露天煤矿高温火区爆破测温技术的研究与应用

曹进军，朱　宽，郝亚飞，李晓虎，秦锦鸿

(中国葛洲坝集团 易普力股份有限公司，重庆 401121)



露天煤矿高温火区爆破测温技术的研究与应用

曹进军，朱宽，郝亚飞，李晓虎，秦锦鸿

(中国葛洲坝集团 易普力股份有限公司，重庆 401121)

摘要:为加强露天煤矿高温火区爆破作业的安全，提高炮孔测温技术，介绍了一种全孔测温仪和孔内温度报警器的原理。全孔测温仪结合分离式红外测温技术、无线传输技术和数据自动分析技术，能准确测量全孔孔内的温度分布情况，快速记录、存储数据，测量温度范围为-40℃～975℃，可为统计分析高温火区炮孔温度分布、变化规律提供数据支撑。孔内温度报警器主要采用热电偶测温技术和温度巡检及报警技术，保证了装药过程中炸药处于可控温度范围内。通过其联合应用，扩大了高温火区爆破规模，最大爆破规模已达40个炮孔，并实现了露天煤矿火区爆破作业全过程炮孔温度监控。

关键词:高温火区；测温技术；全孔测温仪；孔内报警器

1背景

在我国北方地区，如宁夏、新疆、内蒙古、山西等，越来越多的煤矿已经转为露天开采，由于煤矿部分煤层埋藏较浅，甚至已经露头，引起自燃，以及前期采取井工开采，转露采后，在覆盖层形成采空区或空巷，空气进入后形成自燃区，形成大面积高温火区[1-3]，局部温度高达400℃～600℃。因爆器材具有一定的热感度，当炮孔温度大于爆破器材热感度时，就会发生误爆或失效，直接威胁爆破作业人员的人身安全。所以高温火区爆破作业过程中掌握炮孔孔温是至关重要的。目前在高温火区一般采用热电偶测温仪和便携式红外测温仪检测炮孔内的温度。热电偶测温仪的感应时间较长，测温效率较低，且不能完全保证感温元件与炮孔孔壁完全接触，实际检测的温度为空气的温度，与实际孔壁温度有较大差异。便携式红外测温仪只能检测炮孔内某点温度，不能实现全孔深温度检测，且测量距离受光学分辨率影响，当炮孔直径较小、孔深较大时，很难检测到炮孔底部温度，两种测温仪器测量炮孔全孔温度存在盲区[4-7]，因此，露天煤矿火区爆破作业主要以控制炮孔装药前温度、爆破规模、操作人员数量、装药到起爆的时间进行作业，如宁夏大峰矿将炮孔温度控制在50℃以下，采用“8个孔、9个人、3分钟”的作业方式进行爆破，作业效率低下，爆破质量较差，且生产成本较高。

2全孔测温仪和孔内报警器

为克服热电偶测温仪和便携式红外测温仪监测火区爆破炮孔温度存在的弊端，中国葛洲坝集团易普力股份有限公司(简称“易普力公司”)引进研发了全孔测温仪，在不同环境下实现了对全孔深温度准确测量。同时，在露天煤矿火区爆破作业中，易普力公司通过在炮孔装药前放置检测线，结合自主开发的孔内报警器，可实时监测装药全过程炮孔全孔最高温度，降低了爆破作业过程中炮孔局部高温引起炸药自爆的安全隐患。

2.1全孔测温仪原理及作用

全孔测温仪结合了分离式红外测温技术、无线传输技术和数据自动分析技术三种技术原理，通过分离式红外测温技术将红外探头与主机分离，利用电缆线连接，当红外探头感应温度信号后，转化为电信号，并通过电缆线传输给主机，并在主机上直接进行转变为数字信号进行显示；主机再利用无线发送模块将大量的数字信号，传输至平板电脑上，平板电脑利用无线接收模块接收温度信号；最后通过开发的智能分析软件对收集的温度数据自动进行分析，绘制温度随深度变化曲线图。

