露天火區(qū)煤礦高溫爆破安全管理探究

楊茂森,李進霞,岳玉剛,盛益明,柴修偉

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

0 引言

淺埋煤炭資源在開發(fā)時,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,導爆管、雷管在高溫情況下失效易導致拒爆等。 張光權等[1]針對露天煤礦火區(qū)爆破發(fā)生的早爆事故進行統(tǒng)計分析,并提出了技術措施。 王君霞[2]、何江[3]、王大鵬[4]等針對露天煤礦高溫區(qū)爆破的安全作業(yè)技術進行了全面的研究和探索,實現(xiàn)了露天煤礦火區(qū)快速、安全爆破。 王思傑[5]、張加權等[6]針對火區(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炸藥安全穩(wěn)定起爆也是確?；饏^(qū)爆破安全的重要措施,如束學來等[7]針對目前煤礦火區(qū)高溫爆破降溫方式進行了全面的對比和分析,并在寧夏寧煤汝箕溝進行了不同降溫方式的現(xiàn)場實踐。 艾興等[8]詳細開展了液態(tài) CO2在露天高溫爆破鉆孔快速降溫的試驗研究,證實了采用液態(tài) CO2對高溫爆破鉆孔降溫的可行性。 郭子如等[9]對耐熱型銨油炸藥進行現(xiàn)場應用研究,研究發(fā)現(xiàn)炮孔溫度在80 ～150 ℃時,耐熱型銨油炸藥能保持良好的爆炸性能,可滿足現(xiàn)場工程需要。 束學來[10]通過研究隔熱裝置的隔熱原理,對比分析隔熱材料的種類特點,設計出隔熱裝置結構,實現(xiàn)了火區(qū)爆破用炸藥的隔熱降溫。 關于火區(qū)煤礦的安全、高效爆破開采技術,國內學者積累了一定的現(xiàn)場經驗。 在實際施工過程中,由于現(xiàn)場管理等方面的原因,內蒙古自治區(qū)曾發(fā)生過幾起火區(qū)爆破事故,通過分析事故原因,總結火區(qū)煤礦爆破的安全技術和措施,實現(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)人員的安全意識不強,操作技術不規(guī)范或是爆破技術不得當?shù)纫蛩貙е卤剖鹿式舆B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)的對講機;③監(jiān)管員傳遞錯誤指令,非現(xiàn)場指揮員擅自發(fā)布爆破指令,無關人員誤傳指令;④爆破員未聽從專職指揮員指令、未對起爆指令進行安全確認;⑤在作業(yè)人員未撤出危險區(qū)域的情況下提前起爆。

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

通過對事故案例的分析,研究火區(qū)煤礦安全高效的爆破技術和安全管理措施,對提高火區(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

2.1 高溫炮孔分區(qū)分孔管理

對內蒙古自治區(qū)西部某火區(qū)煤礦炮孔溫度的測溫和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,同一個爆區(qū)炮孔內溫度在60～230 ℃,差異較大。 通過采用挖掘機對部分炮孔進行挖刨,觀測炮孔剖面發(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。

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

表1 溫度分區(qū)范圍

施工管理過程中,現(xiàn)場指揮1 人,每個炮孔2 人協(xié)同裝藥,采用導爆索-電雷管起爆法,孔內導爆索起爆乳化炸藥,孔外電雷管串聯(lián)網路。 同時將安全警戒工序提至裝藥前,縮短裝藥至起爆的作業(yè)時間。 裝藥堵塞后,人員快速撤離。 不同溫度區(qū)裝藥至起爆時間、炮孔數(shù)目如下:①一級:裝藥至起爆時間控制在1 h,炮孔數(shù)目控制在32 個以內;②二級:裝藥至起爆時間控制在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 個以內;③三級:施工過程中,裝藥至起爆時間控制在10 min 內,炮孔數(shù)目不超過12 個;④四級:施工過程中,裝藥至起爆時間控制在5 min 內,炮孔數(shù)目不超過8 個;⑤異常溫度區(qū)存在難降溫、回溫快等特點,且在整個火區(qū)占的比例很少,故不進行爆破。

2.2 耐高溫爆破器材及防護材料選擇

選用適合露天煤礦火區(qū)高溫爆破的主裝炸藥時,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,為滿足安全規(guī)程中藥包溫度不超過80 ℃的規(guī)定,對爆破器材進行被動隔熱保護也是必不可少的。

1)耐高溫炸藥的選擇:炸藥原料要有較強的耐熱性。 2,2′,4,4′,6,6′-六硝基二苯砜(PCS)等炸藥是目前國內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,主要應用于航天、核技術,價格較高。 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:塑料導爆管雷管、電雷管與導爆索均廣泛應用于常溫深孔爆破,但在高溫火區(qū)爆破中導爆索更加安全可靠。 塑料導爆管雷管、電雷管在高溫下會發(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 ℃時會發(fā)生自爆。 在130 ℃高溫下取出導爆索,受熱端雖不能正常起爆,但用8 號雷管可以從導爆索未受熱端起爆,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,導爆索起爆網路比電起爆網路連接簡單,可縮短現(xiàn)場作業(yè)時間[11]。 導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)隔熱防護材料的選擇:防護材料須選用耐高溫、防水性好、經濟環(huán)保的材料。 目前,國內使用最多的是隔熱PVC 管、石棉或者海泡石等。 其中,海泡石因能夠在內外溫差為100 ℃甚至以上的情況下正常防護,且價格較低,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,并確認溫度無大的變化后,才能開始作業(yè)。

結合現(xiàn)場試驗結果,二級溫度區(qū)炮孔注水降溫10 min 可以保證溫度在1 h 內不高于80 ℃,三級溫度區(qū)炮孔注水降溫3 h 可保證15 min 內炮孔溫度不高于80 ℃,四級溫度區(qū)炮孔注水降溫5 h 可保證炮孔溫度5 min 內不高于80 ℃。

2.4 現(xiàn)場施工作業(yè)規(guī)范化

1)在爆破作業(yè)前必須逐個測量炮孔溫度,并加以標記。 裝藥前將炮孔清理干凈,將藥包按照編號和藥量堆好,對炮孔進行注水降溫,使溫度保持在80 ℃以下。

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

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

4)全部炮孔完成裝藥后,以最短時間填塞炮泥,確認堵塞密封良好后即可起爆。 已裝入孔內的炸藥如發(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 強化施工監(jiān)管措施

堅持落實爆破安全相關規(guī)定,在安全生產方面堅持“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”“嚴批寬管”等問題,杜絕監(jiān)管盲區(qū)。 鄂爾多斯市公安局、應急管理局和能源局聯(lián)合下發(fā)了《關于嚴格規(guī)范爆破作業(yè)安全管理的通知》,進一步規(guī)范高溫火區(qū)、采空區(qū)爆破作業(yè),通過安全監(jiān)理、安全評估等措施,防范安全事故特別是較大事故的發(fā)生。

3 結語

火區(qū)煤礦高溫爆破過程中的風險隱患時刻威脅著現(xiàn)場爆破作業(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。 通過分析已經發(fā)生的火區(qū)爆破事故案例,結合高溫炮孔注水降溫技術,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爆破施工現(xiàn)場安全管理等方面提出一系列技術思路,提高了火區(qū)煤礦高溫爆破的安全性,為內蒙古自治區(qū)內的火區(qū)煤礦高溫爆破現(xiàn)場監(jiān)管提供技術支撐。