井巷掘進爆破時的有毒氣體及防治措施

目前，在井巷的掘進與開挖中，鉆眼爆破方法作為一種經濟高效的施工手段，已經得到了非常廣泛的應用。但是在井巷掘進爆破時，炸藥爆炸生成的氣體含有大量的有毒成份。由于井巷作業(yè)空間狹小，通風條件較差，容易造成有毒氣體濃度超標，對施工人員的身體健康和安全生產構成嚴重威脅。據有關統(tǒng)計資料表明，在國內外的爆破工程中，炮煙中毒的死亡事故占整個爆破事故的28.3%?？梢娪卸練怏w是造成井下死亡事故的重要原因之一，必須對此予以足夠重視。
1 炮煙中有毒氣體的主要成分及危害性
在炸藥爆炸生成的炮煙中，有毒氣體的主要成分為一氧化碳和氮氧化物。如果炸藥中含有硫或硫化物時，爆炸過程中，還會生成硫化氫和亞硫酐等有毒氣體。這些氣體的危害性極大，當人體吸入一定量的有毒氣體之后，輕則引起頭痛、心悸、嘔吐、四肢無力、昏厥、重則使人發(fā)生痙攣、呼吸停頓，甚至死亡。
炮煙中有毒氣體的毒性，用空氣中的危險濃度來表示如表1。
由表1可看出濃度越高，氣體毒性越大。另外，有毒氣體不僅對人體有害，而且某些有毒氣體對煤礦井下瓦斯能起到催爆作用（如氧化氮）或引起二次火焰（如一氧化碳），尤其是在高瓦斯礦井中，易造成災難性事故。因此對井巷掘進爆破過程中的有毒氣體，必須采取有效的防治措施，以防止安全事故的發(fā)生。 表1 有毒氣體空氣中的危險濃度

有毒氣體 各種氣體危險濃度（mg/L） 吸入數小時將引起輕微中毒 吸入1小時后將引起嚴重中毒 吸入0.5～1小時就會有致命危險 吸入數分鐘會死亡 一氧化碳 氧化氮 硫化氫 亞硫酐 0.1～0.2 0.07～0.2 0.01～0.2 0.025 1.5～1.6 0.2～0.4 0.25～0.4 0.06～0.26 1.6～2.3 0.4～1.0 0.5～1.0 1.0～1.05 5 1.5 1.2 —

2 炸藥爆炸時產生有毒氣體的主要原因
2.1 炸藥的氧平衡
在井巷掘進爆破進程中，一般使用混合炸藥，主要組成元素是碳、氫、氧、氮（某些炸藥含有氯，硫，金屬及其鹽類），其中非爆炸性氧化劑分子或富有氧元素的炸藥分子為氧化劑，而非爆炸性可燃劑分子或富有碳、氫元素的炸藥分子為燃料，混合炸藥爆炸的實質是氧化劑和燃料發(fā)生高速化學反應的過程。炸藥內含氧量與可燃元素充分氧化所需氧量之間的關系稱為氧平衡關系。如果所選炸藥中的含氧量恰好能滿足可燃元素充分氧化所需氧量（即零氧平衡），此時，氧和可燃元素可以得到充分利用，從理論上講，炸藥爆炸不會產生有毒氣體。如果所選炸藥為負氧平衡炸藥（炸藥中含氧量不足），將會產生可燃性的一氧化碳有毒氣體。如果所選炸藥為正氧平衡炸藥（炸藥中的含氧量超過可燃元素充分氧化所需的耗氧量），多余的氧在爆炸過程中（高溫、高壓）與氮發(fā)生化學反應，生成氮氧化物有毒氣體。
2.2炸藥爆炸反應的完全程度
炸藥反應的完全程度與炸藥組成、成份性質、炸藥密度、粒度、裝藥直徑、起爆沖能的大小等諸多因素有關。例如：當炸藥組成相同時，粒度越小，混合起均勻，反應就越完全，有毒氣體生產量就越??；
2.3周圍介質的作用
某些礦物介質可與爆炸產物起化學反應，或者對爆炸產物的二次反應起到催化作用，使有毒氣體含量增大。例如在一定條件下，煤可以還原爆炸產物中的二氧化碳為一氧化碳有毒氣體。爆炸作用時，含硫的礦石可生成硫的氧化物或硫化氫有毒氣體。當周圍介質溫度較低時，漿狀炸藥在低溫情況下也常出現不完全爆炸或爆轟中斷現象，使有毒氣體含量大大增加。
3 有毒氣體的防治措施
3.1 優(yōu)選炸藥品種和嚴格控制一次起爆藥量
在井巷爆破掘進過程中，應根據工作面的實際情況，選用炸藥品種。如工作面積水時，應選用抗水型炸藥，否則因炸藥受潮而影響爆轟穩(wěn)定傳播而產生大量有毒氣體。對于低溫凍結井施工，應選用防凍型炸藥，否則炸藥也會因不完全爆炸或爆轟中斷，產生大量有毒氣體。爆破產生的有毒氣體量與炸藥用量成正比，嚴格控制起爆藥量，可以有效地降低爆破有毒氣體生成量。
3.2 控制炸藥的外殼材料重量
為了防潮，粉狀炸藥通常采用涂蠟紙殼包卷，由于紙和蠟均為可燃物質，奪取炸藥中的氧，易使炸藥在爆炸時成分負氧平衡反應。在氧量不充裕的情況下，將會產生較多一氧化碳氣體，因此，限定每100g炸藥的紙殼重量和涂蠟量分別不超過2g和2.5g。
3.3 保證炮孔堵塞長度和堵塞質量
保證炮孔堵塞長度和堵塞質量，能夠使炸藥發(fā)生爆炸時，介質在碎裂之前，裝藥孔洞內保持高溫、高壓狀態(tài)，有利于炸藥充分反應，減少有毒氣體生成量。而且足夠的堵塞長度和良好的堵塞質量，還會減少未反應或反應不充分的炸藥顆粒從裝藥表面拋出反應區(qū)，也會降低空氣中的有毒氣體含量。
3.4 采用水封爆破或放炮噴霧
炸藥爆炸時會形成高溫高壓環(huán)境，水封爆破時產生的水霧，在高溫高壓下與一氧化碳發(fā)生反應生成二氧化碳和氫氣，可以有效地降低炮煙中的一氧化碳濃度。由于爆破產生的某些有毒氣體易溶于水，因此在放炮時，采用自動噴霧設施進行噴霧，既能起到降塵作用，又能有效地減少有毒氣體含量，使炮煙毒性降低。
3.5 采用反向起爆方式
采用反向起爆方式時，炮泥開始運動的時間比正向起爆推遲，間接地起到了增加炮孔堵塞長度的效果，使炸藥反應完全程度提高，從而降低有毒氣體生成量。