高溫硫化區(qū)深孔爆破技術分析

張兵兵，張崗濤，張繼云

(宏大爆破有限公司，廣州510623)

露天礦開采期間，受地質構造及礦體賦存環(huán)境等因素影響，在某些區(qū)域存在高溫區(qū)。當高溫區(qū)內的炮孔溫度大于60℃時，一般認為屬于高溫孔范疇。為了更為有效地回收高品位礦石，高溫區(qū)域需要及時進行安全有效的處理。目前，許多專家學者對高溫孔爆破進行了較多的研究。崔曉榮[1]分析了露天煤礦高溫炮孔的存在情況，并分析了接觸式與非接觸式測溫儀的結構組成，有助于確定高溫孔的溫度，為指導高溫孔爆破提供了依據。此外，崔曉榮[2]認為控制爆破孔溫度、改善爆破器材耐高溫性能及優(yōu)化爆破施工工藝是保證高溫孔爆破安全的重要前提。鄭克明[3]將高溫孔進行了分類，主要分為正?？住⑻摿靠缀涂斩纯?類；在考慮降溫的時間效應情況下，給出了各自的降溫措施，有助于高溫孔的安全作業(yè)。劉美[4]針對采空區(qū)高溫情況，采用三相泡沫降溫技術與注水灌漿技術相結合的措施，成功地將采空區(qū)內部溫度降至安全范圍，且作用效果明顯。段君杰[5]通過向高溫硫化區(qū)內炮孔注入飽和石灰水，有效地降低了高溫孔的溫度，并制定了合理的爆破措施。蔡建德[6]對爆破器材高溫條件下的安定性進行了試驗研究，采用反程序爆破技術，確保了高溫孔爆破作業(yè)的安全性。

以上的研究主要是針對煤層自燃引起的高溫情況，而對高溫硫化區(qū)的處理方面，研究相對較少。所以，對高溫硫化區(qū)高溫爆破技術的分析，有著一定的實際意義。

1 高溫硫化區(qū)的產生機理

露天金屬礦的某些區(qū)域富含硫、銅硫礦等，受硫自燃或地質構造的影響，硫礦在特定的條件下可發(fā)生化學反應，生成較高溫度且具有揮發(fā)性的SO2。SO2從孔底向地表涌現，表現為白霧狀且有刺鼻性味道；當被施工作業(yè)人員呼入體內，將會對人體器官的某些功能產生不利影響；此外，高溫硫化區(qū)的存在，對現場安全生產及施工管理等都極為不利，需要制定現場警戒區(qū)域，極大地浪費了人力、物力。由于受孔內高溫的影響，普通的硝銨炸藥可能發(fā)生熱分解，難以保證炸藥的性能。故在開采高溫硫礦時，爆破安全工作需要進行極為周密的設計。

2 高溫硫化孔的測溫裝置

目前對高溫孔的溫度測量儀器主要分為接觸式與非接觸式兩大類[1]。

2.1 接觸式測溫儀

接觸式測溫儀在高溫孔內的測溫原理是：其內部的測溫元件與高溫孔內的巖壁進行長時間的熱交換，從而達到熱平衡，進而測出高溫孔內部的溫度。目前，在接觸式高溫測量中使用較多的是熱電偶測溫。裝置的優(yōu)點在于：結構簡單可靠且測量精度高；但由于裝置的固有特點，使得在測量高溫時，存在一定的延遲作用，且該裝置不適用于極高溫度的測量。

2.2 非接觸式測溫儀

非接觸式測溫儀在高溫孔內應用熱輻射原理，依靠高溫孔內巖壁表面的熱輻射強度與溫度的關系進行測溫。目前，在非接觸式高溫測量使用較多的是紅外測溫儀。優(yōu)點在于：該裝置的溫度測量量程大，對高溫孔的測溫速度快；但受高溫孔壁介質的發(fā)射率、孔深和高溫狀態(tài)的SO2的影響，存在一定的溫度誤差。

通過對以上兩類測溫儀的分析，并結合高溫硫化區(qū)孔內溫度的特點，認為選擇非接觸式測溫儀中的紅外測量儀更為合理。其不需要送入孔內測量，省去了許多的施工限制，且適用范圍廣；對于測溫的誤差問題，可通過提前標定并在不同時間段的多次測量，來降低其影響。

3 高溫孔的降溫處理技術

目前，在礦業(yè)領域的降溫處理措施主要有孔內注水降溫、注漿滅火技術、注凝膠滅火、三相泡沫防滅火等。

3.1 煤體自燃的防滅火技術

孔內注水降溫技術利用巖體的天然或者人為裂隙進行滲透，對煤層自燃的降溫有一定的作用。但對高溫硫化孔的處理，實用性不高。因為SO2可能在高溫下與水發(fā)生反應而形成硫酸，其具有強腐蝕性，對人體健康的威脅極大。

注漿滅火通過向孔內注入漿液，由于漿液的密封作用，使之達到隔絕空氣的目的，從而實現降溫。但若在高溫硫化孔內注漿，使得裝藥的難度急劇增加，對后期的爆破處理將產生不利影響。

注凝膠滅火是利用由基科A和促凝劑B按一定比例配制成的水溶液，在煤體中可快速凝結成膠體，從而對煤體形成有效包裹，達到隔絕空氣的效果[7]。其具有滅火速度快、安全性好及火源復燃性低的優(yōu)點。但在高溫硫化區(qū)的應用較少，處理效果難以保證。

