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露天煤礦高溫爆破施工工藝與組織管理*

2016-07-15 01:19崔曉榮
爆破 2016年2期
關(guān)鍵詞:露天煤礦安全措施施工工藝

崔曉榮

(1.宏大礦業(yè)有限公司,廣州 510623;2.廣東宏大爆破股份有限公司,廣州 510623)

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露天煤礦高溫爆破施工工藝與組織管理*

崔曉榮1,2

(1.宏大礦業(yè)有限公司,廣州 510623;2.廣東宏大爆破股份有限公司,廣州 510623)

摘要:為了安全高效地實施高溫爆破作業(yè),對高溫爆破的安全保障措施、施工工藝流程和現(xiàn)場組織管理進行了研究和分析。首先,通過綜合分析煤層自燃露天礦山地質(zhì)條件、開采成本、施工效率、爆破器材性能等因素,提出從控制高溫爆破環(huán)境、提高爆破器材耐熱性能和優(yōu)化爆破施工工藝三個方面共同構(gòu)筑防火墻保障施工安全;其次,分析了高溫爆破作業(yè)的施工工藝流程,其核心一是要進行大量的專項準(zhǔn)備工作,并將爆破工藝環(huán)節(jié)中的警戒和聯(lián)網(wǎng)前置以便縮短爆破器材留置在高溫炮孔中的時間,二是抓好聯(lián)網(wǎng)和裝藥兩個重要工藝并明確操作標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn);最后,將安全保障措施和施工工藝要求落實到現(xiàn)場組織管理中并可靠執(zhí)行。實踐表明,通過規(guī)范化的安全措施、施工工藝和組織管理,能夠?qū)崿F(xiàn)安全高效的高溫爆破作業(yè)。

關(guān)鍵詞:露天煤礦;高溫爆破;煤礦自燃;安全措施;施工工藝;施工管理

煤層露頭火災(zāi)是指在自然環(huán)境下未開采的煤炭因氧化聚熱沿煤層露頭引發(fā)的燃燒現(xiàn)象,煤層自燃不斷向深部發(fā)展所形成的大面積煤田火災(zāi),是人類面臨的重大自然災(zāi)害之一。我國西北、華北和東北地區(qū)蘊藏著占全國儲量80%以上,年產(chǎn)量占全國60%~70%的巨厚煤層,煤炭大多燃點很低,加上干旱少雨,在季風(fēng)和烈日照射的綜合作用下,極易發(fā)生煤田火災(zāi)。根據(jù)調(diào)查,我國北方煤田自燃火區(qū)有56處,累計燃燒面積720 km2,正在燃燒的火區(qū)面積17.20 km2,已燒失的煤炭為42.2億t,每年直接燒失煤炭2000萬t,主要集中于北緯35°~45°,以新疆、寧夏和內(nèi)蒙西部的煤層自燃火災(zāi)最為嚴(yán)重[1,2]。在進行自燃煤層的露天開采或者災(zāi)害治理時,無論是采取先滅火后爆破還是先高溫炮孔臨時降溫后爆破的方法,由于地下火區(qū)的隱蔽性和地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性,將火區(qū)礦山治理到自然的原始狀態(tài)是很困難的,所以在火區(qū)煤礦開采時不可避免地遇到高溫深孔臺階爆破[3-5],如宏大現(xiàn)施工的寧煤集團大峰礦和汝箕溝礦、寧夏大石頭煤礦和林利煤礦等。

1高溫爆破施工特性分析

1.1煤礦自燃露天礦山的特點

在我國西北地區(qū),不少煤礦礦山由于干旱少雨、煤層埋藏較淺,煤炭在太陽輻射和風(fēng)化的綜合作用下,地表附近的土層和煤巖體發(fā)生熱破壞,結(jié)構(gòu)變得松散,這不僅使煤體產(chǎn)生了大量自由面,易于煤氧復(fù)合反應(yīng),還為氧氣的滲入提供了漏風(fēng)通道,形成煤炭自燃現(xiàn)象。地下開采過程中,采煤巷道以及采煤放頂進一步加劇了氧氣滲入,與煤表面的活性結(jié)構(gòu)發(fā)生物理吸附、化學(xué)吸附和化學(xué)反應(yīng),放出熱量并導(dǎo)致熱量不斷聚集,煤溫不斷上升;隨著煤溫上升,煤巖體內(nèi)的熱應(yīng)力逐漸增大,熱破壞加劇,使得煤層空隙率增大,自由表面增多,同時火風(fēng)壓隨著煤溫的上升也逐漸增大,漏風(fēng)強度和耗氧速度也隨之加大,加速了煤氧復(fù)合反應(yīng)[6-9]。