全孔测温仪结构图如图1所示，1-电缆组件(11-电缆线、12-波纹管)；2-测温组件(21-红外传感器，22-配重壳体，22a-探测口)；3-主机；4-报警装置；5-无线传输装置；6-绞线筒；7-支架。全孔测温仪与数据接收器如图2所示，该测温仪通过匀速输送装置将探头从炮孔孔口放入到孔底，实现对炮孔全孔深温度测试，测量温度范围为-40℃～975℃，并具有良好的数据无线传输、存储功能，可为后续炮孔注水后温度反弹变化规律提供数据支撑，对整个炮区高温孔的分布规律的探索具有重要意义，其绘制的温度曲线图直观清晰。另外，因其电缆线上标有刻度，该装置在测温的同时也检测了炮孔深度，一举两得，提高了工作效率。

2.2孔内温度报警器原理及作用

孔内温度报警器主要采用热电偶测温技术和温度巡检及报警技术。孔内温度报警器采用的巡检仪可以进行多点温度巡检，其结构示意图如图3所示。目前易普力公司采用的单个巡检仪可进行16组炮孔的温度巡检，将温度数据显示在主机上，主机如图4所示，通过设置不同报警阈值，并分别独立上下限报警控制。如设置阈值设置为100℃，当某一个炮孔最高温度在施工过程中，温度超过100℃后，主机将发出声音和灯光报警。

在爆破作业过程中，存在炮孔局部温度升高过快的现象，导致引燃该处炸药甚至引爆炸药的事故。孔内温度报警器通过装药前将监测线放入炮孔内，实时监控装药全过程炮孔温度升高过快部位，确保装药过程中炸药始终处于可控温度范围内。该装置包括温度监测器、温度传感器以及连接导线，其中温度传感器为柔性热电偶，柔性热电偶测温范围为-200℃～1300℃，能够快速测试火区炮孔内各个监测点的温度，便于安装，测试温度精准。该装置能够一次性采集炮孔中多个部位的温度值，可对炮孔温度反弹较快的一个或多个部位进行长时间监测，当温度超过安全阈值时，孔内报警器产生报警信号，施工人员应迅速撤离现场，从而进一步提高了火区爆破施工的安全。

3工程应用

神宁集团汝箕沟无烟煤分公司羊齿、工业广场等采区于2014年6月份开始采用全孔测温仪对高温火区炮孔进行全孔深温度测试，应用效果良好。由于炮孔不同孔深裂隙发育程度不一，与火源中心点距离不同，不同部位炮孔温度最高点在孔内分布位置也有所差异。图5为羊齿采区3种常见炮孔全孔深温度变化曲线图，图5(a)中全孔深炮孔温度变化情况是比较常见的，随孔深增加，温度逐渐增加，孔底温度最高；图5(b)和图5(c)是比较典型的炮孔温度情况，图5(b)中炮孔内温度最高点位于6 m处，说明该处裂隙相对发育，整个曲线相对平滑，温度变化较为平缓；图5(c)曲线在孔深1.5～3.5 m变化幅度较大，中温度最高点位于4.8 m处。在爆破作业过程中，通过全孔测温仪确定炮孔最高温度的孔深处，并将最高温度和与之对应的孔深记录在孔口标志卡上。

图6为孔内报警器根据上述全孔测温仪测试结果对三类炮孔温度最高点监测示意图(孔内报警器可通过在监测线不同位置安装探头，进行多点监测，一般由于温度最高点处炸药温度上升最快，目前为节约生产成本，在实际作业中只针对温度最高点进行监测)。结合易普力公司研发的锡箔纸防水袋注水爆破施工方法[8]，在准备工作(堵塞材料、导爆索、炸药、起爆点、警戒等)就绪后，开始在炮孔中放入锡箔纸防水袋并满孔水，再将监测线探头置于炮孔温度最高点处进行监控，根据就近原则，将监测线连接到孔内报警器主机上，作业人员仍然控制为9个人，每次爆破炮孔孔数一般不超过45个，装填时间以孔内报警器是否报警为准，若装填过程中孔内报警器若出现报警，作业人员立刻放弃其他孔装填工作，撤离到警戒区外进行起爆。该方法已在宁夏羊齿采区和山西平朔东露天矿进行多次应用，单次爆破规模一般在20个炮孔左右，最大规模达到40个，且在装填过程中，孔内报警器还未出现监测温度超过阈值而产生报警。

