煤矿高温火区爆破技术的研究与应用.pdf
第3 2 卷第4 期 2 0 1 5 年1 2 月 爆破 B L A S T 矾G V 0 1 .3 2N o .4 D e c .2 0 1 5 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 5 .0 4 .0 2 4 煤矿高温火区爆破技术的研究与应用 束学来,郑炳旭,李战军,敖颖怡 宏大矿业有限公司,广州5 1 0 6 2 3 摘要针对目前煤矿火区高温爆破技术效率较低的问题,根据爆破器材的耐热温度和炮孔的降温性能, 并考虑安全裕度,把火区科学地分为一级温度区等5 个温度区。然后根据各个温度区炮孔特点,从测温、降 温、爆破器材选择、爆破方法等方面精细研究各自爆破技术,并在火区进行爆破实践。结果表明由联合使用 热电偶和红外测温仪、区别降温时间、安全不可逆联网方式、合理爆破顺序等组成的分区爆破技术可提高目 前爆破效率、保障爆破安全、降低爆破成本。 关键词煤矿火区;高温爆破;火区分区;爆破技术 中图分类号T H 7 5 3文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 5 0 4 0 1 2 8 0 5 R e s e a r c ha n dA p p l i c a t i o no fB l a s t i n gT e c h n o l o g yi n H i g hT e m p e r a t u r eF i r eA r e ai nC o a lM i n e S H U X u e l a i ,Z H E N GB i n g - 戈H ,L IZ h a n - j u n ,A OY i n g y / H o n g d aM i n i n gC oL t d ,G u a n g z h o u5 1 0 6 2 3 ,C h i n a A b s t r a c t A i m i n ga tt h ep r o b l e mo fl o we f f i c i e n c yo fb l a s t i n gw o r k i n gi nf i r ea r e ao fc o a lm i n e ,t h ef i r ea r e aw a s d i v i d e ds c i e n t i f i c a l l yi n t of i v et e m p e r a t u r ez o n e .A c c o r d i n gt ot h ed e m o l i t i o ne q u i p m e n t sa n dm a t e r i a l st e m p e r a t u r e a n dt h ec o o l i n gp e r f o r m a n c eo fb l a s th o l e ,t h eb l a s t i n gt e c h n o l o g yW a ss t u d i e do nt h et e m p e r a t u r em e a s I l r e m e n t ,c o o l i n g ,b l a s t i n ge q u i p m e n ts e l e c t i o n ,b l a s t i n gm e t h o da n do t h e ra s p e c t s .T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ep a r t i t i o nb l a s t i n gt e c h n i q u ec o n s i s t e do fc o m p o u n du s eo ft h e r m o c o u p l ea n di n f r a r e dt h e r m o m e t e r ,d i s t i n g u i s hc o o l i n gt i m e ,s a f e t yr e v e r s i b l e n e t w o r k i n gm o d ea n dr