爆破技術(shù)在清除回轉(zhuǎn)窯內(nèi)高溫結(jié)瘤物的應(yīng)用實(shí)踐

肖 錦,黃東平,蔡建鑫,黃祖舟,鄧 剛

(攀枝花恒威爆破工程有限公司, 四川攀枝花617012)

1 工程概況

某公司有一座回轉(zhuǎn)窯(見圖1),窯直徑3 m,外壁加耐火磚厚度0.3 m,窯體長(zhǎng)46 m。該公司主要利用煉鐵中產(chǎn)生的高爐灰,通過(guò)回轉(zhuǎn)窯冶煉提取氧化鋅、還原鐵粉及部分建筑材料。由于回轉(zhuǎn)窯主要燃料為原煤,在生產(chǎn)過(guò)程中,由于受原煤質(zhì)量、配料方式、操作工藝等影響,造成窯內(nèi)溫度不均以致熱工藝紊亂,而且原煤中含有大量有害的酸氧化物和二氧化硫,因此在冶煉過(guò)程中在窯內(nèi)形成0.9 ～1.2 m 厚硫堿結(jié)瘤圈。該硫堿結(jié)瘤圈位于距離窯口10 m 左右的高溫區(qū),結(jié)瘤產(chǎn)生后如不及時(shí)處理,將減少窯內(nèi)有效容積、阻礙窯料下行、窯氣分布不均,甚至?xí)斐筛G體失穩(wěn),嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)并減少回轉(zhuǎn)窯的使用壽命。

由于硫堿結(jié)瘤物溫度高、硬度大、韌性強(qiáng),且窯內(nèi)空間狹窄,停窯時(shí)間不宜太長(zhǎng)。因此,為及時(shí)、有效、安全、徹底地清除結(jié)瘤,保證企業(yè)的正常生產(chǎn),如果具備人工或機(jī)械清除結(jié)瘤條件,則采用松動(dòng)爆破方式予以除瘤[1]。

圖1 回轉(zhuǎn)窯外觀圖

2 施工難點(diǎn)

本工程在施工過(guò)程中,存在下列施工難點(diǎn):

1)廠內(nèi)施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜,結(jié)瘤溫度高。若采用導(dǎo)爆管雷管起爆,則無(wú)法檢查起爆網(wǎng)路導(dǎo)通情況,出現(xiàn)盲炮,后續(xù)處理安全隱患巨大,故采用電雷管起爆法,但回轉(zhuǎn)窯外殼為鐵制易傳導(dǎo)雜散電流,窯區(qū)四周帶電設(shè)備多,安全風(fēng)險(xiǎn)大。

2)回轉(zhuǎn)窯爐內(nèi)硫堿結(jié)瘤物結(jié)構(gòu)復(fù)雜,而且位置、塊度和厚度不確定,爆破方式選擇困難。另外,爆破裝藥量很難控制,裝藥量過(guò)大會(huì)造成窯體結(jié)構(gòu)的破壞;裝藥量過(guò)小則達(dá)不到爆破除瘤的效果。

3)硫堿結(jié)瘤物具有溫度高、硬度大、韌性強(qiáng)的特點(diǎn),而且只有1 ～2 個(gè)自由面,夾制作用大,爆破條件差。同時(shí),爆破時(shí)必須采取一定的隔熱、降溫等措施來(lái)保證爆破施工的安全[2]。

3 爆破技術(shù)方案

窯內(nèi)除瘤爆破方法主要有淺孔松動(dòng)破碎爆破法和裸露藥包爆破振落法兩種。兩種爆破法適應(yīng)范圍如下:

1)淺孔松動(dòng)破碎爆破法:適用于面積、厚度較大以及窯內(nèi)下部的結(jié)瘤清除,該法是將經(jīng)隔熱防護(hù)加工好的藥包裝入鑿好的炮孔內(nèi),利用炸藥能量炸裂結(jié)瘤。

2)裸露藥包振落法:主要作為淺孔爆破法的輔助方法,適用于面積和厚度較小以及窯壁上部的結(jié)瘤清除。該法是將經(jīng)隔熱防護(hù)加工好的藥包綁扎在長(zhǎng)桿上,通過(guò)施工窗口投送至結(jié)瘤表面,支撐固定后,迅速撤離后起爆藥包,利用爆破沖擊波振落結(jié)瘤,來(lái)達(dá)到除瘤的目的。

