高温硫化区深孔爆破技术分析

2019-03-07张兵兵张岗涛张继云

有色金属（矿山部分） 2019年1期

张兵兵，张岗涛，张继云

(宏大爆破有限公司，广州510623)

露天矿开采期间，受地质构造及矿体赋存环境等因素影响，在某些区域存在高温区。当高温区内的炮孔温度大于60℃时，一般认为属于高温孔范畴。为了更为有效地回收高品位矿石，高温区域需要及时进行安全有效的处理。目前，许多专家学者对高温孔爆破进行了较多的研究。崔晓荣[1]分析了露天煤矿高温炮孔的存在情况，并分析了接触式与非接触式测温仪的结构组成，有助于确定高温孔的温度，为指导高温孔爆破提供了依据。此外，崔晓荣[2]认为控制爆破孔温度、改善爆破器材耐高温性能及优化爆破施工工艺是保证高温孔爆破安全的重要前提。郑克明[3]将高温孔进行了分类，主要分为正常孔、虚量孔和空洞孔3类；在考虑降温的时间效应情况下，给出了各自的降温措施，有助于高温孔的安全作业。刘美[4]针对采空区高温情况，采用三相泡沫降温技术与注水灌浆技术相结合的措施，成功地将采空区内部温度降至安全范围，且作用效果明显。段君杰[5]通过向高温硫化区内炮孔注入饱和石灰水，有效地降低了高温孔的温度，并制定了合理的爆破措施。蔡建德[6]对爆破器材高温条件下的安定性进行了试验研究，采用反程序爆破技术，确保了高温孔爆破作业的安全性。

以上的研究主要是针对煤层自燃引起的高温情况，而对高温硫化区的处理方面，研究相对较少。所以，对高温硫化区高温爆破技术的分析，有着一定的实际意义。

1 高温硫化区的产生机理

露天金属矿的某些区域富含硫、铜硫矿等，受硫自燃或地质构造的影响，硫矿在特定的条件下可发生化学反应，生成较高温度且具有挥发性的SO2。SO2从孔底向地表涌现，表现为白雾状且有刺鼻性味道；当被施工作业人员呼入体内，将会对人体器官的某些功能产生不利影响；此外，高温硫化区的存在，对现场安全生产及施工管理等都极为不利，需要制定现场警戒区域，极大地浪费了人力、物力。由于受孔内高温的影响，普通的硝铵炸药可能发生热分解，难以保证炸药的性能。故在开采高温硫矿时，爆破安全工作需要进行极为周密的设计。

2 高温硫化孔的测温装置

目前对高温孔的温度测量仪器主要分为接触式与非接触式两大类[1]。

2.1 接触式测温仪

接触式测温仪在高温孔内的测温原理是：其内部的测温元件与高温孔内的岩壁进行长时间的热交换，从而达到热平衡，进而测出高温孔内部的温度。目前，在接触式高温测量中使用较多的是热电偶测温。装置的优点在于：结构简单可靠且测量精度高；但由于装置的固有特点，使得在测量高温时，存在一定的延迟作用，且该装置不适用于极高温度的测量。

2.2 非接触式测温仪

非接触式测温仪在高温孔内应用热辐射原理，依靠高温孔内岩壁表面的热辐射强度与温度的关系进行测温。目前，在非接触式高温测量使用较多的是红外测温仪。优点在于：该装置的温度测量量程大，对高温孔的测温速度快；但受高温孔壁介质的发射率、孔深和高温状态的SO2的影响，存在一定的温度误差。

通过对以上两类测温仪的分析，并结合高温硫化区孔内温度的特点，认为选择非接触式测温仪中的红外测量仪更为合理。其不需要送入孔内测量，省去了许多的施工限制，且适用范围广；对于测温的误差问题，可通过提前标定并在不同时间段的多次测量，来降低其影响。

3 高温孔的降温处理技术

目前，在矿业领域的降温处理措施主要有孔内注水降温、注浆灭火技术、注凝胶灭火、三相泡沫防灭火等。

3.1 煤体自燃的防灭火技术

孔内注水降温技术利用岩体的天然或者人为裂隙进行渗透，对煤层自燃的降温有一定的作用。但对高温硫化孔的处理，实用性不高。因为SO2可能在高温下与水发生反应而形成硫酸，其具有强腐蚀性，对人体健康的威胁极大。

注浆灭火通过向孔内注入浆液，由于浆液的密封作用，使之达到隔绝空气的目的，从而实现降温。但若在高温硫化孔内注浆，使得装药的难度急剧增加，对后期的爆破处理将产生不利影响。

