曹進(jìn)軍，朱　寬，郝亞飛，李曉虎，秦錦鴻

(中國葛洲壩集團(tuán) 易普力股份有限公司，重慶 401121)

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露天煤礦高溫火區(qū)爆破測溫技術(shù)的研究與應(yīng)用

曹進(jìn)軍，朱寬，郝亞飛，李曉虎，秦錦鴻

(中國葛洲壩集團(tuán) 易普力股份有限公司，重慶 401121)

摘要:為加強(qiáng)露天煤礦高溫火區(qū)爆破作業(yè)的安全，提高炮孔測溫技術(shù)，介紹了一種全孔測溫儀和孔內(nèi)溫度報(bào)警器的原理。全孔測溫儀結(jié)合分離式紅外測溫技術(shù)、無線傳輸技術(shù)和數(shù)據(jù)自動分析技術(shù)，能準(zhǔn)確測量全孔孔內(nèi)的溫度分布情況，快速記錄、存儲數(shù)據(jù)，測量溫度范圍為-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?？變?nèi)溫度報(bào)警器主要采用熱電偶測溫技術(shù)和溫度巡檢及報(bào)警技術(shù)，保證了裝藥過程中炸藥處于可控溫度范圍內(nèi)。通過其聯(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個炮孔，并實(shí)現(xiàn)了露天煤礦火區(qū)爆破作業(yè)全過程炮孔溫度監(jiān)控。

關(guān)鍵詞:高溫火區(qū)；測溫技術(shù)；全孔測溫儀；孔內(nèi)報(bào)警器

1背景

在我國北方地區(qū)，如寧夏、新疆、內(nèi)蒙古、山西等，越來越多的煤礦已經(jīng)轉(zhuǎn)為露天開采，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)一般采用熱電偶測溫儀和便攜式紅外測溫儀檢測炮孔內(nèi)的溫度。熱電偶測溫儀的感應(yīng)時(shí)間較長，測溫效率較低，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。便攜式紅外測溫儀只能檢測炮孔內(nèi)某點(diǎn)溫度，不能實(shí)現(xiàn)全孔深溫度檢測，且測量距離受光學(xué)分辨率影響，當(dāng)炮孔直徑較小、孔深較大時(shí)，很難檢測到炮孔底部溫度，兩種測溫儀器測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個孔、9個人、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全孔測溫儀和孔內(nèi)報(bào)警器

為克服熱電偶測溫儀和便攜式紅外測溫儀監(jiān)測火區(qū)爆破炮孔溫度存在的弊端，中國葛洲壩集團(tuán)易普力股份有限公司(簡稱“易普力公司”)引進(jìn)研發(fā)了全孔測溫儀，在不同環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了對全孔深溫度準(zhǔn)確測量。同時(shí)，在露天煤礦火區(qū)爆破作業(yè)中，易普力公司通過在炮孔裝藥前放置檢測線，結(jié)合自主開發(fā)的孔內(nèi)報(bào)警器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測裝藥全過程炮孔全孔最高溫度，降低了爆破作業(yè)過程中炮孔局部高溫引起炸藥自爆的安全隱患。

2.1全孔測溫儀原理及作用

全孔測溫儀結(jié)合了分離式紅外測溫技術(shù)、無線傳輸技術(shù)和數(shù)據(jù)自動分析技術(shù)三種技術(shù)原理，通過分離式紅外測溫技術(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)溫度信號后，轉(zhuǎn)化為電信號，并通過電纜線傳輸給主機(jī)，并在主機(jī)上直接進(jìn)行轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號進(jìn)行顯示；主機(jī)再利用無線發(fā)送模塊將大量的數(shù)字信號，傳輸至平板電腦上，平板電腦利用無線接收模塊接收溫度信號；最后通過開發(fā)的智能分析軟件對收集的溫度數(shù)據(jù)自動進(jìn)行分析，繪制溫度隨深度變化曲線圖。

全孔測溫儀結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，1-電纜組件(11-電纜線、12-波紋管)；2-測溫組件(21-紅外傳感器，22-配重殼體，22a-探測口)；3-主機(jī)；4-報(bào)警裝置；5-無線傳輸裝置；6-絞線筒；7-支架。全孔測溫儀與數(shù)據(jù)接收器如圖2所示，該測溫儀通過勻速輸送裝置將探頭從炮孔孔口放入到孔底，實(shí)現(xiàn)對炮孔全孔深溫度測試，測量溫度范圍為-40℃～975℃，并具有良好的數(shù)據(jù)無線傳輸、存儲功能，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，對整個炮區(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，該裝置在測溫的同時(shí)也檢測了炮孔深度，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溫技術(shù)和溫度巡檢及報(bào)警技術(shù)?？變?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)某一個炮孔最高溫度在施工過程中，溫度超過100℃后，主機(jī)將發(fā)出聲音和燈光報(bào)警。

