高温硫化区深孔爆破技术分析.pdf

第7 1 卷第l 期有色金属 矿山部分2 0 1 9 年1 月 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n l 6 7 1 4 1 7 2 ．2 0 1 9 ．0 1 ．0 2 0 高温硫化区深孔爆破技术分析 张兵兵，张岗涛，张继云 宏大爆破有限公司，广州5 1 0 6 2 3 摘要分析了高温硫化区的形成机理，并对目前的测温仪及降温措施进行了对比，最终采用饱和石灰水降低 孔内温度。在此基础上，对大宝山北部6 4 9 平台的9 个高温硫化孑L 进行了针对性的深孔爆破设计。现场实践表 明，成功消除了高温硫化区的不利影响。 关键词高温硫化区；测温仪；饱和石灰水；深孔爆破 中图分类号T D 2 3 5文献标识码A文章编号1 6 7 1 - 4 1 7 2 2 0 1 9 O l 一0 0 9 9 0 3 D e e p h o l eb l a s t i n gt e c h n o l o g ya n a l y s i si nh i g ht e m p e r a t u r es u l f u rz o n e Z H A N GB i n g b i n g ，Z H A N GG a n g t a o ，Z H A N GJ i y u n H a n d a rB l a s t i n gC o ．，L 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 T h ef o r m a t i o nm e c h a n i s mo fh i g ht e m p e r a t u r es u l f u rz o n ew a sa n a l y z e d ，a n dc u r r e n tt h e r m o m e t e ra n d c o o l i n gm e a s u r e sw e r ec o m p a r e d ．F i n a l l y ，s a t u r a t e dl i m ew a t e rw a su s e dt or e d u c et e m p e r a t u r e ．B a s e do nt h i s a n a l y s i s ，n i n eh i g ht e m p e r a t u r es u l f u rh o l e so ft h e6 4 9p l a t f o r mi nt h en o r t h e r np a r to fD a b a o s h a nw e r ed e s i g n e df o r d e e p h o l eb l a s t i n g ．F i e l dp r a c t i c ei n d i c a t e dt h a tt h ea d v e r s ee f f e c t so fh i g ht e m p e r a t u r es u l f u rz o n eh a d b e e n s u c c e s s f u l l ye l i m i n a t e d ． K e yw o r d s h i g ht e m p e r a t u r es u l f u rz o n e ；t h e r m o m e t e r ；s a t u r a t e dl i m ew a t e r ；d e e p h o l eb l a s t i n g 露天矿开采期间，受地质构造及矿体赋存环境 等因素影响，在某些区域存在高温区。当高温区内 的炮孔温度大于6 0 ℃时，一般认为属于高温孔范 畴。为了更为有效地回收高品位矿石，高温区域需 要及时进行安全有效的处理。目前，许多专家学者 对高温孔爆破进行了较多的研究。崔晓荣[ 13 分析了 露天煤矿高温炮孔的存在情况，并分析了接触式与 非接触式测温仪的结构组成，有助于确定高温孔的 温度，为指导高温孔爆破提供了依据。此外，崔晓 荣[ 2 3 认为控制爆破孔温度、改善爆破器材耐高温性 能及优化爆破施工工艺是保证高温孔爆破安全的重 要前提。郑克明[ 3 1 将高温孑L 进行了分类，主要分为 正常孔、虚量孔和空洞孑L3 类；在考虑降温的时间效 应情况下，给出了各自的降温措施，有助于高温孑L 的 安全作业。刘美[ 4 ] 针对采空区高温情况，采用三相 泡沫降温技术与注水灌浆技术相结合的措施，成功 地将采空区内部温度降至安全范围，且作用效果明 显。