煤矿火区中锡箔纸防水袋注水爆破研究与应用.pdf

第 33 卷 第 1 期 2016 年 3 月 爆 破 BLASTING Vol 33 No 1 Mar 2016 doi 10 3963/ j issn 1001 -487X 2016 01 022 煤矿火区中锡箔纸防水袋注水爆破研究与应用 李晓虎， 万红彬， 周桂松， 陈红刚， 杜华善， 郝亚飞， 曹进军， 朱 宽 （中国葛洲坝集团 易普力股份有限公司， 重庆 401121） 摘 要 温度一直是制约煤矿高温火区爆破施工的重要因素， 为了在相对高温区域进行爆破作业， 采用锡 箔纸防水袋注水爆破技术。采用该爆破技术方法在高温火区内进行了 13 组爆破作业， 孔深在 4 12 m 内。 结果显示 爆破操作时间能够控制在 3 min 之内， 且装药过程顺畅， 虽然存在部分根底， 但爆破效果总体上满 足对高温火区爆破效果的要求。该方法要求钻孔后， 无需注水， 采用锡箔纸防水袋下孔注满水后， 可防止高 温火区注水对孔壁的破坏， 确保钻孔后孔壁光滑完整， 保证装药操作时间， 避免卡孔， 保证爆破安全和质量。 关键词 高温火区采矿；中深孔爆破；锡箔纸防水袋；注水降温 中图分类号 TD235 3 文献标识码 A 文章编号 1001 -487X （2016） 01 -0110 -04 Research and Application of Water Blasting with Tin Foil Paper Waterproof Bag in Coal Mine of Fire Area LI Xiao-hu， WAN Hong-bing， ZHOU Gui-song， CHEN Hong-gang， DU Hua-shan， HAO Ya-fei， CAO Jin-jun， ZHU Kuan （Chnia Gezhouba Group Explosive Co Ltd， Chongqing 401121， China） Abstract The high temperature is constraints of blasting construction in coal fire area， and the tin foil paper wa- terproof bag water blasting technology was used in a relatively high temperature area 13 groups of blasting operation were practiced with this in the high temperature fire area， and the holes deepth is within 4 12 m The results show that the blasting operation time can be controlled in 3 minutes， and loading process is smooth Although part of the root， the blasting effect， on the whole， can meet the requirements of high temperature fire area In addition， this doesn′t need water after drilling， the tin foil paper waterproof bag down hole filled with water， and it can pre- vent the damage of the wall of hole by water injection， to ensure the charging operation time， and avoid the card hole， all those measures could assure the safety and quality of blasting Key words high temperature fire area；mid-deep hole blasting；tin foil paper waterproof bag；cooling by water injection 收稿日期 2015 -11 -12 作者简介 李晓虎 （1986 - ） ， 男， 工程师、 硕士， 从事爆破安全技术研 究，（E-mail） lixiaohu expl cn。 目前， 高温火区爆破采用的主要措施包括对炮孔 进行注水降温、 使用耐高温爆破器材和耐高温防护材 料 ［1］。