露天火区煤矿高温爆破安全管理探究

杨茂森,李进霞,岳玉刚,盛益明,柴修伟

(1.内蒙古自治区公安厅,内蒙古 呼和浩特 010051; 2.中国矿业大学(北京) 应急管理与安全工程学院,北京100083;3.乌海市公安局治安分局,内蒙古 乌海 016000 ;4.包头市公安局治安支队,内蒙古 包头 014036;5.武汉工程大学 资源与安全工程学院,湖北 武汉 430073)

0 引言

浅埋煤炭资源在开发时,由于煤层裸露于空气中,往往存在煤层自燃现象。 在露天煤矿开采过程中,由于煤层的燃烧,该燃烧区域所形成的高温火区在爆破过程中存在极其危险的安全隐患,如炸药在高温情况下易发生自爆或热分解,导爆管、雷管在高温情况下失效易导致拒爆等。 张光权等[1]针对露天煤矿火区爆破发生的早爆事故进行统计分析,并提出了技术措施。 王君霞[2]、何江[3]、王大鹏[4]等针对露天煤矿高温区爆破的安全作业技术进行了全面的研究和探索,实现了露天煤矿火区快速、安全爆破。 王思傑[5]、张加权等[6]针对火区作业环节的安全控制与监管提出了具体措施。 此外,降低火区爆破炮孔温度确定孔内炸药安全稳定起爆也是确保火区爆破安全的重要措施,如束学来等[7]针对目前煤矿火区高温爆破降温方式进行了全面的对比和分析,并在宁夏宁煤汝箕沟进行了不同降温方式的现场实践。 艾兴等[8]详细开展了液态 CO2在露天高温爆破钻孔快速降温的试验研究,证实了采用液态 CO2对高温爆破钻孔降温的可行性。 郭子如等[9]对耐热型铵油炸药进行现场应用研究,研究发现炮孔温度在80 ～150 ℃时,耐热型铵油炸药能保持良好的爆炸性能,可满足现场工程需要。 束学来[10]通过研究隔热装置的隔热原理,对比分析隔热材料的种类特点,设计出隔热装置结构,实现了火区爆破用炸药的隔热降温。 关于火区煤矿的安全、高效爆破开采技术,国内学者积累了一定的现场经验。 在实际施工过程中,由于现场管理等方面的原因,内蒙古自治区曾发生过几起火区爆破事故,通过分析事故原因,总结火区煤矿爆破的安全技术和措施,实现火区煤矿的安全爆破。

1 火区爆破安全事故

近年来,在内蒙古自治区露天煤矿爆破过程中,由于作业人员的安全意识不强,操作技术不规范或是爆破技术不得当等因素导致爆破事故接连发生。 例如:鄂托克旗棋盘井新胜煤矿“7·15”较大放炮事故,造成3 人死亡,3 人受伤;乌海市华银三矿“11·12”爆破事故,造成1 人死亡,多人受伤。分析两起爆破事故的原因,发现存在直接原因和间接原因两个方面。

直接原因:①安全员违反操作规程;②爆破员未按规定携带配发的对讲机;③监管员传递错误指令,非现场指挥员擅自发布爆破指令,无关人员误传指令;④爆破员未听从专职指挥员指令、未对起爆指令进行安全确认;⑤在作业人员未撤出危险区域的情况下提前起爆。

间接原因:①爆破公司生产技术管理存在缺陷,未按照《煤矿安全规程》及其他相关规定对高温孔采取注水等降温措施,缩短了装药和人员撤离的时间;②安全培训教育针对性不强,考核机制不健全、不完善;③安全管理人员未尽到监督管理职责。

通过对事故案例的分析,研究火区煤矿安全高效的爆破技术和安全管理措施,对提高火区煤矿的安全性具有重要意义。

2 火区爆破安全管理技术

2.1 高温炮孔分区分孔管理

对内蒙古自治区西部某火区煤矿炮孔温度的测温和数据统计分析,同一个爆区炮孔内温度在60～230 ℃,差异较大。 通过采用挖掘机对部分炮孔进行挖刨,观测炮孔剖面发现,210～230 ℃高温炮孔与不适宜爆破的异常高温区是贯通的,而60～70 ℃炮孔与不适宜爆破的异常高温区没有贯通,说明炮孔与不适宜爆破的异常高温区贯通是炮孔温度高的重要原因。

