全孔蓄水法在高温火区爆破中的应用.pdf

全孔蓄水法在高温火区爆破中的应用 林谋金1 ， 2郑炳旭1李战军1崔晓荣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 摘要针对高温炮孔因裂隙多导致蓄不住水的情况，将内层带有不透水材料的套管快速下放到炮孔并在 短时间内注满水，在套管中装有模拟药卷并采用热电偶测量套管中的水温变化。结果表明全孔蓄水可使工 业炸药与起爆器材长时间保持在最高温度不超过水浴温度的环境中，因此能大幅延长高温火区装药施工时 间。探索出高温火区的全孔蓄水爆破方法，并通过爆区规模试验，效果良好，该方法能保证施工安全，同时基 本解决高温火区较大规模爆破的问题。 露天开采； 高温火区； 全孔蓄水； 高温爆破； 套管 T D 2 3 5 . 3A 1 0 0 1 - 4 8 7 X 2 0 1 6 0 3 - 0 1 1 4 - 0 4 1 0 . 3 9 6 3 / j . i s s n . 1 0 0 1 - 4 8 7 X . 2 0 1 6 . 0 3 . 0 2 2 A p p l i c a t i o n o f I m p o u n d i n g W a t e r B l a s t h o l e M e t h o d i n F i r e A r e a B l a s t i n g L I N M o u - j i n 1 , 2 ,Z H E N G B i n g - x u 1L I Z h a n - j u n 1 C U I X i a o - r o n g 1 Z H O U K e - p i n g 2 S H U X u e - l a i 1 1 . H o n g d a M i n i n g C o L t d , G u a n g z h o u 5 1 0 6 2 3 , C h i n a ; 2 . S c h o o l o f R e s o u r c e s a n d S a f e t y E n g i n e e r i n g , C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y , C h a n g s h a 4 1 0 0 8 3 , C h i n a A b s t r a c t W i t h t h e c a s e t h a t t h e w a t e r c a n t c o n t a i n i n h i g h t e m p e r a t u r e b l a s t h o l e b e c a u s e o f a l o t o f c r a c k s , a m e t h o d w a s p r o p o s e d b y p u t t i n g t h e s l e e v e i n t h e b l a s t h o l e a n d f i l l i n g t h e s l e e v e w i t h w a t e r i n a s h o r t p e r i o d . T h e r m o c o u p l e t e m p e r a t u r e m e a s u r i n g t e c h n o l o g y w a s a p p l i e d t o m e a s u r e t h e t e m p e r a t u r e o f w a t e r i n s l e e v e a r o u n d e x p l o s i v e c a r t r i d g e . T h e r e s u l t s s h o w t h a t i m p o u n d i n g w a t e r i n b l a s t h o l e k e p t t h e t e m p e r a t u r e o f t h e e x p l o s i v e c a r t r i d g e a n d i n i t i a t i n g m a t e r i a l s a t t h e b o i l i n g p o i n t o f w a t e r f o r a l o n g t i m e , w h i c h g r e a t l y i m p r o v e d t h e s a f e c h a r g i n g o p e r a t i o n t i m e i n f i r e a r e a . T h e c o n s t r u c t i o n m e t h o d o f i m p o u n d i n g w a t e r b l a s t