炮孔降温是通过向炮孔内注水、 注浆达到降温 的目的， 是最有效、 使用最广泛的方式之一， 但对于高 温炮孔该方式很难将炮孔温度降到规程许用温度以 下， 且温度反弹快， 特别是对于北方地区， 冬季持续时 间长， 水资源严重匮乏， 施工受到极大限制 ［2-5］。针对 这种情况， 研究一种露天煤矿高温火区的爆破方法， 既能保证施工安全， 又能严格按照煤矿爆破安全规程 达到预期的爆破施工进度及效果至关重要。 1 工程概况 宁夏羊齿采区因小窑开采等原因， 致使二层煤 沿露头形成了三面火区。火区范围走向长 2140 m， 倾斜宽50 m， 火区面积10 7 万 m2， 火区强火带面积 4 2 万 m2， 占火区面积 39， 火区边缘裂缝明显， 火 区内沿裂缝有青烟冒出， 火势旺盛， 在没采动的情况 下， 火区燃烧速度沿煤层倾向每年延伸 2 3 m， 在 采动的情况下， 火区燃烧速度沿煤层倾向每年延伸 3 5 m， 非常难于治理。而羊齿采区施工已全面进 入高温区域， 部分区域经长时间注水降温后温度处 于 50℃ 80℃， 且无法进一步降温， 按照矿里安全 规程要求无法进行爆破施工， 工程进度即将进入停 滞状态 ［6-9］。 为保障羊齿采区高温区爆破施工安全， 杜绝事故 的发生， 确保施工的安全有序进行， 在羊齿火区温度 为50℃ 80℃之间的区域进行爆破， 创造性的提出锡 箔纸防水袋注水装药的施工方法进行爆破施工。 2 锡箔纸防水袋注水爆破技术方案 2 1 锡箔纸防水袋基本构造 锡箔纸防水袋结构如图 1 所示， 锡箔纸防水袋 从内到外依次由圆筒塑料袋、 内层锡箔纸和外层锡 箔纸组成， 锡箔纸外径与炮孔孔径大小相同， 底部使 用细铁丝固定封口， 上部凸出炮孔孔口 30 50 cm 使用固定铁圈固定， 铁圈直径为炮孔孔径的 1 2 1 5 倍， 下孔过程中使用撑杆辅助下孔。 图 1 锡箔纸防水袋构造图 Fig 1 The diagram of tin foil paper waterproof bag structure 锡箔纸为耐高温材料， 可以在 500℃ 高温下整 体结构不发生破坏， 且表面具有一定的温度反射作 用， 可防止温度迅速经过热传导作用传递到锡箔纸 防水袋内部。圆筒塑料袋用于存储满孔水， 其熔点 为 120℃左右， 在内部为满孔水介质条件下不会发 生破坏。 2 2 热传导延缓原理 锡箔纸防水袋注水爆破技术实质是创造了一个 水介质环境， 通过延缓热量传导给炸药和爆破器材 的速度来增加安全作业时间， 确保施工安全。锡箔 纸防水袋延缓热传导主要表现在以下几个方面 （1） 火区炮孔往往底部温度最高， 下孔过程中 底部先注入 30 50 cm 高度水， 既能作为配重方便 下孔， 也能防止注满水前内部圆筒塑料袋被烫坏。 锡箔纸防水袋下孔后， 取出撑杆， 并立即向孔内注满 水形成对锡箔纸防水袋的绝对保护。 （2） 直接向炮孔装药时热传导路线为 “岩体→ 炸药” ， 采用锡箔纸防水袋后热传导路线为 “岩体→ 外层锡箔纸→内层锡箔纸→圆筒塑料袋→水→炸 药” ， 增加了热传导阻碍， 可以降低热传导效率， 延 缓套筒内升温速度。 （3） 水的比热容极大， 能大大延缓温度的升高 速度。孔内温度测试表明 在初始温度为 200℃ 的 孔内， 使用  200 mm 锡箔纸防水袋温度升高速率 为 1 5℃ / min， 在初始温度为 150℃ 的孔内， 使用  200 mm 锡 箔 纸 防 水 袋 温 度 升 高 速 率 仅 为 1℃ / min。 3 施工工艺及操作要点 锡箔纸防水袋注水爆破施工按图 2 所列步骤 进行。 （1） 准备工作 孔口浮渣的处理 （在验孔护孔带 提出前， 先清理孔口浮渣） 、 充填柱准备、 孔壁检测 （采用探杆对孔壁进行检测， 并处理孔内突石） 。 （2） 五方测温要求 测温必须五方参与， 以温度 高者为准， 并填写测温记录。放入锡箔纸防水袋之 前对干孔温度进行测量， 温度不超过 80℃。 （3） 锡箔纸防水袋下孔、 注水要求 由两人一孔 将锡箔纸防水袋放入炮孔内， 注水时， 一人负责水管 注水、 一人负责固定锡箔纸防水袋， 现场指挥人员负 责观察注水情况， 并及时与水车司机沟通协调。 （4） 锡箔纸防水袋要求 锡箔纸防水袋直径应 与炮孔直径相匹配。 （5） 装药、 充填要求 由两人一组进行装药充 填， 每组负责两个炮孔。 （6） 人数、 时间要求 炮区作业人数不超过 9 人， 装药至起爆的时间不超过 3 min。 4 应用案例分析 采用锡箔纸防水袋注水爆破在高温火区内进行 了 13 组爆破作业。