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露天煤矿高温火区爆破安全技术分析

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摘要:

煤炭是能源的重要组成部分,煤炭开采过程是否可以高效安全的开展直接关系到煤炭生产的效率和产量。针对不同的实际情况选择合理的采煤工艺可以极大地提高采煤生产过程的效率,简化采煤过程的复杂程度,提高煤炭生产量。本文在对采煤工艺进行介绍的基础上,对如何选择采煤工艺进行分析。

关键词:

露天煤矿;高温火区;爆破;安全技术

露天煤矿在开采当中,由于辐射范围广,并且是在地面进行爆破工作,所以容易扩大高温火区爆破范围,使矿区周围建筑及施工人员受到伤害。

1国内露天煤矿高温火区爆破现状

我国由于地理和自然气候的原因,煤炭资源贮存较丰富,尤其是在内蒙古、宁夏、山西等北方地区,由于煤层埋藏较浅,开采采用大型露天煤矿。由于国内多数露天煤矿覆盖层硬度较大的原因,开采前将覆盖层剥离煤层的工作难度较大,一般会用深孔松动爆破或者定向抛掷爆破的方式才能完全剥离覆盖层。在覆盖层的爆破剥离过程中,由于煤层燃烧会造成高温火区对深孔爆破的安全性的巨大威胁。特别是炸药在爆炸当中,当雷管和引爆索在燃烧时会产生一定的热感度,如果火区燃烧产生的高温使得炸药达到爆炸温度后,会立刻发生爆炸反应。即使没有达到爆破的温度,起爆器受到高温还是能将炸药产生热分解而失去爆破性,影响爆破作业的整体效果。这些将爆未爆的雷管和引爆索在搁置期间会为矿区埋下安全隐患。

2高温火区爆破安全技术措施

爆破安全技术措施是根据露天煤矿开采中存在的几类常见的安全隐患归纳的,分别为高温火区灭火技术、耐高温爆破器和防护材料的选择及高温火区爆破技术规范三大类。

2.1高温火区灭火技术

爆破安全要从源头做起,对高温火区采取相应的治理措施才是保障爆破本质安全的最好也是最快的方式,这种方式能够彻底将火源消灭。灭火技术根据露天煤矿区域大小及地表覆盖硬度,可分为地表覆盖、钻孔注浆、剥离灭火及多元化灭火方式。

(1)地表覆盖技术。这种方式是直接将开采区域内的黄土填埋到高温火区的地表裂缝和采空废气的矿井当中,将火区与空气当中的氧气隔绝,最终使得火源燃烧窒息。但是这种方式工程量较大,灭火过程比较长,所以无法单独使用。

(2)钻孔注浆比较简单,就是直接将水和黄土或者其余的能够阻燃的材料按照一定的比例混合后,支撑重量和流动性都适宜的浆状液体,运用输浆泵通过管道灌注到地表裂缝中,或者利用采矿钻孔直接注入发火煤层带中。当浆状液体注入地表裂缝或者发火煤层时,液体通过自身的流动性将沉淀阻燃物质带到燃烧区域填充后包裹浮煤,起到隔绝氧气,堵塞漏缝的作用,液体中的水分也能对自燃的煤炭进行冷却散热。采用此方法灭火时,浆状液体的阻燃材料的选择应该满足以下条件:如采用的是黄土,那么其黏土颗粒直径不能大于2mm,黄土中所含的细小颗粒应占据总量的74.1%且直径不大于1mm;然后浆状液体的密度一般为2.43g/m3~2.88g/m3,且脱水性和稳定性较好。浆状液体在填漏和包裹浮煤时渗透性强,阻燃材料较为普遍,最好能够就地取材。

(3)剥离灭火技术主要是在煤矿高温火区强注水,灭火时将剥离台和注水装置分开,对着高温火区从下往上分台阶剥离,直至挖除火体。这种方式在于能够彻底有效地灭火,对露天煤矿环境没有过多要求。但是此技术流程较为复杂,灵活性差,投资较大,只能针对火源埋藏较浅的煤区使用,对于火源埋藏较深或者高温火区范围较大的火体,操作性不强,成本也高。