因此,由地下開采轉(zhuǎn)入露天復(fù)采的煤層自燃礦山,往往牽涉到較大規(guī)模的高溫巖體爆破剝離。從煤層自燃發(fā)火過程可以看出,松散煤體內(nèi)的漏風(fēng)流場、氧濃度場、溫度場相互作用、相互影響,而且隨著時間和空間的變化而變化,礦山地質(zhì)條件十分復(fù)雜,往往因技術(shù)、經(jīng)濟等方面的原因,難以做到完全滅火后再露天開采。地采轉(zhuǎn)露采煤炭自燃礦山地質(zhì)條件異常復(fù)雜,漏風(fēng)流場、氧濃度場、溫度場更加復(fù)雜,礦山高溫區(qū)分布和溫度高低因季節(jié)、氣溫、風(fēng)向等不斷變化,給高溫爆破安全施工帶來了很大的不確定性。

1.2露天煤礦高溫爆破要點

我國最新頒布的爆破安全規(guī)程(GB6722—2014)中,定義“高溫巖石爆破”為“在高于60℃的巖石中實施的爆破作業(yè)”。通過近三年來的現(xiàn)場統(tǒng)計分析,露天煤礦高溫爆破的炮孔絕大部分在200℃以下,澆水降溫效果明顯,溫度回升較慢;少部分處于200℃~300℃,澆水降溫效果較差,溫度回升較快;超過300℃的炮孔很少,澆水降溫難,溫度回升快,無有效措施不宜裝藥爆破。

考慮到煤礦自燃露天礦山的地質(zhì)復(fù)雜性,高溫環(huán)境不斷演變的隨機性和不確定性,加上爆破器材品種單一性[2,10],很難采取單一措施保障高溫爆破施工安全,不少礦山因地制宜地采取組合措施并固化成經(jīng)驗和工藝流程(如表1所示)進行300℃以下高溫炮孔爆破,實現(xiàn)地采轉(zhuǎn)入露天復(fù)采回收隱患資源,同時達到災(zāi)害環(huán)境治理的目的。

300℃以上高溫區(qū)域,如果巖石節(jié)理發(fā)育,直接用專用機械拆解后再挖裝;如果巖石節(jié)理不發(fā)育,一般將該區(qū)域留成孤島,讓巖石在高溫中燒烤并噴水促進裂隙發(fā)育,再用專用機械拆解,必要時布置1~3個炮孔輔助破碎,采取緊急裝藥措施。盡管煤層自燃露天礦山的特點各不相同,但普遍認(rèn)為高溫爆破施工安全是此類礦山開采的重點和難點,均采取了一定的技術(shù)和管理措施來保障施工安全,共性是統(tǒng)籌分析技術(shù)、經(jīng)濟、安全、效率等方面的制約因素,綜合應(yīng)用多項技術(shù)管理措施共同構(gòu)筑起一道道安全防火墻,確保高溫爆破施工安全。

1.3露天煤礦高溫爆破的工藝流程

經(jīng)調(diào)研分析,涉及露天煤礦高溫爆破的礦山,雖采取了不同的爆破器材和組織管理措施,但是基本指導(dǎo)原則和工藝流程是類似的,首先是對炮孔進行降溫,其次是優(yōu)選耐高溫爆破器材或者進行耐溫防護,最后是盡量減少炸藥在高溫環(huán)境中的時間。一般情況下,將炮孔降溫和炸藥耐溫防護作為高溫爆破裝藥前的專項準(zhǔn)備工作,而減少炸藥在高溫環(huán)境中時間通過優(yōu)化調(diào)整裝藥爆破流程來實現(xiàn),并確保各工藝環(huán)節(jié)之間順暢。

與常溫爆破相比,高溫爆破施工工藝流程(如圖1所示)的不同點主要體現(xiàn)在如下幾個方面:

