冲击波同步爆破自动喷雾装置的研制及应用

冲击波同步爆破自动喷雾装置的研制及应用

张文鑫

河北纵横工程有限公司 河北省邯郸市 056201

摘要 针对原有爆破喷雾的不足之处，从便于安装、操作简单、维修方便，经济实用的角度出发，利用爆破冲击波的动能，采用工作面压力水连接，设计自压水同步爆破自动喷雾装置。

关键词 爆破喷雾 爆破冲击波 同步自动

当前爆破掘进依然是煤矿井下巷道掘进的主要方式，而炸药爆破是产生火花、粉尘、烟雾等有害气体的主要原因。长期从事采掘在粉尘环境中作业的职工易引起尘肺病，火花在具有煤尘爆炸危险的矿井中易发生煤尘爆炸事故，炮烟中含有大量的CO等有毒有害气体，造成较大安全隐患，给矿井安全生产和职工身心健康带来威胁。《煤矿安全规程》从安全和职业危害粉尘防治方面也要求煤矿井下巷道掘进需要采取爆破喷雾措施，以达到降尘、除尘、净化空气，降低烟雾及有害气体浓度，消灭爆破产生的火花的安全目的。当前在煤岩巷道掘进中使用的爆破喷雾主要为电路传感器式和人工手动式两种，在实际使用中存在不同移动不便、维修繁琐、效果不理想等不足。对此结合生产实际研制出一种成本低，易维修，操作简单便的同步爆破自动喷雾，并在生产施工中使用，达到预期效果。

一、原有爆破喷雾主要控制形式及不足之处

原有爆破喷雾主要为电路传感器式和人工手动式两种：

1、电路传感器式是在爆破后，传感器感应到爆破冲击波的振动或烟雾传感器感应后，使主控箱控制电路联通,开启控制水幕进行喷雾。

其不足之处主要有：

（1）传感器使用寿命较短，接收冲击波的电子元件在较大冲击波冲击时易损坏，经常使用几天之后就出现爆破不能喷雾情况，需经常维修更换，维修费用高，维修时需要停电,操作较繁琐。

（2）需在巷道一侧和拱部安装，需打吊挂眼再注锚杆固定，安装工序繁琐。且随着掘进的推进，爆破喷雾需随之前移，开关电缆都需敷设移动，移动工序繁琐。

（3）爆破时工作面需全面断电，传感装置需要单独供电，安装时单独敷线，或存在杂散电流，对爆破作业存在一定安全隐患。

（4）井下环境较差，需经常清除擦拭附着的粉尘和锈蚀，否则影响使用效果。如果放炮前未检查出传感器故障而放炮,会导致放炮后喷雾失灵,起不到喷雾作用。

（5）价格昂贵，常在六千到数万元之间。

2、手动控制:把爆破喷雾喷头固定在距迎头一定距离的巷道顶板上,用高压软管与供水管相连,供水管的阀门安装在放炮警戒线外,放炮时操作人员听到放炮响声后即打开供水阀门,进行喷雾；或节省管路，安装距工作面较近，装药联线完成，撤人时直接提前打开喷雾。其不足之处主要有：

（1）因是人为控制,存在操作误差,造成喷雾打开滞后，爆破粉尘已超过喷雾区，影响喷雾效果，不能很好的起到降尘作用。

（2）管路续接麻烦，阀门位置受限。或节省管路，安装距工作面较近，阀门位置距工作面较近，只能撤人时直接提前打开喷雾。对爆破和联线易造成安全隐患。

（3）因阀门安装在放炮警戒线外，需专项措施和专人操作，管理较困难，效果不能保证。

二、同步爆破自动喷雾的原理

针对原有爆破喷雾的不足之处，结合生产实际，从便于安装、操作简单、维修方便，经济实用的角度出发，利用爆破冲击波的动能，作为高压阀门开启动力，设计了一种同步爆破自动喷雾装置。通过受力板旋转，带动旋转杆围绕转轴杆转动，下部挂钩脱开增加配重的高压阀门开启杆，利用开启杆自重打开高压阀门开关。高压阀门一头接入工作面自压水（如果水压较小，可使用三通从工作面压风管路直接接入压风，增加水压，达到喷雾效果），一头与八头喷雾带连接，高压阀门打开后实现同步爆破自动喷雾。

