刘中玉 杨剑中
山东银光科技有限公司 山东 临沂 273400
摘要：目前对爆破器材进行防护的研究主要集中在对药卷的防护，因此为了探索防护下的导爆索在高温火区爆破中应用，在高温火区现场采用热电偶测温技术对防护下的导爆索不同位置的温度变化以及高温炮孔填土前后的温度变化进行测量，其结果可为防护下的导爆索在高温火区爆破中应用提供一定参考。
关键词：的导爆索；高温火区爆破；应用
前言
我国某些煤炭与含硫矿等矿山由于有长时间的自燃现象而造成部分矿岩存在高温现象，为了保证爆破开采安全，需要对高温火区爆破施工方法进行研究，为了使普通导爆索能应用在高温炮孔中，采用陶瓷纤维套管与胶体水对导爆索进行防护，通过热电偶测温技术测量陶瓷纤维套管中的温度变化以及高温炮孔填土前后的温度变化。结果表明:填土后的炮孔中心温度在较长时间内才回升到先前的温度，有利于导爆索的保护;耐温隔热套管内下部温升速率比上部温升速率快，但最终都稳定在水沸点温度，防护下的导爆索在其底部温度为320℃炮孔中放置40min后能正常起爆。
1、煤矿许用导爆索的设计
在煤炭的开采过程中，由于不可避免地会逸出某些不同成分的可燃性气体和矿尘，如甲烷、乙烷、氢气以及硫尘等，当这些可燃性气体和矿尘与空气均匀混合并达到燃烧和爆炸浓度极限时，就具备了可燃性和可爆性。又由于在地下矿井中所从事爆破作业的爆破器材爆炸时会产生高温高压的爆炸产物和冲击波，这就给可燃性气体和矿尘提供了点燃的外部条件。如果这种能量足够大，就会引起这些可燃性气体和矿尘的爆燃或爆炸，从而发生瓦斯、粉尘爆炸事故。因此在煤矿许用导爆索设计时，除了要考虑导爆索的传爆性能外，还必须特别重视导爆索的安全性。
目前，大多数企业生产的是普通工业导爆索，采用的工艺是一次成型工艺，索段直接通过制索机、挤塑机卷制成型，工艺流程简捷、流畅。利用已有成熟的工艺、制索设备生产出煤矿许用导爆索，关键是加入什么消焰剂，如何加入消焰剂，以何种工艺流程方式成功试制煤矿许用导爆索。
1.1确定适合生产的工艺
初步设想二种方案:一种是混合法，直接将消焰剂加入药粉进行混合，混合物直接作为药芯，进行一次成型制造出煤矿许用导爆索。另一种方案是被筒法，将消焰剂进行被筒法处理，食盐只是涂覆在索芯外层，采用的是二段法生产方式，不改变原来的包覆结构，只是减少包覆层数量，利用原有工艺生产出达到技术指标要求的内芯，再以前面生产的半成品作为内芯，将消焰剂投入药杯进行涂覆。
1.2两种工艺方案安全性比较
采用混合法试制时，在太安与消焰剂混合过程中将产生静电和摩擦，带来一系列的安全性问题。导爆索药芯用的太安是一种松散的粉状结晶，爆速高，爆轰感度好，太安机械感度比较大，撞击感度100%，摩擦感度92%，枪击感度100%，而且起爆感度比较高。试验选择的消焰剂是食盐，太安会慢慢吸收食盐结晶中放出的水分，影响药粉流散性，使爆轰性能下降，而食盐中高熔点金属离子的存在会使不安全性大大增加。对于煤矿许用导爆索来说，可靠起爆、稳定传播是安全使用所必须的，也是用于煤矿生产所必备的基本条件，所以放弃此方案。采用被筒法试制方案时，生产出包缠结构减少一半的内芯导爆索，经测试各项性能指标已经达到要求，避免了药粉与食盐的直接接触，消除了安全隐患，生产流程简单，结构适宜，安全性高。
2、现场试验
导爆索的防护结构包括超强吸水剂、纸筒、水、塑料薄膜、陶瓷纤维套管，其中，超强吸水剂具有很好的吸水性能以及保存水分的能力，陶瓷纤维套管具有重量轻、耐高温、良好的隔热、无毒、较高的抗拉强度和韧性等特点。试验时将超强吸水剂装入纸筒中，然后将纸筒与导爆索捆绑后装入塑料薄膜，将塑料薄膜套入陶瓷纤维套管后注水。水可以透过纸筒被超强吸水剂吸附，纸筒在超强吸水剂吸附水后可被撑破，使吸附水后的超强吸水剂均匀分布在导爆索与塑料薄膜之间，这样就解决了超强吸水剂在套管中轴向分布的均匀性问题。被超强吸水剂吸附后的水为膏状，其在外层结构破损情况下不易流失，另外塑料薄膜可以有效减缓结构中水分的蒸发速度，因此该耐温吸热保护结构能够满足现场恶劣的施工环境。试验中使用的陶瓷纤维套管厚度为2mm，直径为3cm，套筒内套有塑料薄膜的直径为3．5cm，其直径略大于陶瓷纤维套管的内径，使得塑料薄膜内的水压力由陶瓷纤维套管承受。纸筒的直径为4mm，需要根据超强吸水剂吸收水的能力以及塑料薄膜中的水量进行确定。现场试验的炮孔温度为250℃～400℃左右。试验时将一个热电偶固定耐温吸热保护结构外面，用于测量炮孔的温度;一个热电偶固定在耐温吸热保护结构内部下方(4m)，用于测量导爆索下部的温度;一个热电偶固定在耐温吸热保护结构内部上方(0．5m)，用于测量导爆索上部温度。
3、试验结果与分析
3．1填土前后的炮孔温度
