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摘要:

為加強露天煤礦高溫火區爆破作業的安全，提高炮孔測溫技術，介紹了一種全孔測溫儀和孔內溫度報警器的原理。全孔測溫儀結合分離式紅外測溫技術、無線傳輸技術和數據自動分析技術，能準確測量全孔孔內的溫度分布情況，快速記錄、存儲數據，測量溫度范圍為－40℃～975℃，可為統計分析高溫火區炮孔溫度分布、變化規律提供數據支撐。孔內溫度報警器主要采用熱電偶測溫技術和溫度巡檢及報警技術，保證了裝藥過程中炸藥處于可控溫度范圍內。通過其聯合應用，擴大了高溫火區爆破規模，最大爆破規模已達40個炮孔，并實現了露天煤礦火區爆破作業全過程炮孔溫度監控。

《爆破雜志》2016年第2期

關鍵詞:

高溫火區;測溫技術;全孔測溫儀;孔內報警器

1背景

在我國北方地區，如寧夏、新疆、內蒙古、山西等，越來越多的煤礦已經轉為露天開采，由于煤礦部分煤層埋藏較淺，甚至已經露頭，引起自燃，以及前期采取井工開采，轉露采后，在覆蓋層形成采空區或空巷，空氣進入后形成自燃區，形成大面積高溫火區［1-3］，局部溫度高達400℃～600℃。因爆器材具有一定的熱感度，當炮孔溫度大于爆破器材熱感度時，就會發生誤爆或失效，直接威脅爆破作業人員的人身安全。所以高溫火區爆破作業過程中掌握炮孔孔溫是至關重要的。目前在高溫火區一般采用熱電偶測溫儀和便攜式紅外測溫儀檢測炮孔內的溫度。熱電偶測溫儀的感應時間較長，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，實際檢測的溫度為空氣的溫度，與實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某點溫度，不能實現全孔深溫度檢測，且測量距離受光學分辨率影響，當炮孔直徑較小、孔深較大時，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［4-7］，因此，露天煤礦火區爆破作業主要以控制炮孔裝藥前溫度、爆破規模、操作人員數量、裝藥到起爆的時間進行作業，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”的作業方式進行爆破，作業效率低下，爆破質量較差，且生產成本較高。

2全孔測溫儀和孔內報警器

為克服熱電偶測溫儀和便攜式紅外測溫儀監測火區爆破炮孔溫度存在的弊端，中國葛洲壩集團易普力股份有限公司(簡稱“易普力公司”)引進研發了全孔測溫儀，在不同環境下實現了對全孔深溫度準確測量。同時，在露天煤礦火區爆破作業中，易普力公司通過在炮孔裝藥前放置檢測線，結合自主開發的孔內報警器，可實時監測裝藥全過程炮孔全孔最高溫度，降低了爆破作業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

全孔測溫儀結合了分離式紅外測溫技術、無線傳輸技術和數據自動分析技術三種技術原理，通過分離式紅外測溫技術將紅外探頭與主機分離，利用電纜線連接，當紅外探頭感應溫度信號后，轉化為電信號，并通過電纜線傳輸給主機，并在主機上直接進行轉變為數字信號進行顯示;主機再利用無線發送模塊將大量的數字信號，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;最后通過開發的智能分析軟件對收集的溫度數據自動進行分析，繪制溫度隨深度變化曲線圖。全孔測溫儀結構圖如圖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;4－報警裝置;5－無線傳輸裝置;6－絞線筒;7－支架。全孔測溫儀與數據接收器如圖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，實現對炮孔全孔深溫度測試，測量溫度范圍為－40℃～975℃，并具有良好的數據無線傳輸、存儲功能，可為后續炮孔注水后溫度反彈變化規律提供數據支撐，對整個炮區高溫孔的分布規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，因其電纜線上標有刻度，該裝置在測溫的同時也檢測了炮孔深度，一舉兩得，提高了工作效率。

