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摘要:

煤炭是能源的重要組成部分，煤炭開采過程是否可以高效安全的開展直接關(guān)系到煤炭生產(chǎn)的效率和產(chǎn)量。針對不同的實際情況選擇合理的采煤工藝可以極大地提高采煤生產(chǎn)過程的效率，簡化采煤過程的復(fù)雜程度，提高煤炭生產(chǎn)量。本文在對采煤工藝進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上，對如何選擇采煤工藝進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞:

露天煤礦;高溫火區(qū);爆破;安全技術(shù)

露天煤礦在開采當(dāng)中，由于輻射范圍廣，并且是在地面進(jìn)行爆破工作，所以容易擴大高溫火區(qū)爆破范圍，使礦區(qū)周圍建筑及施工人員受到傷害。

1國內(nèi)露天煤礦高溫火區(qū)爆破現(xiàn)狀

我國由于地理和自然氣候的原因，煤炭資源貯存較豐富，尤其是在內(nèi)蒙古、寧夏、山西等北方地區(qū)，由于煤層埋藏較淺，開采采用大型露天煤礦。由于國內(nèi)多數(shù)露天煤礦覆蓋層硬度較大的原因，開采前將覆蓋層剝離煤層的工作難度較大，一般會用深孔松動爆破或者定向拋擲爆破的方式才能完全剝離覆蓋層。在覆蓋層的爆破剝離過程中，由于煤層燃燒會造成高溫火區(qū)對深孔爆破的安全性的巨大威脅。特別是炸藥在爆炸當(dāng)中，當(dāng)雷管和引爆索在燃燒時會產(chǎn)生一定的熱感度，如果火區(qū)燃燒產(chǎn)生的高溫使得炸藥達(dá)到爆炸溫度后，會立刻發(fā)生爆炸反應(yīng)。即使沒有達(dá)到爆破的溫度，起爆器受到高溫還是能將炸藥產(chǎn)生熱分解而失去爆破性，影響爆破作業(yè)的整體效果。這些將爆未爆的雷管和引爆索在擱置期間會為礦區(qū)埋下安全隱患。

2高溫火區(qū)爆破安全技術(shù)措施

爆破安全技術(shù)措施是根據(jù)露天煤礦開采中存在的幾類常見的安全隱患?xì)w納的，分別為高溫火區(qū)滅火技術(shù)、耐高溫爆破器和防護(hù)材料的選擇及高溫火區(qū)爆破技術(shù)規(guī)范三大類。

2．1高溫火區(qū)滅火技術(shù)

爆破安全要從源頭做起，對高溫火區(qū)采取相應(yīng)的治理措施才是保障爆破本質(zhì)安全的最好也是最快的方式，這種方式能夠徹底將火源消滅。滅火技術(shù)根據(jù)露天煤礦區(qū)域大小及地表覆蓋硬度，可分為地表覆蓋、鉆孔注漿、剝離滅火及多元化滅火方式。

(1)地表覆蓋技術(shù)。這種方式是直接將開采區(qū)域內(nèi)的黃土填埋到高溫火區(qū)的地表裂縫和采空廢氣的礦井當(dāng)中，將火區(qū)與空氣當(dāng)中的氧氣隔絕，最終使得火源燃燒窒息。但是這種方式工程量較大，滅火過程比較長，所以無法單獨使用。

(2)鉆孔注漿比較簡單，就是直接將水和黃土或者其余的能夠阻燃的材料按照一定的比例混合后，支撐重量和流動性都適宜的漿狀液體，運用輸漿泵通過管道灌注到地表裂縫中，或者利用采礦鉆孔直接注入發(fā)火煤層帶中。當(dāng)漿狀液體注入地表裂縫或者發(fā)火煤層時，液體通過自身的流動性將沉淀阻燃物質(zhì)帶到燃燒區(qū)域填充后包裹浮煤，起到隔絕氧氣，堵塞漏縫的作用，液體中的水分也能對自燃的煤炭進(jìn)行冷卻散熱。采用此方法滅火時，漿狀液體的阻燃材料的選擇應(yīng)該滿足以下條件:如采用的是黃土，那么其黏土顆粒直徑不能大于2mm，黃土中所含的細(xì)小顆粒應(yīng)占據(jù)總量的74．1%且直徑不大于1mm;然后漿狀液體的密度一般為2．43g/m3～2．88g/m3，且脫水性和穩(wěn)定性較好。漿狀液體在填漏和包裹浮煤時滲透性強，阻燃材料較為普遍，最好能夠就地取材。

(3)剝離滅火技術(shù)主要是在煤礦高溫火區(qū)強注水，滅火時將剝離臺和注水裝置分開，對著高溫火區(qū)從下往上分臺階剝離，直至挖除火體。這種方式在于能夠徹底有效地滅火，對露天煤礦環(huán)境沒有過多要求。但是此技術(shù)流程較為復(fù)雜，靈活性差，投資較大，只能針對火源埋藏較淺的煤區(qū)使用，對于火源埋藏較深或者高溫火區(qū)范圍較大的火體，操作性不強，成本也高。