为了对比填土前后的炮孔温度变化情况，将4个热电偶绑在3m长铁管上，然后将铁管下放到炮孔中(居中)，待测温仪上的温度显示稳定后往炮孔内填上干燥的土石，得到炮孔在不同深度的温度变化曲线如图2所示。
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由图2可得，炮孔中深度为3m的初始稳定温度为277．6℃，深度为2．5m的初始稳定温度为228．6℃，深度为1．5m的初始稳定温度为187．7℃，深度为0．5m的初始稳定温度为109．3℃，即炮孔中初始温度与孔深成近似线性增加关系。填土后不同深度的炮孔温度都出现急剧下降到100℃以下，下降后的炮孔温度在初期出现无规律回升，在后期成近似线性回升，但不同深度的温度回升速率有所不同。约10min后往炮孔中填土，深度为3m的炮孔温度在填土后约55min才回升到150℃，最终经过三个多小时后才回升到初始温度(277．6℃)，因此上述现象有利于导爆索的防护工作，也使采用消防水带替代内层附有塑料薄膜的陶瓷纤维套管成为可能，另外为了验证填塞沙土的含水量对填土前后炮孔温度的影响，需要进一步研究往炮孔内填上潮湿的土石后的炮孔温度变化情况。
3．2耐温吸热保护结构内部温度分布
为了验证耐温吸热保护结构的隔热保护效果，由热电偶测得耐温吸热保护结构内部不同位置温度的变化曲线如图3所示。
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由图3可得，耐温吸热保护结构外围的中部温度为220℃左右，另外根据前期炮孔测温显示耐温吸热保护结构外围的底部温度约为320℃左右。耐温吸热保护结构内部底部在12min左右上升到水沸点温度，而后在1h内保持在水沸点温度环境;耐温吸热保护结构内部上部在45min左右才上升到水沸点温度，而后在1h内也保持在水沸点温度环境，温升速率主要与炮孔温度随孔深增大而增大有关。通过增加陶瓷纤维套管的直径即通过增加套管中的水量不能明显减小保护结构内部温升速率，但可以延长套管内部环境处于水沸点温度的时间，主要是由于在增大套管直径的同时也增大套管与炮孔中空气接触的面积，因此后期需要进一步优化套管的直径大小。综上所述，耐温吸热保护结构通过外围的耐温吸热保护结构对内部导爆索进行隔热与保护，高比热容的水可将炮孔传导到结构内部的热量进行吸收，使导爆索在后期能保持在恒温环境中，因此耐火隔热套管中的温度环境能使导爆索能够满足高温火区爆破要求。
3．3起爆试验
现场试验时将两组4m的导爆索分别用隔热套管进行保护，保护后的导爆索放置在其底部温度为320℃的炮孔中，其中一组放置40min后取出，一组
放置60min后取出，将上述试验重复3次，放置40min一组试验后的导爆索
在最高温度为320℃炮孔中放置40min后取出的导爆索外层塑料完整且能正常起爆，而放置60min后取出的导爆索下半部分有部分烧断，因此该导爆索已经失效。另外上述研究表明填土后的炮孔中间温度在较长时间内才恢复到先前的温度，因此耐火隔热套管基本能满足高温火区爆破中导爆索的防护要求。
3．4靠壁试验
为了验证极端条件下耐温吸热保护结构的防护效果，将导爆索固定在耐温吸热保护结构内部靠近壁面的位置上，保护后的导爆索在其底部温度为320℃的炮孔中放置40min后取出，靠近在耐温吸热保护结构内部壁面上的导爆索外围塑料层有部分烧焦，但其内部的棉线未烧断，其可被正常引爆，即该导爆索并未失效，因此耐火隔热套管在极端条件下也能满足高温火区爆破中导爆索的防护要求。
4、结论
采用耐温吸热保护结构对现有的普通导爆索进行保护，使得现有的普通导爆索能够应用到高温火区爆破中，通过热电偶测温技术测量填土前后的高温炮孔温度变化情况以及耐温隔热套管在高温炮孔中的温度变化情况，得到的结论如下:
(1)填土后不同深度的炮孔温度都出现急剧下降，下降后的炮孔温度在初期出现无规律回升，在后期成近似线性回升，但不同深度的温度回升速率有所不同。
(2)填上干燥土后的炮孔中间温度在较长时间内才恢复到先前的温度，其有利于导爆索的保护，但需要进一步研究往炮孔内填上潮湿的土石后的炮孔温度变化情况。
(3)耐温隔热套管内下部温升速率比上部温升速率快，但最终都稳定在水沸点温度，因此防护下的导爆索在其底部温度为320℃炮孔中放置40min后能正常起爆。
(4)通过增加陶瓷纤维套管的直径即通过增加套管中的水量不能明显减小保护结构内部温升速率，但可以延长套管内部环境处于水沸点温度的时间，因此后期需要进一步优化套管的直径大小。
参考文献：
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