e a s o n a b l eb l a s t i n gs e q u e n c e ,w h i c hi m p r o v e st h ep r e s e n tb l a s t i n ge f f i c i e n c ya n ds a f e t ya n dr e d u c e dt h eb l a s t i n gc o s t . K e yw o r d s f i r ea r e ai nc o a lm i n e ;h i g h - t e m p e r a t u r eb l a s t i n g ;f i r ep a r t i t i o n ;b l a s t i n gt e c h n o l o g y 在我国宁夏等地,由于煤的自燃和人为起火等 原因,形成了大量的煤矿火区。对火区煤层开采,现 今主要通过爆破剥离煤层上部岩石,然后机械采煤。 火区炮孔基本上温度都高于8 0 ℃,个别炮孔温度甚 至超过5 0 0 ℃以上,而现今的爆破器材 工业炸药、 工业雷管 安全性受高温影响较大,容易发生早爆 事故,严重威胁着人民的生命财产安全,导致现今对 收稿日期2 0 1 5 0 7 0 l 作者简介束学来 1 9 8 9 一 ,男,安徽省宿松县人,硕士研究生,主要 从事高温爆破和爆破器材方向研究, E m a i l 9 9 5 3 0 5 5 0 6 q q .c o r n 。 火区爆破技术的研究重点集中在对爆破时间的控 制,包括限制炮孔数目、提前准备好爆破器材等。如 蔡建德等人的反程序爆破法⋯,大大的降低了火区 爆破效率,单次爆破方量不足2 0 0 0m 3 。提高火区 爆破效率,需研究火区爆破技术,火区爆破技术包括 测温、降温、爆破器材选择、爆破方法四项。测温现 在较多采用红外测温仪和热电偶,在高温情况下其 测温误差较大,低温时测温时间长【2 1 ;降温目前主 要使用注水降温,但是缺乏考虑炮孔情况,容易形成 低温孔多注水,高温孔降温差的现象∞1 ;爆破器材 主要使用导爆索、电雷管、乳化炸药炸药等,方法单 万方数据 第3 2 卷第4 期束学来,郑炳旭,李战军,等煤矿高温火区爆破技术的研究与应用 一,静电、孑L 壁不好时,潜在危险大【4 1 ;爆破方法主 要使用反程序爆破法,在时间得控制上不精细,网路 连接安全系数差。上述问题,可以通过合理的对火区 分区,区别使用爆破技术来解决,故将对此进行研究。 1 煤矿高温火区的分区 温度高于8 0 ℃的炮孑L 即为高温炮孑L ,高温炮孑L 对爆破器材影响最大,注水可以降低炮孔温度,故可 从爆破器材的耐热温度以及注水降温效果两方面作 为判据,对火区分区。 1 .1 火区分区的依据 1 .1 .1 爆破器材的耐热温度 1 乳化炸药在9 0 ℃温度下加热4h 几乎没有 变化,9 5 ℃时颜色发生变化,性能稍微改变,1 0 0 ℃时 发生熔化现象,性能严重受到影响,在1 2 5 ℃、3h 会 发生爆炸”‘6J 。硝铵炸药安全使用温度不大于 1 0 0 ℃,在1 3 0 ℃下、3h 能发生爆炸川。根据以上信 息,确定乳化炸药安全使用温度为9 5 。C ,铵油炸药 的安全温度为1 0 0 ℃。 2 电雷管在1 2 5 ℃以下,6h 内不会发生自爆, 且能正常引爆炸药旧J 。标准要求工业电雷管在 1 0 0 ℃的环境中保持4h 不应发生爆炸旧j 。故考虑 电雷管的安全使用温度为1 0 0 0 C 。 3 导爆管在5 0 ℃一1 0 0 0 C 时变软,强度降低, 容易穿孔,影响秒量精度,出现串段现象;标准规定 高强度导爆管能耐8 0 ℃左右的温度0 | 。结合安全 裕度,规定普通导爆管的安全使用温度为5 0 ℃,温 度高于8 0 ℃时必须使用高强度导爆管。 4 导爆索在1 0 0 ℃条件下受热后2 1 0d ,不 仅能正常起爆炸药,而且爆速增加。故导爆索的安 全温度定为1 0 0 ℃。 依据上述内容,导爆索、电雷管、铵油炸药等温 度节点都为1 0 0 。C ;导爆管雷管由于不可通过仪器 测得网路是否联通,故火区一般不使用;乳化炸药耐 热温度低于1 0 0 ℃,但是其为含水炸药,在高温下其 安全性高于铵油炸药,另外在1 0 0 ℃短时间时,其性 能变化较小。