h o l e f o r h i g h - t e m p e r a t u r e z o n e b l a s t i n g a c h i e v e d g o o d p r a c t i c a l e f f e c t s t h r o u g h f u l l s c a l e t e s t , w h i c h e n s u r e d t h e s a f e t y o f b l a s t i n g c o n s t r u c t i o n w e l l . o p e n - p i t m i n i n g ; f i r e a r e a ; i m p o u n d i n g w a t e r i n b l a s t h o l e ; l a r g e s c a l e b l a s t i n g ; s l e e v e 2 0 1 6 - 0 5 - 1 4 林谋金（1 9 8 5 - ）， 男， 福建福州人， 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 . c o m 。 广 东省产学研合作院士工作站（2 0 1 3 B 0 9 0 4 0 0 0 2 6 ） 万方数据 第3 3 卷第3 期林谋金，郑炳旭，李战军，等全孔蓄水法在高温火区爆破中的应用 1 1 5 单，具有满足较大规模爆破的可能，但其成本较高， 因此暂不适合现场需求。通过将内层带有不透水材 料的套管快速下放到炮孔并在短时间内注满水，营 造一个水孔环境，使工业炸药与起爆器材能长时间 保持在最高温度不超过水浴温度的环境中，另外通 过在套管中装有模拟药卷并采用热电偶测量套管中 水的温度变化，得到水的温度变化曲线可为全孔蓄 水施工方法的制定提供一定依据∽J 。 破存在的问题，蔡建德提出了反程序深孔高温爆破 方法[ 7 ] ，该方法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， 安全隐患大，单次炸药装填量少，即不能进行较大规 模爆破，严重制约剥离挖运工作的进度。因此应寻 找一种成本合理、施工方便、在保证安全前提下能进 行较大规模爆破的方法来满足高温火区爆破工程的 迫切需要。 1 高温火区爆破存在的问题2 套管中水的温度变化 目前国内高温爆破一般采用注水降温或者对普 通爆破器材进行隔热防护，另外也可使用耐高温爆 破器材等方法，但由于露天高温火区爆破与其它高 温爆破相比存在自身特点，上述方法不都适用于露 天矿高温火区爆破施工。露天高温火区爆破的主要 特点有 1 炮孔温度高。以大峰露天煤矿为例，由于 受到煤层自燃的影响，矿区普遍存在1 0 0 0 C 一2 5 0 ℃ 间的高温区，有时也会出现3 0 0 ℃一5 0 0 ℃超高温 区∞J ，因此普通的耐高温爆破器材不能满足要求。 2 隔热防护成本高。由于矿山开采的爆破规 模较大，炸药使用量多，目前对普通爆破器材进行隔 热防护成本较高，不适用于矿山大规模爆破。 3 注水降温效果不理想。由于高温火区中的 岩石裂隙发育充分，炮孔内的水难以存留，注水降温 后的炮孔温度在短时间内就会回升到先前温度。另 外往高温炮孔中注水时会产生大量水蒸气，高温岩 石遇到水发生破裂后产生的碎石都可能冲出炮孔， 其冲出孔外达数米并存在伤人可能性，如图1 所示。 图J 注水后的水蒸汽 F i g ．1 T h ev a p o ra f t e rw a t e ri n j e c t i o n 4 不能进行较大规模爆破。针对高温火区爆 为了得到放置在1 0m 深高温炮孔中的套管在 装完6m 药卷后水温的变化情况，通过在套管中装 模拟药卷并采用热电偶测量套管中水温的变化，得 到的温度变化曲线如图2 所示，可为全孔蓄水施工 方法制定提供一定的依据。 图2 水的温度历史曲线 F i g ．2 T h ew a t e rt e m p e r a t u r e h i s t o r yc u r v e s 由图2 可得，炮孔的中部温度为2 6 0 0 C 左右，另 外根据前期炮孔测温显示炮孔的底部温度约为 3 2 0 ℃左右。套管中的水在3 0m i n 左右上升到水沸 点温度，而后长时间保持在水浴温度环境。因此将 内层带有不透水材料的套管快速下放到炮孔并在短 时间内注满水的蓄水施工方法可营造一个水孔环 境，使工业炸药与起爆器材能长时间保持在最高温 度不超过水浴温度的环境中，能大幅延长高温火区 装药施工时间。另外图2 中水的温升曲线可为高温 火区爆破蓄水施工方法的制定提供一定依据。 3 高温火区爆破施工方法 3 ．1 蓄水装药前的准备 由于高温火区中的岩石裂隙发育充分，炮孔内 的水难以存留，使得炮孔温度回升较快，通过将内层 带有不透水材料的套管快速下放到炮孑L 并在短时间 内注满水，因此炮孔内的水得以存留并营造一个水 孔环境，使工业炸药与起爆器材能长时间保持在最 高温度不超过水浴温度的环境中。