在高温爆破实践中将60 ℃以上高温炮孔进行分区分孔爆破管理,根据爆破工程实践、爆破器材的耐热温度和注水降温效果的温度节点,把火区分为5 个级别,见表1。

表1 温度分区范围

施工管理过程中,现场指挥1 人,每个炮孔2 人协同装药,采用导爆索-电雷管起爆法,孔内导爆索起爆乳化炸药,孔外电雷管串联网路。 同时将安全警戒工序提至装药前,缩短装药至起爆的作业时间。 装药堵塞后,人员快速撤离。 不同温度区装药至起爆时间、炮孔数目如下:①一级:装药至起爆时间控制在1 h,炮孔数目控制在32 个以内;②二级:装药至起爆时间控制在0.5 h,由于炮孔含有水分,温度较高,采用乳化炸药起爆,炮孔数目控制在21 个以内;③三级:施工过程中,装药至起爆时间控制在10 min 内,炮孔数目不超过12 个;④四级:施工过程中,装药至起爆时间控制在5 min 内,炮孔数目不超过8 个;⑤异常温度区存在难降温、回温快等特点,且在整个火区占的比例很少,故不进行爆破。

2.2 耐高温爆破器材及防护材料选择

选用适合露天煤矿火区高温爆破的主装炸药时,不仅要考虑炸药的耐高温性能,还要考虑炸药成本与起爆器材的匹配情况。 同时,为满足安全规程中药包温度不超过80 ℃的规定,对爆破器材进行被动隔热保护也是必不可少的。

1)耐高温炸药的选择:炸药原料要有较强的耐热性。 2,2′,4,4′,6,6′-六硝基二苯砜(PCS)等炸药是目前国内耐热性能较好的炸药,能替代常规炸药在200 ℃高温下正常使用,主要应用于航天、核技术,价格较高。 目前,在大型的露天煤矿高温火区爆破中,抗水性较好的乳化炸药在隔热保护措施下基本能保证爆破的安全性。

2)耐高温起爆器材的选择:塑料导爆管雷管、电雷管与导爆索均广泛应用于常温深孔爆破,但在高温火区爆破中导爆索更加安全可靠。 塑料导爆管雷管、电雷管在高温下会发生塑料连接套膨胀变形甚至熔化,脚线也可能脱落,且电雷管在130 ℃时会发生自爆。 在130 ℃高温下取出导爆索,受热端虽不能正常起爆,但用8 号雷管可以从导爆索未受热端起爆,并能传爆到受热端并保持稳定爆轰,未改变药包的起爆能力。 此外,导爆索起爆网路比电起爆网路连接简单,可缩短现场作业时间[11]。 导爆索具有较好的耐水性能,可用于注水降温后的火区炮孔。

3)隔热防护材料的选择:防护材料须选用耐高温、防水性好、经济环保的材料。 目前,国内使用最多的是隔热PVC 管、石棉或者海泡石等。 其中,海泡石因能够在内外温差为100 ℃甚至以上的情况下正常防护,且价格较低,被广泛采用。

2.3 高温火区爆破工艺优化

高温火区爆破工艺优化主要采用注水降温,目的是确保温度降到80 ℃以下,并确认温度无大的变化后,才能开始作业。

结合现场试验结果,二级温度区炮孔注水降温10 min 可以保证温度在1 h 内不高于80 ℃,三级温度区炮孔注水降温3 h 可保证15 min 内炮孔温度不高于80 ℃,四级温度区炮孔注水降温5 h 可保证炮孔温度5 min 内不高于80 ℃。

2.4 现场施工作业规范化

1)在爆破作业前必须逐个测量炮孔温度,并加以标记。 装药前将炮孔清理干净,将药包按照编号和药量堆好,对炮孔进行注水降温,使温度保持在80 ℃以下。

2)注水后要重新测量炮孔深度,避免出现孔壁碎石脱落回填,及时调整药量。 根据实际情况确定矿区内高温火区爆破的最大孔数。

3)常温孔和高温孔同时爆破时,装药先装常温孔再装高温孔,且时间不宜过长。 装药时发生堵孔应立即用炮杆处理,在2 min 内不能处理好应立即放弃该孔,撤离周围作业人员。

4)全部炮孔完成装药后,以最短时间填塞炮泥,确认堵塞密封良好后即可起爆。 已装入孔内的炸药如发生燃烧、冒烟等异常现象,立即将所有人员撤离作业区。

2.5 强化施工监管措施

坚持落实爆破安全相关规定,在安全生产方面坚持“谁审批、谁监管,谁主管、谁监管”原则,纠正“不批不管”“只批不管”“严批宽管”等问题,杜绝监管盲区。 鄂尔多斯市公安局、应急管理局和能源局联合下发了《关于严格规范爆破作业安全管理的通知》,进一步规范高温火区、采空区爆破作业,通过安全监理、安全评估等措施,防范安全事故特别是较大事故的发生。

3 结语

火区煤矿高温爆破过程中的风险隐患时刻威胁着现场爆破作业人员的安全,也制约着高温火区煤炭资源的开发和利用。 通过分析已经发生的火区爆破事故案例,结合高温炮孔注水降温技术,从火区高温炮孔分区分孔管理、优化高温炮孔爆破工艺、选取耐高温爆破器材以及加强爆破施工现场安全管理等方面提出一系列技术思路,提高了火区煤矿高温爆破的安全性,为内蒙古自治区内的火区煤矿高温爆破现场监管提供技术支撑。