2．2孔內溫度報警器原理及作用

孔內溫度報警器主要采用熱電偶測溫技術和溫度巡檢及報警技術。孔內溫度報警器采用的巡檢儀可以進行多點溫度巡檢，其結構示意圖如圖3所示。目前易普力公司采用的單個巡檢儀可進行16組炮孔的溫度巡檢，將溫度數據顯示在主機上，主機如圖4所示，通過設置不同報警閾值，并分別獨立上下限報警控制。如設置閾值設置為100℃，當某一個炮孔最高溫度在施工過程中，溫度超過100℃后，主機將發出聲音和燈光報警。在爆破作業過程中，存在炮孔局部溫度升高過快的現象，導致引燃該處炸藥甚至引爆炸藥的事故。孔內溫度報警器通過裝藥前將監測線放入炮孔內，實時監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。該裝置包括溫度監測器、溫度傳感器以及連接導線，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℃，能夠快速測試火區炮孔內各個監測點的溫度，便于安裝，測試溫度精準。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行長時間監測，當溫度超過安全閾值時，孔內報警器產生報警信號，施工人員應迅速撤離現場，從而進一步提高了火區爆破施工的安全。

3工程應用

神寧集團汝箕溝無煙煤分公司羊齒、工業廣場等采區于2014年6月份開始采用全孔測溫儀對高溫火區炮孔進行全孔深溫度測試，應用效果良好。由于炮孔不同孔深裂隙發育程度不一，與火源中心點距離不同，不同部位炮孔溫度最高點在孔內分布位置也有所差異。圖5為羊齒采區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)中炮孔內溫度最高點位于6m處，說明該處裂隙相對發育，整個曲線相對平滑，溫度變化較為平緩;圖5(c)曲線在孔深1．5～3．5m變化幅度較大，中溫度最高點位于4．8m處。在爆破作業過程中，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的孔深記錄在孔口標志卡上。圖6為孔內報警器根據上述全孔測溫儀測試結果對三類炮孔溫度最高點監測示意圖(孔內報警器可通過在監測線不同位置安裝探頭，進行多點監測，一般由于溫度最高點處炸藥溫度上升最快，目前為節約生產成本，在實際作業中只針對溫度最高點進行監測)。結合易普力公司研發的錫箔紙防水袋注水爆破施工方法［8］，在準備工作(堵塞材料、導爆索、炸藥、起爆點、警戒等)就緒后，開始在炮孔中放入錫箔紙防水袋并滿孔水，再將監測線探頭置于炮孔溫度最高點處進行監控，根據就近原則，將監測線連接到孔內報警器主機上，作業人員仍然控制為9個人，每次爆破炮孔孔數一般不超過45個，裝填時間以孔內報警器是否報警為準，若裝填過程中孔內報警器若出現報警，作業人員立刻放棄其他孔裝填工作，撤離到警戒區外進行起爆。該方法已在寧夏羊齒采區和山西平朔東露天礦進行多次應用，單次爆破規模一般在20個炮孔左右，最大規模達到40個，且在裝填過程中，孔內報警器還未出現監測溫度超過閾值而產生報警。

4結論

全孔測溫儀在干孔水孔等復雜條件下能準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、存儲溫度數據，可為將來研究高溫火區注水后溫度變化規律提供數據支撐，對整個炮區高溫孔的分布規律的探索具有重要意義。孔內溫度報警器保證了裝藥過程中炸藥處于可控溫度范圍內，保障裝藥安全，相比高溫火區傳統爆破，延長了裝藥時間，擴大爆破規模，最大爆破規模已達40個炮孔。在高溫火區爆破中，孔內溫度報警器結合全孔測溫儀，避免了裝藥過程中及裝藥結束后對炮孔溫度監測的盲區，實現了露天煤礦火區爆破作業全過程炮孔溫度監控.

參考文獻

［1］許晨，李克民，李晉旭，等．露天煤礦高溫火區爆破的安全技術探究［J］．露天采礦技術，2010(4):73-75，89．

［2］蔡建德．露天煤礦高溫區爆破安全作業技術研究［J］．工程爆破，2013，19(1/2):92-95，73．

作者：曹進軍 朱寬 郝亞飛 李曉虎 秦錦鴻 單位：中國葛洲壩集團易普力股份有限公司