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高溫控制爆破安全問題研究

2014-08-06 責任編輯:崔瑋娜

 

 

完成時間19589

完成單位:東北工學院(現東北大學)

項目主持人及參加人員:劉清榮、徐小荷、鈕  強、馬柏令、孟祥振

撰稿人:劉清榮、房澤法

1工程概況

沈陽冶煉廠銅熔煉車間的鼓風爐前床,由于焦炭質量不符合標準和操作技術等原因,使冰銅和熔渣一起全部凝結于1號前床內,需在高溫條件下將其爆破破碎方能清除。

l號前床系用耐火鎂磚砌筑,四周用鋼板和槽鋼加固(見圖1)。前床長95m、寬35m、高13m,耐火磚壁厚(包括加固鋼板)025m。距1號前床l2m處有風管、水管及電纜線;距1號前床8m處有2號鼓風爐及2號前床,正在進行生產。前床所在的廠房平面布置如圖2所示。

 

經過反復測量得出,l號前床內高溫凝結物(主要是冰銅和熔渣)的溫度高達600800℃,靠近鎂磚四壁0102m范圍內的凝結物溫度為500600℃,最上部表層溫度為300500℃。

高溫凝結物爆破是在廠房中進行,要求做到:嚴格控制被爆物的飛塊距離;嚴格控制爆破地震效應,保證前床四周與底部的耐火磚砌體不受破壞;高溫凝結物的爆破塊度不宜過大,以便于工人裝運;要保證1號前床附近的風水管及電纜不受損壞,保證2號前床能正常生產。

2爆破技術設計

此次高溫控制爆破采取炮孔內微量裝藥、單孔起爆、高溫裝藥保護和爆破保護棚等技術措施。高溫凝結物分兩層施爆,上下層凝結物的起爆順序和爆破參數完全相同。在布孔方式上采用中心錐形掏槽,爆破順序由中心到四壁逐步展開。

布置4個中心錐形掏槽孔,孔傾角65°,孔深O55065m(見圖3)。輔助爆破孔的孔距與排距均為05m,孔深為0506m,為交錯布孔。前床四周留有05m厚的保護層,即光面爆破層。光爆層炮孔間距縮至O2O25m

由于條件所限,炮孔中裝2號巖石硝銨炸藥。1號前床雜散電流值超值,采用8號火雷管和導火索起爆。

用風動鑿巖機鉆孔,因為藥卷外圍包有隔熱材料,炮孔直徑為5052mm。鑿巖工作開始前,需將高溫凝結物的表面用水冷卻,在鑿巖操作地點鋪上石棉隔熱板。鑿巖機供水壓力不低于025MPa。炮孔深0506m,鑿巖時間平均為2030min。兩臺鑿巖機同時工作,每班可鑿出2530個炮孔。靠近前床四壁的鑿巖應停止鑿巖機的中心供水,而改用金屬容器將水少量地注入炮孔中,避免大量的鑿巖用水與熾熱的耐火磚壁接觸,防止耐火磚砌體因劇冷收縮而產生裂隙。

3高溫裝藥的安全問題

高溫爆破的關鍵性技術是硝銨類炸藥、雷管及導火索隔熱保護的可靠度問題。倘若炸藥和雷管的隔熱保護不良,就會出現早爆事故。如果導火索的隔熱保護不合格,則導火索中瀝青層就會熔化,滲人黑火藥芯中,則產生拒爆事故。因此必須采取絕對可靠的技術措施來進行爆破材料的隔熱保護,保證高溫爆破的安全性。

31炸藥隔熱保護試驗

在高溫凝結物濕式鑿巖過程中,由于冷卻水作用,炮孔周壁外圍510mm變為暗灰色,然而當鑿巖完畢后12min,孔壁周圍就轉變為暗紅乃至鮮紅色,炮孔底部溫度最高,有時達到發白的程度。

通過對炮孔溫度的反復測量得出孔底接觸溫度隨時間變化值(1)。從表中可以看出,水冷卻高溫凝結物的炮孔15min后,立即測量孔底溫度,測得的接觸溫度雖然較低,但經過315s后的溫度又高達194℃,孔溫高于雷汞的爆發點(165),必然導致工業雷管自爆,由此得出,單純的水冷卻不能確保高溫裝藥的安全。