(1)大量的高溫爆破專項準(zhǔn)備工作,包括爆破方案設(shè)計階段和裝藥爆破施工價段的工作。

(2)常規(guī)爆破工藝環(huán)節(jié)的順序是“裝藥”、“堵塞”、“聯(lián)網(wǎng)”、“警戒”和“起爆”,高溫爆破時將“警戒”和“聯(lián)網(wǎng)”前置。

(3)高溫爆破時需要嚴(yán)格控制裝藥時間,指從“裝藥”(爆破器材進入高溫炮孔內(nèi))開始至“起爆”的時間段,一般包括“裝藥”、“堵塞”和“起爆”三個環(huán)節(jié)。

表1 不同高溫爆破礦山施工特點

2高溫爆破專項準(zhǔn)備工作

總結(jié)多個涉及高溫爆破施工礦山的經(jīng)驗教訓(xùn),認(rèn)為高溫爆破專項準(zhǔn)備工作主要分以下幾個方面保障高溫爆破施工安全:

(1)設(shè)計階段要對高溫爆破有的放失,包括高溫炮孔測溫和高溫爆破方案設(shè)計,方案設(shè)計力求影響因素考慮周全、技術(shù)和管理措施針對性強、易于技術(shù)交底落實、施工工藝操作方便。

(2)施工階段采取有效措施降低炮孔溫度來保障安全,包括異常高溫炮孔降溫、高溫炮孔降溫效果監(jiān)控與評價、爆破器材的耐熱防護及二次加工等。

(3)為縮短裝填炸藥在高溫炮孔環(huán)境下的時間,充分做好相應(yīng)工藝環(huán)節(jié)的準(zhǔn)備工作,包括裝填炮孔集中驗收防止裝藥卡孔、炮孔堵塞材料灌袋以便高效率高質(zhì)量堵孔、精確分配每孔所需裝炸藥、提高裝藥速度并避免炸藥補領(lǐng)、避免分配炸藥多余影響裝藥后的迅速撤離等。見圖2。

另外,應(yīng)急預(yù)案的編制、演練、應(yīng)急器材的準(zhǔn)備等,是高溫爆破施工安全的最后一道防線,也是高溫爆破專項準(zhǔn)備工作的重要內(nèi)容之一。

3高溫爆破施工組織與保障措施

除了繁雜而細致的高溫爆破專項準(zhǔn)備工作,高溫爆破裝藥爆破施工中最重要的兩個工藝環(huán)節(jié)是“聯(lián)網(wǎng)”和“裝藥”,要有條不紊地組織,確保銜接順暢、質(zhì)量可靠。

3.1起爆網(wǎng)路連接要點

高溫爆破裝藥爆破施工過程中,警戒和聯(lián)網(wǎng)工藝前置,目的是減少炸藥等爆破器材留置在高溫炮孔中的時間。國內(nèi)露天煤礦高溫爆破施工中,一般形成如下共識,高溫炮孔不用雷管起爆,用耐溫能力相對較強的導(dǎo)爆索進行傳爆并起爆孔內(nèi)主裝炸藥。高溫爆破施工過程中將聯(lián)網(wǎng)工藝前置,所以聯(lián)網(wǎng)的過程中理順網(wǎng)路,防止裝藥、堵塞過程中踩踏、拉斷網(wǎng)路,并進行起爆網(wǎng)路檢查無誤后方可開始裝藥[11,12]。

3.2高溫孔裝藥爆破工藝

選用適合露天煤礦火區(qū)高溫爆破的主裝炸藥時,不僅要考慮炸藥的耐高溫性能,還要考慮炸藥成本以及與起爆器材的匹配情況。露天煤礦高溫爆破時,往往仍采用常規(guī)民用炸藥,一般通過提高炸藥耐溫性能、降低裝藥環(huán)境溫度、炸藥隔熱防護和縮短炸藥受熱時間等一項或多項措施使其滿足施工安全要求。綜合分析炸藥的耐熱性能、抗水能力、包裝形式、裝藥工藝等,高溫爆破主裝炸藥普遍采用膠狀乳化炸藥或粉狀乳化炸藥。

(1)粉狀乳化炸藥主裝藥工藝流程

當(dāng)主裝藥采用粉狀乳化炸藥時,施工工藝如圖3所示,其好處是裝藥時不會卡孔,但是炸藥的防水性能較差,不能采用邊灌水降溫邊裝藥法和“水袋”藥包花裝法(裝藥過程中向炮孔中丟水袋,水袋墜落過程中破碎,水流淌出來對炸藥進行降溫)施工。散裝的粉狀乳化炸藥難以進行隔熱防護,當(dāng)炮孔溫度高且難以降溫時應(yīng)慎用,降溫后炮孔內(nèi)部有積水時亦不宜采用。