故把1 0 0 0 C 作为高温爆破区。 1 .1 .2 炮孔注水降温性能 经过现场试验和资料分析,相同降温时间, 2 0 0 。C 以上的炮孔降温效果不明显,在短时间内温度 就可以达到1 0 0 ℃以上;1 5 0 ℃一2 0 0 ℃的炮孔降温 后,基本可降至8 0 ℃以下,但是回温较快;1 0 0 ℃一 1 5 0 ℃的炮孔降温效果明显,在1 5r a i n 内基本上可 以保持在8 0 ℃以下;1 0 0 ℃以下炮孔,很容易降温, 同时回温很慢⋯1 。 考虑到安全裕度、注水量、炸药的耐热性能,并 结合现场试验结果,可规定8 0 ℃一1 0 0 ℃注水1 0m i n 可以保证温度在lh 内不高于8 0 ℃,1 0 0 ℃一1 5 0 0 C 的炮孔降温3h 可保证1 5m i n 内炮孔温度不高于 8 0 ℃,1 5 0 ℃一2 0 0 ℃下炮孔降温5h 可保证炮孑L 温 度5r a i n 内不高于8 0 ℃。 根据上述内容,可把1 5 0 ℃、2 0 0 。C 作为温度节点。 1 .2 火区的分区 根据爆破器材的耐热温度和注水降温效果的温 度节点,我们把火区分为以下5 类 1 一级温度区 8 0 ℃~1 0 0 0 C 2 二级温度区 1 0 0 ℃一1 5 0 ℃ 3 三级温度区 1 5 0 ℃~2 0 0 0 C 4 异常温度区 2 0 0 0 C 以上 5 多温度区 炮孑L 含有多个温度区 。 2 火区各个温度区爆破技术 各个温度区的温度不同,导致了其测温方法、降 温时间、爆破器材选择、爆破方法等也存在差异。结 合各个温度区炮孔的特点,创新性的区别化制定爆 破技术,可有效保障整体爆破效果。 2 .1 火区炮孔测温技术测温 火区的分区是在测温基础上实现的,故先研究 测温技术。测温仪器主要为热电偶和红外测温仪。 考虑测温仪器的结合方法以及降温效果的表征,测 温方法如表1 “。 2 .2 一级温度区爆破技术 一级温度区温度不高,相对比较安全,降温也比 较容易,其爆破技术如下 1 根据现场试验可知,一级温度区炮孔降温 时间需1 0m i n ,可以在装药前半小时用洒水车或输 水管向炮孔注水;在洒水车或者输水管路不畅时,可 以用水药花装法进行降温,即在装药时,将装有水的 圆柱形塑料袋与炸药袋间隔装入孑L 内,一般水袋的 总长度应是装药药卷的3 倍左右,塑料袋落入孔内 及摔破,水渗出将孔壁和药袋浸湿,从而达到暂时降 温效果。 2 炮孔为水孔,须使用成品乳化炸药;由于温 度影响,使用导爆索和电雷管,孔内使用导爆索,孔 外使用电雷管。 3 综合回温和炸药的受热性能变化的影响, 把安全时间定为1h ,装药人员控制在9 人,炮孔数 目控制在3 2 个。为了减小装药至起爆的时间,先在 炮孔旁边准备好填塞物、炸药等,同时采取把堵塞以 后的联网、警戒工序提前至装药前,缩短装药至起爆 的时间,保障安全。孔内使用导爆索,孔外使用电雷 管,雷管使用串联连接方式,如图1 。 万方数据 爆破2 0 1 5 年1 2 月 表1 测温仪器选择方法 T a b l e1T h es e l e c t i o nm e t h o do ft e m p e r a t u r em e a s u r i n gi n s t r m n e n t 图1串联电爆网路示意图 F i g .1D i a g r a mo fs e r i e sc o n n e c t i o no f e l e c t r i cf i r i n gn e t w o r k 2 .3 二级温度区爆破技术 二级温度区爆破器材长时间下会发生爆炸,但 其降温效果较好,爆破技术如下 1 参考现场炮孔降温效果可知,二级温度区 的注水降温时间应不小于3h ,使用洒水车或水管注 水,为了排除注水后炮孑L 温度快速回升的情况,需对 炮孑L 进行中测和末测,中测的目的是验证炮孔降温 是否合格,末测的目的是为了验证炮孔是否允许爆 破。中测温度在8 0 c c 以下给与验收合格,测温完成 后,立即进行注水降温;末测温度在8 0 ℃以下准许 爆破,末测后快速注水,保证在装药前注水时间不小 于3 0m i n 。 2 由于炮孔含有水分和温度较高,和一级温 度区一样,应选择成品乳化炸药进行装药,导爆索传 爆,电雷管起爆。 