露天煤矿高温火区爆破测温技术的研究与应用.pdf

第3 3 卷第2 期 爆破 V o l - 3 3N o 2 2 0 1 6 年6 月B L A S T I N G J u n ．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 2 ．0 2 5 露天煤矿嚣大煤创高温火同皿／弋区爆破测温技术的研究与应用 曹进军，朱宽，郝亚飞，李晓虎，秦锦鸿 中国葛洲坝集团易普力股份有限公司，重庆4 0 11 2 1 摘要为加强露天煤矿高温火区爆破作业的安全，提高炮孔测温技术，介绍了一种全孔测温仪和孔内温 度报警器的原理。全孔测温仪结合分离式红外测温技术、无线传输技术和数据自动分析技术，能准确测量全 孔孔内的温度分布情况，快速记录、存储数据，测量温度范围为一4 0 ℃～9 7 5 ℃，可为统计分析高温火区炮孔 温度分布、变化规律提供数据支撑。孔内温度报警器主要采用热电偶测温技术和温度巡检及报警技术，保证 了装药过程中炸药处于可控温度范围内。通过其联合应用，扩大了高温火区爆破规模，最大爆破规模已达 4 0 个炮孔，并实现了露天煤矿火区爆破作业全过程炮孔温度监控。 关键词高温火区；测温技术；全孔测温仪；孔内报警器 中图分类号T D 2 3 5 ．3文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 6 0 2 0 1 2 8 0 4 R e s e a r c ha n dA p p l i c a t i o no fT e m p e r a t u r eT e s t i n gT e c h n i q u e i nF i r eA r e aB l a s t i n gi nO p e n - p i tC o a lM i n e C A OJ i n - j u n ，Z H UK u a n ，H A OY a - f e i ，L IX i a o h u ，Q I NJ i n h o n g G e z h o u b aE x p l o s i v eC oL t d ，C h o n g q i n g4 0 1121 ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt oe n h a n c et h eb l a s t i n go p e r a t i o ns a f e t yo fh i g h - t e m p e r a t u r ea r e a si no p e np i tm i n ea n dt oi m p r o v et h et e m p e r a t u r et e s t i n gt e c h n o l o g yi nb l a s t h o l e ，am e t h o dw i t hw h o l eh o l et h e r m od e t e c t o ra n dt h ei n s i d et e m ‘ D e r a t u r ea l a r mw a si n t r o d u c e d ，w h e r et h ew h o l eh o l et h e r m od e t e c t o rs h o w e dt h et e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o ni nt h eh o l e a n dr e c o r di tr a p i d l y ．B e s i d e s ，t h et e m p e r a t u r et e s t i n gr a n g ef r o m 一4 0 。Ct o9 7 5 。C ，w h i c hp r o v i d e ds u p p o f lt ot h e d i s t r i b u t i o na n dc h a n g er u l e o ft h eh o l et e m p e r a t u r ei nh i g h t e m p e r a t u r ea r e a s ．T h eh o l et e m p e r a t u r ea l a r mg u a r a n t e e dt h et e m p e r a t u r es u i t a b l ef o re x p l o s i v ec h a r g i n go p e r a t i o nb yu t i l i z i n gt h et e c h n o l o g yo ft h e r m o c o u p l et e m p e r a t u r e i n s p e c t i o na n da l a r m ．