楊茂森,李進(jìn)霞,岳玉剛,盛益明,柴修偉

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)公安廳,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051; 2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 應(yīng)急管理與安全工程學(xué)院,北京100083;3.烏海市公安局治安分局,內(nèi)蒙古 烏海 016000 ;4.包頭市公安局治安支隊(duì),內(nèi)蒙古 包頭 014036;5.武漢工程大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院,湖北 武漢 430073)

0 引言

淺埋煤炭資源在開發(fā)時(shí),由于煤層裸露于空氣中,往往存在煤層自燃現(xiàn)象。 在露天煤礦開采過程中,由于煤層的燃燒,該燃燒區(qū)域所形成的高溫火區(qū)在爆破過程中存在極其危險(xiǎn)的安全隱患,如炸藥在高溫情況下易發(fā)生自爆或熱分解,導(dǎo)爆管、雷管在高溫情況下失效易導(dǎo)致拒爆等。 張光權(quán)等[1]針對(duì)露天煤礦火區(qū)爆破發(fā)生的早爆事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并提出了技術(shù)措施。 王君霞[2]、何江[3]、王大鵬[4]等針對(duì)露天煤礦高溫區(qū)爆破的安全作業(yè)技術(shù)進(jìn)行了全面的研究和探索,實(shí)現(xiàn)了露天煤礦火區(qū)快速、安全爆破。 王思傑[5]、張加權(quán)等[6]針對(duì)火區(qū)作業(yè)環(huán)節(jié)的安全控制與監(jiān)管提出了具體措施。 此外,降低火區(qū)爆破炮孔溫度確定孔內(nèi)炸藥安全穩(wěn)定起爆也是確保火區(qū)爆破安全的重要措施,如束學(xué)來等[7]針對(duì)目前煤礦火區(qū)高溫爆破降溫方式進(jìn)行了全面的對(duì)比和分析,并在寧夏寧煤汝箕溝進(jìn)行了不同降溫方式的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐。 艾興等[8]詳細(xì)開展了液態(tài) CO2在露天高溫爆破鉆孔快速降溫的試驗(yàn)研究,證實(shí)了采用液態(tài) CO2對(duì)高溫爆破鉆孔降溫的可行性。 郭子如等[9]對(duì)耐熱型銨油炸藥進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究,研究發(fā)現(xiàn)炮孔溫度在80 ～150 ℃時(shí),耐熱型銨油炸藥能保持良好的爆炸性能,可滿足現(xiàn)場(chǎng)工程需要。 束學(xué)來[10]通過研究隔熱裝置的隔熱原理,對(duì)比分析隔熱材料的種類特點(diǎn),設(shè)計(jì)出隔熱裝置結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了火區(qū)爆破用炸藥的隔熱降溫。 關(guān)于火區(qū)煤礦的安全、高效爆破開采技術(shù),國(guó)內(nèi)學(xué)者積累了一定的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。 在實(shí)際施工過程中,由于現(xiàn)場(chǎng)管理等方面的原因,內(nèi)蒙古自治區(qū)曾發(fā)生過幾起火區(qū)爆破事故,通過分析事故原因,總結(jié)火區(qū)煤礦爆破的安全技術(shù)和措施,實(shí)現(xiàn)火區(qū)煤礦的安全爆破。

1 火區(qū)爆破安全事故

近年來,在內(nèi)蒙古自治區(qū)露天煤礦爆破過程中,由于作業(yè)人員的安全意識(shí)不強(qiáng),操作技術(shù)不規(guī)范或是爆破技術(shù)不得當(dāng)?shù)纫蛩貙?dǎo)致爆破事故接連發(fā)生。 例如:鄂托克旗棋盤井新勝煤礦“7·15”較大放炮事故,造成3 人死亡,3 人受傷;烏海市華銀三礦“11·12”爆破事故,造成1 人死亡,多人受傷。分析兩起爆破事故的原因,發(fā)現(xiàn)存在直接原因和間接原因兩個(gè)方面。

直接原因:①安全員違反操作規(guī)程;②爆破員未按規(guī)定攜帶配發(fā)的對(duì)講機(jī);③監(jiān)管員傳遞錯(cuò)誤指令,非現(xiàn)場(chǎng)指揮員擅自發(fā)布爆破指令,無關(guān)人員誤傳指令;④爆破員未聽從專職指揮員指令、未對(duì)起爆指令進(jìn)行安全確認(rèn);⑤在作業(yè)人員未撤出危險(xiǎn)區(qū)域的情況下提前起爆。