3 根据降温效果,把爆破时间控制在1 5m i n 内,炮孔数目控制在1 6 个,现场爆破人员不超过 9 个,其中8 人对爆破进行装药,装药顺序为先低温 孔,再高温孔,装药的时候剩余的一个指挥协调操 作,同时观看装药的炮孔有无逸出黑色或黄色浓烟 等异常情况,若有此情况,立即组织撤退,并报告有 关领导;用眼观的同时,可把热电偶放人当时爆破的 最高温度孔观测温度回升情况,当发现温度高于 8 0 ℃时,立即停止装药,带好未装好的药进行撤退, 对以装好药的炮孔进行爆破。 4 二级温度区装药至起爆时间短,与一级温 度区相似,提前准备好堵塞物和爆破器材,把联网和 警戒安排在装药前,由于炮孔数目年较少,联网方式 为雷管并串联方式,网路中一发电雷管桥丝断路不 影响网路联通,如图2 ,装药完成、人员撤离后,快速 起爆。 图2 并串联电爆网路示意图 F i g .2 D i a g r a mo fs e r i e s - p a r a l l e lc o n n e c t i o n e l e c t f i cf i r i n gn e t w o r k 2 .4 三级温度区爆破技术 三级温度区爆破器材在较短时间其性能就会发 生较大变化,且降温后回温较快,其爆破技术如下 1 通过现场多次试验可知,三级温度区降温 时间不小于5h ,测温和二级温度区相同,需要初测、 中测和末测。中测安排在降温4h ,并停水1 0m i n 后,温度在8 0 ℃以下视为合格孔,给与验收;末测安 排在放炮前1 h ,温度在8 0 ℃以下的炮孔准许爆破, 复测后立刻注水降温,保证装药前注水时间不少于 1h 。 2 和二级温度区一样,使用成品乳化炸药、导 爆索、电雷管。 3 三级温度区装药至起爆时间控制在5m i n 内,炮孔数目不超过8 个,人员控制9 人。三级温度 区炸药危险性较二级温度区加剧,联网阶段也存在 较大的危险,如炸药在高温地面发生早爆,人员多而 毁坏网路等,故把警戒放在联网前,其他程序如二级 温度区,虽然会影响到其他施工单位,但是迅速进行 联网后装药至起爆,增加的时间还是能够接受的。 万方数据 第3 2 卷第4 期束学来,郑炳旭,李战军,等煤矿高温火区爆破技术的研究与应用 1 3 1 4 装药堵塞后,人员应该快速撤离,警戒距离 一般在3 0 0I n 以上,即使靠跑,也要9 0s 左右,甚至 更多,故应通过车辆来进行撤离,装药完成后,统一 指挥快速上车,人员全部上车后,快速撤离。 2 .5 异常温度区爆破技术 异常温度区存在难降温、回温快等特点,且在整 个火区占的比例很少,故不进行爆破。但是遇到特 殊情况,比如为了快速施工、排险等,需要运用爆破 快速处理,其爆破技术如下 1 异常温度区注水降温效果差,故采取注液 氮或者注液态二氧化碳进行降温。 2 异常温度区温度高,地面温度一般也较高, 故一般先对地面散水降温。使用乳化炸药,且孔内、 孔外皆用导爆索连接,孔外导爆索和主导爆索用单 向继爆管连接,防止孔内导爆索早爆引起主导爆索 起爆,而使伤害扩大,如图3 。 图3 导爆索起爆网络 F i g .3D e t o n a t i n gc o r dn e t w o r k 3 异常温度区危险较大,故炮孔数目和放炮 人员应该严格控制,炮孔一般不多于2 个,人员控制 在2 人,装药至起爆时间控制在3r a i n 内。和三级 温度区一样,爆破程序为警戒、联网、装药、堵塞、起 爆、爆后检查、解除警戒,堵塞后人员撤离采取车辆 撤离。异常温度孔一般较少,且不太重视其爆破效 果,对大块可采取二次爆破处理,综合考虑,为了安 全,可不对炮孔堵孔,一方面可以节约时间,另一方 面使炸药处于开放空间,在燃烧时产生泄压、散热的 特点,一定程度推迟或阻止炸药的爆炸。 2 .6 多温度区爆破技术 大部分煤矿火区的温度变化较大,炮区经常同 时存在多个温度区间,即炮区一级温度区、二级温度 区、三级温度区各有一定数目炮孔,这种情况下,该 以哪个温度区为标准进行操作就成为了一个问题。 炸药所处的温度越高,炸药的放热量越大,炸药 的潜在危险性越大。在安全第一的指导方针下,为 了保障施工人员的生命健康,适当降低爆破进度是 可取的,故选取最高温度点来判断所处的区间,也就 是说假如最高温度在三级温度区,则不管其他炮孑L 温度是在一级温度区还是在其他区域,按三级温度 区爆破技术来操作。 