eb o t t o mo ft h et h e r m a li n s u l a t i o ns l e e v ei sf a s t e rt h a nt h a ti nt h e t o p ．b o t ho fw h i c hr e m a i na tb o i l i n gp o i n to fw a t e ri nt h ee n d ．T h ep r o t e c t e dd e t o n a t i n gc o r di nt h eb l a s t h o l e 3 2 0 。 2 f o r4 0m i n u t e sC a l lb ed e t o n a t e dn o r m a l l y ． K e yw o r d s o p e n p i tm i n i n g ；f i r ea r e ab l a s t i n g ；d e t o n a t i n gc o r d ；t h e r m a li n s u l a t i o ns l e e v e ；j e l l i n gw a t e r 我国某些煤炭与含硫矿等矿山由于有长时间的 自燃现象而造成部分矿岩存在高温现象j ，为了保 证爆破开采安全，需要对高温火区爆破施工方法进 行研究，周明辉采用加入C a C l 、M g C l 的水对炮孔降 温，并选用粉状乳化炸药外缠三层石棉实现高温火 区爆破拉J 。王涛采用干冰在露天煤矿高温火区内 进行炮孔局部降温试验，结果表明干冰对孑L 深小于 收稿日期2 0 1 6 0 8 2 6 作者简介林谋金 1 9 8 5 一 ，男，福建福州市人，博士、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 8i n 的炮孔能起到有效降温及维持低温效果的作 用”J 。蔡建德探索出进行深孑L 高温爆破的反程序 爆破方法，保证深孑L 高温台阶爆破的施工安全H 1 。 上述方法对自燃高温火区的爆破施工一般采用降温 方法使炮孔温度降低到普通工业炸药安全许可温度 范围内，由于高温火区中的岩石裂隙发育充分以及 炮孔内的水难以存留，炮孔温度回升较快，需要在炮 孔温度回升前进行快速装药、填充、起爆等工作，整 个爆破作业过程非常仓促，导致高温火区爆破作业 单次炸药装填量少，安全隐患大，严重制约剥离挖运 工作的进度。因此寻找一种施工方便、在保证安全 前提下能进行大规模爆破的方法是高温火区爆破工 万方数据 1 2 4爆破 2 0 1 6 年1 2 月 程的迫切需要，而爆破器材在耐火隔热材料防护下 使高温火区大规模爆破成为可能，但耐火隔热材料 防护下的爆破器材在高温炮孔中的应用在国内研究 较少，石文才提出一种可以有效地减缓套筒内炸药 温升速度的耐温隔热护套，但未涉及到起爆器材的 防护∞J 。史秀志通过现场和室内试验研究高温控 制爆破过程中容易出现的安全问题，同时给出了不 同温度条件下应采用的新型隔热材料及装药结 构MJ 。目前对爆破器材进行防护的研究主要集中 在对药卷的防护，因此为了探索防护下的导爆索在 高温火区爆破中应用，在高温火区现场采用热电偶 测温技术对防护下的导爆索不同位置的温度变化以 及高温炮孔填土前后的温度变化进行测量一J ，其结 果可为防护下的导爆索在高温火区爆破中应用提供 一定参考。 1 现场试验 导爆索的防护结构包括超强吸水剂、纸筒、水、 塑料薄膜、陶瓷纤维套管，其中，超强吸水剂具有很 好的吸水性能以及保存水分的能力，陶瓷纤维套管 具有重量轻、耐高温、良好的隔热、无毒、较高的抗拉 强度和韧性等特点。试验时将超强吸水剂装入纸筒 中，然后将纸筒与导爆索捆绑后装入塑料薄膜，将塑 料薄膜套人陶瓷纤维套管后注水。水可以透过纸筒 被超强吸水剂吸附，纸筒在超强吸水剂吸附水后可 被撑破，使吸附水后的超强吸水剂均匀分布在导爆 索与塑料薄膜之间，这样就解决了超强吸水剂在套 管中轴向分布的均匀性问题。被超强吸水剂吸附后 的水为膏状，其在外层结构破损情况下不易流失，另 外塑料薄膜可以有效减缓结构中水分的蒸发速度， 因此该耐温吸热保护结构能够满足现场恶劣的施工 环境。试验中使用的陶瓷纤维套管厚度为2m m ，直 径为3o m ，套筒内套有塑料薄膜的直径为3 ．5c m ， 其直径略大于陶瓷纤维套管的内径，使得塑料薄膜 内的水压力由陶瓷纤维套管承受。纸筒的直径为 4m m ，需要根据超强吸水剂吸收水的能力以及塑料 薄膜中的水量进行确定。现场试验的炮孔温度为 2 5 0 ℃～4 0 0 0 C 左右。试验时将一个热电偶固定耐温 吸热保护结构外面，用于测量炮孔的温度；一个热电 偶固定在耐温吸热保护结构内部下方 4m ，用于 测量导爆索下部的温度；一个热电偶固定在耐温吸 热保护结构内部上方 0 ．