张继云
广东宏大爆破集团有限公司 广东广州 510623
摘要：为确保高温火区爆破安全，对宁夏泰华大石头煤业有限公司大石头露天煤矿高温火区进行研究，从设计布孔钻孔工作入手；结合信息化测温设备，准确掌握炮孔温度，制定合理的降温方案，并保证炮孔温度在半小时内不升温反弹。参考国内外现有的降温措施，选择成本更低的注水降温法对高温炮孔进行降温，并针对裂隙区炮孔升温反弹等现象研究制作高温隔热护套，对炸药和起爆器材进行绝热保温，确保护套内的炸药受热后温度不会超过60℃，用导爆索网络连接，确保高温火区安全爆破。
关键词：高温火区；测温；隔热护套；炮孔降温
1 工程概况
大石头煤矿基建区植被稀少，边坡稳定，山脉近南北向延伸，自东向西山势逐渐增高，地形起伏较大，岩石多为砂岩，有少量泥岩，比较坚硬。地下开采过程中，采煤巷道以及采煤放顶进一步加剧了氧气渗入，与煤表面的活性结构发生物理吸附、化学吸附和化学反应，放出热量并导致热量不断聚集，煤温不断上升；随着煤温上升，煤岩体内的热应力逐渐增大，热破坏加剧，使得煤层空隙率增大，自由表面增多，同时火风压随着煤温的上升也逐渐增大，漏风强度和耗氧速度也随之加大，加速了煤氧复合反应形成了高温火区，严重制约了露天复采的工程进度[1]。
2 爆破方案设计
2.1 本工程施工重点及难点：
1）施工环境十分复杂，高温火区分布区域不明确，经常出现钻孔注水降温后孔温无法达到安全爆破的情况。
2）安全要求极高，周围露天复采基建剥离设备和人员较多需重点保护。
3）技术难度大，受地下自燃煤层影响，钻孔后炮孔温度高达100～300℃，普通爆破器材和爆破技术无法满足安全生产的要求。
4）施工进度要求高，受高温火区影响，下部台阶无法正常推进，大量设备闲置，现需每天约5000立方的火区爆破量才能按期完成生产任务。
图1 爆破区域图
Fig.1 Surroundings of overpass
2.2爆破作业现场布孔探孔
为使工程进度按照原计划进行，故在没有完善的地质资料的条件下采取钻凿探孔的方式以了解本区域的高温火区分布形式。选择φ138 mm潜孔钻机分别沿东西走向和南北每隔50m钻一个深度约为15m的钻孔，成孔后用红外线测温仪记录原始温度并用铁板进行覆盖加以保护。
2.3 高温火区爆破方案：
2.3.1高温火区爆破设计
高温火区爆破作业严格遵守爆破安全规程的相关规定，通过对诸多类似矿山开采爆破的经验总结，为保证爆破质量，提高台阶平整度，爆破一般采用三角形布孔方式，布孔参数为6.5×4.0m，遇特殊情况，也用单排布孔、矩形布孔方式。岩石剥离钻孔选用140mm孔径潜孔钻，所有潜孔钻机必须安装除尘装置方可作业。台阶钻孔孔深度小于13m。现场穿孔地形多为砂岩、页岩、泥岩，钻孔必须保证爆破最小抵抗线3.5m，钻孔过程中，遇到裂隙、坍塌、采空区等情况，应及时汇报。钻孔时如遇煤层应立即停止钻孔作业，并回填至煤层顶板上0.5m才准爆破，防止破坏煤层。
2.3.3爆破参数[2-4]
孔距6.5m，排距4.0m；根据现场地形布置2排梅花形钻孔，选择布孔直径为φ138 mm。最小抵抗线：W=3.5m，孔深H=13m，单孔装药量：
Q=qabH （1）
式中 Q为单孔装药量，g；q为单位体积炸药消耗量，g/m3（一般取0.4～0.5 kg/m3）；a为孔距，m；b为排距，m；H为炮孔深度，m。
图2 炮孔布置示意图
Fig.2 Layout of blasting hole
根据理论公式计算和实际施工经验确定：露天矿台阶高度h=10 m，超深h1=3 m，炸药单耗q=0.40 kg/m3，单孔药量为Q1=100 kg爆破参数如表一所示。
2.4.5爆破网路与延时
爆破网路为孔外延期导爆索网路。第一排孔孔外采用MS1电雷管，第二排孔孔外采用MS3电雷管，孔内使用导爆索连接起爆药包连接后形成的单向传爆起爆网路如图2所示。
