爆破安全理论与技术.ppt
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1、安徽理工大学徐 颖2008年12月26日,矿山爆破安全管理与新技术,2,基本情况介绍,教育部“新世纪优秀人才”、安徽省学术与技术带头人、安徽省高校学科拔尖人才、中国岩石力学与工程学会岩石破碎专业委员会、青年专业委员会、软岩支护专业委员会委员、国际岩石力学学会(ISRM)中国小组成员、中国煤炭学会爆破专业委员会委员、安徽省工程爆破协会常务理事、安徽省安全生产监督管理局特聘专家。,地址:安徽淮南 电话:0554-6668554(0)0554-6631806(H)邮编:232001 E-mail:,3,爆破工程因为利用炸药爆炸释放的能量来破坏介质,故存在的危险和有害因素较多,一旦发生事故,既是惊天动
2、地,不可逆转,损失惨重,给人们生命和财产造成巨大损失。1921年2月21日,德国奥波城化工厂用浅眼爆破处理结块的硝酸铵,激发2000吨化肥爆炸,形成长165m,宽100m,深20m的人工湖,死430人,伤1500人的惨剧。,4,安全爆破工程永恒的主题,煤矿爆破安全技术管理,是指煤矿在整个爆破作业过程中为了防止与放炮有关事故的发生而进行的一系列组织活动。它是以爆破技术为主的安全管理措施,是根治爆破事故和瓦斯煤尘爆炸事故发生的重要一环。统计表明,在瓦斯煤尘爆炸事故中因爆破作业而引起的约占到三分之一,在冒顶、透水事故中相当多是由爆破作业引起的。另一方面,爆破事故发生的过程比较短,人为因素比较多,给安
3、全管理工作带来了很大困难。这也是爆破事故同其他事故的主要区别。,5,安全爆破工程永恒的主题,因此,在爆破工程施工以前,对爆破工程中潜在的危险和有害因素进行辨识,分析引起爆破事故的技术和管理状况,论证安全技术措施的合理性,避免选用不安全的施工工艺和危险的材料,提出降低或消除危险的有效方法。对潜在的危险,有害因素进行定性和定量的分析,建立使系统安全的最优方案,熟悉爆破材料的性能,了解有关爆破破岩机理,掌握爆破作业的安全技术知识,遵守煤矿安全规程、作业规程、操作规程,加强爆破安全管理,才能实现安全爆破,实现爆破工程安全化。,6,提 纲,一、爆破工程方面的法规二、爆破事故发生的原因及事故分类三、煤矿井
4、下爆破拒爆的原因及预防四、煤矿炸药和爆破器材的安全问题五、井巷掘进爆破技术的理论与发展六、煤矿新型爆破技术,7,1956年5月25日国务院全体会议第二十九次会议通过国务院颁发了工人职伤亡事故报告规程;1957年,冶金工业部颁发了冶金矿山爆破安全规程;1982年,国务院颁发了矿山安全条例;1984年1月6日,国务院颁发了中华人民共和国爆炸物品管理条例;随后,国务院颁发了特种作业人员安全技术考核管理规则(GB5306-1985)、爆破安全规程(GB6722-1986)、大爆破安全规程(GB13349-1992)、拆除爆破安全规程(GB13533-1992)。,一、工程爆破方面的法规,8,1989年
5、6月16日,劳动部、农业部、公安部、国家建材部联合颁发了乡镇露天矿场爆破安全规程(GA 53-93)。1993年4月18日、公安部颁发了中华人民共和国公共安全作业行业标准的爆破作业人员安全技术考核标准(GA53-1993)等技术标准、规程;2003年,新的爆破安全规程(GB6722-2003)颁布执行,该规程具有较强的技术型、规范性、前瞻性和可操作性,是爆破施工和安全管理的法律依据。,一、工程爆破方面的法规,9,煤矿井巷工程及煤炭开采,特别是乡镇煤矿基本上是采用钻眼爆破法生产的。即使国有重点煤矿,钻眼爆破法仍然是破碎岩石的主要手段。煤矿爆破普遍存在的问题是安全隐患多、事故多“建国以来,煤矿爆破
