某場平工程現(xiàn)場混裝銨油炸藥配比優(yōu)化研究

陶鐵軍， 池恩安， 張建華， 趙明生， 康 強,3

(1. 貴州新聯(lián)爆破工程集團有限公司， 貴陽 550002； 2. 武漢理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院， 武漢 430070；3. 河海大學(xué) 土木與交通學(xué)院， 南京 210098)

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某場平工程現(xiàn)場混裝銨油炸藥配比優(yōu)化研究

陶鐵軍1,2， 池恩安1， 張建華2， 趙明生1， 康 強1,3

(1. 貴州新聯(lián)爆破工程集團有限公司， 貴陽 550002； 2. 武漢理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院， 武漢 430070；3. 河海大學(xué) 土木與交通學(xué)院， 南京 210098)

摘要：以遵義市新火車站場平工程為背景，進行了混裝多孔粒狀銨油炸藥的組分配比優(yōu)化現(xiàn)場試驗。分析了不同直徑下現(xiàn)場混裝銨油炸藥的柴油配比與爆速關(guān)系，對比了不同配比炸藥的爆炸性能。結(jié)合理論研究和現(xiàn)場試驗結(jié)果確定了炸藥爆速最高、能量釋放最為充分的最佳炸藥配比：多孔粒狀硝酸銨與柴油的配比為95∶5。現(xiàn)場工程試驗表明，優(yōu)化配比后的炸藥在保證爆破效果的同時，炸藥單耗降低了8%。

關(guān)鍵詞：場平工程； 現(xiàn)場混裝； 銨油炸藥； 組分配比； 爆速

1引 言

炸藥混裝車是一種移動式的炸藥系統(tǒng)，它集原材料運輸、炸藥混制、機械化裝藥于一體，具有生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高、使用安全可靠、爆破效果好等優(yōu)點，已成為了當(dāng)今民爆行業(yè)的一個主要發(fā)展方向〔1-4〕。炸藥混裝車根據(jù)生產(chǎn)炸藥的品種不同可分為銨油炸藥混裝車、乳化炸藥混裝車、重銨油炸藥混裝車、多功能混裝炸藥車等，目前使用較多的是多孔粒狀銨油炸藥混裝車和乳化炸藥混裝車。隨著現(xiàn)場混裝炸藥車的不斷推廣使用，以及爆破精細化的發(fā)展，采用單一混裝炸藥配方已不能滿足不同工程環(huán)境和地質(zhì)條件下的爆破作業(yè)要求，需要根據(jù)爆破工程實際情況，通過調(diào)整優(yōu)化混裝炸藥不同配方爆破性能現(xiàn)場檢測試驗，對混裝炸藥的組分配方進行優(yōu)化，選取最佳配方，從而有效控制爆破工程的施工成本和，提高爆破效果，保證工程安全高效實施。以遵義市新火車站場平工程為背景，對現(xiàn)場混裝多孔粒狀銨油炸藥的組分配比進行優(yōu)化，并對爆炸性能進行了現(xiàn)場檢測，確定了最佳的組分配方比，取得了良好的使用效果，為類似工程和研究提供了重要的參考依據(jù)。

2混裝銨油炸藥組分配比優(yōu)化現(xiàn)場試驗

2.1工程概況

遵義市新火車站場平工程位于遵義市新浦新區(qū)，整個工程南北長600m、東西寬550m，場平總方量800萬m3。主要開挖方量在一座山包上，山包最大高程913.8m，開挖高差47m。山體主要為石灰?guī)r，整個爆破開挖山體巖石普氏堅固系數(shù)f為6～10。從已開挖斷面看，爆區(qū)巖石為薄至中厚層石灰?guī)r，微風(fēng)化，陡傾斜產(chǎn)出，走向北東，節(jié)理發(fā)育，泥質(zhì)充填，局部風(fēng)化嚴(yán)重有巖溶，從地表延伸數(shù)十米。斷裂構(gòu)造不發(fā)育，區(qū)域地塊穩(wěn)定性好。

2.2試驗儀器與方法

爆速是爆轟波在炸藥中的傳播速度，是衡量炸藥爆炸性能的重要指標(biāo)之一，也是能夠比較準(zhǔn)確方便地測量的一個指標(biāo)，因此，本次試驗用爆速作為主要評價指標(biāo)，采用了CA-5型五段爆速儀進行測量。試驗的具體操作如下：①根據(jù)目標(biāo)配比及一次配置的炸藥量，預(yù)先計算添加柴油前后硝酸銨質(zhì)量，量取相應(yīng)質(zhì)量硝酸銨，然后混合；②測量PP-R管探針間各段距離，精確到1mm；③將PP-R管安裝探針的鉆孔用膠布密封，用塑料布封堵PP-R管的非起爆端，裝填倒入炸藥，量測量取管內(nèi)未裝藥部分長度，填裝入起爆藥包，然后即可穿入漆包線探針并纏繞結(jié)實；④根據(jù)準(zhǔn)備測定的段數(shù)布設(shè)相應(yīng)數(shù)量信號線，信號線之間不可交叉；在連接信號線與測速儀之后，按探頭次序依次短接信號線，檢查儀器是否可以正常工作；當(dāng)確認(rèn)一切無誤后即可連接信號線與探針；試驗現(xiàn)場情況見圖1；圖2為爆速測試試驗布置示意圖；⑤檢查連線完畢后即可裝入雷管和起爆藥包，撤離人員并開始警戒，在具備安全起爆條件后起爆。爆后立即檢測儀器，記錄數(shù)據(jù)。