注凝胶灭火是利用由基科A和促凝剂B按一定比例配制成的水溶液，在煤体中可快速凝结成胶体，从而对煤体形成有效包裹，达到隔绝空气的效果[7]。其具有灭火速度快、安全性好及火源复燃性低的优点。但在高温硫化区的应用较少，处理效果难以保证。

三相泡沫防灭火技术采用三相泡沫这种集固、液和气特性的新型材料，其在较长时间内可保持稳定状态[8]。当泡沫破碎后，可有效吸附在煤体表面，从而避免煤体继续氧化，较好地降低了煤体自燃的可能性。但高温硫化区的形成与煤体自燃机理并不相同，三相泡沫材料对高温硫化区的降温效果并不理想。

3.2 高温硫化区的降温措施

基于高温硫化区SO2含量较高的特点，可尝试采用饱和石灰水溶液处理。因为饱和石灰水溶液在温度一定时，可与SO2产生化学反应，生成亚硫酸钙，进而形成沉淀现象；且该过程为吸热反应，可较好地带走孔内高温，实现孔内降温的目的，有助于消除SO2的不利影响，故对高温硫化区的处理更为适用。

4 深孔爆破处理的注意事项

考虑到高温硫化孔的温度较高，爆破所用的炸药及相关起爆器材应在较长时间内可抵御高温。普通的铵油炸药在高温状态易产生热分解，故炸药的爆破性能难以保证。而乳化炸药既抗水又耐高温，对高温孔的处理较为有利。受孔内高温的影响，导爆管在孔内易融化且爆速较低，阻碍了爆轰波的有效传递。而导爆索爆速可达6 500 m/s，在高温状态下几个小时内仍能保持完整状态，可有效保证爆破的正常进行。

在进行装药前，先对高温孔进行降温处理，向孔内注入饱和石灰水，可在一定程度上吸收孔内热量，注入一段时间后，用测温仪进行再次测量，最好使得温度降至60 ℃以下，确保作业环节的安全。在开始装乳化炸药前，需要做好所有的准备工作，包括无关人员的快速撤离、炸药的准确分配、填塞材料的准备等。导爆索长度应大于孔深1 m以上，在导爆索的端部连接导爆管雷管。

以上程序完成后，每个孔旁均需安排熟练的爆破员进行装药，药包应有条不紊地填入高温孔内，避免出现孔内堵塞情况。为了保证起爆网络的可靠性，采用大把抓的连网方式。为了防止填塞后，孔内高温持续增高，在保证填塞质量的前提下，应采用岩粉等材料进行快速填塞。要确保装药、填塞及起爆网路连接的可靠性，并尽可能缩短施工时间[9]。

5 工程实践

大宝山多金属矿北部649平台存在小范围的高温硫化区，赋存的硫矿品位较高，为了确保安全生产及避免资源的不必要浪费，需要进行尽快回收处理。其底部存在640平硐，作业环境十分复杂，需要有效地控制爆破振动的影响。

基于此，对该区域的9个高温孔进行了深孔爆破处理，设计的最小抵抗线为4 m，孔网参数为6 m×4 m，为了减少底部岩石的夹制作用，超深为1.5 m；采用Φ110 mm的乳化炸药，连续装药且填塞长度为4 m。相应的深孔爆破参数如表1所示。采用大把抓连接方式，为了控制爆破振动对640平硐的影响，采取逐孔爆破。起爆网络如图1所示。

图1 起爆网路设计图Fig.1 Design diagram of detonation network表1 深孔爆破的相关参数Table 1 Related parameters of deep-hole blasting

孔号设计孔深/m验孔深度/m单孔药量/kg填塞长度/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

未进行爆破前，采用红外测温仪对9个高温孔的炮孔底部、侧壁及炮孔端口等位置的温度进行了

测量，发现孔内温度均高于60℃，且在炮孔底部可达100℃以上。故需要采用有效的降温措施，使孔内温度控制在60℃以下。基于此，采用饱和石灰水进行了一定时间的降温处理，保证了孔内温度不至于过高。装药采用Φ110 mm的乳化炸药，孔内用导爆索连接，外部连接导爆管雷管，导爆索外露1.2 m；提前准备好不含硫的岩粉状填塞材料，将装药、填塞及起爆网络连接时间控制在20 min内。

起爆后，经现场检查发现：高温硫化区炮孔均全部按设计起爆，无因高温出现的盲炮情况；爆堆稳定性良好，大块率较低，有利于后期挖运。成功地消除高温硫化区的影响，为该区域的安全生产提供保证。