6、方面的事故突出表现在两个方面:其一是放炮引起瓦斯、煤尘爆炸。据1949年1995年统计,我国国有重点煤矿一次死亡3人以上的361起重大瓦斯、煤尘爆炸的事故中,有108起是放炮引起的,约占30%,有的放炮还引起井下火灾事故。其二是放炮崩人,死亡人数占全国煤矿生产事故死亡总人数的31.35%。因此,搞好煤矿爆破事故的预防及治理越来越成为煤炭行业的突出问题。,二、爆破事故发生的原因及事故分类,10,二、爆破事故发生的原因及事故分类,由上述事故的分类可知,影响爆破安全的因素多方面的,影响的程度是多层次的。从爆破器材的储存、运输到现场施工管理和现场监理等多个程序,都可能发生爆破事故。系统地研究爆破事故的
7、原因、机理,制定必要的安全技术措施,指导现场施工是爆破界急需解决的。,11,二、爆破事故发生的原因及事故分类,尽管爆破器材的安全性、爆破技术和爆破安全管理水平的不断提高,但爆破施工导致的伤亡事故还是经常发生,原因有:1、爆破应用领域和爆破规模的扩大。2、违反爆破安全规程。3、爆破技术人员和施工技术人员水平低。,12,二、爆破事故发生的原因及事故分类,1、爆破作业人员的任职条件与职责 提高从业人员素质是防止安全事故的关键,统计资料表明有50%左右的安全事故都是由于从业人员素质低下,违章作业造成的,血的教训非常多。,13,二、爆破事故发生的原因及事故分类,爆破工程技术人员应持有安全作业证。其职责是
8、:负责爆破工程的设计和总结,指导施工,检查质量;制定爆破安全技术措施,检查实施情况;负责制定盲炮处理的技术措施;并指导实施;参加爆破事故的调查和处理。,14,二、爆破事故发生的原因及事故分类,爆破班长应有爆破工程技术负责人或有三年以上爆破工作经验的爆破员担任,其职责是:领导爆破员进行爆破工作;监督爆破员切实遵守爆破安全规程和爆破器材的保管、使用、搬运制度;制止无安全作业证的人员进行爆破作业;检查爆破器材的现场使用情况和剩余爆破器材的及时退库情况。,15,二、爆破事故发生的原因及事故分类,爆破员的职责:保管所领取的爆破器材,不应遗失或转交他人,不应擅自销毁和挪作它用;按照爆破指令单和爆破设计规定
9、进行爆破作业;严格遵守安全规程和安全操作细则;爆破后检查工作面,发现盲炮和其他不安全因素及时上报或处理;爆破结束后,将剩余的爆破器材如数及时交回爆破器材库。取得爆破作业员安全作业证的新爆破员,应在有经验的爆破员指导下实习3个月,方准独立进行爆破工作。,16,二、爆破事故发生的原因及事故分类,做好放炮员的管理工作是煤矿爆破安全管理的主要内容。井下放炮工作必须由专职的放炮员担任。担任放炮员的条件:(1):从事两年以上采掘工作;(2):取得放炮员合格证。要取得放炮员合格证,必须经过不少于一个月的培训,并经考试合格。1991年某矿发生煤尘爆炸,死亡35人。经调查,全矿15名放炮员参加培训的时间最长不超
10、过1天。只有经过培训,通过考试选拔,才能保证相对有素质有经验的人员担任爆破任务。放炮员的安全职责:严格执行“一炮三检制”和“三人连锁放炮制”;遵守领退制度,保证爆破器材不丢失;遵守运送制度,保证沿途安全;遵守安全放炮各项操作规定,保证放炮过程安全;遵守处理放炮故障及特殊情况下放炮的规定和要求,防止放炮事故的发生。,17,二、爆破事故发生的原因及事故分类,安全员应由经验丰富的爆破员或爆破工程技术人员担任,其职责是:负责本单位爆破器材购买、运输、储存和使用中的安全管理;督促爆破员、保管员、押运员及其他作业人员按照本规程和安全操作细则的要求进行作业,制止违章指挥和违章作业,纠正错误的操作方法;经常检