T h ec o m b i n a t i o no ft h e s et w ot o o l se n l a r g e dt h eb l a s t i n gs c a l eu pt o4 0b l a s th o l e s ，a n dt h et e m p e r a t u r em o n i t o r i n gw e r er e a l i z e dw e l ld u r i n gt h eb l a s t i n go p e r a t i o ni nh i g h t e m p e r a t u r ea r e a si no p e np i tm i n e ． K e yw o r d s h i g h t e m p e r a t u r ef i r ea r e a ；t e m p e r a t u r et e s t i n gt e c h n i q u e ；f u l lb o r e h o l et e m p e r a t u r em e a s u r i n gd e v i c e ；h o l et e m p e r a t u r ea l a r m 1背景 在我i 国I L 方地区，如宁夏、新疆、内蒙古、山西 等，越来越多的煤矿已经转为露天开采，由于煤矿部 分煤层埋藏较浅，甚至已经露头，引起自燃，以及前 收稿日期2 0 1 6 0 4 2 7 作者简介曹进军 1 9 8 8 一 ，硕士，2 0 1 4 年毕业于武汉科技大学理学 院1 程力学擘业，现任中国葛洲坝集团易普力股份有限公 司爆破技术员， E - m a i l 8 2 4 4 2 6 9 6 4 q q ．c o r n 。 期采取井工开采，转露采后，在覆盖层形成采空区或 空巷，空气进入后形成自燃区，形成大面积高温火 区‘1 - 3 ] ，局部温度高达4 0 0 ℃一6 0 0 0 C 。因爆器材具 有一定的热感度，当炮孔温度大于爆破器材热感度 时，就会发生误爆或失效，直接威胁爆破作业人员的 人身安全。所以高温火区爆破作业过程中掌握炮孔 孔温是至关重要的。目前在高温火区一般采用热电 偶测温仪和便携式红外测温仪检测炮孔内的温度。 热电偶测温仪的感应时间较长，测温效率较低，且不 万方数据 第3 3 卷第2 期曹进军，朱宽，郝亚飞，等露天煤矿高温火区爆破测温技术的研究与应用 1 2 9 能完全保证感温元件与炮孑L 孔壁完全接触，实际检 测的温度为空气的温度，与实际孔壁温度有较大差 异。便携式红外测温仪只能检测炮孔内某点温度， 不能实现全孔深温度检测，且测量距离受光学分辨 率影响，当炮孔直径较小、孑L 深较大时，很难检测到 炮孔底部温度，两种测温仪器测量炮孔全孔温度存 在盲区[ 4 - 7 ] ，因此，露天煤矿火区爆破作业主要以控 制炮孔装药前温度、爆破规模、操作人员数量、装药 到起爆的时间进行作业，如宁夏大峰矿将炮孔温度 控制在5 0 ℃以下，采用“8 个孔、9 个人、3 分钟”的 作业方式进行爆破，作业效率低下，爆破质量较差， 且生产成本较高。 2 全孔测温仪和孔内报警器 为克服热电偶测温仪和便携式红外测温仪监测 火区爆破炮孑L 温度存在的弊端，中国葛洲坝集团易 普力股份有限公司 简称“易普力公司” 引进研发 了全孔测温仪，在不同环境下实现了对全孔深温度 准确测量。同时，在露天煤矿火区爆破作业中，易普 力公司通过在炮孔装药前放置检测线，结合自主开 发的孔内报警器，可实时监测装药全过程炮孔全孔 最高温度，降低了爆破作业过程中炮孑L 局部高温引 起炸药自爆的安全隐患。 2 ．1 全孔测温仪原理及作用 全孑L 测温仪结合了分离式红外测温技术、无线 传输技术和数据自动分析技术三种技术原理，通过 分离式红外测温技术将红外探头与主机分离，利用 电缆线连接，当红外探头感应温度信号后，转化为电 信号，并通过电缆线传输给主机，并在主机上直接进 行转变为数字信号进行显示；主机再利用无线发送 a 全孔测温仪 模块将大量的数字信号，传输至平板电脑上，平板电 脑利用无线接收模块接收温度信号；最后通过开发 的智能分析软件对收集的温度数据自动进行分析， 绘制温度随深度变化曲线图。 全孑L 测温仪结构图如图1 所示，I 一电缆组件 II 一电缆线、1 2 一波纹管 ；2 一测温组件 2 1 一红 外传感器，2 2 一配重壳体，2 2 a 一探测口 ；3 一主机； 4 一报警装置；5 一无线传输装置；6 一绞线筒；7 一支 架。全孔测温仪与数据接收器如图2 所示，该测温 仪通过匀速输送装置将探头从炮孔孑L 口放入到孔 底，实现对炮孔全孑L 深温度测试，测量温度范围为 一4 0 ℃～9 7 5 0 C ，并具有良好的数据无线传输、存储 功能，可为后续炮孔注水后温度反弹变化规律提供 数据支撑，对整个炮区高温孔的分布规律的探索具 有重要意义，其绘制的温度曲线图直观清晰。