硫化矿山爆破

　　在硫化矿中进行爆破作业，除了遵循一般爆炸作业规定以外，还需要预先考虑三个特殊的安全问题：

　　(1)硫化矿物及其氧化物与硝铵炸药之间发生反应，会形成炸药自爆；

　　(2)硫化矿物暴露于空气中氧化发热在一定条件下聚积以至燃烧，并由此带来高温爆破安全问题；

　　(3)爆破时产生的高温引起悬浮在空气中的硫化矿尘爆炸。

 

　　一、硫化矿中的药包自爆

 

　　硫化矿床中的硫化物，在适当的温度和湿度条件下，会发生下面的氧化反应：

2FeS₂+7O₂+2H₂O→2FeSO₄+2H₂SO₄+613．8(cal)　　(5—1)

　　硫酸亚铁不稳定，进一步氧化成硫酸铁：

12FeSO₄+3O₂+6H₂O→4Fe(OH)₃+4Fe₂(SO₄)₃　　(5—2)

　　硫酸铁作为一种氧化剂又与黄铁矿作用：

FeS₂+Fe₂ (SO₄)₃+2H₂O+3O₂→3FeSO₄+2H₂SO₄　　(5—3)

　　上述反应生成的硫酸与硝酸铵作用生成硝酸，硝酸与黄铁矿作用生成二氧化氮：

H₂SO₄+2NH₄NO₃=(NH₄) ₂SO₄+2HNO₃　　(5—4)

64HNO₃+FeS₂→2Fe₂(SO₄)₃+2H₂SO₄+O₂+64NO₂+30H₂O　　(5—5)

　　反应结果，使温度不断积累、升高，引起炸药燃烧，最终导致起爆器材(雷管)爆炸，并起爆未燃炸药。若炸药中没有起爆材料，有两种情况可能发生，一是炸药燃烧而不爆炸；二是燃烧区可能形成高温高压则转为爆炸。例如，1962年5月，安徽铜山铜矿在井下硫化矿床中进行大爆破时，药包中有电雷管，结果发生药包自爆事故，造成了数十万元的经济损失；又如1982年1月14日，湖南某矿在井下进行两排深孔爆破中，用装药器向炮孔中装填粉状2号岩石炸药，当日8时开始装药(导爆索装到孔底)，13时左右第一排炮孔突然爆炸，致使正在岗位上的6人遇难；江西某铜矿一次在含硫矿床中进行大爆破时，一个药室发生炸药自燃，使几吨炸药全部烧毁，但未发生爆炸。

　　硫化矿药包自爆的条件是：

　　(1)矿石氧化过程中产生的硫酸铁和硫酸亚铁离子量之和(Fe⁺²+Fe⁺³)在0．1％以上。没有这种物质，在30～70℃的温度下，炸药与硫化矿接触就不会加速温升，因而就没有发生自爆的可能。

　　(2)黄铁矿(FeS₂)的含量在30％以上。

　　(3)矿石中含水量3％～14％。水分太少，前述化学反应不易形成；水分太高，会使炸药潮解而失去反应能力。

　　(4)矿石温度在30℃以上。化学放热反应的快慢与温度成正比，没有氧化的井下硫化矿石温度一般在24℃以下，不致于引起药包自爆。

　　(5)使用粉状硝铵类炸药，如使用铵梯炸药、铵油炸药、铵松(沥)蜡烽药等以硝酸铵为主的混合炸药时，与具有一定浓度(3N以上)的硫酸作用，能促使硝酸铵分解产生二氧化氮与大量生成热。一般，硫化矿中所具有的硫酸浓度不超过1～2N，硫化矿与硝酸铵是一种吸湿性很强的盐，它吸收矿石中硫酸的水分，起到浓缩硫酸的作用。

　　(6)炸药与硫化矿直接接触。一个矿井中的硫化矿石能否使硝铵类炸药发生自爆，这是随时都应注意观察和检测，并作出判断的。无论是在矿床开拓时或平时的生产爆破之前都应采取矿样进行分析。主要应取氧化后带灰黑色的粉矿。如果是深孔或浅孔爆破，应设法将孔底的矿样(粉矿)取出分析，最好对炮孔进行测温以后，选择温度较高的炮孔取样进行分析试验。总之，所取样品要具有代表性，不能各点平均处理。为了防止水分蒸发，样品应用密闭容器封装。

