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下火区控制爆破的工艺研究

时间:2016-07-04来源: 作者: 点击: 186次

                                  

摘要  神华宁煤集团汝箕沟煤矿为露天复采工程,其中阴坡采区由于以往大量井采及煤层的自氧化反应,产生大量火区,且火区较大面积存在于采区界外的回民生活区附近。根据汝矿规定,50℃以下的炮孔才能实施爆破。本文重点阐述如何通过降温手段来实施该处复杂环境下的火区控制爆破。    

关键词 :自氧化反应  火区  降温手段  火区控制爆破

The research on controlled blasting of fire area under

complicated conditions of Rujigou mine

Wu Kun1Xu Xueyuan1, Yan Dayang1,2Xu Miao1,2

1.Guangdong Hongda Blasting Co.,Ltd.2.Ansteel Mineral Industry BlastingCo.,Ltd.Abstract Rujigou mine is an open-pit mining engineering ,belong to Shenhua ningxia coal group. The Yinpo mining area has generate a lot of fire area due to a lot of excavation and the oxidation reaction of mining and coal in the past, and the larger area exists in the mining area near the outside of the hui nationality living area .According to the rules of Rujigou Mining,the hole can be blasted under the condition of 50 for the temperature.This paper expounds how to implement controlled blasting under complicated environment by cooling means of fire area.

Keywords : the oxidation reaction; fire area;cooling means;controlled blasting of fire area.

1. 引言

    据汝矿规定,孔温在50℃以下,且孔温十分钟内不反弹至50℃才准许爆破,这就给该矿区的火区爆破进度带来了一定的阻碍,且工程前期的重点火区爆破位置——阴坡采区1970平台炮区距离最近的居民区房屋仅不到75m,施工方必须通过系统的降温措施和准确的爆破控制才能保证较重的剥离任务和绝对安全。

2.工程概况

    汝箕沟矿阴坡大岭湾采区地表境界为:北部以汝箕沟向斜轴为界,东部以工业场地向西200m为界,采区地表境界东西走向长1100——2100m,南北倾向宽约1300m,面积约2km2,其中阴坡前山目前以1970平台、1960平台、1950平台为主要采掘平台,其中1970为主要火区爆破作业平台,火势较大,计划煤头处爆破八个孔,岩石以白砂岩和页岩为主,中硬~坚硬,普氏硬度系数为f=6~10,炮区距离北侧居民区街道最近仅为75m,西侧距离矿办楼130m,东北侧距清真寺约80m,东侧距离挖运队修理厂150m,其中清真寺和街道房屋都以砖混结构为主,且房屋都为老矿区房屋,为重点保护和警戒对象,该炮区的环境示意图如图1所示。

3.施工方案

    根据汝矿的规定,火区爆破台阶为定为10米,因而在设计炮区钻了一个直径为Φ140的探孔,孔深为9m,钻孔后用热敏电阻测温仪及远红外线测温仪[ 1 ] (以下简称“枪”)两种仪器共同测温,取最高值,所测温度为89℃,高于汝矿规定的50℃上限(矿方规定25-- 49℃之间为火区爆破允许温度),该设计炮区确定需要通过降温降至规定温度,且规定10min不反弹,且要求使用特殊品种的炸药,采取可靠的控制爆破手段才可达到不危及附近建筑物的目的。

3.1布孔及钻孔的选择

   由于火区爆破的特殊性,一次爆破孔数较少,为满足施工进度和出煤的任务,则要尽量考虑增大延米爆破方量,进而加大一次爆破方量,减少爆破次数,因而选取了较大的孔网参数。

3.1.1  孔距a及排距b

    该计划炮区平均高程为1971m,底板高程为1960m, 台阶为H=11m,超深△h=1m,因而平均孔深L=12m,由于该处长期着火,岩石岩性已经较软,炮孔爆破震松后基本上挖机可以进行挖装和强抠,假设取a=7.5mb=4.5m[ 2 ]  ,堵塞L1=4m,炸药每米装药量q1=13.3kg/m,  经过计算,单耗

q= (L-L1)*q1 /a*b*H,

所得q=0.27kg/m3,,基本上满足爆破该岩石爆破挖装需求,因而取参数为孔距a=7.5mb=4.5m

3.1.2布孔方式

    采用不规则形布孔,因为这种不规则方式爆破出来的方量和产生的裂缝较多,便于单钩这种设备沿着爆破裂缝进行强钩。

3.1.3 钻孔

    采用阿特拉斯-古河潜孔钻机进行钻孔,钻孔时候注意钻孔倾斜度偏差必须控制在±1.5内,防止因钻孔偏斜导致飞石事故。

3.2 灭火降温

    工程前期曾做过相关的注液氮降温的试验,但最终由于代价过高,且无法保证业主的时间规定而搁浅,最终还是决定通过注水管路来灭火的方案[ 3 ]

    然而注水时遇孔壁完好时,就出现了水孔装药的问题,若操作不当造成飞石及早爆事故,给安全生产带来极大威胁。

供水管路从附近水库引至炮区附近,为保证一次能降八个孔,特订做八通作为分水器,主管路的水通过八通分为8股水流,如图2所示,引入炮孔内的软管为直径Φ65的专用消防软管。

 

2 八通分水器示意图 

由于各炮孔孔壁完好情况不一致,降温会出现两种情况和应对措施。

3.2.1孔壁不完好,裂隙较多的炮孔

    这种炮孔注水后孔内会存不住水,水会沿孔壁流向他处,测该类孔时用枪扫时必须沿孔壁仔细测量,因而孔的热点是在孔壁上均匀分布的,降温时候将水管放至孔口降温即可,降温合格后,水会流失走,可按干孔来进行装药,如图3