另外， 因其电缆线上标有刻度，该装置在测温的同时也检 测了炮孑L 深度，一举两得，提高了工作效率。 ，_ 、 、 6 一 ＼ 扫啡 一4 一‘ 一l ／ 2C F 三j 辱“ 2 。 白I j 1 2 ／1 1 勿 父 窭 z 疬义、2 2 a 图1 全孔测温仪结构图 F i g ．1 F u l lb o r e h o l et e m p e r a t u r em e a s u n ‘n g d e v i c es t r u c t u r ed i a g r a m 鼍曩暑曩 ■■- l _ _ _ _ 啤圈_ 田蜷学”触确脚。啄_ ■■隘■瞄l 幽■■■‘●l ．．．I k ≥鲤蒲蘸．违醚． 鼍暑暖孽 ●翻； ； 警密暑露鬈潮 ； m ．母I m 蔡翻 ；厝1 一一- 1 ’ 鬟一j 瞩，。i ；j 、。{ ㈡{ 三萨霹翟 h 分析软件绘制温度曲线图 图2 全孔测温仪与分析软件 F i g ．2 F u l lb o r e h o l et e m p e r a t u r em e a s u r i n gd e v i c ea n da n a l y s i ss o f t w a r e 万方数据 1 3 0爆破 2 0 1 6 年6 月 2 ．2 孔内温度报警器原理及作用 孔内温度报警器主要采用热电偶测温技术和温 度巡检及报警技术。孔内温度报警器采用的巡检仪 可以进行多点温度巡检，其结构示意图如图3 所示。 目前易普力公司采用的单个巡检仪可进行1 6 组炮 孑L 的温度巡检，将温度数据显示在主机上，主机如图 4 所示，通过设置不同报警阈值，并分别独立上下限 报警控制。如设置阈值设置为1 0 0 。 2 ，当某一个炮 孑L 最高温度在施工过程中，温度超过1 0 0 。C 后，主机 将发出声音和灯光报警。 图3 孑L 内温度报警器结构示意图 F i g ．3 H o l et e m p e r a t u r ea l a r ms t r u c t u r ed i a g r a m 图4 孔内温度报警器主机 F i g ．4 H o l et e m p e r a t u r ea l a r mm a s t e r 在爆破作业过程中，存在炮孔局部温度升高过 快的现象，导致引燃该处炸药甚至引爆炸药的事故。 孔内温度报警器通过装药前将监测线放人炮孑L 内， 实时监控装药全过程炮孑L 温度升高过快部位，确保 装药过程中炸药始终处于可控温度范围内。该装置 包括温度监测器、温度传感器以及连接导线，其中温 度传感器为柔性热电偶，柔性热电偶测温范围为 一2 0 0 ℃一1 3 0 0 ℃，能够快速测试火区炮孑L 内各个监 测点的温度，便于安装，测试温度精准。该装置能够 一次性采集炮孑L 中多个部位的温度值，可对炮孑L 温 度反弹较快的一个或多个部位进行长时间监测，当 温度超过安全阈值时，孔内报警器产生报警信号，施 工人员应迅速撤离现场，从而进一步提高了火区爆 破施工的安全。 L 测点1 6 3工程应用 神宁集团汝箕沟无烟煤分公司羊齿、工业广场 等采区于2 0 1 4 年6 月份开始采用全孔测温仪对高 温火区炮孑L 进行全孑L 深温度测试，应用效果良好。 由于炮孔不同孔深裂隙发育程度不一，与火源中心 点距离不同，不同部位炮孔温度最高点在孔内分布 位置也有所差异。图5 为羊齿采区3 种常见炮孑L 全 孔深温度变化曲线图，图5 a 中全孔深炮孔温度变 化情况是比较常见的，随孑L 深增加，温度逐渐增加， 孔底温度最高；图5 b 和图5 c 是比较典型的炮 孔温度情况，图5 b 中炮孑L 内温度最高点位于6m 处，说明该处裂隙相对发育，整个曲线相对平滑，温 度变化较为平缓；图5 c 曲线在孔深1 ．5 ～3 ．5m 变化幅度较大，中温度最高点位于4 ．8m 处。在爆 破作业过程中，通过全孑L 测温仪确定炮孔最高温度 的孔深处，并将最高温度和与之对应的孔深记录在 孔口标志卡上。 图6 为孔内报警器根据上述全孔测温仪测试结 果对三类炮孑L 温度最高点监测示意图 孑L 内报警器 可通过在监测线不同位置安装探头，进行多点监测， 一般由于温度最高点处炸药温度上升最快，目前为 节约生产成本，在实际作业中只针对温度最高点进 行监测 。结合易普力公司研发的锡箔纸防水袋注 水爆破施工方法”J ，在准备工作 堵塞材料、导爆 索、炸药、起爆点、警戒等 就绪后，开始在炮孔中放 万方数据 第3 3 卷第2 期曹进军，朱宽，郝亚飞，等露天煤矿高温火区爆破测温技术的研究与应用 1 3 1 人锡箔纸防水袋并满孔水，再将监测线探头置于炮 孑L 温度最高点处进行监控，根据就近原则，将监测线 连接到孑L 内报警器主机上，作业人员仍然控制为9 个人，每次爆破炮孔孔数一般不超过4 5 个，装填时 间以孔内报警器是否报警为准，若装填过程中孔内 报警器若出现报警，作业人员立刻放弃其他孔装填 孔深／m a 孔I 温度曲线图 a T e m p e r a t u r ec u r v eo ft h ef i r s th o l e 0 0 工作，撤离到警戒区外进行起爆。