根據(jù)本工程回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)硫堿結(jié)瘤物的形狀、厚度及位置等分布情況,本工程采用淺孔松動(dòng)破碎爆破法除瘤。具體做法:將回轉(zhuǎn)窯熄火一段時(shí)間,用氣焊將結(jié)瘤處燒出炮孔,鉆孔深度不超過(guò)硫堿結(jié)瘤物厚度的2/3,然后將經(jīng)隔熱防護(hù)加工好的藥包裝入炮孔內(nèi),采用松動(dòng)爆破技術(shù)破碎硫堿結(jié)瘤物。

3.1 爆破器材選取

1)炸藥:選用三級(jí)煤礦許用乳化炸藥,炸藥藥卷?30 mm,單卷重300 g;

2)雷管:選用1 ～5 段煤礦許用毫秒延期電雷管;

3)連接母線:選用耐高溫阻燃純銅芯電線;

4)起爆器:用200 型脈沖起爆器;

5)其他材料:石棉布、石棉繩、?70 mm 阻燃PVC 管、黃泥等。

3.2 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

爆破參數(shù)選擇是否合理,直接影響著爆破的安全以及爆破效果。

1)單孔裝藥量Q?？紤]硫堿結(jié)瘤物硬度大、韌性強(qiáng),因而選取的炸藥單耗q也應(yīng)較大。根據(jù)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),炸藥單耗(三級(jí)煤礦許用乳化炸藥)取2.0 ～2.5 kg/m3較為適宜。經(jīng)試爆后,確定單孔裝藥量為900 g,即每孔裝3 卷炸藥。

2)炮孔孔徑D?？紤]若單孔孔內(nèi)延米裝藥量偏小難以保證爆破效果,為安全起見又保證爆破效果,炮孔孔徑應(yīng)稍大,以保證裝藥量達(dá)到單耗要求,因此,炮孔直徑取80 ～90 mm。

3)炮孔間距a。a為 5 ～ 10 倍炮孔直徑D,炮孔孔距取a=0.6 ～1.0 m。

4)起爆網(wǎng)路。為了保證安全每次起爆不超過(guò)3 個(gè)炮孔,藥包內(nèi)雷管段別分別為 1、3、5 段,串聯(lián)起爆。

3.3 藥包制作

爆破作業(yè)時(shí),雖然回轉(zhuǎn)窯已經(jīng)停爐,但硫堿結(jié)瘤物仍然具有較高的溫度,因此必須要對(duì)爆破藥包進(jìn)行隔熱加工處理。由于爆破藥包加工工序繁瑣,因此在施工地點(diǎn)附近,選一安全地點(diǎn),以供加工隔熱藥包使用。

爆破藥包裝填炸藥前首先作電雷管隔熱試驗(yàn),即用石棉布、黃泥漿將雷管嚴(yán)密包裹起來(lái),放入高溫炮孔中,如在10 min 內(nèi)仍未自爆,則認(rèn)為合格。否則應(yīng)加厚石棉層,再做試驗(yàn),直至合格為止,最終確定石棉布包裹不少于3 層。隔熱藥包加工具體方法如下:

首先將兩發(fā)同段電雷管插入一支炸藥藥卷內(nèi),另外兩支炸藥用電工絕緣膠布捆在該藥卷周圍;其次在阻燃PVC 管的底部裝100 mm 長(zhǎng)的黃泥,再把捆好炸藥藥卷裝入PVC 管中,炸藥藥卷的上端也裝入一段黃泥用于隔熱以及封堵PVC 管;然后用石棉布把PVC 管包裹4 ～5 層,最后用石棉繩把石棉布捆扎結(jié)實(shí)。在用石棉布包裹電雷管腳線時(shí),一定要注意將電雷管兩根腳線分開包裹在內(nèi),兩根腳線外露約5 cm 以便與母線相連。包裹完畢后,用電雷管導(dǎo)通儀檢測(cè)雷管的導(dǎo)通性,出現(xiàn)不通時(shí)要查找原因重新包裹。炮孔裝藥前,在加工好的隔熱藥包表面均勻涂上一層厚度為2 mm 的耐熱黃泥漿[3],隔熱藥包形式如圖2 所示。

圖2 隔熱藥包示意圖

3.4 裝藥起爆

1)裝藥前應(yīng)先向窯內(nèi)高溫硫堿結(jié)瘤物表面潑水降溫,用流動(dòng)冷水冷卻炮孔1 h,然后測(cè)量孔底溫度,超過(guò)200 ℃時(shí),禁止向炮孔內(nèi)裝藥;當(dāng)炮孔溫度低于200 ℃時(shí),方可向孔內(nèi)裝藥包[4]。