一切準(zhǔn)備工作就緒后,在爆破總指揮的指令下,裝藥人員按照預(yù)先分工同步開始裝藥,先放導(dǎo)爆索到孔底(導(dǎo)爆索一端配重),再往炮孔內(nèi)裝定量散裝炸藥,然后用已裝袋的堵塞材料進行堵孔,完成裝藥后迅速撤離,人員全部撤離到安全位置后立即起爆。

(2)膠狀乳化炸藥主裝藥工藝流程

當(dāng)主裝藥采用膠狀乳化炸藥時,施工工藝如圖4所示,其好處是防水性能較好,可以采用邊灌水降溫邊裝藥法或“水袋”藥包花裝法施工。但是,成品膠狀乳化炸藥裝藥時可能會出現(xiàn)卡孔的現(xiàn)象,影響裝藥效率,裝藥質(zhì)量亦難以保證;因此采用該技術(shù)時,在裝藥前一定要100%驗孔,當(dāng)爆破區(qū)域巖石完整性差時炮孔不宜過深(一般不超過8 m),盡量避免裝藥過程中卡孔。

3.3高溫爆破技術(shù)管理

為了保證深孔高溫爆破的施工安全,分別從技術(shù)和管理上總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn),并進行安全技術(shù)交底和專業(yè)技能培訓(xùn),確保施工環(huán)節(jié)中工藝流暢、措施到位、質(zhì)量可靠。

在管理方面,主要做到以下幾點:

(1)選擇有豐富施工經(jīng)驗的爆破工程技術(shù)人員和爆破員成立精干的高溫爆破作業(yè)小組,并對小組進行技術(shù)培訓(xùn)和技能操作考試,合格后方能上崗,每次爆破均應(yīng)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)。

(2)對參加高溫爆破的人員進行思想教育,消除對高溫爆破的恐懼、僥幸和麻痹心理,嚴(yán)格聽從統(tǒng)一指揮。

(3)爆破人員對深孔高溫爆破的操作方法要提前進行演練,熟練掌握操作規(guī)范,滿足質(zhì)量和效率的要求。

(4)裝藥過程中設(shè)總指揮一名,確保組織有序,特別是裝藥、堵塞環(huán)節(jié),要同步開始、協(xié)調(diào)一致。

(5)爆破設(shè)計和測溫降溫人員,參與高溫爆破裝藥,有效促進爆破方案設(shè)計務(wù)實規(guī)范和提高炮孔測溫降溫人員的責(zé)任心。

(6)裝藥前的準(zhǔn)備工作實現(xiàn)清單檢查制,避免漏項導(dǎo)致裝藥環(huán)節(jié)不暢。

(7)爆破現(xiàn)場總指揮合理分工,確保裝藥作業(yè)同步,同時控制好施工節(jié)奏和裝藥質(zhì)量,操作標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、緊張有序。

(8)統(tǒng)一做好應(yīng)急預(yù)案,不斷總結(jié)施工中的經(jīng)驗教訓(xùn),確保持續(xù)進步。

在技術(shù)方面,主要做到以下幾點:

(1)礦山施工過程中,及時、準(zhǔn)確地識別高溫炮孔,并進行標(biāo)記、編號。

(2)根據(jù)高溫爆破區(qū)域分布及各個高溫炮孔的特點,進行高溫爆破施工的方案設(shè)計(含爆破器材合理選型、二次加工、科學(xué)試驗等)和施工組織設(shè)計,必要時合理調(diào)整爆區(qū)規(guī)模,分次爆破以減少裝藥時間和現(xiàn)場同時作業(yè)人數(shù)。

(3)技術(shù)措施具有針對性,經(jīng)濟合理,按照炮孔初始溫度、降溫方法和降溫難度,采取不同的技術(shù)措施。

(4)裝藥前復(fù)測孔溫,按照設(shè)計要求采取降溫措施,并測量驗證降溫效果,降溫效果不能滿足設(shè)計要求的放棄裝藥。

(5)準(zhǔn)備裝藥前,檢查炮孔是否有塌孔、堵孔等現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)塌孔、堵孔裝藥前進行處理,不得邊裝藥邊處理,延長裝藥時間。

