復合乳化劑在德興銅礦預裝藥應用研究

張文輝

(江西銅業(yè)集團公司德興銅礦，江西德興 334224)

1 引言

德興銅礦作為我國最大的露天銅礦，具有礦石儲量大、埋藏淺、品位低等特點［1］。根據這一特點，德興銅礦選擇了大規(guī)模開采這一經濟路線，到2012年，已形成年采剝總量1.255億t生產能力［2］。以此相應，爆破規(guī)模日益增加，年消耗乳化炸藥約4萬t左右，年爆破頻次高達1200余次。

隨著礦山開采深度的不斷延深，采區(qū)作業(yè)面日益狹窄，對設備、人員避炮提出高要求;同時大型采礦設備頻繁走動，勢必造成設備不必要的損耗;采礦作業(yè)流程中斷，嚴重影響采礦設備的作業(yè)臺效。以此，如何高效、安全實施爆破，同時減少爆破對采礦生產影響，是德興銅礦必須面對的現實問題。因此，德興銅礦開展了乳化炸藥預裝用乳化劑在德興銅礦的研究試驗，從延長乳化炸藥在炮孔內的貯存時間入手，達到爆破作業(yè)高效化和提高礦山大型設備作業(yè)效率的目的［3］。

2 現狀

德興銅礦在1986年引進美國Ireco公司適合現場混裝的乳化炸藥1116系列配方。其配方特點為:組份簡單、含水量大，炸藥的流動性好等特點［4］。但是，1116防自燃系列乳化炸藥在炮孔內貯存的時間只有24h，超過這個時間該乳化炸藥不處于最佳狀態(tài)。主要是存儲時間超過24h，導致1116防自燃系列乳化炸藥里懸浮的硝酸銨結晶體與氧化劑溶液混合，引起油膜發(fā)生形變和收縮，導致部分或全部破壞其氧化劑與可燃劑接觸充分而生成致密的的物理結構，引起爆炸性能、抗水性能和穩(wěn)定性能的惡化，從而影響炸藥質量穩(wěn)定性［5］。如果炸藥在炮孔內貯存時間達3d(72h)之久，該乳化炸藥爆炸威力明顯下降，甚至有部分炮孔內炸藥會發(fā)生拒爆。德興銅礦經過多次試驗、分析，發(fā)現該乳化炸藥最佳的質量狀態(tài)是:乳化炸藥經炸藥車初步制成到該乳化炸藥藥溫降到環(huán)境溫度為止，這個時間段的炸藥爆速高，威力大、質量最好。當炸藥溫度降到與環(huán)境溫度之后的時間里，隨著時間延長，炸藥質量就開始降低。試驗結果證明1116防自燃系列乳化炸藥只能在 24h 內使用［6］。

3 室內試驗

3.1 試驗方案

采用對比試驗方法。在1116防自燃系列乳化炸藥配方中，其它原料配比不變，只有1/2的S-80乳化劑被等量的復合乳化劑取代(表1)。

表1 對比試驗配方

任何一個多種原料的炸藥配方中，都必須使之趨于零氧平衡狀態(tài)。由于炸藥的包裝，使用環(huán)境及啟爆方法等等不同，在露天深孔爆破中，要使炸藥配方略趨于負氧平衡狀態(tài)，即負氧率為總負氧平衡數的4±2%為最佳。如此炸藥啟爆后會迅速形成爆轟波(表2)。

表2 各種原材料氧平衡數

根據表1的原材料比例和表2中各原料的氧平衡數可計算出:

(1)純S-80乳化劑配方中的氧平衡數:

負氧率=0.00515÷0.14515×100%≈3.6%

(2)S-80+復合乳化劑配方中的氧平衡數:

負氧率=0.009125÷0.149125×100%≈6.0%

計算結果表明這兩種配方中負氧率都在2%～6%的范圍內，采用該配方進行炸藥試驗是可行的。

3.2 試驗儀器及要求

(1)千瓦可調變頻攪拌機1臺;

(2)鋁合金鍋1只:容量8L;

(3)可調加熱裝置1臺;

(4)計量儀器約干(秒表、轉速儀等);

(5)試驗場所必須符合國家法律規(guī)定的安全要求，并通過國家驗收準予使用的場所;

(6)試驗人員必須持證上崗;