裂隙较多的炮孔降温

3.2.2孔壁较完整的炮孔

该类一经注水就会出现满孔水,孔壁温度较易降,但因为是火区的孔,主要热源会存在于炮孔底部。若要把炮孔整体降到限制温度。就要求将孔底的热水和热源置换出来。由于水管插入孔内会因水的浮力而被浮起来,实施起来有一定难度。

经过尝试,可在软管口处套上直径略小于软管直径的30cm长的铁管,这样就可利用管的重力使水管顺利进入孔底,通过加大水压使孔内的热水和热源排出,达到整体降温的效果,如图4所示:

 孔壁完整的炮孔降温3.3 爆破工艺的采用

    1)炮孔经降温后出现三种情况的炮孔:

    2)孔内不含水的炮孔,即干孔;

    3)半孔的炮孔;

    4)满孔水的炮孔;

    本次爆破位置位于1970平台,该爆区周围环境的复杂性要求对爆破飞石、震动等不良效应保证在可控范围内,需经过精密的计算和施工设计才能保证万无一失。

3.3.1火工品的选取

3.3.1.1起爆雷管

    因为高温区爆破不能采用电雷管等稳定性不高的雷管,所以使用非电毫秒延期导爆管雷管作为引爆器材,

3.3.1.2炸药的选择

    由于孔内的含水情况不一,且该炮区孔内温度较高,需采用防水性能好且耐高温的炸药,本工程选择了Φ90条状乳化炸药和粉状乳化炸药[ 4 ]

3.3.2爆破危害的控制

3.3.2.1爆破飞石的控制

   飞石的产生主要与前排孔抵抗线、堵塞长度和堵塞质量直接相关,本次爆破前排孔抵抗线最小为3.8m,最大为4m,堵塞保证为l1= 4m,确保飞石控制控制在有害范围内。

3.3.2.2 爆破震动的控制

本次爆破炮孔为8个,需计算爆破产生的震动是否在可控范围内,由最大单响药量公式[ 5 ]              

Qmax= R3v/K3/α

    式中: R—爆源中心到建筑物的距离(m);Qmax—爆破最大单响药量(kg);v—建筑物的质点振动安全允许速度(cm/s);K、α—与爆破点至保护对象间的地质条件有关的系数和衰减系数,根据周围环境取K=150;,α=1.5 [ 5 ]

    根据《爆破安全规程》中建筑物地面质点振动速度允许标准[5]的规定, 取附近街道房屋最大安全振速v12.5cm/s

    R1=75mv1=2.5cm/s代入最大单响药量计算公式确定最大单响药量Qmax=113kg

    假设按干孔计算,该炮区平均单孔装药量为 

Q1=L1-L2*q1

    代入数值计算,得单孔装药量Q1=104 kg

    因此,为限制震动对附近房屋的影响,需使该炮区八个孔全部使用单孔单响,即每个孔内下导爆索,8个孔分别用3---10段等8个段别的雷管起爆孔内导爆索,并用1段雷管进行孔外抓把,进而达到控制震动的效果,网络的总延期时间为380ms   起爆网络[ 6 ] 如下图5所示:

5 逐孔起爆示意图

3.3.2.3 现场装药的细节及安全防护

    由于各个炮孔水深不一样,装药时需保证两人一组,并额外每孔准备两个沙袋,遇水孔时候将Φ90药卷依次装入炮孔。因炸药药卷密度为1.2kg/m3,仅略大于水的密度,装药时候需耐性,每下一条药都要用炮棍下压,保证装药密度。

    因水孔装药时药卷升起来的比水快,当装药至上部无水后,需立马调换成粉乳乳化炸药;若孔内一直未满孔水,则最后堵塞时必须用炮棍边捣边倒堵塞料,防止因堵塞质量不好、堵塞不实造成飞石、冲孔事故;撤离前将事先准备好的沙袋覆盖到每个炮孔孔口处,操作时要注意导爆索勿出现打折,防止出现拒爆事故。

4.  爆破效果分析

    本次爆破采用不规则形的布孔,以求在较少的爆破次数中爆破更多方量。爆后飞石沿自由面仅扑出20m范围,爆破基本上可以满足挖运要求,附近房屋均未发现裂缝和塌落现象,对附近居民的生活未造成影响。

5.结语

本次爆破作为工程前期的尝试,在限定温度下的降温系统和方法在较紧的工程进度下得到了肯定,通过逐孔起爆技术控制了爆破震动,避免了爆破飞石,给中小型矿山的火区爆破提供了可靠的参考和依据。

参考文献:

[1]杜轩,董喜奎;红外测温仪的设计原理及应用[J].河北科技大学学报,199803.

[2]李萍丰,廖新旭,罗国庆,等.大型采石场深孔爆破参数试验分析[J].爆破,200421(2)28-30

[3]刘宝龙,周俊峰,煤田地面灭火方法的探讨[J]. 露天采矿技术,2005(2):35-38.

[4]孙国祥,混合炸药及其发展[M].西安:西安近代化学研究所,2008

[5]张雪亮,黄树棠,爆破地震效应[M].北京:地震出版社,1975.

[6]汪旭光.爆破设计与施工[M] .北京:冶金工业出版社,2011.

作者简介:吴坤(1990- ),男,汉族,安徽淮南人,工学学士,助理工程师,现在广东宏大爆破股份有限公司,从事土石方工程爆破工作。

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