1、设计结构原理和操作：在一块400mm×200mm×3mm的铁板上采用“U”型卡子固定一个高压球门，高压球门入口接工作面压力水供水带，高压球门出口与巷道顶板固定的多头喷雾带连接。高压球门上转杆焊接加长，增加配重（约1kg）。铁板一侧焊接转轴杆。制作一块Φ250mm×3mm的受力铁板和旋转杆围绕固定转轴杆转动，旋转杆下端为半圆形挂钩，将高压球门配重开启杆挂在受力板旋转杆下部半圆形挂钩上。下部半圆形挂钩与旋转杆采用螺栓、双螺帽连接，可以任意调整挂钩方向，可以在巷道任意一侧帮上固定使用。铁板另一侧焊接两根固定杆，在巷道任意一侧帮上打眼插入即可固定。

爆破前如图l所示

2、使用时，用风动凿岩机打眼，将同步爆破自动喷雾固定在距工作面10米左右位置（也可随需要选择位置），受力板转动方向为工作面后方。将高压球门配重转杆挂在受力板旋转杆下部挂钩上（挂钩方向根据需要调整固定），开启工作面压力水供水阀门，利用爆破产生的冲击波推动悬挂在转轴上的Φ250mm的受力铁板围绕转轴杆转动，铁板靠自重旋转180°，另一端的挂钩随铁板旋转时脱开增加了配重的高压球门的开启杆，高压阀门开启杆在自重下自动打开，打开后压力水通过阀体进入喷雾装置实现喷雾。冲击波过后，受力铁板为自然下垂状态，自动开启杆不回复，喷雾持续进行。警戒时间过后，人进入工作面时关闭自动开启杆，受力铁板挂住高压球阀自动开启杆即可停止喷雾，关闭工作面压力水阀门。

三、应用效果

冲击波同步爆破自动喷雾降尘装置在羊东矿-850水平北翼轨道大巷、六一皮带大巷、六一回风大巷等多处施工使用，有效地缩短了煤岩尘和炮烟的扩散距离，有效降低了工作面煤、岩尘粉尘浓度，有效的改善了工作面的工作环境，取得了良好的效果，并推广到其他施工巷道使用。