三相泡沫防滅火技術采用三相泡沫這種集固、液和氣特性的新型材料，其在較長時間內可保持穩(wěn)定狀態(tài)[8]。當泡沫破碎后，可有效吸附在煤體表面，從而避免煤體繼續(xù)氧化，較好地降低了煤體自燃的可能性。但高溫硫化區(qū)的形成與煤體自燃機理并不相同，三相泡沫材料對高溫硫化區(qū)的降溫效果并不理想。

3.2 高溫硫化區(qū)的降溫措施

基于高溫硫化區(qū)SO2含量較高的特點，可嘗試采用飽和石灰水溶液處理。因為飽和石灰水溶液在溫度一定時，可與SO2產生化學反應，生成亞硫酸鈣，進而形成沉淀現象；且該過程為吸熱反應，可較好地帶走孔內高溫，實現孔內降溫的目的，有助于消除SO2的不利影響，故對高溫硫化區(qū)的處理更為適用。

4 深孔爆破處理的注意事項

考慮到高溫硫化孔的溫度較高，爆破所用的炸藥及相關起爆器材應在較長時間內可抵御高溫。普通的銨油炸藥在高溫狀態(tài)易產生熱分解，故炸藥的爆破性能難以保證。而乳化炸藥既抗水又耐高溫，對高溫孔的處理較為有利。受孔內高溫的影響，導爆管在孔內易融化且爆速較低，阻礙了爆轟波的有效傳遞。而導爆索爆速可達6 500 m/s，在高溫狀態(tài)下幾個小時內仍能保持完整狀態(tài)，可有效保證爆破的正常進行。

在進行裝藥前，先對高溫孔進行降溫處理，向孔內注入飽和石灰水，可在一定程度上吸收孔內熱量，注入一段時間后，用測溫儀進行再次測量，最好使得溫度降至60 ℃以下，確保作業(yè)環(huán)節(jié)的安全。在開始裝乳化炸藥前，需要做好所有的準備工作，包括無關人員的快速撤離、炸藥的準確分配、填塞材料的準備等。導爆索長度應大于孔深1 m以上，在導爆索的端部連接導爆管雷管。

以上程序完成后，每個孔旁均需安排熟練的爆破員進行裝藥，藥包應有條不紊地填入高溫孔內，避免出現孔內堵塞情況。為了保證起爆網絡的可靠性，采用大把抓的連網方式。為了防止填塞后，孔內高溫持續(xù)增高，在保證填塞質量的前提下，應采用巖粉等材料進行快速填塞。要確保裝藥、填塞及起爆網路連接的可靠性，并盡可能縮短施工時間[9]。

5 工程實踐

大寶山多金屬礦北部649平臺存在小范圍的高溫硫化區(qū)，賦存的硫礦品位較高，為了確保安全生產及避免資源的不必要浪費，需要進行盡快回收處理。其底部存在640平硐，作業(yè)環(huán)境十分復雜，需要有效地控制爆破振動的影響。

基于此，對該區(qū)域的9個高溫孔進行了深孔爆破處理，設計的最小抵抗線為4 m，孔網參數為6 m×4 m，為了減少底部巖石的夾制作用，超深為1.5 m；采用Φ110 mm的乳化炸藥，連續(xù)裝藥且填塞長度為4 m。相應的深孔爆破參數如表1所示。采用大把抓連接方式，為了控制爆破振動對640平硐的影響，采取逐孔爆破。起爆網絡如圖1所示。

圖1 起爆網路設計圖Fig.1 Design diagram of detonation network表1 深孔爆破的相關參數Table 1 Related parameters of deep-hole blasting

孔號設計孔深/m驗孔深度/m單孔藥量/kg填塞長度/m1#14.514.2111.74.02#14.614.4114.24.03#14.814.6116.34.04#14.614.6116.74.05#14.314.0110.54.06#14.214.1111.24.07#14.314.0109.84.08#14.113.9108.54.09#14.214.0110.54.0

未進行爆破前，采用紅外測溫儀對9個高溫孔的炮孔底部、側壁及炮孔端口等位置的溫度進行了

測量，發(fā)現孔內溫度均高于60℃，且在炮孔底部可達100℃以上。故需要采用有效的降溫措施，使孔內溫度控制在60℃以下。基于此，采用飽和石灰水進行了一定時間的降溫處理，保證了孔內溫度不至于過高。裝藥采用Φ110 mm的乳化炸藥，孔內用導爆索連接，外部連接導爆管雷管，導爆索外露1.2 m；提前準備好不含硫的巖粉狀填塞材料，將裝藥、填塞及起爆網絡連接時間控制在20 min內。

起爆后，經現場檢查發(fā)現：高溫硫化區(qū)炮孔均全部按設計起爆，無因高溫出現的盲炮情況；爆堆穩(wěn)定性良好，大塊率較低，有利于后期挖運。成功地消除高溫硫化區(qū)的影響，為該區(qū)域的安全生產提供保證。

6 結論

1)高溫硫化區(qū)是硫在高溫作用下形成的，對人體健康及施工作業(yè)均存在安全隱患，需要進行有效處理。對測溫儀及降溫措施進行了介紹，認為飽和石灰水更有助于改變高溫硫化孔的現狀。

2)給出了高溫硫化區(qū)爆破設計的注意事項，并在大寶山北部649平臺的9個高溫硫化炮孔進行了現場試驗，試驗效果證明，合理的爆破設計可較好地消除高溫硫化區(qū)的不利影響。