图2 网路连接
Fig.2 Blasting network
3 爆破安全防护措施
1）严格测温：裂隙发达区的高温炮孔降温后最容易产生温度升高反弹现象，经过注水降温的炮孔内有大量水蒸气，普通测温仪无法准确测温，因此采用多点式热电偶测温仪严格准确的测量孔温。
2）注水降温：钻孔后200℃以上的炮孔使用15t以上的水车，配备9孔分水器，根据孔温变化情况调整每孔注水量，孔温较高时可在水中加入适量的Cacl2、Mgcl2改善降温效果。
3）隔热防护：将φ110 mm的煤矿许用2#岩石乳化炸药装进φ125 mm隔热装置，其外层直接接触高温、明火、水和孔壁等外界环境，受到外力、热辐射、热对流作用较强，故使用耐高温、防水、塑性好的隔热材料，可以选择无机绝缘材料类的玻璃纤维海泡石等，且可以在其外层涂覆一层反射型隔热材料，如聚氨酯改性氯丙树脂反射涂料，减少部分辐射热的吸收。内层材料主要用于隔热，应选择导热系数极小的材料，可以考虑使用像泡沫橡胶类的有机材料，在其表面可涂覆1 层如红外发射粉末类的辐射型隔热材料，使得其内部热量能够以热发射的形式辐射出去，以保持炸药低温的特点。[5]
4）反程序施工：一般深孔爆破的施工程序为钻孔—装药—填塞—联网—警戒—起爆，在这一套程序中，从装药到起爆要完成填塞、联网和警戒这一系列工作，而装药到起爆前的这一段时间则是深孔高温爆破的危险期，如果我们把联网和警戒工作做在装药工作前面，同时加快装药、填塞的速度，就可大大减少炸药在高温孔中的时间，那么危险时间段就可大大缩短，深孔高温爆破的安全性就可大大增加。这种方法具有工艺简单、可操作性强、施工安全高效、施工成本低等特点。
为了保证装药的速度，进行深孔高温爆破孔数不宜过多，孔不宜太深，一般为８个，孔深不超过13ｍ，坚持“少孔多爆”的原则，深孔高温爆破必须严格按照爆破安全规程的规定将孔温降到6０℃以下才可进行爆破作业。
4 爆破效果与体会
高温火区爆破需要经验丰富的爆破从业人员进行装药作业，并进行现场安全技术交底：
1、装药人员按照分工，装药前应对作业场地、爆破器材堆放场地进行清理，装药人员应对准备装药的全部炮孔进行检查。
2、从炸药运入现场开始，应划定警戒区范围，警戒区范围内严格禁止烟火；搬运爆破器材应轻拿轻放，不得冲撞起爆药包，装药结束后，撤至爆破警戒区外，严禁再进入炮区进行其它作业。
3、各种爆破作业都应做好装药原始记录。记录应包括装药基本情况、出现的问题及处理措施。
4、装起爆药包时，必须轻拿轻放、缓慢放入孔内，严禁投掷。起爆药包装入后应采取有效措施，防止后续药卷直接冲击起爆药包。
5、装药过程中发生卡堵，严禁用炮杆进行处理，并及时向炮区负责人汇报，插上标志，按盲炮处理。
6、装药时，单人单孔作业，无关人员严禁进入爆区。
7、按设计要求进行装药，随时掌握药柱高度，以防发生卡堵。
8、若炮孔卡堵、导爆索损坏时必须插上标志按盲炮处理。
在大石头煤矿高温爆破作业区域采用反程序深孔高温爆破操作工艺，共完成高温火区土石方爆破工程量100多万ｍ３，达到了安全、高效、经济的施工目的，为今后类似工程的施工提供了宝贵的经验。
参考文献（References）：
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作者简介：张继云（1966—），男，工程师，全国爆破高技能人才，从事露天土石方爆破、异常温度区爆破及研究等工作，
基金项目：广东省产学研合作院士工作站（2013B090400026）
论文作者:张继云
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第32期
论文发表时间:2019/9/26
标签：高温论文; 钻孔论文; 作业论文; 测温论文; 炸药论文; 大石头论文; 药包论文; 《建筑模拟》2019年第32期论文;