需要注意的是当个另J f L 落人相邻高温区间时, 如果按照较高温度的标准来执行,此时必定会大大 的提高成本和降低效率。个别高温孔温度当与相邻 低温区的最高温度相差不到1 0 c C 时,可以把其划入 低温区域执行,但是应最后进行装药;当温度相差较 大时,可以放弃此孔,换个位置重新钻孔,也可以单 独作为一个网路按照其对应的爆破方式进行处理。 3 火区爆破技术的应用 宁夏大石头煤矿存在大量的火区,首采区基本 上全是火区,火区变化范围广,大部分温度在2 0 0 0 C 以下,但是也存在温度高达7 0 0 0 C 的情况。火区爆 破受测温误差大、水量少、爆破方法单一等影响,导 致爆破方量低、人员混乱的情况。 针对大石头煤矿的特点,结合分区的爆破技术, 其应用如下 1 对地表温度高、岩石颜色灰红、靠近燃烧煤 层、以往附近多高温区的区域少钻孔,且钻直孔,一 般钻孑L 数目不超过1 6 个;对地面温度低、岩石颜色 较白、远离燃烧煤层、附近多低温区的区域多钻孔, 考虑到可能存在高温和装药效率等情况,一般钻孔 数目控制在3 2 个以内。 2 使用测温仪器对炮区进行测温,根据结果, 比对分区,对炮区进行划分,归类为某个温度区,并 把测温结果写在纸上,放在相应炮孔旁边,由于火区 炮孔最高温度绝大部分情况位于炮孔下端位置,故 可对此段进行重点测量。 3 对需降温温度区按照规定的降温时间进行 降温,通过水阀控制开关并调节水量,高温孔先注 水、多注水,低温孔后注水、少注水。达到规定的降 温时间后,使用测温仪器复测,验证炮孑L 是否合格和 准许爆破。需要注意的是,复测过程中要严格控制 时间,一般不得超过5I l l i n ,测温结束后,对仍需降温 的炮孔应立即进行注水,防止炮孔回温至较高温度, 影响降温效果。 4 对准许爆破的炮孑L 按照其温度区的爆破技 术进行爆破,包括爆破器材的选择、爆破工序的安 排、爆破人员和时间的控制等。需要注意的是装药 至起爆过程中要随时观测网路是否联通,严禁人员 擅入炮区,以免损坏网路。当网路不通时,人员快速 离开炮区,由有经验的人员检查网路。爆破结束后, 由有经验的火区爆破工人检查炮区,重点观察是否 存在盲炮和悬石,当发现炮区有黄烟的等情况时,立 即撤离,并上报领导,保持警戒,待危险解除后才可 进行其他相关作业。 万方数据 1 3 2爆破 2 0 1 5 年1 2 月 通过采取上述爆破技术后,炮孔测温准确性较 大提高、测温劳动量有所改善;炮区降温用水量科学 使用、合理分配,缺水问题较好改善;爆破器材优化 选择,从本质上提高了安全性;爆破方法精细控制, 降低了爆破危险时间,提高了起爆安全性。极大的 保障火区爆破安全性、控制了爆破成本、提高了爆破 效率。 4 结论 1 根据爆破器材的耐热温度和炮孔的注水降温 效果,可把炮孑L 分为一级温度区 8 0 ℃~1 0 0 。C 、二级 温度区 1 0 0 %~1 5 0 0 C 、三级温度区 1 5 0 。C ~2 0 0 0 C 、 异常温度区 2 0 0 0 C 以上 、多温度区5 种情况。 2 热电偶和红外测温仪联合使用,可有效测 得火区炮孔的温度,为分区、炮孑L 验收提供指导。 3 控制各个温度区注水降温,如二级温度区 3h 等,可最大效率的提高降温效果。 4 一级温度区采取电雷管串联、二、三级温度 区采取电雷管并串联、异常温度区采取导爆索单向 继爆管网路,可有效保障起爆的安全性。 5 根据炮孑L 所处温度区,选择合适爆破器材,控 制炮孔数目、装药时间、装药人员,可提高爆破效率。 6 根据温度,调节警戒、联网顺序,并结合反 程序爆破方法,可最大化控制爆破时间,降低对人员 的伤害。 [ 2 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 4 ] 参考文献 R e f e r e n c e s 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 9 2 9 5 . 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