硅錳冶煉爐爐底凝結(jié)物拆除控制爆破

龍昌軍 農(nóng)青鳳 梁建銘 宋其程

(廣西金建華爆破工程有限公司)

硅錳冶煉爐爐底凝結(jié)物拆除控制爆破

龍昌軍 農(nóng)青鳳 梁建銘 宋其程

(廣西金建華爆破工程有限公司)

爐底凝結(jié)物在高溫拆除過程中存在非常大的風(fēng)險，而生產(chǎn)企業(yè)為了盡快恢復(fù)生產(chǎn)，停爐淋水降溫15 d后即要求用爆破法拆除凝結(jié)物，民用爆破器材特別是普通工業(yè)雷管在高溫條件下易發(fā)生早爆、自爆，而導(dǎo)爆管超過40 ℃后即熔融，采用金建華公司生產(chǎn)的瞬發(fā)電雷管，并進(jìn)行高溫試驗，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，實施高溫拆除爆破，提前完成拆除任務(wù)，獲得了滿意的效果。

高溫 凝結(jié)物 瞬進(jìn)電雷管 隔熱防護(hù)

必晟礦業(yè)有限公司冶煉廠由于冶煉爐底部硅錳水凝結(jié)，無法正常生產(chǎn)，需要停產(chǎn)檢修，雖然經(jīng)過了幾天的冷卻，但凝結(jié)的硅錳塊溫度仍高達(dá)400 ℃。由于硅錳塊溫度高，有可能使裝入炮孔內(nèi)的爆破器材產(chǎn)生自燃、自爆。為盡快處理硅錳凝結(jié)物，恢復(fù)生產(chǎn)，采用高溫爆破技術(shù)和控制爆破技術(shù)，順利完成爆破作業(yè)，達(dá)到預(yù)期目的。

1 工程概況

必晟礦業(yè)有限公司擁有4臺25 000 kVA礦熱爐，礦熱爐在生產(chǎn)過程中，爐壁和爐底會產(chǎn)生大量的高溫凝結(jié)物，每生產(chǎn)一段時間后，需停爐清除。此次需爆破清除爐底凝結(jié)物的1#礦熱爐位于生產(chǎn)區(qū)廠房底層，外層為鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)，呈圓柱形，高約5 m,直徑約10 m，有4個2.5 m×2 m投料與翻料口，且均有鋼質(zhì)防護(hù)門。四周有很多廠房立柱，距礦熱爐最近的約5 m；北面20 m處為廠房；西面35 m處為2#礦熱爐；正南方向15 m處為半成品包裝廠房，200 m處為辦公樓；東面約4 m處為翻礦用機(jī)械設(shè)備，約30 m處為進(jìn)廠道路；二樓西北方向約5 m處為電力控制室。爆破周圍環(huán)境及警戒示意見圖1。

2 爆破方法選擇

為確保礦熱爐爐底凝結(jié)物拆除工程安全、快速進(jìn)行，并保護(hù)爐體不受破壞，必須根據(jù)周圍環(huán)境、礦熱爐結(jié)構(gòu)、凝結(jié)物性質(zhì)、工期要求確定出合理的、切實可行的控制爆破方案。

爐底凝結(jié)物厚約3 m，以硅錳合金為主要成分，爐渣的單軸抗壓強(qiáng)度大，屬難爆破介質(zhì)，由于爐底凝結(jié)物在鉆孔和裝藥爆破過程中炮孔溫度都比較高，為預(yù)防早爆的發(fā)生又能使爆破達(dá)到預(yù)期的效果，爆破鉆孔孔深不宜超過1.2 m，孔徑則以40～42 mm為宜。

圖1 爆破周圍環(huán)境及警戒示意

根據(jù)爆區(qū)環(huán)境調(diào)查并結(jié)合爆破安全規(guī)程的相關(guān)規(guī)定，冶煉爐殘留物拆除可采用爆轟撕裂法及爆破劈裂法，淺孔爆破劈裂法具有鉆孔工作量小、爆破速度快、成本低、效率高和工期短的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)本次爆破特點(diǎn)，生產(chǎn)單位停爐時在爐底部正南方向已切割有一2 m×2 m出渣口，決定采用淺孔梯段劈裂法控制爆破方案。礦熱爐剖面見圖2。

圖2 礦熱爐剖面(單位:m)

3 雷管高溫試驗

金建華公司對自產(chǎn)的瞬發(fā)電雷管進(jìn)行了6次高溫試驗，每次試驗5發(fā)，將電雷管成品放入金屬防護(hù)罩內(nèi)放入100 ℃烘箱烘4 h，未出現(xiàn)電雷管爆炸，但雷管腳線絕緣層軟化后粘在一起，取出試驗產(chǎn)品再進(jìn)行通電起爆試驗，所有試驗品完全爆炸。

在現(xiàn)場測量每個炮孔的溫度，并選取溫度最高的幾個炮孔及150 ℃以下的幾個炮孔進(jìn)行雷管高溫試驗，每個溫度段按有隔熱防護(hù)與無隔熱防護(hù)各試驗2個炮孔，共試驗3次，試驗時長為10 min，試驗結(jié)果見表1。