(4)多元化滅火就是將上述滅火技術(shù)相互結(jié)合，分階段撲滅高溫火區(qū)火體。這種方式適用于露天煤礦開采地勢較為復(fù)雜、火勢大、蔓延快，不易施工等礦區(qū)，尤其是對缺少砂土或者水源的地勢管用。針對這些地方的滅火，就需要遵循就近取材、安全可靠、技術(shù)適宜、快速高效的原則進(jìn)行。在滅火過程中，技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)礦區(qū)的地勢地貌、周圍環(huán)境及火勢蔓延程度等問題，考慮采用哪種技術(shù)進(jìn)行施工。比如火體在地表燃燒時，可以先剝開火源然后注水降溫(溫度降至80℃左右即可)，再用漿狀液體充填。如果火體燃燒較深，還是先剝開淺層覆蓋部分，讓燃燒表面形成一個具備鉆孔覆蓋的場所。如果剝離方式已不可取時，只能采取鉆孔注漿的方式，鉆孔時需要在已燃燒的煤層頂板上部，如果離煤層頂板過遠(yuǎn)注漿會難以快速到達(dá)火源，同時漿體在流動的過程中會受到高溫的影響水分蒸發(fā)，不能產(chǎn)生流動和冷卻的作用。如果鉆孔較深，位于煤層底板處，那么液體流入底板后會造成漿液流失，做無用功。除了高溫火區(qū)的地表裂縫和燃燒煤層需要滅火外，還有礦區(qū)內(nèi)采空廢氣的礦井小窯需要進(jìn)行處理。最適宜的方式就是用黃土和水混合進(jìn)行灌注填充，既能避免采空礦井坍塌陷落，也能防止遺留煤層燃燒。當(dāng)然，如果礦區(qū)內(nèi)的黃土匱乏的情況下，也可以尋找其他比較經(jīng)濟(jì)合理的阻燃材料，比如粉煤灰、細(xì)沙等都可。

2．2耐高溫爆破器材及防護(hù)材料優(yōu)化選擇

保證高溫火區(qū)爆破安全的技術(shù)除了滅火外還可以從爆破原材料上進(jìn)行優(yōu)化，避免出現(xiàn)安全事故。這種安全技術(shù)主要是將爆破溫度控制在可爆破的溫度下，并用降溫的方式讓其維持在這個范圍內(nèi)，從而達(dá)到安全爆破效果。炸藥原料的選擇要滿足高強的耐熱性。目前，國內(nèi)最新的耐熱強度高的炸藥有PCS22’、44’、66’2、六硝基二笨砜等，此類炸藥可以在200℃高溫下正常替代常規(guī)炸藥，被廣泛應(yīng)用與航天、核技術(shù)當(dāng)中。但此類炸藥成本較高，并不能廣泛地使用在對炸藥消耗巨大的露天煤礦爆破中。所以，在大型露天煤礦高溫火區(qū)的爆破中，一般采用銨油、銨梯、乳化炸藥。比如在某次露天煤礦爆破中，將火區(qū)的溫度控制在80℃后，三種炸藥都可以正常引爆。但在經(jīng)過四小時的爆破降溫后，桉油爆破速度下降最快，因為桉油在爆炸中吸濕性較高，炮孔經(jīng)過注水降溫后嚴(yán)重制約了使用效果;而銨梯在使用過程中，由于含有敏化劑導(dǎo)致環(huán)境污染，對人體健康產(chǎn)生傷害。乳化炸藥則可以在130℃高溫條件下正常爆破六小時才會失去效用，但速率會略微降低。因此，在大型的露天煤礦高溫火區(qū)爆破中，選用抗水性較好的乳化炸藥能夠保證爆破的安全性。起爆器一般會選用電雷管和引爆索，但是經(jīng)過實踐驗證，這兩類器材在高溫火區(qū)的爆破中，引爆索比電雷管的安全性更高，尤其是在高溫條件下，電雷管的保護(hù)覆蓋在高溫環(huán)境中發(fā)生塑料連接套膨脹變形甚至熔化，甚至腳線也會出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象，并且電雷管不能承受130℃的高溫，直接發(fā)生自爆。引爆索在130℃的高溫環(huán)境下，受熱段雖不能正常起爆，但是不會產(chǎn)生自爆，相對較為穩(wěn)定，并且在起爆操作時更為簡單，為高溫火區(qū)的爆破縮短時間，保證技術(shù)人員的安全性。后期的降溫注水對其產(chǎn)生的影響不大，耐水性好能夠在注水炮孔環(huán)境中正常使用。防護(hù)材料必須選用耐高溫、防水性好、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的材料。目前，國內(nèi)使用最多的就是隔熱PVC管、石棉或者海泡石等材料。其中海泡石因為能夠在內(nèi)外溫差為100℃甚至以上的情況下正常防護(hù)，并且價格較低，所以被廣泛采用。

2．3高溫火區(qū)爆破技術(shù)規(guī)范

在爆破工作前必須測量炮孔溫度，并加以標(biāo)記，裝藥前將孔清理干凈，將藥包編號和藥劑量按照要求堆好，并對炮孔進(jìn)行注水降溫，使溫度保持在80℃以下。注水后還要重新測量泡孔深度，避免出現(xiàn)巖石脫落變遷，及時調(diào)整藥量。根據(jù)實際情況確定礦區(qū)內(nèi)高溫火區(qū)爆破的最大孔數(shù)，指定兩名技術(shù)人員裝填。常溫孔和高溫孔同時爆破時需要先裝常溫再裝高溫，并且時間不能過長。裝完藥孔后要及時填塞炮泥，確認(rèn)密封性良好后即可起爆。如有堵孔應(yīng)立即用炮桿處理，在2min內(nèi)處理不了立即放棄該孔，撤離周圍技術(shù)人員。

3結(jié)束語

由此可知，在處理露天煤礦高溫火區(qū)爆破時，要保證其安全性，就需要從爆破的炸藥成分、引爆器及源頭滅火、溫度控制和爆破技術(shù)上進(jìn)行全方位的管控。

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作者:王廣漢 郭瑞東 單位:山東能源集團(tuán)棗莊礦業(yè)集團(tuán)公司 準(zhǔn)格爾旗金正泰煤炭有限責(zé)任公司