该方法已在宁夏 羊齿采区和山西平朔东露天矿进行多次应用，单次 爆破规模一般在2 0 个炮孔左右，最大规模达到4 0 个，且在装填过程中，孔内报警器还未出现监测温度 超过阈值而产生报警。 孔深，m b 孔2 i f l 度曲线图 C o T e m p e r a t u r eC l l l w eo ft h es e c o n dh o l e 孔深／m e 孔3 温度曲线图 C T e m p e r a t u r ec a l v e o ft h et h i r dh o l e 图5高温炮孔温度随孔深的变化曲线 F i g ．5 T h ev a r i a t i o ncurveo ft e m p e r a t u r ew i t ht h eb o r e h o l ed e p t h a 孔1 温度最高点监测图 a T h eh i g h e s tm o n i t o r i n g d i a g r a mo ft h ef i r s th o l e 器 c 孔3 温度最高点监测图 C T h eh i g h e s tm o n i t o r i n g d i a g r a mo ft h et h i r dh o l e 器 图6 全孔深温度最高点监测图 F i g ．6 T h eh i g h e s tm o n i t o r i n gd i a g r a m 4结论 全孔测温仪在干孑L 水孑L 等复杂条件下能准确测 量炮孔全孑L 温度分布情况，测量范围为一4 0 ℃～ 9 7 5 ℃，并快速记录、存储温度数据，可为将来研究高 温火区注水后温度变化规律提供数据支撑，对整个 炮区高温孔的分布规律的探索具有重要意义。 孔内温度报警器保证了装药过程中炸药处于可 控温度范围内，保障装药安全，相比高温火区传统爆 破，延长了装药时间，扩大爆破规模，最大爆破规模 已达4 0 个炮孔。 在高温火区爆破中，孑L 内温度报警器结合全孔 测温仪，避免了装药过程中及装药结束后对炮孔温 度监测的盲区，实现了露天煤矿火区爆破作业全过 程炮孑L 温度监控。 b 孔2 温度最高点监测图 b T h eh i g h e s tm o n i t o r i n g d i a g r a m o ft h es e c o n dh o l e 参考文献 R e f e r e n c e s 器 o o [ 1 ]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，2 0 1 0 4 7 3 ．7 5 ，8 9 ． [ 1 ] X UC h e n g ，L iK e m i n ，L IJ i n X H ，e ta 1 ．S e c u r i t yt e c h n o l o g y r e s e a r c ho nh i g h t e m p e r a t u r ef i r ea r e ab l a s t i n gi ns u r f i n g m i n e [ J ] ．O p e n c a s tM i n i n gT e c h n o l o g y ，2 0 1 0 4 7 3 7 5 ， 8 9 ． i nC h i n e s e [ 2 ]蔡建德．露天煤矿高温区爆破安全作业技术研究[ J ] ． T 程爆破，2 0 1 3 ，1 9 1 ／2 9 2 - 9 5 ，7 3 ． [ 2 ] 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 l a s - t i n gi no p e np i tc o a lm i n e [ J ] ．E n g i n e e r i n gB l a s t i n g ， 2 0 1 3 ，1 9 1 ／2 9 2 - 9 5 ，7 3 ． i nC h i n e s e 下转第1 5 4 页 万方数据 1 5 4爆破 2 0 1 6 年6 月 上接第1 3 1 页 [ 3 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 5 ] [ 6 ] 孙宽，郑克明，王根涛，等．东露天矿大范围高温火 区降温技术研究[ J ] ．煤炭技术，2 0 1 5 ，3 4 1 1 2 2 2 2 2 4 ． S U NK u a n ，Z H E N GK e - m i n g ，W A N GG e n t a o ，e ta 1 ．