　　将所取的样品，进行黄铁矿、Fe⁺²、+Fe⁺³和水分含量分析，与上述条件对比，然后采取防自爆措施。

　　防止硫化矿床中药包自爆的措施有：

　　(1)首先检测矿石成分是否具备炸药自爆的条件，主要是检测前述炸药自爆条件中的四项，其中三个需要化验分析，比较繁琐。为了简便，可以先测量矿石温度(不能用矿石的表面温度代替)，若温度比一般矿井温度高或有怀凝时，再进一步进行其他条件的分析。

　　(2)不采用硝铵类粉状炸药，而采用抗水炸药，如胶质炸药、乳化炸药、水胶炸药等，这些炸药与硫化矿接触时不容易发生化学反应。

　　(3)不使炸药与硫化矿直接接触。硫化矿与粉状硝铵炸药(或铵油炸药)接触愈好，达到自爆所需的时间愈短。隔离的办法是加强和改善炸药包装，保证炸药不与矿石接触或炮孔灌浆降温。例如，铜官山露天矿在1963年7月的一次有自爆危险的深孔爆破中(孔温42℃，室内试验能自爆)，采用灌浆降温、牛皮纸包装、危险炮孔最后装药的办法，顺利地完成了爆破任务。又如1964年5月，铜山铜矿确定在有自爆危险的地点进行爆破，把硝铵炸药用石蜡牛皮纸及玻璃丝布包装，使之不与矿石接触，安全地进行了14t炸药的深孔爆破。

　　(4)快速装药，缩短装药时间，把有自爆危险的炮孔留在最后装药，并采用孔口起爆，把起爆时间赶在加速反应之前，减少自爆危险。

　　(5)研究使用硫化矿用安全炸药。这种炸药一是在硝酸基炸药中加入具有物理性覆盖隔离作用的添加剂，使炸药组分不能直接与硫化矿及其他活性物质接触，从而不会互相作用产生化学反应；二是在硝酸基炸药中加入对分解和自然反应具有化学抑制、中和或减慢作用的添加剂(采用溶渗、固态混合或化学吸附结合等方式)，从而保证炸药即使与活性物质接触或掺混也不起化学反应，这种炸药的热安定性一般大于硫化矿中高温炮孔温度。

 

　　二、硫化矿中高温爆破

 

　　硫化矿中除药包自爆外，还有高温爆破的危险。黄铁矿和磁黄铁矿强氧化放出的热量使爆破区的矿石和空气温度一般在32～37℃，最高达60℃，炮孔温度一般为60～120℃，孔底最高温度高达200℃，爆炸材料在炮孔内受高温的影响，结构性能将发生变化，感度提高，在温度超过爆炸材料的临界温度时会发生爆炸事故或者因性能变化使拒爆率提高，给爆破安全工作带来严重威胁，因此，根据不同的炮孔温度，采用不同的爆破器材和不同的措施是很重要的。

　　温度对爆破器材有很大影响。将100发雷管在一定温度下连续受热48h，把有一发发生爆炸的最低温度作为雷管的自爆临界温度。经大量试验，普通工业雷管的自爆临界温度一般为100～110℃之间。

　　温度超过100℃，普通雷管会发生爆炸，温度低于100℃，普通工业雷管的冲击摩擦感度、发火电流和电桥完好率也会发生变化。当温度为30℃时，冲击试验的爆炸率为20％；温度80℃时，爆炸率提高到90％，温度低于70℃，保持恒温17h以内，电桥完好率为100％；温度在80～90℃时，保持恒温24小时后，电桥完好率只有43．5％。温度增高，最小发火电流下降，对杂电、静电的敏感度也将提高。

　　温度对延期雷管也有很大影响。用导火索作延期件的秒延期雷管，当温度为50℃时，保持恒温30h后发火率为31．2％，100℃时，保持恒温30h后发火率仅为6％。

　　导爆管在50～100℃时变软，强度降低，而且容易穿孔，影响秒量精度，出现串段现象。

　　硝铵类粉状炸药易溶于水，其溶解度随温度升高而提高，在高温炮孔中，炸药不但容易吸收矿石和空气中的水分，而且也容易加速分解造成燃烧事故。

　　预防硫化矿高温引起的早爆措施有：

　　(1)装药前三天准确测量炮孔底(或药室)的温度，并进行登记。

　　(2)杂散电流超过10mA时，应采取防杂散电流措施或采用非电起爆。

　　(3)孔底温度低于80℃，可用各种炸药爆破；孔底温度高于80℃，不应使用硝铵炸药、铵油炸药、铵松蜡和铵沥蜡炸药，应使用抗水硝铵炸药等防水炸药；孔底温度高于140℃，只能使用耐温炸药。