5m ，用于测量导爆索上 部温度，防护下的导爆索如图1 所示。 图1防护下的导爆索 F i g ．1 T h ep r o t e c t e dd e t o n a t i n gc o r d 2 试验结果与分析 2 ．1 填土前后的炮孔温度 为了对比填土前后的炮孔温度变化情况，将4 个热电偶绑在3m 长铁管上，然后将铁管下放到炮 孑L 中 居中 ，待测温仪上的温度显示稳定后往炮孔 内填上干燥的土石，得到炮孔在不同深度的温度变 化曲线如图2 所示。 3 0 0 2 5 0 2 0 0 墨1 5 0 1 0 0 5 0 03 06 0 9 01 2 01 5 01 8 0 t ／m i n 图2 填土前后的炮孔温度历史曲线 F i g ．2 T h et e m p e r a t u r e h i s t o r yc u r v e so f b l a s t h o l eb e f o r ea n da f t e rf i l l i n g 由图2 可得，炮孔中深度为3m 的初始稳定温 度为2 7 7 ．6 c C ，深度为2 ．5m 的初始稳定温度为 2 2 8 ．6 。C ，深度为1 ．5m 的初始稳定温度为1 8 7 ．7 ℃， 深度为0 ．5m 的初始稳定温度为1 0 9 ．3 ℃，即炮孔 中初始温度与孔深成近似线性增加关系。填土后不 同深度的炮孔温度都出现急剧下降到1 0 0 ℃以下， 下降后的炮孔温度在初期出现无规律回升，在后期 成近似线性回升，但不同深度的温度回升速率有所 不同。约1 0m i n 后往炮孔中填土，深度为3m 的炮 孔温度在填土后约5 5m i n 才回升到1 5 0 ℃，最终经 过三个多小时后才回升到初始温度 2 7 7 ．6 ℃ ，因 此上述现象有利于导爆索的防护工作，也使采用消 防水带替代内层附有塑料薄膜的陶瓷纤维套管成为 万方数据 第3 3 卷第4 期林谋金，郑炳旭，李战军，等防护下的导爆索在高温火区爆破中的应用 可能，另外为了验证填塞沙土的含水量对填土前后 炮孔温度的影响，需要进一步研究往炮孔内填上潮 湿的土石后的炮孔温度变化情况。 2 ．2 耐温吸热保护结构内部温度分布 为了验证耐温吸热保护结构的隔热保护效果， 由热电偶测得耐温吸热保护结构内部不同位置温度 的变化曲线如图3 所示。 2 5 0 2 0 0 1 5 0 护 蠢 1 0 0 5 0 01 02 03 04 05 06 07 0 t ／m i n 图3防护下导爆索不同位置的温度历史曲线 F i g ．3 T h et e m p e r a t u r e - h i s t o r yc u r v e so fp r o t e c t e d d e t o n a t i n gc o r da td i f f e r e n tp o s “i o n s 由图3 可得，耐温吸热保护结构外围的中部温 度为2 2 0 ℃左右，另外根据前期炮孔测温显示耐温 吸热保护结构外围的底部温度约为3 2 0 ℃左右。耐 温吸热保护结构内部底部在1 2m i n 左右上升到水 沸点温度，而后在1h 内保持在水沸点温度环境；耐 温吸热保护结构内部上部在4 5m i n 左右才上升到 水沸点温度，而后在1h 内也保持在水沸点温度环 境，温升速率主要与炮孔温度随孑L 深增大而增大有 关。通过增加陶瓷纤维套管的直径即通过增加套管 中的水量不能明显减小保护结构内部温升速率，但 可以延长套管内部环境处于水沸点温度的时间，主 要是由于在增大套管直径的同时也增大套管与炮孔 中空气接触的面积，因此后期需要进一步优化套管 的直径大小。综上所述，耐温吸热保护结构通过外 围的耐温吸热保护结构对内部导爆索进行隔热与保 护，高比热容的水可将炮孔传导到结构内部的热量 进行吸收，使导爆索在后期能保持在恒温环境中，因 此耐火隔热套管中的温度环境能使导爆索能够满足 高温火区爆破要求。 2 ．3 起爆试验 现场试验时将两组4i n 的导爆索分别用隔热套 管进行保护，保护后的导爆索放置在其底部温度为 3 2 0 ℃的炮孔中，其中一组放置4 0m i n 后取出，一组 放置6 0m i n 后取出，将上述试验重复3 次，放置 4 0m i n 一组试验后的导爆索如图4 所示。 图4 试验后的导爆索 F i g ．4 T h ed e t o n a t i n gc o r da f t e rf i e l dt e s t s 由图4 可得，在最高温度为3 2 0 ℃炮孔中放置 4 0m i n 后取出的导爆索外层塑料完整且能正常起 爆，而放置6 0m i n 后取出的导爆索下半部分有部分 烧断，因此该导爆索已经失效。另外上述研究表明 填土后的炮孔中间温度在较长时间内才恢复到先前 的温度，因此耐火隔热套管基本能满足高温火区爆 破中导爆索的防护要求。 2 ．