爆破技术在清除回转窑内高温结瘤物的应用实践

肖 锦,黄东平,蔡建鑫,黄祖舟,邓 刚

(攀枝花恒威爆破工程有限公司, 四川攀枝花617012)

1 工程概况

某公司有一座回转窑(见图1),窑直径3 m,外壁加耐火砖厚度0.3 m,窑体长46 m。该公司主要利用炼铁中产生的高炉灰,通过回转窑冶炼提取氧化锌、还原铁粉及部分建筑材料。由于回转窑主要燃料为原煤,在生产过程中,由于受原煤质量、配料方式、操作工艺等影响,造成窑内温度不均以致热工艺紊乱,而且原煤中含有大量有害的酸氧化物和二氧化硫,因此在冶炼过程中在窑内形成0.9 ～1.2 m 厚硫碱结瘤圈。该硫碱结瘤圈位于距离窑口10 m 左右的高温区,结瘤产生后如不及时处理,将减少窑内有效容积、阻碍窑料下行、窑气分布不均,甚至会造成窑体失稳,严重影响安全生产并减少回转窑的使用寿命。

由于硫碱结瘤物温度高、硬度大、韧性强,且窑内空间狭窄,停窑时间不宜太长。因此,为及时、有效、安全、彻底地清除结瘤,保证企业的正常生产,如果具备人工或机械清除结瘤条件,则采用松动爆破方式予以除瘤[1]。

图1 回转窑外观图

2 施工难点

本工程在施工过程中,存在下列施工难点:

1)厂内施工现场复杂,结瘤温度高。若采用导爆管雷管起爆,则无法检查起爆网路导通情况,出现盲炮,后续处理安全隐患巨大,故采用电雷管起爆法,但回转窑外壳为铁制易传导杂散电流,窑区四周带电设备多,安全风险大。

2)回转窑炉内硫碱结瘤物结构复杂,而且位置、块度和厚度不确定,爆破方式选择困难。另外,爆破装药量很难控制,装药量过大会造成窑体结构的破坏;装药量过小则达不到爆破除瘤的效果。

3)硫碱结瘤物具有温度高、硬度大、韧性强的特点,而且只有1 ～2 个自由面,夹制作用大,爆破条件差。同时,爆破时必须采取一定的隔热、降温等措施来保证爆破施工的安全[2]。

3 爆破技术方案

窑内除瘤爆破方法主要有浅孔松动破碎爆破法和裸露药包爆破振落法两种。两种爆破法适应范围如下:

1)浅孔松动破碎爆破法:适用于面积、厚度较大以及窑内下部的结瘤清除,该法是将经隔热防护加工好的药包装入凿好的炮孔内,利用炸药能量炸裂结瘤。

2)裸露药包振落法:主要作为浅孔爆破法的辅助方法,适用于面积和厚度较小以及窑壁上部的结瘤清除。该法是将经隔热防护加工好的药包绑扎在长杆上,通过施工窗口投送至结瘤表面,支撑固定后,迅速撤离后起爆药包,利用爆破冲击波振落结瘤,来达到除瘤的目的。

根据本工程回转窑窑内硫碱结瘤物的形状、厚度及位置等分布情况,本工程采用浅孔松动破碎爆破法除瘤。具体做法:将回转窑熄火一段时间,用气焊将结瘤处烧出炮孔,钻孔深度不超过硫碱结瘤物厚度的2/3,然后将经隔热防护加工好的药包装入炮孔内,采用松动爆破技术破碎硫碱结瘤物。

3.1 爆破器材选取

1)炸药:选用三级煤矿许用乳化炸药,炸药药卷Ø30 mm,单卷重300 g;

2)雷管:选用1 ～5 段煤矿许用毫秒延期电雷管;

3)连接母线:选用耐高温阻燃纯铜芯电线;

4)起爆器:用200 型脉冲起爆器;

5)其他材料:石棉布、石棉绳、Ø70 mm 阻燃PVC 管、黄泥等。

3.2 爆破参数设计

爆破参数选择是否合理,直接影响着爆破的安全以及爆破效果。

1)单孔装药量Q。考虑硫碱结瘤物硬度大、韧性强,因而选取的炸药单耗q也应较大。根据多年实践经验,炸药单耗(三级煤矿许用乳化炸药)取2.0 ～2.5 kg/m3较为适宜。经试爆后,确定单孔装药量为900 g,即每孔装3 卷炸药。

2)炮孔孔径D。考虑若单孔孔内延米装药量偏小难以保证爆破效果,为安全起见又保证爆破效果,炮孔孔径应稍大,以保证装药量达到单耗要求,因此,炮孔直径取80 ～90 mm。