其中， 孔深 10 12 m 试验 4 组， 孔深 8 10 m 试验 3 组， 孔深 6 8 m 试验 3 组， 孔 深 4 6m 试验 1 组。爆破情况统计见表 1， 现场布 置及爆破效果见图 3、 图 4。 111第 33 卷 第 1 期 李晓虎， 万红彬， 周桂松， 等 煤矿火区中锡箔纸防水袋注水爆破研究与应用 图 2 施工步骤示意图 Fig 2 Schematic construction step 表 1 锡箔纸防水袋注水爆破情况统计表 Table 1 Tin foil paper waterproof bag water blasting conditions 序 号 台阶 水平 孔深/ m 孔径/ mm 存在的问题及后续改进措施 120807 8200 采用防水袋装入乳化炸药制成药 柱， 耗时较长， 充填时间也过长。 220908 10140 操作时间控制在 3 min 内， 爆破效 果达到预期要求。 320806 8140 操作时间控制在 3 min 内， 爆破效 果达到预期要求。 419608 10140 未采用防水袋制作充填柱， 充填时 间过长， 后续试验中采用防水袋装 入岩屑制成充填柱。 519406 8140其中一个炮孔导爆索预留长度偏短。 619308 10140 岩石较坚硬， 产生根底， 后续试验 中调整孔网参数。 71990 10 12140 锡箔纸防水袋下孔孔口浮渣掉入 炮孔内， 导致炮孔局部直径减少， 装药时间增加。后续试验中验孔 前清理孔口浮渣。 81990 10 12140 炮孔孔壁存在突石， 部分炮孔炸药 未装入底部。 91990 10 12140 通过采用探杆探测及处理孔壁， 孔 壁突石的影响已改善。 1019804 6140前排抵抗线过大， 局部有根底。 111930 10 12140 操作时间控制在 3 min 内， 爆破效 果达到预期要求。 121990 10 12140 部分锡箔纸防水袋未完全撑开， 操 作时间控制在 3 min 内， 爆破存在 部分根底。 131980 10 12140 部分锡箔纸防水袋未完全撑开， 操 作时间控制在 3 min 内， 爆破存在 部分根底。 图 3 锡箔纸防水袋示意图 Fig 3 The tin foil paper waterproof bag 根据表 1 结果可知， 采用锡箔纸防水袋注水爆 破效果情况如下 （1） 作业时间 除第一次 （孔深 8 m） 由于操作 不熟练导致作业时间超过 3 min， 孔深 11 12 m 由 于水孔装药难度较大， 作业时间约 4 min， 其余均能 够控制在 3 分钟之内。 （2） 装药顺畅程度 除第一次由于操作不熟练 导致装药出现卡堵外， 后续各次装药过程均比较顺 畅。 （3） 爆破网路 孔内、 孔外采用导爆索连接、 激 发点采用导爆管雷管起爆的起爆网路能够可靠起 爆， 没有出现盲炮。 211爆 破 2016 年 3 月 图 4 现场布置和爆破效果图 Fig 4 Site layout and blasting effect （4） 爆破效果 各次爆破后， 爆破效果总体上已 经满足对高温火区爆破效果的要求， 虽存在根底， 主 要原因是由于部分台阶高度高于 10 m， 可依据现场 实际台阶高度逐步调整爆破参数， 避免出现根底。 （5） 爆破飞石情况 总体飞石飞散距离仍在爆 破警戒范围 200 m 之内。且充填段有水的存在， 也 减少了飞石的产生， 进一步保证保证了安全。 5 结论 在煤矿火区中使用锡箔纸防水袋注水爆破相比 其它爆破方法或采用机械强挖的优越性， 主要表现 在以下几个方面 （1） 对于 80℃以下炮孔可直接对干孔使用锡箔 纸防水袋实施注水爆破， 无需提前对炮孔注水降温， 节约了大量的水资源， 缩短了爆破周期， 加快了施工 进度。 （2） 锡箔纸防水袋中水温上升缓慢， 炸药及爆 破器材均处于锡箔纸防水袋的水介质环境内， 在规 定的装药起爆时间内， 有利于防止炮孔内产生局部 高温而发生早爆事故， 提高了爆破施工过程的本质 安全性。 （3） 相比注水后中深孔底部相当一部分被堵 塞， 孔深变浅， 使用锡箔纸防水袋实施注水， 装药长 度能保证， 根底少， 爆破质量相对较好。 （4） 相比采用机械设备强挖， 高温火区的剥离 速度大大提高， 且锡箔纸防水袋成本低廉， 原材料来 源广泛， 经济效益显著。 