露天煤礦爆破測(cè)溫技術(shù)分析范文
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摘要:
為加強(qiáng)露天煤礦高溫火區(qū)爆破作業(yè)的安全，提高炮孔測(cè)溫技術(shù)，介紹了一種全孔測(cè)溫儀和孔內(nèi)溫度報(bào)警器的原理。全孔測(cè)溫儀結(jié)合分離式紅外測(cè)溫技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)和數(shù)據(jù)自動(dòng)分析技術(shù)，能準(zhǔn)確測(cè)量全孔孔內(nèi)的溫度分布情況，快速記錄、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，測(cè)量溫度范圍為－40℃～975℃，可為統(tǒng)計(jì)分析高溫火區(qū)炮孔溫度分布、變化規(guī)律提供數(shù)據(jù)支撐。孔內(nèi)溫度報(bào)警器主要采用熱電偶測(cè)溫技術(shù)和溫度巡檢及報(bào)警技術(shù)，保證了裝藥過(guò)程中炸藥處于可控溫度范圍內(nèi)。通過(guò)其聯(lián)合應(yīng)用，擴(kuò)大了高溫火區(qū)爆破規(guī)模，最大爆破規(guī)模已達(dá)40個(gè)炮孔，并實(shí)現(xiàn)了露天煤礦火區(qū)爆破作業(yè)全過(guò)程炮孔溫度監(jiān)控。
《爆破雜志》2016年第2期
關(guān)鍵詞:
高溫火區(qū);測(cè)溫技術(shù);全孔測(cè)溫儀;孔內(nèi)報(bào)警器
1背景
在我國(guó)北方地區(qū)，如寧夏、新疆、內(nèi)蒙古、山西等，越來(lái)越多的煤礦已經(jīng)轉(zhuǎn)為露天開(kāi)采，由于煤礦部分煤層埋藏較淺，甚至已經(jīng)露頭，引起自燃，以及前期采取井工開(kāi)采，轉(zhuǎn)露采后，在覆蓋層形成采空區(qū)或空巷，空氣進(jìn)入后形成自燃區(qū)，形成大面積高溫火區(qū)［1-3］，局部溫度高達(dá)400℃～600℃。因爆器材具有一定的熱感度，當(dāng)炮孔溫度大于爆破器材熱感度時(shí)，就會(huì)發(fā)生誤爆或失效，直接威脅爆破作業(yè)人員的人身安全。所以高溫火區(qū)爆破作業(yè)過(guò)程中掌握炮孔孔溫是至關(guān)重要的。目前在高溫火區(qū)一般采用熱電偶測(cè)溫儀和便攜式紅外測(cè)溫儀檢測(cè)炮孔內(nèi)的溫度。熱電偶測(cè)溫儀的感應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，測(cè)溫效率較低，且不能完全保證感溫元件與炮孔孔壁完全接觸，實(shí)際檢測(cè)的溫度為空氣的溫度，與實(shí)際孔壁溫度有較大差異。便攜式紅外測(cè)溫儀只能檢測(cè)炮孔內(nèi)某點(diǎn)溫度，不能實(shí)現(xiàn)全孔深溫度檢測(cè)，且測(cè)量距離受光學(xué)分辨率影響，當(dāng)炮孔直徑較小、孔深較大時(shí)，很難檢測(cè)到炮孔底部溫度，兩種測(cè)溫儀器測(cè)量炮孔全孔溫度存在盲區(qū)［4-7］，因此，露天煤礦火區(qū)爆破作業(yè)主要以控制炮孔裝藥前溫度、爆破規(guī)模、操作人員數(shù)量、裝藥到起爆的時(shí)間進(jìn)行作業(yè)，如寧夏大峰礦將炮孔溫度控制在50℃以下，采用“8個(gè)孔、9個(gè)人、3分鐘”的作業(yè)方式進(jìn)行爆破，作業(yè)效率低下，爆破質(zhì)量較差，且生產(chǎn)成本較高。
2全孔測(cè)溫儀和孔內(nèi)報(bào)警器
為克服熱電偶測(cè)溫儀和便攜式紅外測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)火區(qū)爆破炮孔溫度存在的弊端，中國(guó)葛洲壩集團(tuán)易普力股份有限公司(簡(jiǎn)稱“易普力公司”)引進(jìn)研發(fā)了全孔測(cè)溫儀，在不同環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了對(duì)全孔深溫度準(zhǔn)確測(cè)量。同時(shí)，在露天煤礦火區(qū)爆破作業(yè)中，易普力公司通過(guò)在炮孔裝藥前放置檢測(cè)線，結(jié)合自主開(kāi)發(fā)的孔內(nèi)報(bào)警器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝藥全過(guò)程炮孔全孔最高溫度，降低了爆破作業(yè)過(guò)程中炮孔局部高溫引起炸藥自爆的安全隱患。
2．1全孔測(cè)溫儀原理及作用