間接原因:①爆破公司生產(chǎn)技術(shù)管理存在缺陷,未按照《煤礦安全規(guī)程》及其他相關(guān)規(guī)定對(duì)高溫孔采取注水等降溫措施,縮短了裝藥和人員撤離的時(shí)間;②安全培訓(xùn)教育針對(duì)性不強(qiáng),考核機(jī)制不健全、不完善;③安全管理人員未盡到監(jiān)督管理職責(zé)。

通過對(duì)事故案例的分析,研究火區(qū)煤礦安全高效的爆破技術(shù)和安全管理措施,對(duì)提高火區(qū)煤礦的安全性具有重要意義。

2 火區(qū)爆破安全管理技術(shù)

2.1 高溫炮孔分區(qū)分孔管理

對(duì)內(nèi)蒙古自治區(qū)西部某火區(qū)煤礦炮孔溫度的測(cè)溫和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,同一個(gè)爆區(qū)炮孔內(nèi)溫度在60～230 ℃,差異較大。 通過采用挖掘機(jī)對(duì)部分炮孔進(jìn)行挖刨,觀測(cè)炮孔剖面發(fā)現(xiàn),210～230 ℃高溫炮孔與不適宜爆破的異常高溫區(qū)是貫通的,而60～70 ℃炮孔與不適宜爆破的異常高溫區(qū)沒有貫通,說明炮孔與不適宜爆破的異常高溫區(qū)貫通是炮孔溫度高的重要原因。

在高溫爆破實(shí)踐中將60 ℃以上高溫炮孔進(jìn)行分區(qū)分孔爆破管理,根據(jù)爆破工程實(shí)踐、爆破器材的耐熱溫度和注水降溫效果的溫度節(jié)點(diǎn),把火區(qū)分為5 個(gè)級(jí)別,見表1。

表1 溫度分區(qū)范圍

施工管理過程中,現(xiàn)場(chǎng)指揮1 人,每個(gè)炮孔2 人協(xié)同裝藥,采用導(dǎo)爆索-電雷管起爆法,孔內(nèi)導(dǎo)爆索起爆乳化炸藥,孔外電雷管串聯(lián)網(wǎng)路。 同時(shí)將安全警戒工序提至裝藥前,縮短裝藥至起爆的作業(yè)時(shí)間。 裝藥堵塞后,人員快速撤離。 不同溫度區(qū)裝藥至起爆時(shí)間、炮孔數(shù)目如下:①一級(jí):裝藥至起爆時(shí)間控制在1 h,炮孔數(shù)目控制在32 個(gè)以內(nèi);②二級(jí):裝藥至起爆時(shí)間控制在0.5 h,由于炮孔含有水分,溫度較高,采用乳化炸藥起爆,炮孔數(shù)目控制在21 個(gè)以內(nèi);③三級(jí):施工過程中,裝藥至起爆時(shí)間控制在10 min 內(nèi),炮孔數(shù)目不超過12 個(gè);④四級(jí):施工過程中,裝藥至起爆時(shí)間控制在5 min 內(nèi),炮孔數(shù)目不超過8 個(gè);⑤異常溫度區(qū)存在難降溫、回溫快等特點(diǎn),且在整個(gè)火區(qū)占的比例很少,故不進(jìn)行爆破。

2.2 耐高溫爆破器材及防護(hù)材料選擇

選用適合露天煤礦火區(qū)高溫爆破的主裝炸藥時(shí),不僅要考慮炸藥的耐高溫性能,還要考慮炸藥成本與起爆器材的匹配情況。 同時(shí),為滿足安全規(guī)程中藥包溫度不超過80 ℃的規(guī)定,對(duì)爆破器材進(jìn)行被動(dòng)隔熱保護(hù)也是必不可少的。

1)耐高溫炸藥的選擇:炸藥原料要有較強(qiáng)的耐熱性。 2,2′,4,4′,6,6′-六硝基二苯砜(PCS)等炸藥是目前國(guó)內(nèi)耐熱性能較好的炸藥,能替代常規(guī)炸藥在200 ℃高溫下正常使用,主要應(yīng)用于航天、核技術(shù),價(jià)格較高。 目前,在大型的露天煤礦高溫火區(qū)爆破中,抗水性較好的乳化炸藥在隔熱保護(hù)措施下基本能保證爆破的安全性。