3)炮孔间距a。a为 5 ～ 10 倍炮孔直径D,炮孔孔距取a=0.6 ～1.0 m。

4)起爆网路。为了保证安全每次起爆不超过3 个炮孔,药包内雷管段别分别为 1、3、5 段,串联起爆。

3.3 药包制作

爆破作业时,虽然回转窑已经停炉,但硫碱结瘤物仍然具有较高的温度,因此必须要对爆破药包进行隔热加工处理。由于爆破药包加工工序繁琐,因此在施工地点附近,选一安全地点,以供加工隔热药包使用。

爆破药包装填炸药前首先作电雷管隔热试验,即用石棉布、黄泥浆将雷管严密包裹起来,放入高温炮孔中,如在10 min 内仍未自爆,则认为合格。否则应加厚石棉层,再做试验,直至合格为止,最终确定石棉布包裹不少于3 层。隔热药包加工具体方法如下:

首先将两发同段电雷管插入一支炸药药卷内,另外两支炸药用电工绝缘胶布捆在该药卷周围;其次在阻燃PVC 管的底部装100 mm 长的黄泥,再把捆好炸药药卷装入PVC 管中,炸药药卷的上端也装入一段黄泥用于隔热以及封堵PVC 管;然后用石棉布把PVC 管包裹4 ～5 层,最后用石棉绳把石棉布捆扎结实。在用石棉布包裹电雷管脚线时,一定要注意将电雷管两根脚线分开包裹在内,两根脚线外露约5 cm 以便与母线相连。包裹完毕后,用电雷管导通仪检测雷管的导通性,出现不通时要查找原因重新包裹。炮孔装药前,在加工好的隔热药包表面均匀涂上一层厚度为2 mm 的耐热黄泥浆[3],隔热药包形式如图2 所示。

图2 隔热药包示意图

3.4 装药起爆

1)装药前应先向窑内高温硫碱结瘤物表面泼水降温,用流动冷水冷却炮孔1 h,然后测量孔底温度,超过200 ℃时,禁止向炮孔内装药;当炮孔温度低于200 ℃时,方可向孔内装药包[4]。

2)炮孔装药包时,由两名身穿耐热服的熟练爆破员进行操作,一次装药、填塞和连线不能超过5 min,采用串联电路起爆,外围其他人员做好相关辅助工作[5]。

3.5 安全防护

由于硫碱结瘤物爆破是在回转窑内进行的,其爆破危害主要是飞石和爆破冲击波。

1)飞石的控制:飞石主要逸出为窑口和炮孔孔口,为防飞石,在其窑口处挂双层胶皮炮被防护,炮孔孔口用铁丝将双层湿草帘和竹笆片环绕捆扎牢固。

2)空气冲击波控制:由于单响起爆药量仅为900 g,而且爆破是在窑内进行的,除了在技术上进行控制,还对窑口和炮孔孔口处都采取了防护措施。因此,空气冲击波不会对周围环境和设备造成影响。

4 爆破效果和体会

该工程采用了爆破药包隔热处理和松动爆破技术,并采取了严格的安全技术及管理措施,爆破后高温硫碱结瘤物被炸松,裂开成小块,通过窑口人工予以清出。爆破对回转窑和周围的设备均没有造成损坏,除瘤工程取得了非常好的爆破效果,得到业主的充分肯定。此次施工总结出以下几点体会:

1)施工准备。由于是采用电雷管作为起爆器材,因此在爆破器材进入施工现场前和加工爆炸药包时,必须做作业地点周围的杂散电流检测,同时关闭回转窑周边全部带电设备设施电源。

2)试爆。进入施工现场后,先用单个电雷管包裹隔热石棉布做隔热试验,以掌握装药、堵塞、连线、充电、起爆的时间。在高温影响下,经过隔热处理的药包从装药到自爆的安全时间一般在10 min,为安全起见将作业时间必须控制在5 min 之内。在爆破作业过程中,药包的药量要根据结瘤物的形状、厚度及位置等情况确定,先取小值,再根据爆破效果确定装药量[6]。

3)药包制作。

①制作隔热药包要在安全的场地内进行;

于确定好的药包药量必须严格控制,禁止随意加减;

③包裹隔热石棉层时,必须包裹严实,同时要保护好电雷管脚线,隔热药包做好后、装药前、起爆前至少要进行三次导通试验。

4)起爆。要严格按照《爆破安全规程》(GB 6722-2014)进行施工。现场爆破作业人员,必须持证上岗。进入施工现场必须穿戴耐高温工作服等防护用品,同时做好安全警戒工作,施工现场尽量减少施工操作人员数量。作业时做到四个快速(快速装药、快速堵塞、快速连线和快速起爆)。

5)通风和清渣。起爆后要对回转窑进行机械通风,避免窑内有毒气体的积聚,通风30 min 以上,经检查合格后,方可安排清渣人员进入窑内进行清渣作业。

总之,高温爆破作业危险性非常大,施工时一定要认真、谨慎对待,特别是对爆破器材的隔热防护,要细致、周密,确保万无一失。同时,要加强施工过程的安全管理和施工组织管理,严格贯彻、落实安全责任制,确保爆破过程安全无事故。