(7)試驗時使用的爆破器材必須遵守危險物品管理規(guī)定。

3.3 試驗數據

根據表一中的配方做了6個樣品，每個配方做了3個樣品進行比對，觀察復合乳化劑是否能使炸藥的貯存時間延長。如果炸藥貯存時間越長而爆速沒有明顯降低，說明該炸藥穩(wěn)定性好、貯存時間長。6個樣品爆速數據如下(表3)。

表3 樣品爆速數據

4 工業(yè)試驗

4.1 試驗準備

2013年6月份，德興銅礦開展了預裝藥工業(yè)試驗，其目的是:⑴檢測1116復合油相在炸藥預裝試驗中的可行性;⑵在可行的基礎上實現炸藥和爆破生產的均衡。試驗材料為:1116復合添加劑2t，炸藥量45t。

4.2 試驗方案

本次試驗采用連續(xù)兩天采用本次復合油相，預裝和現裝結合，不影響正常的生產爆破。

工業(yè)試驗一:2013年6月22日，爆破工段在富家塢采區(qū)13#鉆實施了預裝藥。該面炮孔呈南西方向，孔網7×9m2，巖石性質為Ⅲ類巖。此次實施預裝藥的炸藥共15t，預裝藥炮孔數共19個。9#炸藥車在爆堆的西北角逐孔裝藥。每孔裝藥量為中間650kg，后排未減藥。炮孔充填高度為7.8～8.5m，裝藥當天并未實際充填。當天進行了爆速測試，爆速達4700m/s多。2013年6月23日，對該面炮剩余孔實施了現場裝藥和爆破?，F場施工中對6月22日預裝藥炮孔重新量了充填高度，充填高度較22日減少了0.5～0.8m，原因是預裝炸藥再次發(fā)泡導致充填高度降低。

爆破效果:整體松散性好、破碎充分，隆起起度較高。根據跟蹤電鏟鏟挖效果，預裝藥區(qū)域爆破效果與正常裝藥區(qū)域的爆破效果一致(圖1)。

圖1 13#鉆爆破網絡圖

工業(yè)試驗二:2013年7月1日，在富家塢采區(qū)15#鉆實施了預裝藥。該面炮孔呈南西方向，孔網7×8m2，巖石性質為Ⅱ類巖。此次實施預裝藥的炸藥共30t，預裝藥炮孔數共42個，充填高度為中間8～9m，側后排8.3～9.5m。2013年7月3日，該面炮實施了爆破。現場施工中對部分預裝藥炮孔重新量了充填，發(fā)現充填高度比前天減少了0.6～0.8m。原因是預裝炸藥再次發(fā)泡導致充填高度降低。

爆破效果:整體松散性好、破碎充分，隆起起度較高。根據跟蹤電鏟鏟挖效果，預裝藥區(qū)域爆破效果與正常裝藥區(qū)域的爆破效果一致(圖2)。

圖2 17#鉆爆破網絡圖

5 結語

經過室內試驗和工業(yè)試驗，我們認為:⑴添加復合乳化劑的乳化炸藥在儲存穩(wěn)定性方面明顯優(yōu)于沒有添加復合乳化劑的常規(guī)乳化炸藥;⑵添加復合乳化劑的乳化炸藥儲存于酸性水中的炸藥損失比沒有添加復合乳化劑的化乳化炸藥損失小，說明乳膠包裹可靠，在儲存于酸性水中3d后，沒有被酸性水破壞的炸藥性能，爆速都在4300m/s以上，說明炸藥質量仍然良好;⑶工業(yè)試驗表明，在進行預裝1～3d后，沒有產生底板抬高，大塊和根底與現裝比沒有明顯的增加，爆堆規(guī)整，后溝明顯，爆破效果良好，滿足預裝藥爆破的需要。

［1］李毅.礦床地質模型在德興銅礦邊際品位優(yōu)化的應用［J］.采礦技術，2011，11(4):44-46.

［2］李國平.德興銅礦富家塢采區(qū)坑采空區(qū)處理方案探討［J］.銅業(yè)工程，2008，(3):10-14.

［3］程根祥.影響德興銅礦爆破效果的因素分析及改進［J］.現代礦業(yè)，2011，(2):105-106.

［4］鄒招保.現場混裝炸藥車安全性探討［J］.銅業(yè)工程，2008，(2):23-27.

［5］程根祥 鄒招保.現場混裝炸藥車生產工藝對炸藥質量的影響及改進［J］.現代礦業(yè)，2011，4(4):98-99.

［6］王華.高威力機械化預裝安全乳化炸藥的研究與應用［D］.贛州:江西理工大學，2011:14-17.