爆破技術在清除回轉窯內高溫結瘤物的應用實踐

肖 錦,黃東平,蔡建鑫,黃祖舟,鄧 剛

(攀枝花恒威爆破工程有限公司, 四川攀枝花617012)

1 工程概況

某公司有一座回轉窯(見圖1),窯直徑3 m,外壁加耐火磚厚度0.3 m,窯體長46 m。該公司主要利用煉鐵中產生的高爐灰,通過回轉窯冶煉提取氧化鋅、還原鐵粉及部分建筑材料。由于回轉窯主要燃料為原煤,在生產過程中,由于受原煤質量、配料方式、操作工藝等影響,造成窯內溫度不均以致熱工藝紊亂,而且原煤中含有大量有害的酸氧化物和二氧化硫,因此在冶煉過程中在窯內形成0.9 ～1.2 m 厚硫堿結瘤圈。該硫堿結瘤圈位于距離窯口10 m 左右的高溫區,結瘤產生后如不及時處理,將減少窯內有效容積、阻礙窯料下行、窯氣分布不均,甚至會造成窯體失穩,嚴重影響安全生產并減少回轉窯的使用壽命。

由于硫堿結瘤物溫度高、硬度大、韌性強,且窯內空間狹窄,停窯時間不宜太長。因此,為及時、有效、安全、徹底地清除結瘤,保證企業的正常生產,如果具備人工或機械清除結瘤條件,則采用松動爆破方式予以除瘤[1]。

圖1 回轉窯外觀圖

2 施工難點

本工程在施工過程中,存在下列施工難點:

1)廠內施工現場復雜,結瘤溫度高。若采用導爆管雷管起爆,則無法檢查起爆網路導通情況,出現盲炮,后續處理安全隱患巨大,故采用電雷管起爆法,但回轉窯外殼為鐵制易傳導雜散電流,窯區四周帶電設備多,安全風險大。

2)回轉窯爐內硫堿結瘤物結構復雜,而且位置、塊度和厚度不確定,爆破方式選擇困難。另外,爆破裝藥量很難控制,裝藥量過大會造成窯體結構的破壞;裝藥量過小則達不到爆破除瘤的效果。

3)硫堿結瘤物具有溫度高、硬度大、韌性強的特點,而且只有1 ～2 個自由面,夾制作用大,爆破條件差。同時,爆破時必須采取一定的隔熱、降溫等措施來保證爆破施工的安全[2]。

3 爆破技術方案

窯內除瘤爆破方法主要有淺孔松動破碎爆破法和裸露藥包爆破振落法兩種。兩種爆破法適應范圍如下:

1)淺孔松動破碎爆破法:適用于面積、厚度較大以及窯內下部的結瘤清除,該法是將經隔熱防護加工好的藥包裝入鑿好的炮孔內,利用炸藥能量炸裂結瘤。

2)裸露藥包振落法:主要作為淺孔爆破法的輔助方法,適用于面積和厚度較小以及窯壁上部的結瘤清除。該法是將經隔熱防護加工好的藥包綁扎在長桿上,通過施工窗口投送至結瘤表面,支撐固定后,迅速撤離后起爆藥包,利用爆破沖擊波振落結瘤,來達到除瘤的目的。

根據本工程回轉窯窯內硫堿結瘤物的形狀、厚度及位置等分布情況,本工程采用淺孔松動破碎爆破法除瘤。具體做法:將回轉窯熄火一段時間,用氣焊將結瘤處燒出炮孔,鉆孔深度不超過硫堿結瘤物厚度的2/3,然后將經隔熱防護加工好的藥包裝入炮孔內,采用松動爆破技術破碎硫堿結瘤物。

3.1 爆破器材選取

1)炸藥:選用三級煤礦許用乳化炸藥,炸藥藥卷?30 mm,單卷重300 g;

2)雷管:選用1 ～5 段煤礦許用毫秒延期電雷管;

3)連接母線:選用耐高溫阻燃純銅芯電線;

4)起爆器:用200 型脈沖起爆器;

5)其他材料:石棉布、石棉繩、?70 mm 阻燃PVC 管、黃泥等。

3.2 爆破參數設計

爆破參數選擇是否合理,直接影響著爆破的安全以及爆破效果。

1)單孔裝藥量Q。考慮硫堿結瘤物硬度大、韌性強,因而選取的炸藥單耗q也應較大。根據多年實踐經驗,炸藥單耗(三級煤礦許用乳化炸藥)取2.0 ～2.5 kg/m3較為適宜。經試爆后,確定單孔裝藥量為900 g,即每孔裝3 卷炸藥。

2)炮孔孔徑D。考慮若單孔孔內延米裝藥量偏小難以保證爆破效果,為安全起見又保證爆破效果,炮孔孔徑應稍大,以保證裝藥量達到單耗要求,因此,炮孔直徑取80 ～90 mm。

3)炮孔間距a。a為 5 ～ 10 倍炮孔直徑D,炮孔孔距取a=0.6 ～1.0 m。

4)起爆網路。為了保證安全每次起爆不超過3 個炮孔,藥包內雷管段別分別為 1、3、5 段,串聯起爆。

3.3 藥包制作

爆破作業時,雖然回轉窯已經停爐,但硫堿結瘤物仍然具有較高的溫度,因此必須要對爆破藥包進行隔熱加工處理。由于爆破藥包加工工序繁瑣,因此在施工地點附近,選一安全地點,以供加工隔熱藥包使用。