四、关键技术及创新点

（一）关键技术

1、依据爆破动能设计受力板大小，接受爆破冲击波动能并达到旋转开启动力，实现动力来源。

2、利用受力板带动开启杆围绕转轴杆旋转，随爆破同步将高压阀门开启杆脱离挂钩，使高压阀门开启杆处于无阻力开启状态。

3、高压阀门开启杆焊接加长并增加合适配重，使高压阀门开启杆在无阻力开启状态能达到自动打开高压水阀门，实现喷雾开启。

4、旋转杆下端为半圆形挂钩，将高压球门配重开启杆挂在受力板旋转杆下部半圆形挂钩上，实现高压球门配重开启杆处于关闭和待开启状态。

5、下部半圆形挂钩与旋转杆采用螺栓、双螺帽连接，可以任意调整挂钩方向，便于在巷道任意一侧帮上固定使用。

（二）创新点

1、利用爆破冲击波作为动能，安全、环保、节能、高效。

2、随爆破冲击波利用受力板旋转同步将高压阀门开启，完全实现爆破与喷雾自动同步进行。实践使用中喷雾自动开启率为百分之百。

3、高压阀门开启杆焊接加长并增加合适配重，使高压阀门开启杆在无阻力开启状态能自动打开高压水阀门，实现喷雾开启。

4、旋转杆下端设计为半圆形开口挂钩，将高压球门配重开启杆挂在受力板旋转杆下部半圆形挂钩上，实现高压球门配重开启杆处于关闭和待开启状态。

5、下部半圆形挂钩与旋转杆采用螺栓、双螺帽连接，可以任意调整挂钩方向，适应在巷道任意一侧帮上固定使用。

6、该喷雾装置结构简单，制作方便，成本极低；安装，移动方便，只需一人用风锤在巷道帮上凿出两个300mm深的钻孔，直接插入即安装完毕。维修、操作简单，日常几乎不需专人维护，简单检查即可；适应性强，对环境要求较低，适用于任何爆破掘进的煤岩工作面，有较好的推广应用价值。

五、经济效益分析

（一）、直接经济效益

同步爆破自动喷雾装置制作简单，仅需使用一个高压球门，其余利用废旧螺纹钢及钢板改做而成。一个高压球门单价：60元；其他废旧利用；人工焊接制作仅需要4个小时，合计制作成本费用为150元左右。每月移动六次，维护、移动约6个人工，成本约1800元。单一掘进工作面年合计投入成本150+1800×12=21750元。

购买电路传感器爆破自动喷雾费用约6000元每台，配套开关、电缆等设备约2000元，每月更换配件成本约1000元，每月移动六次，需搭架打吊挂眼再注锚杆固定，开关电缆都需重新敷设移动，安装、移动工序繁琐.每日需专人维护。按维护、移动约36个人工，成本约10800元。单一掘进工作面年合计投入成本6000+2000+(1000+10800)×12=149600元。

单一掘进工作面年可节约149600-21750=127850元。每个矿每年按10个掘进工作面计算，一个矿每年可直接创效约120万元左右。

（二）安全效益

冲击波同步爆破自动喷雾装置的使用有效的保证了安全爆破，为安全生产创造了有利条件：

1、杜绝了电路传感装置爆破时工作面停电后单独供电可能产生杂散电流对爆破造成安全隐患。

2、杜绝了电气设备可能存在失爆的隐患。

3、杜绝了人工提前打开喷雾后，淋水对爆破母线有可能产生的安全隐患。

(三)促进职工职业健康

冲击波同步爆破自动喷雾装置的同步自动持续喷雾，有效降低了工作面煤、岩尘的粉尘浓度，有效地缩短了煤岩尘和炮烟的扩散距离，明显改善工作面的工作环境，降低了职业病危害，促进了职业健康工作的良好开展。

六、推广应用价值

1、冲击波同步爆破自动喷雾装置利用爆破冲击波作为动能，节省了设备、开关、电缆，杜绝了失爆，安全性显著提高；节约了电能，达到了绿色环保的目标。

2、可以实现爆破与喷雾自动同步进行。研制成功投入使用后，经过生产中半年试验，实现爆破与喷雾自动同步，喷雾自动开启率为百分之百。

3、便于安装，移动方便，操作简单。可随需要选择位置，直接采用工作面风动凿岩机打眼即可安装，不需开关、电源，移动方便，一人即可移动安装。操作简单，不用专人操作。

4、结构简单，制作方便，材料易购，成本极低。结构简单，维修方便，维护工作量小，只需简单观察和试用就可发现问题，并及时修复即可。或即刻更换，在井上修理，不需专人维护。

5、该喷雾装置适应性强，对环境要求较低，适用于任何爆破掘进的煤岩工作面，

综上所述，冲击波同步爆破自动喷雾装置，利用爆破冲击波作为动能，节约能源，安全环保；能充分实现爆破与喷雾自动同步；结构简单，制作方便，成本极低；便于安装，移动方便，操作简单，不需专人维护。适应性强，对环境要求较低，适用于任何爆破掘进的煤岩工作面， 有较好的推广应用价值。

作者简介：张文鑫（1974- ）男 工程师 现为冀中能源峰峰集团河北纵横工程有限公司矿建分公司副经理

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