11、查本单位爆破工作面,发现隐患及时上报或处理,工作面瓦斯超限时有权制止爆破作业;有权制止无安全爆破作业证的人员进行爆破工作;检查爆破器材的现场使用情况和剩余爆破器材的及时退库情况。,18,二、爆破事故发生的原因及事故分类,2、爆破设计 爆破设计是安全管理的重要内容,设计错误或缺欠,不但影响爆破效果,而且会引发安全事故。,19,二、爆破事故发生的原因及事故分类,3、爆破准备 开始施工前,应制定施工安全与施工现场管理的各项规章制度:爆破器材的保管、领取、运送、使用及安全作业规定;各级组织及工种的岗位责任制;爆破讯号、起爆、警戒、解除的规定;其他管理制度。,20,二、爆破事故发生的原因及事故分类,4、
12、爆破器材、起爆方法与起爆网路使用不合格爆破器材会酿成爆破事故;使用爆破器材不符合环境要求造成拒爆事故或引发其他事故。,21,二、爆破事故发生的原因及事故分类,5、“一炮三检”和“三人连锁放炮制”,为什么要强调这两种制度?一是目前他们是爆破安全中行之有效的管理措施;二是要使人们理解它、记住它、更好地去落实、去执行。(煤矿安全规程)规定,在瓦斯矿井中放炮作业、放炮员、班组长、瓦斯检查员都必须在现场执行“一炮三检制”和“三人连锁放炮制”。“一炮三检制”是在采掘工作面装药前、放炮前和放炮后,放炮员、班组长、瓦斯员都必须在现场,由瓦斯员抽查瓦斯,放炮地点附近20米以内风流中瓦斯浓度达到1%时,不准装药放
13、炮;放炮后瓦斯浓度达到1%时,必须立即处理,并不准用电钻打眼。无数次瓦斯爆炸事故说明,不论是高瓦斯还是低瓦斯矿井的采掘工作面,绝不应忽视放炮前的瓦斯检查。执行“一炮三检”,正是防止放炮前瓦斯漏检,避免在瓦斯超限的条件下放炮的有力措施。,22,二、爆破事故发生的原因及事故分类,“三人连锁放炮制”就是放炮员、班组长和瓦斯检查员三人必须同时自始至终参加放炮工作的全过程。放炮前放炮员将警戒牌交给班组长,由班组长派人警戒,下达放炮命令,并检查顶板与支架的情况,将自己携带的放炮命令牌交给瓦斯检验员。瓦检员经检查瓦斯、煤尘合格后,将自己携带的放炮牌交给放炮员。放炮员接到放炮牌后,才允许将放炮母线和连接线联结
14、,检查网络正常,发出放炮信号,进行放炮。放炮后三牌各归原主。执行“三人连锁放炮制”可以防止放炮混乱,放炮警戒不严或警戒不落实造成放炮崩人事故;放炮前认真检查顶板与支架情况,可以避免因放炮而引起的冒顶事故。总之,只有提高与爆破有关人员的素质,做好安全管理工作,才能实现安全生产。,23,二、爆破事故发生的原因及事故分类,5、爆破作业环境 爆破作业环境指实施爆破应满足的环境条件,不具备这些条件不能爆破或采取针对措施,能保证爆破作业安全后在实施爆破。爆破环境引起的爆炸事故 其他环境引发的爆炸事故,24,二、爆破事故发生的原因及事故分类,爆破作业单元危险性评价表,25,拒爆的预防预防拒爆,首先应该对储存
15、的爆破材料定期检验,爆破前选用合格的炸药和雷管以及其它起爆材料;在爆破施工过程中,要清理好炮眼中的积水;在装药和堵塞时,必须仔细进行,注意每一个环节,防止损坏起爆药包和折断雷管的起爆线路。,三、煤矿井下爆破拒爆的预防,26,雷管方面的原因 雷管是起爆元件,煤矿井下爆破作业,只能用电雷管,多以串联或串并联形式连接在爆破网路中,一发拒爆就有可能使炸药全部拒爆或部分拒爆。1)违反煤矿安全规程规定,选用了“三不同”雷管(不同厂家、不同品种、不同批次)或雷管的电阻值相差较大(0.3以上)。2)电雷管质量不合格,又未经质量性能检测。3)雷管起爆能力不够。4)电雷管受潮或因雷管密封不实防水失效、或过了雷管的