爆破藥包裝填炸藥前首先作電雷管隔熱試驗,即用石棉布、黃泥漿將雷管嚴密包裹起來,放入高溫炮孔中,如在10 min 內仍未自爆,則認為合格。否則應加厚石棉層,再做試驗,直至合格為止,最終確定石棉布包裹不少于3 層。隔熱藥包加工具體方法如下:

首先將兩發同段電雷管插入一支炸藥藥卷內,另外兩支炸藥用電工絕緣膠布捆在該藥卷周圍;其次在阻燃PVC 管的底部裝100 mm 長的黃泥,再把捆好炸藥藥卷裝入PVC 管中,炸藥藥卷的上端也裝入一段黃泥用于隔熱以及封堵PVC 管;然后用石棉布把PVC 管包裹4 ～5 層,最后用石棉繩把石棉布捆扎結實。在用石棉布包裹電雷管腳線時,一定要注意將電雷管兩根腳線分開包裹在內,兩根腳線外露約5 cm 以便與母線相連。包裹完畢后,用電雷管導通儀檢測雷管的導通性,出現不通時要查找原因重新包裹。炮孔裝藥前,在加工好的隔熱藥包表面均勻涂上一層厚度為2 mm 的耐熱黃泥漿[3],隔熱藥包形式如圖2 所示。

圖2 隔熱藥包示意圖

3.4 裝藥起爆

1)裝藥前應先向窯內高溫硫堿結瘤物表面潑水降溫,用流動冷水冷卻炮孔1 h,然后測量孔底溫度,超過200 ℃時,禁止向炮孔內裝藥;當炮孔溫度低于200 ℃時,方可向孔內裝藥包[4]。

2)炮孔裝藥包時,由兩名身穿耐熱服的熟練爆破員進行操作,一次裝藥、填塞和連線不能超過5 min,采用串聯電路起爆,外圍其他人員做好相關輔助工作[5]。

3.5 安全防護

由于硫堿結瘤物爆破是在回轉窯內進行的,其爆破危害主要是飛石和爆破沖擊波。

1)飛石的控制:飛石主要逸出為窯口和炮孔孔口,為防飛石,在其窯口處掛雙層膠皮炮被防護,炮孔孔口用鐵絲將雙層濕草簾和竹笆片環繞捆扎牢固。

2)空氣沖擊波控制:由于單響起爆藥量僅為900 g,而且爆破是在窯內進行的,除了在技術上進行控制,還對窯口和炮孔孔口處都采取了防護措施。因此,空氣沖擊波不會對周圍環境和設備造成影響。

4 爆破效果和體會

該工程采用了爆破藥包隔熱處理和松動爆破技術,并采取了嚴格的安全技術及管理措施,爆破后高溫硫堿結瘤物被炸松,裂開成小塊,通過窯口人工予以清出。爆破對回轉窯和周圍的設備均沒有造成損壞,除瘤工程取得了非常好的爆破效果,得到業主的充分肯定。此次施工總結出以下幾點體會:

1)施工準備。由于是采用電雷管作為起爆器材,因此在爆破器材進入施工現場前和加工爆炸藥包時,必須做作業地點周圍的雜散電流檢測,同時關閉回轉窯周邊全部帶電設備設施電源。

2)試爆。進入施工現場后,先用單個電雷管包裹隔熱石棉布做隔熱試驗,以掌握裝藥、堵塞、連線、充電、起爆的時間。在高溫影響下,經過隔熱處理的藥包從裝藥到自爆的安全時間一般在10 min,為安全起見將作業時間必須控制在5 min 之內。在爆破作業過程中,藥包的藥量要根據結瘤物的形狀、厚度及位置等情況確定,先取小值,再根據爆破效果確定裝藥量[6]。

3)藥包制作。

①制作隔熱藥包要在安全的場地內進行;

于確定好的藥包藥量必須嚴格控制,禁止隨意加減;

③包裹隔熱石棉層時,必須包裹嚴實,同時要保護好電雷管腳線,隔熱藥包做好后、裝藥前、起爆前至少要進行三次導通試驗。

4)起爆。要嚴格按照《爆破安全規程》(GB 6722-2014)進行施工。現場爆破作業人員,必須持證上崗。進入施工現場必須穿戴耐高溫工作服等防護用品,同時做好安全警戒工作,施工現場盡量減少施工操作人員數量。作業時做到四個快速(快速裝藥、快速堵塞、快速連線和快速起爆)。

5)通風和清渣。起爆后要對回轉窯進行機械通風,避免窯內有毒氣體的積聚,通風30 min 以上,經檢查合格后,方可安排清渣人員進入窯內進行清渣作業。

總之,高溫爆破作業危險性非常大,施工時一定要認真、謹慎對待,特別是對爆破器材的隔熱防護,要細致、周密,確保萬無一失。同時,要加強施工過程的安全管理和施工組織管理,嚴格貫徹、落實安全責任制,確保爆破過程安全無事故。