在爆破作業(yè)過程中，存在炮孔局部溫度升高過快的現(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)警器通過裝藥前將監(jiān)測線放入炮孔內(nèi)，實(shí)時(shí)監(jiān)控裝藥全過程炮孔溫度升高過快部位，確保裝藥過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，柔性熱電偶測溫范圍為-200℃～1300℃，能夠快速測試火區(qū)炮孔內(nèi)各個監(jiān)測點(diǎn)的溫度，便于安裝，測試溫度精準(zhǔn)。該裝置能夠一次性采集炮孔中多個部位的溫度值，可對炮孔溫度反彈較快的一個或多個部位進(jìn)行長時(shí)間監(jiān)測，當(dāng)溫度超過安全閾值時(shí)，孔內(nèi)報(bào)警器產(chǎn)生報(bào)警信號，施工人員應(yīng)迅速撤離現(xiàn)場，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)汝箕溝無煙煤分公司羊齒、工業(yè)廣場等采區(qū)于2014年6月份開始采用全孔測溫儀對高溫火區(qū)炮孔進(jìn)行全孔深溫度測試，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6 m處，說明該處裂隙相對發(fā)育，整個曲線相對平滑，溫度變化較為平緩；圖5(c)曲線在孔深1.5～3.5 m變化幅度較大，中溫度最高點(diǎn)位于4.8 m處。在爆破作業(yè)過程中，通過全孔測溫儀確定炮孔最高溫度的孔深處，并將最高溫度和與之對應(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)上述全孔測溫儀測試結(jié)果對三類炮孔溫度最高點(diǎn)監(jiān)測示意圖(孔內(nèi)報(bào)警器可通過在監(jiān)測線不同位置安裝探頭，進(jìn)行多點(diǎn)監(jiān)測，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)中只針對溫度最高點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測)。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，開始在炮孔中放入錫箔紙防水袋并滿孔水，再將監(jiān)測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個人，每次爆破炮孔孔數(shù)一般不超過45個，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個炮孔左右，最大規(guī)模達(dá)到40個，且在裝填過程中，孔內(nèi)報(bào)警器還未出現(xiàn)監(jiān)測溫度超過閾值而產(chǎn)生報(bào)警。

4結(jié)論

全孔測溫儀在干孔水孔等復(fù)雜條件下能準(zhǔn)確測量炮孔全孔溫度分布情況，測量范圍為-40℃～975℃，并快速記錄、存儲溫度數(shù)據(jù)，可為將來研究高溫火區(qū)注水后溫度變化規(guī)律提供數(shù)據(jù)支撐，對整個炮區(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)合全孔測溫儀，避免了裝藥過程中及裝藥結(jié)束后對炮孔溫度監(jiān)測的盲區(qū)，實(shí)現(xiàn)了露天煤礦火區(qū)爆破作業(yè)全過程炮孔溫度監(jiān)控。

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Research and Application of Temperature Testing Technique in Fire Area Blasting in Open-pit Coal Mine

CAOJin-jun，ZHUKuan，HAOYa-fei，LIXiao-hu，QINJin-hong

(Gezhouba Explosive Co Ltd,Chongqing 401121,China)

Abstract:In order to enhance the blasting operation safety of high-temperature areas in open pit mine and to improve the temperature testing technology in blasthole,a method with whole hole thermo detector and the inside temperature alarm was introduced,where the whole hole thermo detector showed the temperature distribution in the hole and record it rapidly.Besides,the temperature testing range from -40℃ to 975℃,which provided support to the distribution and change rule of the hole temperature in high-temperature areas.The hole temperature alarm guaranteed the temperature suitable for explosive charging operation by utilizing the technology of thermocouple temperature inspection and alarm.The combination of these two tools enlarged the blasting scale up to 40 blast holes,and the temperature monitoring were realized well during the blasting operation in high-temperature areas in open pit mine.

Key words:high-temperature fire area; temperature testing technique; full borehole temperature measuring device; hole temperature alarm

doi:10.3963/j.issn.1001-487X.2016.02.025

收稿日期:2016-04-27

作者簡介:曹進(jìn)軍(1988-)，碩士，2014年畢業(yè)于武漢科技大學(xué)理學(xué)院工程力學(xué)專業(yè)，現(xiàn)任中國葛洲壩集團(tuán)易普力股份有限公司爆破技術(shù)員,(E-mail)824426964@qq.com。

中圖分類號:TD235.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1001-487X(2016)02-0128-04