16、有效贮存使用期限。,三、煤矿井下爆破拒爆的预防,27,起爆电源方面的原因 煤矿井下只能使用防爆型电容式发爆器。1)通过雷管的起爆电流值太小,或通电时间过短。2)发爆器内电池电压不足、充电时间过短,未达到规定的电压值便放电起爆。3)发爆器的输出功率不足、起爆能力不够。4)发爆器管理保养不当。,三、煤矿井下爆破拒爆的预防,28,电爆网路方面的原因 电爆网路有串联、并联、串并联和并串联,使用发爆器时为多采用串联,使用交流电时多采用并联、起爆雷管数量较多时可采用串并联或并串联。主要有爆破母线不合格,电阻过大;网路短路;错接或漏接;接头不牢、不洁净,有水或油腻等导致网路电阻增大,这些都能造成全部和部分雷
17、管拒爆。,三、煤矿井下爆破拒爆的预防,29,预防拒爆的主要措施 针对以上拒爆产生原因的分析,可从以下几个方面预防拒爆的产生:1)优选爆破材料。2)加强雷管检测。3)正确地选用发炮器。4)进行爆破网路准爆电流的计算,注重电爆网路的连接质量。,三、煤矿井下爆破拒爆的预防,30,正确处理拒爆的方法 每次爆破作业完成后,都要认真检查现场是否有拒爆,如果发现拒爆,首先要科学地分析拒爆产生的原因,并根据原因有针对性地采取正确的方法及时处理。煤矿安全规程中有关拒爆的处理有如下规定:处理拒爆、残爆时,必须在班组长指导下进行,并应在当班处理完毕。如果当班未处理完毕,当班爆破工必须向下一班爆破工交接清楚。处理拒爆
18、时,必须遵守下列规定:,三、煤矿井下爆破拒爆的预防,31,1)由于连线不良造成的拒爆,可重新连线起爆。2)在距拒爆炮眼至少0.3处另打与拒爆炮眼平行的新炮眼,重新装药起爆。3)严禁用镐刨,或从炮眼中取出原放置的起爆药卷或从起爆药卷中拉出电雷管。不论有无残余炸药,都严禁在炮眼残底继续加深;严禁用打眼方法往外掏药;严禁用压风吹拒爆(或残爆)炮眼4)处理拒爆的炮眼爆炸后,爆破工必须详细检查炸落的煤、矸,收集未爆的电雷管。5)在拒爆处理完毕前,严禁在该地点进行同处理拒爆无关的工作。,三、煤矿井下爆破拒爆的预防,32,处理拒爆时,一定要慎之又慎,因处理不当而造成人员伤亡事故时有发生,据介绍,1987年7
19、月28日,某矿一号井掘进四区在-100水平南翼工作面处理拒爆时,新打炮眼距拒爆炮眼仅0.1,且不与拒爆炮眼平行,以致钻钎钎头打在拒爆药上,引起爆炸,打眼工当场死亡。还有一例,1986年8月24日,某矿掘进二区2201运输机道掘进工作面在出完矸石后打眼时,忽然发现有一根200长的红色雷管脚线,用手去拉没能拉动,认定是拒爆,班长拿镐就刨,引起爆炸,班长和附近一名清矸工人当场死亡。,三、煤矿井下爆破拒爆的预防,33,4.1 常用工业炸药,四、煤矿炸药和爆破器材的安全问题,34,炸药爆炸可能引起瓦斯与煤尘爆炸的因素(1)爆生气体的直接作用,(2)爆炸空气冲击波的作用,(3)炽热固体颗粒的作用。煤矿许用
20、炸药主要是指经国家检测机关按特定的试验条件检验合格,允许在井下有瓦斯、煤尘爆炸危险条件下进行爆破作业时的炸药。它对爆炸生成的有毒气体、炸药的威力、爆温、火焰长度及持续时间有严格规定。根据炸药的组成和性质。,4.2 煤矿安全许用炸药,35,煤矿许用炸药的特点:(1)能量要有一定的限制;(2)有较高的敏感度和较好的传爆能力;(3)爆生有毒气体少;(4)组分中不含有金属粉末。煤矿许用炸药的种类:(1)粉状硝铵类许用炸药;(2)许用含水炸药;(3)离子交换炸药;(4)被筒炸药;(5)当量炸药,4.2 煤矿安全许用炸药,36,选择炸药应考虑爆破介质及炸药性能两大类因素,其原则是:选择破碎单位岩石成本最低