　　(4)孔底温度为60～80℃，只准使用沥青牛皮纸包装炸药；孔底温度为80～140℃，必须用石棉织物或其他耐高温的包装材料包装炸药，炸药不得与孔壁接触，温度低于60℃，可用普通牛皮纸包装。

　　(5)孔底温度低于80℃，可用铜、铁、铝雷管起爆；60～80℃自向孔内装药至爆破时间不得超过1h，温度为80～140℃时，只能采用防热处理的黑索金导爆索起爆；自装药至起爆的时间应经模拟试验确定。

 

　　三、硫化矿尘的爆炸

 

　　很多物质的粉尘以悬浮状态分散在空气中且有一定的浓度时，在一定热能作用下会发生燃烧或爆炸。不同的物质具有不同的爆炸范围。表5—1是一些物质的粉尘同空气混合时的爆炸浓度下限。粉尘爆炸除了与浓度有关外，还与空气中的氧含量、粉尘的含水量、粉尘的粒度和引爆能量的大小有关。表5—2是某些粉尘爆炸时的爆炸参数。

 

表5—1  同空气混合的粉尘爆炸浓度下限

 

表5—2  几种粉尘的有关爆炸参数

 

 

　　硫化矿中含有可燃性硫，当矿尘中含硫量达到一定数值时就具有爆炸性。矿尘的产生主要是打眼、放矿和放炮。当采用火雷管爆破或分段起爆时，先起爆的炸药爆炸提供热源便有可能引起矿尘爆炸。

　　硫化矿尘爆炸需要具备的条件是：

　　(1)矿尘含量高于40％；

　　(2)矿尘含水量低于5％；

　　(3)矿尘浓度：黄铁矿>0．39g／L；磁黄铁矿>0．425g／L；黄铜矿>0．505g／L；硫>35g/L。

　　(4)有足够的引爆能量。例如在0．83m³铁箱中，引爆硫化矿尘的炸药量应大于5g。

　　判别硫化矿尘爆炸的方法：

　　爆破时将摄影胶卷做成旗状固定在离工作面一定距离(5～20m)的巷道壁上，一旦矿尘爆炸，胶卷将被灼烧，以此来判断何处曾发生硫化矿尘爆炸；或者借助于高温热敏电阻，测定距工作面7～10m以内的空气温度，若温度在100～700℃时，即可判定为曾发生矿尘爆炸。

　　预防硫化矿尘爆炸的措施：

　　(1)不用火雷管爆破，采用电雷管爆破，并且尽量采用低段毫秒雷管。

　　(2)在药包上涂一层热容量(比热)较大的惰性物质(如硅胶)，或者用水或惰性物质做充填物，这样爆破时能吸收大量的热，避免爆破后温度急剧升高。

　　(3)采用极限温度很低的炸药，如煤矿安全炸药。

　　(4)加强通风和喷雾洒水，使矿尘稀释和增湿，减少爆炸危险性。

　　(5)不采用反向起爆。反向起爆容易造成爆炸压力波及火焰集中现象，并经炮孔口喷出而引爆硫化矿尘。一些试验表明，在装药量较少时采用反向起爆就会引起瓦斯爆炸。但是，在相同条件下采用正向起爆，即使装药量大得多(多几倍)，也不会引起瓦斯爆炸。有的国家煤矿安全规程明确规定，有瓦斯、煤尘爆炸危险的工作面不准采用反向起爆。我国煤炭部也有过类似规定。

　　(6)加强炮孔堵塞工作。试验资料表明，堵炮泥引爆矿尘的装药量，远比不堵炮泥引爆矿尘的装药量多得多。不堵、少堵或用炸药包装纸充当炮泥堵塞炮孔是十分危险的。在有硫化矿尘爆炸危险的地方应禁止采用不充填爆破。

　　(7)尽量采用深孔爆破，不用浅眼和覆土爆破。