2)炮孔裝藥包時(shí),由兩名身穿耐熱服的熟練爆破員進(jìn)行操作,一次裝藥、填塞和連線不能超過(guò)5 min,采用串聯(lián)電路起爆,外圍其他人員做好相關(guān)輔助工作[5]。

3.5 安全防護(hù)

由于硫堿結(jié)瘤物爆破是在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行的,其爆破危害主要是飛石和爆破沖擊波。

1)飛石的控制:飛石主要逸出為窯口和炮孔孔口,為防飛石,在其窯口處掛雙層膠皮炮被防護(hù),炮孔孔口用鐵絲將雙層濕草簾和竹笆片環(huán)繞捆扎牢固。

2)空氣沖擊波控制:由于單響起爆藥量?jī)H為900 g,而且爆破是在窯內(nèi)進(jìn)行的,除了在技術(shù)上進(jìn)行控制,還對(duì)窯口和炮孔孔口處都采取了防護(hù)措施。因此,空氣沖擊波不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境和設(shè)備造成影響。

4 爆破效果和體會(huì)

該工程采用了爆破藥包隔熱處理和松動(dòng)爆破技術(shù),并采取了嚴(yán)格的安全技術(shù)及管理措施,爆破后高溫硫堿結(jié)瘤物被炸松,裂開成小塊,通過(guò)窯口人工予以清出。爆破對(duì)回轉(zhuǎn)窯和周圍的設(shè)備均沒有造成損壞,除瘤工程取得了非常好的爆破效果,得到業(yè)主的充分肯定。此次施工總結(jié)出以下幾點(diǎn)體會(huì):

1)施工準(zhǔn)備。由于是采用電雷管作為起爆器材,因此在爆破器材進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)前和加工爆炸藥包時(shí),必須做作業(yè)地點(diǎn)周圍的雜散電流檢測(cè),同時(shí)關(guān)閉回轉(zhuǎn)窯周邊全部帶電設(shè)備設(shè)施電源。

2)試爆。進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)后,先用單個(gè)電雷管包裹隔熱石棉布做隔熱試驗(yàn),以掌握裝藥、堵塞、連線、充電、起爆的時(shí)間。在高溫影響下,經(jīng)過(guò)隔熱處理的藥包從裝藥到自爆的安全時(shí)間一般在10 min,為安全起見將作業(yè)時(shí)間必須控制在5 min 之內(nèi)。在爆破作業(yè)過(guò)程中,藥包的藥量要根據(jù)結(jié)瘤物的形狀、厚度及位置等情況確定,先取小值,再根據(jù)爆破效果確定裝藥量[6]。

3)藥包制作。

①制作隔熱藥包要在安全的場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行;

于確定好的藥包藥量必須嚴(yán)格控制,禁止隨意加減;

③包裹隔熱石棉層時(shí),必須包裹嚴(yán)實(shí),同時(shí)要保護(hù)好電雷管腳線,隔熱藥包做好后、裝藥前、起爆前至少要進(jìn)行三次導(dǎo)通試驗(yàn)。

4)起爆。要嚴(yán)格按照《爆破安全規(guī)程》(GB 6722-2014)進(jìn)行施工?，F(xiàn)場(chǎng)爆破作業(yè)人員,必須持證上崗。進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)必須穿戴耐高溫工作服等防護(hù)用品,同時(shí)做好安全警戒工作,施工現(xiàn)場(chǎng)盡量減少施工操作人員數(shù)量。作業(yè)時(shí)做到四個(gè)快速(快速裝藥、快速堵塞、快速連線和快速起爆)。

5)通風(fēng)和清渣。起爆后要對(duì)回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行機(jī)械通風(fēng),避免窯內(nèi)有毒氣體的積聚,通風(fēng)30 min 以上,經(jīng)檢查合格后,方可安排清渣人員進(jìn)入窯內(nèi)進(jìn)行清渣作業(yè)。

總之,高溫爆破作業(yè)危險(xiǎn)性非常大,施工時(shí)一定要認(rèn)真、謹(jǐn)慎對(duì)待,特別是對(duì)爆破器材的隔熱防護(hù),要細(xì)致、周密,確保萬(wàn)無(wú)一失。同時(shí),要加強(qiáng)施工過(guò)程的安全管理和施工組織管理,嚴(yán)格貫徹、落實(shí)安全責(zé)任制,確保爆破過(guò)程安全無(wú)事故。