全孔測(cè)溫儀結(jié)合了分離式紅外測(cè)溫技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)和數(shù)據(jù)自動(dòng)分析技術(shù)三種技術(shù)原理，通過(guò)分離式紅外測(cè)溫技術(shù)將紅外探頭與主機(jī)分離，利用電纜線連接，當(dāng)紅外探頭感應(yīng)溫度信號(hào)后，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并通過(guò)電纜線傳輸給主機(jī)，并在主機(jī)上直接進(jìn)行轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)進(jìn)行顯示;主機(jī)再利用無(wú)線發(fā)送模塊將大量的數(shù)字信號(hào)，傳輸至平板電腦上，平板電腦利用無(wú)線接收模塊接收溫度信號(hào);最后通過(guò)開(kāi)發(fā)的智能分析軟件對(duì)收集的溫度數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行分析，繪制溫度隨深度變化曲線圖。全孔測(cè)溫儀結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，1－電纜組件(11－電纜線、12－波紋管);2－測(cè)溫組件(21－紅外傳感器，22－配重殼體，22a－探測(cè)口);3－主機(jī);4－報(bào)警裝置;5－無(wú)線傳輸裝置;6－絞線筒;7－支架。全孔測(cè)溫儀與數(shù)據(jù)接收器如圖2所示，該測(cè)溫儀通過(guò)勻速輸送裝置將探頭從炮孔孔口放入到孔底，實(shí)現(xiàn)對(duì)炮孔全孔深溫度測(cè)試，測(cè)量溫度范圍為－40℃～975℃，并具有良好的數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸、存儲(chǔ)功能，可為后續(xù)炮孔注水后溫度反彈變化規(guī)律提供數(shù)據(jù)支撐，對(duì)整個(gè)炮區(qū)高溫孔的分布規(guī)律的探索具有重要意義，其繪制的溫度曲線圖直觀清晰。另外，因其電纜線上標(biāo)有刻度，該裝置在測(cè)溫的同時(shí)也檢測(cè)了炮孔深度，一舉兩得，提高了工作效率。
2．2孔內(nèi)溫度報(bào)警器原理及作用
孔內(nèi)溫度報(bào)警器主要采用熱電偶測(cè)溫技術(shù)和溫度巡檢及報(bào)警技術(shù)。孔內(nèi)溫度報(bào)警器采用的巡檢儀可以進(jìn)行多點(diǎn)溫度巡檢，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。目前易普力公司采用的單個(gè)巡檢儀可進(jìn)行16組炮孔的溫度巡檢，將溫度數(shù)據(jù)顯示在主機(jī)上，主機(jī)如圖4所示，通過(guò)設(shè)置不同報(bào)警閾值，并分別獨(dú)立上下限報(bào)警控制。如設(shè)置閾值設(shè)置為100℃，當(dāng)某一個(gè)炮孔最高溫度在施工過(guò)程中，溫度超過(guò)100℃后，主機(jī)將發(fā)出聲音和燈光報(bào)警。在爆破作業(yè)過(guò)程中，存在炮孔局部溫度升高過(guò)快的現(xiàn)象，導(dǎo)致引燃該處炸藥甚至引爆炸藥的事故。孔內(nèi)溫度報(bào)警器通過(guò)裝藥前將監(jiān)測(cè)線放入炮孔內(nèi)，實(shí)時(shí)監(jiān)控裝藥全過(guò)程炮孔溫度升高過(guò)快部位，確保裝藥過(guò)程中炸藥始終處于可控溫度范圍內(nèi)。該裝置包括溫度監(jiān)測(cè)器、溫度傳感器以及連接導(dǎo)線，其中溫度傳感器為柔性熱電偶，柔性熱電偶測(cè)溫范圍為－200℃～1300℃，能夠快速測(cè)試火區(qū)炮孔內(nèi)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度，便于安裝，測(cè)試溫度精準(zhǔn)。該裝置能夠一次性采集炮孔中多個(gè)部位的溫度值，可對(duì)炮孔溫度反彈較快的一個(gè)或多個(gè)部位進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)，當(dāng)溫度超過(guò)安全閾值時(shí)，孔內(nèi)報(bào)警器產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，施工人員應(yīng)迅速撤離現(xiàn)場(chǎng)，從而進(jìn)一步提高了火區(qū)爆破施工的安全。
3工程應(yīng)用