測試石棉包裹層隔熱的方法:用厚度為2mm的石棉布包裹熱電偶,溫度隨時間的變化見表2和圖4。表中孔底溫度系指鑿巖結束自然冷卻5min后的多次測定平均值,孔深為0506m。熱電偶包三層中壓橡膠石棉板時,溫度隨時間的變化關系曲線①和熱電偶包四層中壓橡膠石棉板時,溫度隨時間的變化關系曲線②見圖4。由圖4可看出,單純用橡膠石棉板,經過354min,其溫度可達雷汞的爆發點。

若采用2mm厚的石棉布將硝銨炸藥的藥卷包扎兩層,再涂一層約115mm厚的黃泥漿,放人炮孔底部,經過78min,炸藥溫度仍不超過100(見表2)。由此可見,石棉層外涂泥漿層的隔熱作用是非常顯著的。

由此得出,在700800℃的高溫凝結物中,只要裝藥和點火等工序限于35min以內完成,則采取石棉布加外泥漿涂層的隔熱措施,用硝銨類炸藥進行高溫爆破,是安全可靠的。

32雷管耐熱試驗   

采用簡易裝置進行火雷管耐熱試驗。先用一個容積較大的銅制或鋁制容器盛水并加熱到沸點。往100℃的沸水中放人一個密閉型小銅器,其中平放一個被試驗的銅殼火雷管。為了使試驗條件與高溫爆破的實際情況相似,在被試驗的火雷管中預先插有5㎝長的導火索,雷管殼與小銅器緊密接觸,而導火索段則微微翹起,不與銅器壁發生接觸。由于銅的導熱性良好,故銅殼雷管所承受的溫度近似等于沸水溫度。在上述試驗條件下,火雷管經受了持續10min的耐熱試驗,平行做了20次試驗,均未發生自爆現象。通過耐熱試驗的20支火雷管,將其各自所帶的導火索點燃后全部起爆。試驗證明,火雷管經過近似等于100℃的10min耐熱檢驗,不會自行分解,并且保持了原有起爆性能

導火索經10min烘烤后,黑火藥芯的水分有所降低,燃速平均提高2%3%。然而,導火索被過分烘烤后,瀝青層被熔化并滲透到藥芯中,導火索燃燒過程中有可能產生燃燒中斷,而使雷管產生拒爆,必須引起高度重視。

4單孔裝藥量計算

單孔裝藥量采用體積公式計算。對鋼渣凝結物,炸藥單耗取025045kgm3,對銅渣凝結物,取030055kgm3,對中硬鐵渣凝結物,取O50100kgm3,對中硬鐵渣凝結物,取100250kg/m3

1號前床內的高溫凝結物以銅渣為主,當炮孔深度為05m時,孔內裝藥量取75100g。爆破后,鋼渣呈龜裂狀破碎,原地松動,無碎塊飛出現象。

在前床的四壁進行光面層爆破時,炮孔間距縮小至020025m,每孔裝藥量4075g。爆破后,呈塊狀,沿炮孔中心連線切下四壁平整,無損壞現象。

5廠房保護

l號前床近旁管道如網,距爆源8m處的2號鼓風爐還要正常生產,故必須嚴格控制爆破振動和高溫凝結物的碎塊飛出。此次爆破所采用的主要保護措施有:控制同時起爆的炮孔數,每響一孔;起爆炮孔上部覆蓋23層浸濕的草袋和一層舊麻袋,以阻止碎塊向上部飛散;架設飛石防護棚,以阻止個別爆破小碎塊飛出。

上述保護措施對周圍設備起到了很好的保護作用,達到了安全要求。

6結論

(1)高溫爆破的實驗證明,在溫度高達800℃熾熱體上的爆破禁區是完全可以突破的。

(2)采取微量裝藥、限制同時起爆的孔數和對爆點周圍進行防護等措施,可控制飛石和振動危害。

(3)高溫爆破不足之處,一是仍有自爆的隱患,二是鉆孔時間太長。

摘自《中國典型爆破工程與技術》