表1 電雷管高溫試驗結(jié)果

注：在現(xiàn)場雷管高溫試驗時，爆破員將綁在木棍上的2發(fā)雷管分別放入2個炮孔內(nèi)，從樓梯爬出礦熱爐并關(guān)好防護(hù)鋼板門的時間為9 s，從裝藥到爬出礦熱爐的時間約5 s。

4 爆破參數(shù)設(shè)計

4.1 梯段高度

梯段高度是劈裂法爆破工程的重要參數(shù)之一，直接影響到拆除爐渣的效率、鉆孔爆破的次數(shù)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和爆破作業(yè)安全。結(jié)合現(xiàn)場爐渣性質(zhì)特點(diǎn)及凝結(jié)物厚度，梯段高度以0.6～1 m為宜，根據(jù)現(xiàn)場試爆，梯段高度取0.8 m。

4.2 孔徑與底盤抵抗線W

采用φ42 mm鉆頭，垂直鉆孔。

底盤抵抗線W計算公式：

W=(0.4～1.0)H ，

(1)

式中，H為梯段高度，0.8 m。

計算得出底盤抵抗線W=0.32～0.8 m，取0.3 m。

4.3 孔深L

孔深L計算公式：

L=h+H ，

(2)

式中，h為超深，h=6D，D為炮孔直徑，m；H為梯段高度，0.8 m。

計算得出超深h=0.252 m；孔深L=1.052 m，實取1 m，用1.2 m鉆桿鉆孔即可。

4.4 孔距a和排距b

采用梅花形布孔，寬孔距，小抵抗線。為確保爆破效果，取排距b等于底盤抵抗線，即b=0.3 m。

孔距a計算公式：

a=2b ，

(3)

計算得出孔距a=0.6 m。

4.5 炸藥單耗q與單孔裝藥量Q

單位炸藥消耗量根據(jù)爆破介質(zhì)性質(zhì)、臨空面以及裝藥方式不同有較大差異，淺孔爆破單耗q=1.0～2.0 kg/m3；為保證順利爆破清除爐底殘留物，又不損壞設(shè)備，爆破炸藥單耗q取1.65 kg/m3。

單孔裝藥量Q計算公式[1]：

Q=qv ，

(4)

式中，q為單位炸藥消耗量，kg/m3；v為單孔爆破的爐結(jié)物體積，v=aWL，0.18 m3。

計算得出單孔藥量Q=0.297 kg，實取0.3 kg。

4.6 裝藥結(jié)構(gòu)與堵塞

采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)(圖3),由于爆破體的炮孔溫度很高,多在150～400 ℃,爆破器材雖然做了防熱處理，但仍不能確保早爆事故的不會發(fā)生。為確保爆破效果，經(jīng)過多次現(xiàn)場不堵孔試爆，孔網(wǎng)參數(shù)調(diào)整為0.6 m×0.3 m，臺階高度H取0.8 m，單孔藥量增至300～400 g(根據(jù)現(xiàn)場凝結(jié)物材質(zhì)結(jié)構(gòu)不同)后爆破達(dá)到較滿意的效果，爆破亦未對周邊設(shè)備造成損壞，因此，決定采用不堵塞爆破[1-2]。

圖3 裝藥結(jié)構(gòu)

4.7 起爆網(wǎng)絡(luò)

采用φ35 mm乳化炸藥,半秒電雷管和導(dǎo)線，MF-100型發(fā)爆器起爆。爆破點(diǎn)周圍附近為建(構(gòu))筑物，所以必須控制最大一次起爆藥量，當(dāng)一次起爆藥量較大時宜采用孔內(nèi)分段延期起爆網(wǎng)絡(luò)。因此，采用串聯(lián)電爆起爆網(wǎng)路，并根據(jù)最大一次起爆藥量嚴(yán)格控制一次爆破的孔數(shù)。

4.8 爆破振動

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2003)及周圍爆破環(huán)境特點(diǎn)，由于高爐低于電力控制室且為鋼結(jié)構(gòu)，根據(jù)最大單響藥量Q＇計算公式[1-3]：

Q＇=R3(V/K)3/α，

(5)

式中，V為保護(hù)對象質(zhì)點(diǎn)允許振動速度，4.5 cm/s；R為爆心至建筑物的距離，5 m；K，α分別為與爆破點(diǎn)至保護(hù)對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》，本次爆破取K=80,α=1.5。

計算得出最大單響藥量Q＇=0.395 kg。爆破時根據(jù)現(xiàn)場情況及爆破試驗結(jié)果調(diào)整一次起爆藥量，這樣能更有效控制單次齊爆破產(chǎn)生的爆破危害。

因爐內(nèi)凝結(jié)物溫度高，為確保爆破施工人員在爆破裝藥過程中的安全，進(jìn)入爐內(nèi)爆破作業(yè)人員控制在1～2人，以便裝藥完畢后以最快速度撤離，每次起爆孔數(shù)不超過2個炮孔，因此，最大一次起爆藥量不會超過允許藥量。