(4)多元化灭火就是将上述灭火技术相互结合,分阶段扑灭高温火区火体。这种方式适用于露天煤矿开采地势较为复杂、火势大、蔓延快,不易施工等矿区,尤其是对缺少砂土或者水源的地势管用。针对这些地方的灭火,就需要遵循就近取材、安全可靠、技术适宜、快速高效的原则进行。在灭火过程中,技术人员应该根据矿区的地势地貌、周围环境及火势蔓延程度等问题,考虑采用哪种技术进行施工。比如火体在地表燃烧时,可以先剥开火源然后注水降温(温度降至80℃左右即可),再用浆状液体充填。如果火体燃烧较深,还是先剥开浅层覆盖部分,让燃烧表面形成一个具备钻孔覆盖的场所。如果剥离方式已不可取时,只能采取钻孔注浆的方式,钻孔时需要在已燃烧的煤层顶板上部,如果离煤层顶板过远注浆会难以快速到达火源,同时浆体在流动的过程中会受到高温的影响水分蒸发,不能产生流动和冷却的作用。如果钻孔较深,位于煤层底板处,那么液体流入底板后会造成浆液流失,做无用功。除了高温火区的地表裂缝和燃烧煤层需要灭火外,还有矿区内采空废气的矿井小窑需要进行处理。最适宜的方式就是用黄土和水混合进行灌注填充,既能避免采空矿井坍塌陷落,也能防止遗留煤层燃烧。当然,如果矿区内的黄土匮乏的情况下,也可以寻找其他比较经济合理的阻燃材料,比如粉煤灰、细沙等都可。

2.2耐高温爆破器材及防护材料优化选择

保证高温火区爆破安全的技术除了灭火外还可以从爆破原材料上进行优化,避免出现安全事故。这种安全技术主要是将爆破温度控制在可爆破的温度下,并用降温的方式让其维持在这个范围内,从而达到安全爆破效果。炸药原料的选择要满足高强的耐热性。目前,国内最新的耐热强度高的炸药有PCS22’、44’、66’2、六硝基二笨砜等,此类炸药可以在200℃高温下正常替代常规炸药,被广泛应用与航天、核技术当中。但此类炸药成本较高,并不能广泛地使用在对炸药消耗巨大的露天煤矿爆破中。所以,在大型露天煤矿高温火区的爆破中,一般采用铵油、铵梯、乳化炸药。比如在某次露天煤矿爆破中,将火区的温度控制在80℃后,三种炸药都可以正常引爆。但在经过四小时的爆破降温后,桉油爆破速度下降最快,因为桉油在爆炸中吸湿性较高,炮孔经过注水降温后严重制约了使用效果;而铵梯在使用过程中,由于含有敏化剂导致环境污染,对人体健康产生伤害。乳化炸药则可以在130℃高温条件下正常爆破六小时才会失去效用,但速率会略微降低。因此,在大型的露天煤矿高温火区爆破中,选用抗水性较好的乳化炸药能够保证爆破的安全性。起爆器一般会选用电雷管和引爆索,但是经过实践验证,这两类器材在高温火区的爆破中,引爆索比电雷管的安全性更高,尤其是在高温条件下,电雷管的保护覆盖在高温环境中发生塑料连接套膨胀变形甚至熔化,甚至脚线也会出现脱落的现象,并且电雷管不能承受130℃的高温,直接发生自爆。引爆索在130℃的高温环境下,受热段虽不能正常起爆,但是不会产生自爆,相对较为稳定,并且在起爆操作时更为简单,为高温火区的爆破缩短时间,保证技术人员的安全性。后期的降温注水对其产生的影响不大,耐水性好能够在注水炮孔环境中正常使用。防护材料必须选用耐高温、防水性好、经济环保的材料。目前,国内使用最多的就是隔热PVC管、石棉或者海泡石等材料。其中海泡石因为能够在内外温差为100℃甚至以上的情况下正常防护,并且价格较低,所以被广泛采用。

2.3高温火区爆破技术规范

在爆破工作前必须测量炮孔温度,并加以标记,装药前将孔清理干净,将药包编号和药剂量按照要求堆好,并对炮孔进行注水降温,使温度保持在80℃以下。注水后还要重新测量泡孔深度,避免出现岩石脱落变迁,及时调整药量。根据实际情况确定矿区内高温火区爆破的最大孔数,指定两名技术人员装填。常温孔和高温孔同时爆破时需要先装常温再装高温,并且时间不能过长。装完药孔后要及时填塞炮泥,确认密封性良好后即可起爆。如有堵孔应立即用炮杆处理,在2min内处理不了立即放弃该孔,撤离周围技术人员。

3结束语

由此可知,在处理露天煤矿高温火区爆破时,要保证其安全性,就需要从爆破的炸药成分、引爆器及源头灭火、温度控制和爆破技术上进行全方位的管控。

参考文献:

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作者:王广汉 郭瑞东 单位:山东能源集团枣庄矿业集团公司 准格尔旗金正泰煤炭有限责任公司

工程爆破杂志责任编辑:冯紫嫣    阅读:人次
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