神寧集團(tuán)汝箕溝無(wú)煙煤分公司羊齒、工業(yè)廣場(chǎng)等采區(qū)于2014年6月份開(kāi)始采用全孔測(cè)溫儀對(duì)高溫火區(qū)炮孔進(jìn)行全孔深溫度測(cè)試，應(yīng)用效果良好。由于炮孔不同孔深裂隙發(fā)育程度不一，與火源中心點(diǎn)距離不同，不同部位炮孔溫度最高點(diǎn)在孔內(nèi)分布位置也有所差異。圖5為羊齒采區(qū)3種常見(jiàn)炮孔全孔深溫度變化曲線圖，圖5(a)中全孔深炮孔溫度變化情況是比較常見(jiàn)的，隨孔深增加，溫度逐漸增加，孔底溫度最高;圖5(b)和圖5(c)是比較典型的炮孔溫度情況，圖5(b)中炮孔內(nèi)溫度最高點(diǎn)位于6m處，說(shuō)明該處裂隙相對(duì)發(fā)育，整個(gè)曲線相對(duì)平滑，溫度變化較為平緩;圖5(c)曲線在孔深1．5～3．5m變化幅度較大，中溫度最高點(diǎn)位于4．8m處。在爆破作業(yè)過(guò)程中，通過(guò)全孔測(cè)溫儀確定炮孔最高溫度的孔深處，并將最高溫度和與之對(duì)應(yīng)的孔深記錄在孔口標(biāo)志卡上。圖6為孔內(nèi)報(bào)警器根據(jù)上述全孔測(cè)溫儀測(cè)試結(jié)果對(duì)三類(lèi)炮孔溫度最高點(diǎn)監(jiān)測(cè)示意圖(孔內(nèi)報(bào)警器可通過(guò)在監(jiān)測(cè)線不同位置安裝探頭，進(jìn)行多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，一般由于溫度最高點(diǎn)處炸藥溫度上升最快，目前為節(jié)約生產(chǎn)成本，在實(shí)際作業(yè)中只針對(duì)溫度最高點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè))。結(jié)合易普力公司研發(fā)的錫箔紙防水袋注水爆破施工方法［8］，在準(zhǔn)備工作(堵塞材料、導(dǎo)爆索、炸藥、起爆點(diǎn)、警戒等)就緒后，開(kāi)始在炮孔中放入錫箔紙防水袋并滿孔水，再將監(jiān)測(cè)線探頭置于炮孔溫度最高點(diǎn)處進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)就近原則，將監(jiān)測(cè)線連接到孔內(nèi)報(bào)警器主機(jī)上，作業(yè)人員仍然控制為9個(gè)人，每次爆破炮孔孔數(shù)一般不超過(guò)45個(gè)，裝填時(shí)間以孔內(nèi)報(bào)警器是否報(bào)警為準(zhǔn)，若裝填過(guò)程中孔內(nèi)報(bào)警器若出現(xiàn)報(bào)警，作業(yè)人員立刻放棄其他孔裝填工作，撤離到警戒區(qū)外進(jìn)行起爆。該方法已在寧夏羊齒采區(qū)和山西平朔東露天礦進(jìn)行多次應(yīng)用，單次爆破規(guī)模一般在20個(gè)炮孔左右，最大規(guī)模達(dá)到40個(gè)，且在裝填過(guò)程中，孔內(nèi)報(bào)警器還未出現(xiàn)監(jiān)測(cè)溫度超過(guò)閾值而產(chǎn)生報(bào)警。
4結(jié)論
全孔測(cè)溫儀在干孔水孔等復(fù)雜條件下能準(zhǔn)確測(cè)量炮孔全孔溫度分布情況，測(cè)量范圍為－40℃～975℃，并快速記錄、存儲(chǔ)溫度數(shù)據(jù)，可為將來(lái)研究高溫火區(qū)注水后溫度變化規(guī)律提供數(shù)據(jù)支撐，對(duì)整個(gè)炮區(qū)高溫孔的分布規(guī)律的探索具有重要意義。孔內(nèi)溫度報(bào)警器保證了裝藥過(guò)程中炸藥處于可控溫度范圍內(nèi)，保障裝藥安全，相比高溫火區(qū)傳統(tǒng)爆破，延長(zhǎng)了裝藥時(shí)間，擴(kuò)大爆破規(guī)模，最大爆破規(guī)模已達(dá)40個(gè)炮孔。在高溫火區(qū)爆破中，孔內(nèi)溫度報(bào)警器結(jié)合全孔測(cè)溫儀，避免了裝藥過(guò)程中及裝藥結(jié)束后對(duì)炮孔溫度監(jiān)測(cè)的盲區(qū)，實(shí)現(xiàn)了露天煤礦火區(qū)爆破作業(yè)全過(guò)程炮孔溫度監(jiān)控.
參考文獻(xiàn)
［1］許晨，李克民，李晉旭，等．露天煤礦高溫火區(qū)爆破的安全技術(shù)探究［J］．露天采礦技術(shù)，2010(4):73-75，89．
［2］蔡建德．露天煤礦高溫區(qū)爆破安全作業(yè)技術(shù)研究［J］．工程爆破，2013，19(1/2):92-95，73．
作者：曹進(jìn)軍 朱寬 郝亞飛 李曉虎 秦錦鴻 單位：中國(guó)葛洲壩集團(tuán)易普力股份有限公司