5 爆破安全防護(hù)措施設(shè)計

5.1 爆破防護(hù)措施

礦熱爐凝結(jié)物爆破清除過程中主要的危害是熾熱的爆破飛濺物、爆炸沖擊波以及早爆等。

(1)爆破時會產(chǎn)生少量飛濺物，由于4個投料口有防護(hù)鋼門,主要在爐壁開口處及距開口約5 m處各掛雙層鋼絲防護(hù)網(wǎng)及3～4層防墜網(wǎng)，可以把大部分飛散物擋在爐膛內(nèi)，達(dá)到防護(hù)目的。

(2)由于爆破在爐內(nèi)且低于電力控制室、人員撤至安全距離外，因此不考慮爆破沖擊波的影響。

(3)裝藥前除爆破員進(jìn)出的2個料口，其余料口先將鋼質(zhì)門關(guān)緊，提前按要求做好料口的防護(hù)措施，并確保爐體內(nèi)水蒸氣濃度和溫度不會對施工人員造成傷害。

(4)施工及爆破期間應(yīng)做好警戒工作，所有人及設(shè)備必須全部撤離至安全警戒范圍以外。

(5)根據(jù)現(xiàn)場炮孔高溫雷管試驗結(jié)果，此次爆破炮孔最高溫度為350 ℃，在正式爆破時由2名爆破作業(yè)人員分別從2個投料口進(jìn)入爐內(nèi)裝藥，必須在10 s內(nèi)完成裝藥并撤出關(guān)好門。在進(jìn)入爐內(nèi)裝藥前將已裝好的起爆藥包連接在已短接的主起爆線上，裝藥人員裝完藥爬出投料口關(guān)門時，立即將主起爆線連接到起爆器并充電，防護(hù)門關(guān)好馬上起爆,整個過程在12 s內(nèi)完成。

(6)每次爆破只能有2名有經(jīng)驗且動作麻利的爆破員裝藥，每次每人最多只能裝2個炮孔，只要有一名爆破員裝藥完成，另一名無論是否裝藥完成都必須同時撤離現(xiàn)場。

(7)爆破員撤離到安全地點(diǎn)的通路必須暢通無阻。

5.2 安全隔熱措施

(1)距離裝藥時間較長的條件下可向高溫凝結(jié)物表面淋水、炮孔注水及鼓風(fēng)降溫，盡量使凝結(jié)物溫度降到100 ℃以下；但準(zhǔn)備裝藥時不可進(jìn)行表面淋水和炮孔注水，因為炮孔內(nèi)溫度很高，注水后會產(chǎn)生大量的水蒸氣，對施工人員造成傷害，因此，爆破前不宜用水降溫，只可鼓風(fēng)降溫。

(2)裝藥前現(xiàn)場用無防護(hù)及有防護(hù)的雷管做耐高溫試，記錄好每次的試驗結(jié)果，并根據(jù)雷管自爆時間實施爆破作業(yè)。

(3)按試驗結(jié)果確定制作隔熱起爆藥包，即將藥包用石棉布包纏2～3層后敷上一層耐火水泥，起爆雷管的腳線也包纏2～3層石棉布(包纏長度至露出炮孔),然后裝入耐熱PVC管(PVC管硬度適中容易放入炮孔)，管的兩頭用耐火水泥封堵。

6 爆破效果

此次高溫凝結(jié)物爆破雖然采用不堵孔爆破方式，但仍達(dá)到了預(yù)期的爆破效果，提前完成了凝結(jié)物拆除工作，爆破過程中除有個別很小塊凝結(jié)物飛出第二道防護(hù)網(wǎng)外，大部分飛散物落在爐膛內(nèi)，剩余部分落在第二道防護(hù)網(wǎng)內(nèi)。從此次爆破效果看，高溫凝結(jié)物拆除爆破在較高的溫度下只要經(jīng)過現(xiàn)場試驗及精心設(shè)計，在不堵孔的情況下仍可達(dá)到較好的爆破效果，多掛幾層防墜網(wǎng)可達(dá)到滿意效果，其成本遠(yuǎn)低于膠質(zhì)皮帶，又易于施工。

7 結(jié) 語

此次高溫凝結(jié)物拆除爆破，結(jié)合隔熱防護(hù)電雷管高溫試驗結(jié)果，控制單次起爆孔數(shù)，不堵孔，達(dá)到較滿意的拆除爆破效果，也保障了施工人員的安全。采用防墜網(wǎng)與普通鋼絲網(wǎng)防護(hù)飛散物，達(dá)到了與膠質(zhì)皮帶相同的防護(hù)效果，且成本顯著；藥包隔熱防護(hù)采用外包耐熱PVC管替代慣用的黃泥包裹外層，不但起到了一定的隔熱效果，而且裝藥較容易。此次高溫凝結(jié)物拆除爆破的成功經(jīng)驗對類似工程爆破具有一定的借鑒意義。

[1] 汪旭光.爆破手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

[2] 劉殿中,楊仕春.工程爆破實用手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2003.

[3] 車文彩.爆破技術(shù)[M].北京：軍事誼文出版社，1994.

2015-07-01)

龍昌軍(1973—)，男，經(jīng)理，工程師，533000 廣西自治區(qū)百色市右江區(qū)建華路8號。