2)耐高溫起爆器材的選擇:塑料導(dǎo)爆管雷管、電雷管與導(dǎo)爆索均廣泛應(yīng)用于常溫深孔爆破,但在高溫火區(qū)爆破中導(dǎo)爆索更加安全可靠。 塑料導(dǎo)爆管雷管、電雷管在高溫下會(huì)發(fā)生塑料連接套膨脹變形甚至熔化,腳線也可能脫落,且電雷管在130 ℃時(shí)會(huì)發(fā)生自爆。 在130 ℃高溫下取出導(dǎo)爆索,受熱端雖不能正常起爆,但用8 號(hào)雷管可以從導(dǎo)爆索未受熱端起爆,并能傳爆到受熱端并保持穩(wěn)定爆轟,未改變藥包的起爆能力。 此外,導(dǎo)爆索起爆網(wǎng)路比電起爆網(wǎng)路連接簡(jiǎn)單,可縮短現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)間[11]。 導(dǎo)爆索具有較好的耐水性能,可用于注水降溫后的火區(qū)炮孔。

3)隔熱防護(hù)材料的選擇:防護(hù)材料須選用耐高溫、防水性好、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的材料。 目前,國(guó)內(nèi)使用最多的是隔熱PVC 管、石棉或者海泡石等。 其中,海泡石因能夠在內(nèi)外溫差為100 ℃甚至以上的情況下正常防護(hù),且價(jià)格較低,被廣泛采用。

2.3 高溫火區(qū)爆破工藝優(yōu)化

高溫火區(qū)爆破工藝優(yōu)化主要采用注水降溫,目的是確保溫度降到80 ℃以下,并確認(rèn)溫度無大的變化后,才能開始作業(yè)。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果,二級(jí)溫度區(qū)炮孔注水降溫10 min 可以保證溫度在1 h 內(nèi)不高于80 ℃,三級(jí)溫度區(qū)炮孔注水降溫3 h 可保證15 min 內(nèi)炮孔溫度不高于80 ℃,四級(jí)溫度區(qū)炮孔注水降溫5 h 可保證炮孔溫度5 min 內(nèi)不高于80 ℃。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)規(guī)范化

1)在爆破作業(yè)前必須逐個(gè)測(cè)量炮孔溫度,并加以標(biāo)記。 裝藥前將炮孔清理干凈,將藥包按照編號(hào)和藥量堆好,對(duì)炮孔進(jìn)行注水降溫,使溫度保持在80 ℃以下。

2)注水后要重新測(cè)量炮孔深度,避免出現(xiàn)孔壁碎石脫落回填,及時(shí)調(diào)整藥量。 根據(jù)實(shí)際情況確定礦區(qū)內(nèi)高溫火區(qū)爆破的最大孔數(shù)。

3)常溫孔和高溫孔同時(shí)爆破時(shí),裝藥先裝常溫孔再裝高溫孔,且時(shí)間不宜過長(zhǎng)。 裝藥時(shí)發(fā)生堵孔應(yīng)立即用炮桿處理,在2 min 內(nèi)不能處理好應(yīng)立即放棄該孔,撤離周圍作業(yè)人員。

4)全部炮孔完成裝藥后,以最短時(shí)間填塞炮泥,確認(rèn)堵塞密封良好后即可起爆。 已裝入孔內(nèi)的炸藥如發(fā)生燃燒、冒煙等異?，F(xiàn)象,立即將所有人員撤離作業(yè)區(qū)。

2.5 強(qiáng)化施工監(jiān)管措施

堅(jiān)持落實(shí)爆破安全相關(guān)規(guī)定,在安全生產(chǎn)方面堅(jiān)持“誰審批、誰監(jiān)管,誰主管、誰監(jiān)管”原則,糾正“不批不管”“只批不管”“嚴(yán)批寬管”等問題,杜絕監(jiān)管盲區(qū)。 鄂爾多斯市公安局、應(yīng)急管理局和能源局聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于嚴(yán)格規(guī)范爆破作業(yè)安全管理的通知》,進(jìn)一步規(guī)范高溫火區(qū)、采空區(qū)爆破作業(yè),通過安全監(jiān)理、安全評(píng)估等措施,防范安全事故特別是較大事故的發(fā)生。

3 結(jié)語

火區(qū)煤礦高溫爆破過程中的風(fēng)險(xiǎn)隱患時(shí)刻威脅著現(xiàn)場(chǎng)爆破作業(yè)人員的安全,也制約著高溫火區(qū)煤炭資源的開發(fā)和利用。 通過分析已經(jīng)發(fā)生的火區(qū)爆破事故案例,結(jié)合高溫炮孔注水降溫技術(shù),從火區(qū)高溫炮孔分區(qū)分孔管理、優(yōu)化高溫炮孔爆破工藝、選取耐高溫爆破器材以及加強(qiáng)爆破施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理等方面提出一系列技術(shù)思路,提高了火區(qū)煤礦高溫爆破的安全性,為內(nèi)蒙古自治區(qū)內(nèi)的火區(qū)煤礦高溫爆破現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管提供技術(shù)支撐。