另外根据上述的 万方数据 1 1 6 爆破2 0 1 6 年9 月 水孔环境情况，高温火区爆破施工可采用二号岩石 乳化炸药作为主爆药以及采用导爆索作为起爆 器材。 为了尽量减少装药时间，需要在注水装药施工 前将准备工作做好，准备好的材料如图3 所示，注水 装药前的准备工作主要有 1 清理爆区。根据爆破计划，提前对指定爆 破区域安排挖掘机清理浮石渣，包括清理松动的碎 石、平整工作面，确保潜孔钻机作业顺利及工作人员 行走安全。 2 布孑L 。根据项目技术部门设计的高温火区 爆破施工方案，爆破现场技术人员做好布孔工作，用 测量皮尺丈量距离，另外孔深不易超过1 2 m 。 3 钻孔。布孔完成后，安排施工队用潜孔钻机 按照布置好的炮孑L 位置钻孔。由于岩石温度较高，钻 出的岩屑温度也高，在钻孔时工人要做好防护措施， 同时空压机要停在温度较低处。钻孑L 时严格按照已 经布置好的炮孔位置开钻，不得随意更改方位，保证 钻孔深度和垂直度，当某个炮孔位置因浮渣过多钻机 无法钻进时，可先人工清理浮渣至岩石位置，同时可 按不超过原位置距离2 0c m 进行孔位调整。 4 验收炮孔。所有炮孑L 钻完后，爆破工程师 安排技术员检查验收所有炮孔，内容主要包括孔壁 是否满足下放套管要求、孑L 距与排距是否在设计或 者调整后的合理范围内，深度是否达到设计标准，没 有达到或超过深度时要求重新钻孔或回填至设计深 度，测量孔深时采用带有长度标志的细钢丝测量孑L 深，以避免烧毁皮卷尺。 5 测温。爆破工程师安排技术员对所有炮孔 进行测温，孔温测量分别采用红外测温仪与热电偶 进行测量，测量时读取最高温度，将炮孑L 中最高温度 记录在纸上并用石头压在炮孔边上，对超过施工温 度范围的炮孔进行标记后采用传统的注水降温方法 进行施工，记录现场所测数据并签字确认。 6 准备材料。在每个炮孑L 旁分配好所需的乳 化炸药，要求外包装无破损且需要叠放在袋装堵塞 物上面；袋装堵塞物可由小号编织袋装填砂石而成， 直径1 1 0m m ，长度5 0c m ，填充物由现场的石子与沙 土混合而成，石子挑选颗粒小于5 c m ；沙袋可由大号 编织袋装填沙土而成，尺寸远大于炮孔的直径，重量 不低于3 0k g ；导爆索与炸药绑好但端口不能插入炸 药，其长度超过孔深1 ．5m ；套管底部装入重物并用 两道铁丝轧口，确保不漏水，其直径与炮孔直径相 当，长度大于炮孔深度，另外套管外表面需要用水润 湿，防止其在下放过程中因未注水而被高温烧坏；重 物由塑料袋装填沙土制成，其直径1 1 0m m ，长度 3 0c m ，确保其重量能使套管顺利下放到炮孔中，准 备完成后在每个炮孑L 口放置一个套管，另外需要清 理每个孔口的碎石，确保孔E l 的碎石在下放套管与 注水时不落入炮孔中。 7 人员分配。装药施工时爆区的人数不易超 过9 人，其中，8 人负责具体操作施工，1 人负责指挥 及处理其它突发事件，所分配的人员应事先经过培 训，熟练掌握操作过程。装药施工时4 人一组，2 人 负责下放套管并注水，2 人负责装药、堵塞与压 沙袋。 8 爆破警戒。在预定爆破时间前半小时开始 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 0m ， 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。 9 联网。在爆破警戒同时开始联网，指挥人 员指挥施工人员统一进行联网，为了保证安全，起爆 网路采用导爆索与电雷管组合成不可逆起爆网路或 者其它不可逆起爆网路，另外带有导爆索的炸药与 其它炸药保持0 ．5m 以上的距离，将母线短路，保证 网路的安全性。 图3 准备的爆破器材 F i g ．3 T h ep r e p a r e de x p l o s i v em a t e r i a l s 3 ．2 注水装药施工 1 下放套管。联网完成后开始下放套管，下 放套管前起爆人员要到达起爆站并检查网路是否正 常，正常后即通知爆破总指挥可以开始下放套管，下 放套管时需要快速下放并保证套管不扭转，同时需 要保证孑L 口的碎石不落人炮孔中，防止卡孔，操作时 先对温度较低的炮孑L 下放套管，再对温度较高的炮 孔下放套管。 2 注水。当套管到底后快速向套管内注水， 注水时仍需要保证孔口的碎石不落人炮孔中，防止 卡孔。当套管注满水后需要观察是否漏水，如果渗 漏速度较慢，可以填入1 0c m 沙土，如果渗漏速度较 快，可以填人5 0c m 到1 0 0c m 沙土，如果填人沙土 后仍不能阻止渗漏，舍弃该孑L ，另外注水后对长度过 万方数据 [ 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 . 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