4结论

全孔测温仪在干孔水孔等复杂条件下能准确测量炮孔全孔温度分布情况，测量范围为-40℃～975℃，并快速记录、存储温度数据，可为将来研究高温火区注水后温度变化规律提供数据支撑，对整个炮区高温孔的分布规律的探索具有重要意义。

孔内温度报警器保证了装药过程中炸药处于可控温度范围内，保障装药安全，相比高温火区传统爆破，延长了装药时间，扩大爆破规模，最大爆破规模已达40个炮孔。

在高温火区爆破中，孔内温度报警器结合全孔测温仪，避免了装药过程中及装药结束后对炮孔温度监测的盲区，实现了露天煤矿火区爆破作业全过程炮孔温度监控。

参考文献(References)

[1]许晨，李克民，李晋旭，等.露天煤矿高温火区爆破的安全技术探究[J].露天采矿技术，2010 (4)：73-75，89.

[1]XU Cheng，Li Ke-min，LI Jin-xu，et al.Security technology research on high-temperature fire area blasting in surfing mine[J].Opencast Mining Technology，2010 (4)：73-75，89.(in Chinese)

[2]蔡建德.露天煤矿高温区爆破安全作业技术研究[J].工程爆破，2013，19(1/2)：92-95，73.

[2]CAI Jian-de.Security technology of high-temperature blasting in open pit coal mine[J].Engineering Blasting，2013，19(1/2)：92-95，73.(in Chinese)

[3]孙宽，郑克明，王根涛，等.东露天矿大范围高温火区降温技术研究[J].煤炭技术，2015，34(11)：222-224.

[3]SUN Kuan，ZHENG Ke-ming，WANG Gen-tao，et al.Research on cooling technology of high temperature fire area in wide range at east open pit mine[J].Coal Technology，2015，34(11)：222-224.(in Chinese)

[4]HAO Ya-fei，LI Xiao-hu，CAO Jin-jun，et al.Research status and advances of blasting in fire areas of open pit mine[C]∥The 8thInternational Conference On Explosives and Blasting Techniques，2015：50-65.

[5]崔晓荣，林谋金，束学来.露天煤矿火区爆破高温孔温度测量与分析[J].煤炭技术，2015，34(11)：303-305.

[5]CUI Xiao-rong，LIN Mou-jin，SHU Xue-lai.Measurement and analysis of high-temperature blast-holes in opencast coal mine with spontaneous combustion[J].Coal Technology，2015，34(11)：303-305.(in Chinese)

[6]束学来，郑炳旭，郭子如，等.测温技术在煤矿火区爆破中的应用[J].煤炭技术，2014，33(8)：299-301，85.

[6]SHU Xue-lai，ZHENG Bing-xu，GUO Zi-ru，et al.Application of temperature measurement technology in coal mine fire area blasting[J].Coal Technology，2014，33(8)：299-301，85.(in Chinese)

[7]林谋金，刘 昆，石文才，等.分布式光纤测温技术在火区爆破中应用[J].爆破，2015，32(4):141-144.

[7]LIN Mou-jin，LIU Kun，SHI Wen-cai，et al.Application of distributed optical fiber sensing technology in fire area blasting[J].Blasting，2015，32(4):141-144.(in Chinese)

[8]李晓虎，万红彬，周桂松，等.煤矿火区中锡箔纸防水袋注水爆破研究与应用[J].爆破，2016，33(1)：100-113.

[8]LI Xiao-hu，WAN Hong-bin，ZHOU Gui-song，et al.Research and application of water blasting method with tin foil paper waterproof bag in coal mine of fire area[J].Blasting，2016，33(1)：100-113.(in Chinese)

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

作者简介:曹进军(1988-)，硕士，2014年毕业于武汉科技大学理学院工程力学专业，现任中国葛洲坝集团易普力股份有限公司爆破技术员,(E-mail)824426964@qq.com。

中图分类号:TD235.3

文献标识码:A

文章编号:1001-487X(2016)02-0128-04