21、的炸药,且岩石的破碎和崩落能满足工程需要。为此,要不断加强对爆破理论和炸药在介质中能量转化过程及其分配规律的研究,充分了解岩石和炸药的性能及两者参数间的匹配关系,使炸药的能量在爆轰过程中有效地破碎与抛掷岩石,减少转化为无用功的能量。这就需要研究不同爆破方法的破岩机理,掌握能量传递过程与效应的规律性,弄清具体爆破工程的综合要求,这样才能较好的解决炸药品种的选择问题。,4.3、工程爆破中炸药的选择,37,炸药岩石阻抗匹配与爆炸作用岩石爆破效果受到多种因素的影响,而岩石与炸药性质是诸因素中最主要的因素,尤其是岩石性质直接影响着炸药能量在岩石中的传播和分配。炸药的特性波阻抗与被爆岩石的特性波阻抗的良好
22、匹配是最佳爆破效果的重要条件之一,也是进行爆破作业优化设计首先要考虑的问题。所谓炸药与岩石的匹配,就是因为不同的炸药在同一岩石中或同一炸药在不同岩石中爆炸所激起的冲击波不同,则炸药爆炸能量转换成粉碎、破坏和抛掷岩石的能量各异,故对一定性质的岩石,应采用与之适应的特定爆速和爆热的炸药,才能取得最佳的破碎和抛掷效果,这就是炸药和岩石的匹配问题。,4.3、工程爆破中炸药的选择,38,4.4、装药的内部破坏作用机理,RK-空腔半径,RC-压碎圈半径;RP-裂隙圈半径;1-扩大空腔;2-压碎圈;3-裂隙圈;4-震动圈,39,4.4、装药的内部破坏作用机理,破裂区裂隙形成应力示意图,40,应力峰值的衰减,
23、初始径向应力峰值,其值为:,应力波的作用应始于粉碎区形成之后,因此应用粉碎区边缘处的压应力峰值 取代公式中的,拉应力(绝对值)可通过压应力峰值 来表示,41,(3)压坏区 粉碎区外冲击波衰减成应力波后,压应力峰值虽不能造成岩石粉碎,但仍在一定范围内超过岩石的抗压强度而使岩石被压坏。为区别冲击波作用下的粉碎区,称应力波作用下的破坏区为压坏区。,42,(4)裂隙区 当应力波的径向压应力值低于岩石的抗压强度时,岩石不会被压坏,但仍能引起岩石质点的径向位移。由于岩石受到径向压应力压缩的同时在切向上受到拉应力拉伸作用,而岩石是脆性介质,其抗拉强度很低。因此,当切向拉应力值大于岩石的抗拉强度时,岩石即被拉
24、断,由此产生了与压碎区相通的径向裂隙。,43,1、装药埋置系数,(a)装药上方形成的爆破漏斗(b)漏斗体积与装药埋置系数间的关系,4.5、装药的外部破坏作用机理,44,松动爆破和抛掷爆破,松动漏斗,抛掷漏斗,MAN-松动漏斗;MmA-松动锥;mAn-抛掷漏斗;man-可见漏斗;HC-可见深度。,45,1、爆破安全规程对爆破器材的储存(储存、收发与库房管理)都有规定2、爆破器材的运输3、爆破器材的检验与销毁,4.6、爆破器材的安全管理,46,4.7使用煤矿爆破器材,确保安全,正确地使用煤矿爆破器材,采用正确的爆破方法,杜绝煤矿井下爆破事故的发生尤为重要。(1)、煤矿爆破器材的选择 正确地选择煤矿
25、爆破器材是做好煤矿安全爆破的关键条件。煤矿爆破器材分为煤矿许用起爆器材和煤矿许用炸药两大类。起爆器材的选择 一般煤矿井下起爆器材均采用电雷管,在有瓦斯、煤尘爆炸危险的采掘工作面必须采用最后一段延期时间不超过 130ms 的煤矿许用毫秒电雷管,禁止使用秒或半秒延期电雷管。因为在采掘工作面放炮地点附近 20m 风流中的瓦斯浓度达到 1%时,严禁放炮。经测定,在瓦斯矿井爆炸后 160ms 时,瓦斯浓度为 0.3%0.5%,260ms 时为 0.3%0.9%,360ms 时为 0.35%1.6%,而 130ms 仅为 360ms 的 1/3,所以,选用煤矿许用 15 段毫秒电雷管具有足够的安全系数。,
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