参考文献 （References） ［1］ 束学来， 郑炳旭， 郭子如， 等 煤矿火区降温措施的分 析与实践 ［j］ 爆破， 2014 （3） 154-157 ［1］ SHU Xue-lai， ZHENG Bing-xu， GUO Zi-ru， et al Analysis and practical of cooling measures in coal mine fire area ［j］ Blasting， 2014 （3） 154-157 （in Chinese） ［2］ 李世海， 王理想， 冯 春， 等 煤层自燃防治与高温爆 破安全 技 术 中 的 若 干 力 学 问 题 ［ j］ 爆 破， 2015， 32 （3） 1-9 ［2］ LI Shi-mei， WANG Li-xiang， FENG Chun， et al Several mechanical problem on prevention of spontaneous combus- tion of coal and satety conctrolling in high-temperature blasting ［j］ Blasting， 2015， 32 （3） 1-9 （in Chinese） ［3］ 张贵峰， 廖新旭， 王 涛 大石头露天煤矿高温火区爆 破技术应用 ［j］ 现代矿业， 2014 （2） 135-136 ［3］ ZHANG Gui-feng， LIAO Xin-xu， WANG Tao Technology application of fire areas blasting in Da Shitou mine ［j］ Modern Mining， 2014 （2） 135-136 （in Chinese） ［4］ 许 晨， 李克民， 李晋旭， 等 露天煤矿高温火区爆破 的安全技术探究 ［j］ 露天采矿技术， 2010 （4） 73-75 ［4］ XU Chen， LI Ke-min， LI jin-xu， et al Security technology research on high-temperature fire area blasting in surface mine ［j］ Opencast Mining Technology， 2010 （4） 73-75 （in Chinese） ［5］ 郑炳旭 中国高温介质爆破研究现状与展望 ［j］ 爆 破， 2010， 27 （3） 13-16， 35 ［5］ ZHENG Bing-xu Current status and prospect of high-tem- perature blasting research in China ［j］ Blasting， 2010， 27 （3） 13-16， 35 （in Chinese） ［6］ 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， 2013， 19 （1/2） 92-95 ［6］ CAI jian-de Security technology of high-temperature blas- ting in open pit coal mine ［ j］ Engineering Blasting， 2013， 19 （1/2） 92-95， 73 （in Chinese） ［7］ 张加权， 王丽萍 采空区、 火区爆破作业的安全管理 ［j］ 露天采矿技术， 2012 （S1） 110-111 ［7］ ZHANG jia-quan， WANG Li-ping The safety management of goaf， fire blasting ［j］ Opencast Mining Technology， 2012 （S1） 110-111 （in Chinese） ［8］ 周俊峰 大峰露天煤矿羊齿采区综合灭火方案的研究 ［j］ 露天采矿技术， 2012 （3） 104-106 ［8］ ZHOU jun-feng Study on scheme of comprehensive extin- guishing in Yang Chi Area of Da Feng Mining ［j］ Open- cast Mining Technology， 2012 （3） 104-106 （in Chinese） ［9］ 周名辉， 唐洪佩， 杨开山 露天煤矿高温爆破技术研究 ［j］ 爆破， 2014， 31 （2） 119-122 ［9］ ZHOU Ming-hui， TANG Hong-pei， YANG Kai-shan Study of high temperature area blasting in open cast coal mine ［j］ Blasting， 2014， 31 （2） 119-122 （in Chinese） 311第 33 卷 第 1 期 李晓虎， 万红彬， 周桂松， 等 煤矿火区中锡箔纸防水袋注水爆破研究与应用