0 前言

井下采矿常用溜矿井靠自重运输矿石或废石, 矿石在自重下溜过程中, 由于各种原因有时会形成卡堵。为疏通卡堵, 恢复生产, 常用疏堵爆破, 将炸药用专用工具从卡堵处以下放空区送至卡堵处引爆。专用工具有传统火箭弹、改进火箭弹以及近期开发的准确度高的浮球炸药包。

1 传统火箭弹

传统的溜井疏堵火箭弹通常为爆冲式火箭弹, 其结构原理如图 1所示。火箭置于井底, 瞄准卡堵处(用潜窥镜瞄准, 人员不得入放空区)后, 点燃导火索9, 发射药2爆燃。将发射筒3连同火箭整体上冲至卡堵处, 撞针7碰在卡堵矿石上, 撞击引信雷管6, 引爆炸药4, 贴在卡堵部爆炸, 破坏卡堵结构。

火箭弹发射前, 保险销栓住撞击机构, 确保不会误动引爆。火箭弹刚上升瞬间, 通过一端固定在底架上的系绳把保险销拔出。撞击引爆机构的动作由一弹簧控制, 上升起动惯性可能会使控制弹簧收缩, 导致撞击引爆机构动作, 诱发火箭弹在井底误爆。此外, 火箭弹上升力不足未至卡堵处便往下掉, 或者上升至卡堵处撞击后未能引爆(如撞击伞打开在两大块中间空隙处)以撞击反弹高速下掉返至井底。在着地惯性作用下, 也可能驱使引爆机构动作, 使炸药在井底误爆。井底误爆对人员、设备造成很大危险, 易导致人身事故和设备的毁坏。当火箭弹上升偏向, 未到卡堵处就碰到溜井的边壁上, 使撞击引爆机构动作, 引爆炸药包, 造成边壁误炸, 使疏堵失效。

2 改进型火箭弹—爆冲式安全火

箭弹结构及工作原理为了确保安全疏堵, 研制了改进型爆冲式安全火箭弹。爆冲式安全火箭弹结构原理见图 2。由图 2可知, 工作时将火箭体置于卡堵处下面放空区井底, 用潜窥镜瞄准卡堵处, 人员撤至安全地带后, 点燃导火索10, 发射药7引爆, 使火箭脱离爆冲塞上升, 至卡堵处撞击引爆机构1, 冲断保险销2, 撞击引信雷管3, 从而引爆炸药5, 将卡堵处炸通。

针对传统火箭弹井底误爆和边壁误爆的缺陷, 该装置改进了保险销2和撞击引爆机构1的安装方式, 增设了导翼6。火箭上升时保险销仍留在其工作位置, 保险作用由其剪断力来控制。火箭弹上升的起动惯性力不能使保险销剪断(保险销强度大于起动惯性力), 不会在井底误爆。上升至卡堵处撞击作用使保险销冲断, 撞击机构继续下冲, 引爆炸药。保险销必须严格按上述两个力进行设计和实验。撞击引爆机构1改为滑套入炸药室上部导向孔中, 顶部的顶伞, 由薄金属板制成并适当加大其直径。当火箭弹上升后遇到意外, 未在卡堵处引爆反而下降时, 顶伞下降阻力大于火箭阻力, 撞击机构下降滞后, 使得其与火箭弹脱离, 下掉至井底时就不会引爆炸药。改进后的安全型火箭弹的发射药量严格按其上升动力要求备足, 能确保升至卡堵处有足够动能, 准确驱动引爆机构。火箭弹外壁增设导向翼6。当火箭弹上升至有单侧突出井筒段时, 空气流速不匀, 形成火箭弹周围阻力不等, 导致火箭弹上升受偏向载荷作用, 产生偏向上升趋势。这时导翼6与空气流作用形成反向力平衡偏向载荷, 以使火箭弹按原瞄准方向上升, 这样就可以避免火箭弹碰在井筒周壁上, 边壁误爆便可预防。

3 氢气球浮升炸药包

火箭弹在卡堵高度偏大的斜井疏堵中, 由于火箭弹自身重力作用, 无法准确将炸药包送至卡堵处, 为此开发出氢气球浮升药包。氢气球浮升炸药包是利用气球浮力将炸药包送至卡堵处引爆, 破坏卡堵结构, 疏通溜矿井, 它能准确升至卡堵处。图 3为氢气球浮升炸药包的结构原理。由图 3可知它由氢气球2、顶部护栅1、导火索5、雷管4、炸药包3构成。用硬塑薄板制成的护栅能防止井筒凸尖划伤刺破气球, 雷管导火索炸药包联好后挂于氢气球下部。气球充氢气后放在溜井卡堵处以下的放空区的底部, 带上炸药包点燃导火索, 气球开始上升, 沿井筒可准确到达卡堵处。滞后一小段时间后, 导火索引爆炸药, 破坏卡堵, 疏通溜井, 恢复生产。

4 溜矿井疏堵爆破

前面介绍了国内使用的溜井疏堵爆破三大类工具, 均能将炸药送至卡堵处引爆。传统火箭弹结构简单, 制造容易, 使用方便, 但可靠性和安全性较差。改进型火箭弹—爆冲式安全火箭弹, 安全性好, 可靠性比前者略高一些, 因为有导向翼作用, 击中目标的可能性会相对高些。这两种火箭弹只适用于垂直溜井或者卡堵高度不大倾斜度较大的溜井疏堵。对于斜溜井卡堵高度大于15m, 因火箭上升轨道受重力影响, 难以击中目标^[2]。

浮升药包能准确将炸药包送至卡堵处引爆, 适用于竖井、斜井的任何高度的疏堵爆破。其缺点是受气球容积的影响, 携带药量有限, 适用于单纯由矿石自锁尚未形成粘连结构的卡堵。对于停用期较长并有水中污物凝结或硫砷升华凝结形成的粘结卡堵, 通常显得药量偏少。只好用加大气球容积(球头圆柱形)增加药量。一般情况下卡堵结构刚形成就爆破松卡, 使其难以形成粘结卡堵, 浮升药包的药量还是够用的。这主要是由于在卡堵处从下向上爆破, 不需很大的冲击力就可破坏这种自上向下的自琐卡堵。

不管采用哪一种疏堵爆破都必须十分注重安全操作。火箭弹的安全操作, 大家容易理会。气球浮升药包疏堵爆破, 使用时间不长, 要特别注意氢气泄漏的防备、浮升速度的变化(导火索数量备足)、氢气球防导火索火花等方面。此外为处理炸药包在卡堵处未爆而掉至井底的故障, 应事先将井底清理, 用麻包围好, 接好水管。一旦出现未爆事矿, 放水漫浸炸药包(炸药包开始上升时, 用小刀划破其防水包装), 确认安全后再放干水, 处理故障, 确保安全。