4 靠壁试验 为了验证极端条件下耐温吸热保护结构的防护 效果，将导爆索固定在耐温吸热保护结构内部靠近 壁面的位置上，保护后的导爆索在其底部温度为 3 2 0 ℃的炮孔中放置4 0m i n 后取出，试验前后的导 爆索如图5 所示。 硐5 试验前后的导爆索 由图5 可得，靠近在耐温吸热保护结构内部壁 面上的导爆索外围塑料层有部分烧焦，但其内部的 棉线未烧断，其可被正常引爆，即该导爆索并未失 万方数据 1 2 6爆破 2 0 1 6 年1 2 月 效，因此耐火隔热套管在极端条件下也能满足高温 火区爆破中导爆索的防护要求。 3 结论 采用耐温吸热保护结构对现有的普通导爆索进 行保护，使得现有的普通导爆索能够应用到高温火 区爆破中，通过热电偶测温技术测量填土前后的高 温炮孔温度变化情况以及耐温隔热套管在高温炮孔 中的温度变化情况，得到的结论如下 1 填土后不同深度的炮孔温度都出现急剧下 降，下降后的炮孔温度在初期出现无规律回升，在后 期成近似线性回升，但不同深度的温度回升速率有 所不同。 2 填上干燥土后的炮孔中间温度在较长时间 内才恢复到先前的温度，其有利于导爆索的保护，但 需要进一步研究往炮孔内填上潮湿的土石后的炮孔 温度变化情况。 3 耐温隔热套管内下部温升速率比上部温升 速率快，但最终都稳定在水沸点温度，因此防护下的 导爆索在其底部温度为3 2 0 0 C 炮孔中放置4 0m i n 后 能正常起爆。 4 通过增加陶瓷纤维套管的直径即通过增加 套管中的水量不能明显减小保护结构内部温升速 率，但可以延长套管内部环境处于水沸点温度的时 间，因此后期需要进一步优化套管的直径大小。 参考文献 R e f e r e n c e s 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 ． Q IJ u n d e ．Y UX u e c h e n g ．P r e s e n ts i t u a t i o na n de o m p r e h e n s i v et r e a t m e n to ff i r ea c c i d e n ti nN i n g x i ac o a l - f i e l d [ J ] ．S h a a n x iC o a l ，2 0 0 7 1 3 6 3 8 ． i nC h i n e s e 周名辉，唐洪佩，杨开山．露天煤矿高温爆破技术研究 [ J ] ．爆破，2 0 1 4 ，3 1 2 1 1 9 ．1 2 2 ． Z H O UM i n g - h u i ，T A N GH o n g p e i ，Y A N GK a i s h a n ．S t u d y o fh i g ht e m p e r a t u r ea r e ab l a s t i n gi no p e n c a s tc o a lm i n e [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 1 4 ，3 1 2 1 1 9 1 2 2 ． i nC h i n e s e 王涛，张贵峰，廖新旭．露天煤矿高温火区干冰降温 试验研究[ J ] ．工程爆破，2 0 1 4 ，2 0 4 4 5 4 7 ，2 2 ． W A N GT a o ，Z H A N GG u i f e n g ，L I A OX i n X U ．E x p e r i m e n t a ls t u d yo fh i g ht e m p e r a t u r ea r e ac o o l i n go fo p e n c a s tc o a l m i n eb yu s i n gs o l i dc a r b o nd i o x i d e [ J ] ．E n g i n e e r i n gB l a s r i n g ，2 0 1 4 ，2 0 4 4 5 - 4 7 ，2 2 ． i nC h i n e s e 蔡建德．露天煤矿高温区爆破安全作业技术研究[ J ] ． 工程爆破，2 0 1 3 ，1 9 1 ／2 9 2 - 9 5 ，7 3 ． C A IJ i a n - d e ．S e c u r i t yt e c h n o l o g yo fh i g h - t e m p e r a t u r eb i a s - r i n gi no p e np i t c o a lm i n e [ J ] ．E n g i n e e r i n g B l a s t i n g ， 2 0 1 3 ，1 9 1 ／2 9 2 - 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