段君杰[ 5 ] 通过向高温硫化区内炮孔注入饱和石 作者简介张兵兵 1 9 9 1 一 ，男，硕士，采矿工程专业，从事露天矿山 采矿设计工作。 灰水，有效地降低了高温孑L 的温度，并制定了合理的 爆破措施。蔡建德[ 6 ] 对爆破器材高温条件下的安定 性进行了试验研究，采用反程序爆破技术，确保了高 温孔爆破作业的安全性。 以上的研究主要是针对煤层自燃引起的高温情 况，而对高温硫化区的处理方面，研究相对较少。所 以，对高温硫化区高温爆破技术的分析，有着一定的 实际意义。 1 高温硫化区的产生机理 露天金属矿的某些区域富含硫、铜硫矿等，受硫 自燃或地质构造的影响，硫矿在特定的条件下可发 生化学反应，生成较高温度且具有挥发性的S O 。 S O 从孔底向地表涌现，表现为白雾状且有刺鼻性 味道；当被施工作业人员呼人体内，将会对人体器官 的某些功能产生不利影响；此外，高温硫化区的存 在，对现场安全生产及施工管理等都极为不利，需要 制定现场警戒区域，极大地浪费了人力、物力。由于 受孔内高温的影响，普通的硝铵炸药可能发生热分 解，难以保证炸药的性能。故在开采高温硫矿时，爆 破安全工作需要进行极为周密的设计。 万方数据 1 0 0 有色金属 矿山部分 2 高温硫化孔的测温装置 目前对高温孔的温度测量仪器主要分为接触式 与非接触式两大类[ 1 ] 。 2 ．1 接触式测温仪 接触式测温仪在高温孑L 内的测温原理是其内 部的测温元件与高温孔内的岩壁进行长时间的热交 换，从而达到热平衡，进而测出高温孔内部的温度。 目前，在接触式高温测量中使用较多的是热电偶测 温。装置的优点在于结构简单可靠且测量精度高； 但由于装置的固有特点，使得在测量高温时，存在一 定的延迟作用，且该装置不适用于极高温度的测量。 2 ．2 非接触式测温仪 非接触式测温仪在高温孑L 内应用热辐射原理， 依靠高温孑L 内岩壁表面的热辐射强度与温度的关系 进行测温。目前，在非接触式高温测量使用较多的 是红外测温仪。优点在于该装置的温度测量量程 大，对高温孔的测温速度快；但受高温孔壁介质的发 射率、孔深和高温状态的S O 的影响，存在一定的 温度误差。 通过对以上两类测温仪的分析，并结合高温硫 化区孔内温度的特点，认为选择非接触式测温仪中 的红外测量仪更为合理。其不需要送入孔内测量， 省去了许多的施工限制，且适用范围广；对于测温的 误差问题，可通过提前标定并在不同时间段的多次 测量，来降低其影响。 3 高温孔的降温处理技术 目前，在矿业领域的降温处理措施主要有孔内 注水降温、注浆灭火技术、注凝胶灭火、三相泡沫防 灭火等。 3 ．1 煤体自燃的防灭火技术 孔内注水降温技术利用岩体的天然或者人为裂 隙进行渗透，对煤层自燃的降温有一定的作用。但 对高温硫化孑L 的处理，实用性不高。因为S O 。可能 在高温下与水发生反应而形成硫酸，其具有强腐蚀 性，对人体健康的威胁极大。 注浆灭火通过向孑L 内注入浆液，由于浆液的密 封作用，使之达到隔绝空气的目的，从而实现降温。 但若在高温硫化孔内注浆，使得装药的难度急剧增 加，对后期的爆破处理将产生不利影响。 注凝胶灭火是利用由基科A 和促凝剂B 按一 定比例配制成的水溶液，在煤体中可快速凝结成胶 体，从而对煤体形成有效包裹，达到隔绝空气的效 第7 1 卷 果[ 7 ] 。其具有灭火速度快、安全性好及火源复燃性 低的优点。但在高温硫化区的应用较少，处理效果 难以保证。 三相泡沫防灭火技术采用三相泡沫这种集固、 液和气特性的新型材料，其在较长时间内可保持稳 定状态[ 8 ] 。当泡沫破碎后，可有效吸附在煤体表面， 从而避免煤体继续氧化，较好地降低了煤体自燃的 可能性。但高温硫化区的形成与煤体自燃机理并不 相同，三相泡沫材料对高温硫化区的降温效果并不 理想。 3 ．2 高温硫化区的降温措施 基于高温硫化区S O 。含量较高的特点，可尝试 采用饱和石灰水溶液处理。因为饱和石灰水溶液在 温度一定时，可与S O 产生化学反应，生成亚硫酸 钙，进而形成沉淀现象；且该过程为吸热反应，可较 好地带走孔内高温，实现孑L 内降温的目的，有助于消 除S O 的不利影响，故对高温硫化区的处理更为 适用。 4 深孔爆破处理的注意事项 考虑到高温硫化孔的温度较高，爆破所用的炸 药及相关起爆器材应在较长时间内可抵御高温。普 通的铵油炸药在高温状态易产生热分解，故炸药的 爆破性能难以保证。而乳化炸药既抗水又耐高温， 对高温孔的处理较为有利。受孔内高温的影响，导 爆管在孑L 内易融化且爆速较低，阻碍了爆轰波的有 效传递。而导爆索爆速可达65 0 0m ／s ，在高温状态 下几个小时内仍能保持完整状态，可有效保证爆破 的正常进行。 