(6)爆破警戒工作前置,盡量縮短炸藥在高溫環(huán)境中的時間,要求高溫爆破作業(yè)面附近的非爆破作業(yè)人員應(yīng)在裝藥前全部撤離,并根據(jù)工作量合理安排高溫爆破作業(yè)人數(shù)。

(7)裝藥前合理分工,分配好各個炮孔的爆破器材,堵塞材料灌袋放在炮孔邊。

(8)聯(lián)網(wǎng)工作前置,按照爆破設(shè)計進行聯(lián)網(wǎng),理順網(wǎng)路防止裝藥、堵塞過程中踩踏、拉斷網(wǎng)路,并進行網(wǎng)路檢查。

(9)在統(tǒng)一指揮下,按照分工,同步開始高溫炮孔裝藥,裝藥順序從低溫孔到高溫孔。

(10)常溫孔和高溫孔混雜的炮區(qū),先裝常溫孔,再同步給剩余高溫孔裝藥。

(11)高溫炮孔裝藥時發(fā)生堵孔、卡孔時用塑料桿或竹竿疏通,如2 min內(nèi)不能成功疏通,則不再疏通,征得現(xiàn)場爆破工程師同意后繼續(xù)裝藥到堵塞段高度。

(12)裝藥、堵塞過程中做好起爆網(wǎng)路的保護,避免損壞起爆網(wǎng)路,裝藥堵塞完畢后迅速撤離,立即起爆。

4結(jié)論

(1)因礦山地質(zhì)、開采成本、施工效率、爆破器材性能等方面的制約,露天煤礦高溫爆破施工很難做到完全滅火降溫后再爆破施工,亦無簡單而可靠的解決高溫爆破早爆誤爆事故的良方,只能通過消除或控制高溫爆破環(huán)境、提高爆破器材耐熱性能和優(yōu)化爆破施工技術(shù)管理措施等三個方面共同構(gòu)筑防火墻,綜合保障高溫爆破施工安全。

(2)與常溫爆破施工相比,高溫爆破施工需要大量專項準(zhǔn)備工作,同時將爆破工藝環(huán)節(jié)的警戒和聯(lián)網(wǎng)前置,裝藥堵塞完畢后迅速撤離并立即起爆,盡量縮短爆破器材留置在高溫炮孔中的時間。

(3)聯(lián)網(wǎng)和裝藥是高溫爆破施工中的重要工藝環(huán)節(jié),通過技術(shù)和管理措施將流程中各個環(huán)節(jié)固化,確保各項工作有條不紊、高效率高質(zhì)量地進行。

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Construction Technology and Organization of Blasting in Opencast Coal Mine with High Temperature

CUIXiao-rong1,2

(1.Hongda Mine Co Ltd,Guangzhou 510623,China;2.Guangdong Hongda Blasting Co Ltd,Guangzhou 510623,China)

Abstract:The safety measures,construction process and site management of high-temperature blasting zone were discussed for the safety and efficiency of construction project.First of all,by comprehensively analyzing the factor of the geology,the mining cost,the mining efficiency of open-pit coal mine with spontaneous combustion and the properties of explosive materials,the safety firewall was put forward from three aspects,including controlling high-temperature surroundings,improving the heat resistance properties of explosive materials and shorting the indwelling time of explosive materials in blasting-holes.Secondly,by discussing the construction process of high temperature blasting,the key method was considered to prepare special measures,and to strengthen the operation & quality standard of ignition circuit and charging.Finally,the safety measures and the technology requirements were implemented to the site organization and management.Practice shows that the efficient high temperature blasting operation can be performed by the standardization of safety measures,construction technology and organization management.

Key words:opencast coal mine; high-temperature blasting; coal spontaneous combustion; safety measures;construction technology; construction organization

doi:10.3963/j.issn.1001-487X.2016.02.029

收稿日期:2016-05-18

作者簡介:崔曉榮(1980-),男,博士、高級爆破工程師、研發(fā)總監(jiān),從事現(xiàn)代爆炸技術(shù)與安全工程研究,(E-mail)smile66_cui@163.com。

基金項目:廣東省產(chǎn)學(xué)研合作院士工作站項目(2013B090400026)

中圖分類號:TD235.1

文獻標(biāo)識碼:A

文章編號:1001-487X(2016)02-0149-06

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