R e - s e a r c ho nc o o l i n gt e c h n o l o g yo fh i g ht e m p e r a t u r ef i r ea r e a i nw i d er a n g ea te a s to p e np i tm i n e [ J ] ．C o a lT e c h n o l o g y ， 2 0 1 5 ，3 4 1 1 2 2 2 2 2 4 ． i nC h i n e s e H A OY a f e i ，L IX i a o h u ，C A OJ i n - j u n ，e ta 1 ．R e s e a r c h s t a t u sa n da d v a n c e so fb l a s t i n gi nf i r ea r e a so fo p e np i t m i n e [ c ] ∥T h e8 “I n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c eO nE x p l o s i r e sa n dB l a s t i n gT e c h n i q u e s ，2 0 1 5 5 0 6 5 ． 崔晓荣，林谋金，束学来．露天煤矿火区爆破高温孑L 温 度测量与分析[ J ] ．煤炭技术，2 0 1 5 ，3 4 1 1 3 0 3 3 0 5 ． C U IX i a o - r o n g ，L I NM o u - j i n ，S H UX u e l a i ．M e a s u r e m e n t a n da n a l y s i so fh i g h - - t e m p e r a t u r eb l a s t - h o l e si no p e n c a s t c o a lm i n ew i t hs p o n t a n e o u sc o m b u s t i o n [ J ] ．C o a lT e c h n 0 1 ． o g y ，2 0 1 5 ，3 4 1 1 3 0 3 - 3 0 5 ． i nC h i n e s e 束学来，郑炳旭，郭子如，等．测温技术在煤矿火区爆 [ 6 ] [ 7 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 8 ] 破中的应用[ J ] ．煤炭技术，2 0 1 4 ，3 3 8 2 9 9 3 0 1 ，8 5 ． S H UX u e l a i ，Z H E N GB i n g X U ，G U OZ i I M ，e ta 1 ．A p p l i c a - t i o no ft e m p e r a t u r em e a s u r e m e n tt e c h n o l o g yi nc o a lm i n e f i r ea r e ab l a s t i n g [ J ] ．C o a lT e c h n o l o g y ，2 0 1 4 ，3 3 8 2 9 9 - 3 0 1 ，8 5 ． i nC h i n e s e 林谋金，刘昆，石文才，等．分布式光纤测温技术在火 区爆破中应用[ J ] ．爆破，2 0 1 5 ，3 2 4 1 4 1 1 4 4 ． L I NM o u - j i n ，L I UK u n ，S H IW e n c a i ，e ta 1 ．A p p l i c a t i o no f d i s t r i b u t e do p t i c a lf i b e rs e n s i n gt e c h n o l o g yi nf i r ea r e a b l a s t i n g [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 1 5 ，3 2 4 1 4 1 1 4 4 ． i nC h i - n e s e 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[ J ] ．爆破，2 0 1 6 ，3 3 1 1 0 0 - 1 1 3 ． L IX i a o h u ，W A NH o n g - b i n ，Z H O UG u i s o n g ，e ta 1 ．R e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fw a t e rb l a s t i n gm e t h o dw i t ht i n f o i lp a p e rw a t e r p r o o fb a gi nc o a lm i n eo ff i r ea r e a [ J ] ． B l a s t i n g ，2 0 1 6 ，3 3 1 1 0 0 1 1 3 ． i nC h i n e s e 万方数据