在进行装药前，先对高温孑L 进行降温处理，向孔 内注入饱和石灰水，可在一定程度上吸收孔内热量， 注入一段时间后，用测温仪进行再次测量，最好使得 温度降至6 0 ℃以下，确保作业环节的安全。在开始 装乳化炸药前，需要做好所有的准备工作，包括无关 人员的快速撤离、炸药的准确分配、填塞材料的准备 等。导爆索长度应大于孔深1m 以上，在导爆索的 端部连接导爆管雷管。 以上程序完成后，每个孑L 旁均需安排熟练的爆 破员进行装药，药包应有条不紊地填人高温孔内，避 免出现孑L 内堵塞情况。为了保证起爆网络的可靠 性，采用大把抓的连网方式。为了防止填塞后，孑L 内 高温持续增高，在保证填塞质量的前提下，应采用岩 粉等材料进行快速填塞。要确保装药、填塞及起爆 网路连接的可靠性，并尽可能缩短施工时间凹] 。 万方数据 第1 期张兵兵等；高温硫化区深孔爆破技术分析1 0 1 5工程实践 大宝山多金属矿北部6 4 9 平台存在小范围的高 温硫化区，赋存的硫矿品位较高，为了确保安全生产 及避免资源的不必要浪费，需要进行尽快回收处理。 其底部存在6 4 0 平硐，作业环境十分复杂，需要有效 地控制爆破振动的影响。 基于此，对该区域的9 个高温孔进行了深孑L 爆 破处理，设计的最小抵抗线为4I T I ，孔网参数为61 T t 41 T I ，为了减少底部岩石的夹制作用，超深为1 ．5 I T I ；采用西1 1 0m m 的乳化炸药，连续装药且填塞长 度为4m 。相应的深孔爆破参数如表1 所示。采用 大把抓连接方式，为了控制爆破振动对6 4 0 平硐的 影响，采取逐孔爆破。起爆网络如图1 所示。 图1 起爆网路设计图 F i g ．1D e s i g nd i a g r a mo fd e t o n a t i o nn e t w o r k 表1 深孔爆破的相关参数 T a b l elR e l a t e dp a r a m e t e r so fd e e p - h o l eb l a s t i n g 设计孔深／m 验孔深度／m 单孔药量／k g 填塞长度／m 未进行爆破前，采用红外测温仪对9 个高温孔 的炮孔底部、侧壁及炮孔端口等位置的温度进行了 测量，发现孔内温度均高于6 0 ℃，且在炮孔底部可 达1 0 0 ℃以上。故需要采用有效的降温措施，使孔 内温度控制在6 0 ℃以下。基于此，采用饱和石灰水 进行了一定时间的降温处理，保证了孔内温度不至 于过高。装药采用中1 1 0m m 的乳化炸药，孔内用导 爆索连接，外部连接导爆管雷管，导爆索外露1 ．2 m ；提前准备好不含硫的岩粉状填塞材料，将装药、 填塞及起爆网络连接时间控制在2 0m i n 内。 起爆后，经现场检查发现高温硫化区炮孔均全 部按设计起爆，无因高温出现的盲炮情况；爆堆稳定 性良好，大块率较低，有利于后期挖运。成功地消除 高温硫化区的影响，为该区域的安全生产提供保证。 6结论 1 高温硫化区是硫在高温作用下形成的，对人 体健康及施工作业均存在安全隐患，需要进行有效 处理。对测温仪及降温措施进行了介绍，认为饱和 石灰水更有助于改变高温硫化孔的现状。 2 给出了高温硫化区爆破设计的注意事项，并 在大宝山北部6 4 9 平台的9 个高温硫化炮孔进行了 现场试验，试验效果证明，合理的爆破设计可较好地 消除高温硫化区的不利影响。 参考文献 [ 1 3 崔晓荣，林谋金，束学来．露天煤矿火区爆破高温孔温度测量 与分析I - J ] ．煤炭技术，2 0 1 5 ，3 4 1 1 3 0 3 3 0 5 ． [ 2 ] 崔晓荣．露天煤矿高温爆破施工工艺与组织管理[ J ] ．爆破， 2 0 1 6 ，3 3 2 1 4 9 - 1 5 4 ． [ 3 ] 郑克明，王德明，亓冠圣，等．平朔东露天矿高温爆破孔降温技 术分析[ J ] ．煤炭技术，2 0 1 5 ，3 4 9 1 9 9 2 0 2 ． [ 4 ] 刘美．安家岭露天煤矿高温明火采空区防灭火及爆破技术 研究[ D ] ．辽宁阜新辽宁工程技术大学，2 0 1 3 ． [ 5 ] 段君杰．大宝山高温硫化矿区爆破安全的实践[ c ] ／／中国工程 爆破协会、中国力学学会．中国爆破新技术Ⅲ．中国工程爆破 协会、中国力学学会，2 0 1 2 5 - 6 ． [ 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，2 0 1 3 ，1 9 1 9 2 - 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