圖1　測試藥包Fig.1　Test charge

圖2　爆速測試示意圖Fig.2　Detonation velocity test diagram

2.3現(xiàn)場試驗與結(jié)果

主要試驗場地為遵義新蒲新區(qū)新火車站土石方工程二號山及站前廣場填土區(qū)。該區(qū)域距離居民區(qū)較遠，同時有較大區(qū)域在試驗期間尚未施工，適合開展現(xiàn)場試驗。

使用了92mm與102mm兩種內(nèi)徑的PP-R管進行裝藥，炸藥所用燃料油為標(biāo)準(zhǔn)0號柴油，其密度為0.85g/cm3，閃點40℃，十六烷值不低于57.7%，殘?zhí)坎淮笥?.02%，硫含量低于0.2%，無機械雜質(zhì)。柴油配比變化范圍為4.0%～6.0%，以0.5%為步長改變配比。為保證密度一致，全部采用自然裝藥方式。試驗結(jié)果見表1。

表1　配比-爆速試驗數(shù)據(jù)

3試驗數(shù)據(jù)分析

3.1φ92mmPP-R管裝藥試驗數(shù)據(jù)分析

φ92mmPP-R管裝藥試驗的數(shù)據(jù)關(guān)系趨勢線如圖3所示，92mm裝藥直徑下銨油配比與炸藥平均爆速的關(guān)系如圖4所示。由圖4可以看出柴油配比為5.0%時多孔粒狀銨油炸藥爆速最高。

圖3　92mm裝藥直徑下配比-爆速趨勢Fig.3　Ratio-detonation velocity trend of 92mm-diameter charge

圖4　92mm裝藥直徑下配比-平均爆速關(guān)系曲線Fig.4　Ratio-average detonation velocity relation curve of 92mm-diameter charge

3.2φ102mmPP-R管裝藥試驗數(shù)據(jù)分析

φ102mmPP-R管裝藥組分配比-爆速關(guān)系趨勢線如圖5所示，可以看出：當(dāng)柴油配比為5%時，混裝多孔粒狀銨油炸藥的爆速最高。102 mm裝箱直徑下配比-平均爆速關(guān)系如圖6所示，也可以看出，當(dāng)柴油占比為5%時，混裝多孔粒狀銨油炸藥的爆速最高，最高平均爆速為3 440.7m/s。

圖5　102mm裝藥直徑下配比-爆速趨勢線Fig.5　Ratio-detonation velocity trend of 102mm-diameter charge

圖6　102mm裝藥直徑下配比-平均爆速關(guān)系曲線Fig.6　Ratio-average detonation velocity relation curve of 102mm-diameter charge

4最佳配比與優(yōu)化措施

4.1最佳炸藥配比

燃料油的配比直接影響銨油炸藥的爆炸性能和爆轟產(chǎn)物的組成，適量組分的柴油配比可以使爆炸反應(yīng)進行得最為完全。根據(jù)工業(yè)炸藥的零氧平衡設(shè)計原則，理論計算出的零氧平衡最佳配比為：硝酸銨94.48%、輕柴油5.52%，此時，炸藥反應(yīng)最為完全，能量釋放最為充分。相關(guān)試驗的研究結(jié)果表明〔5-7〕：當(dāng)柴油含量為5.5%～6.0%時，銨油炸藥的爆炸效果最好，爆速最高，隨著柴油含量的增大，銨油炸藥的敏感度降低，當(dāng)柴油配比達到10%時，銨油炸藥失去雷管起爆感度。

本次試驗中92mm裝藥直徑和102mm裝藥直徑條件下混裝多孔粒狀銨油炸藥不同組分配比現(xiàn)場爆炸性能的檢測結(jié)果都顯示，多孔粒狀硝酸銨與柴油的配比為95︰5時，炸藥爆速最高。該結(jié)果與理論計算值有差據(jù)，但也在預(yù)計之中，這是由于理論結(jié)果是在純理想化的條件下計算的，而實際情況是工業(yè)硝酸銨或多或少含有雜質(zhì)或水分，尤其是在貴州這樣的南方地區(qū)，潮濕的空氣容易吸濕。同時，本試驗也說明了采用同一炸藥配方顯然無法滿足不同環(huán)境條件爆破工程的要求的道理，應(yīng)針對爆破工程實際情況采用不同的炸藥配方。

4.2優(yōu)化措施

為達到最佳效果，該場平工程除了采用上述最佳組分配比之外，還采取了以下措施控制炸藥質(zhì)量：

(1)嚴(yán)把原材料質(zhì)量關(guān)。原材料的質(zhì)量好壞直接影響炸藥的爆轟性能，特別是多孔粒狀硝酸銨是否受潮變質(zhì)等；

(2)提高現(xiàn)場實際流量控制精度，采用更有效的計量手段；

(3)嚴(yán)格按照工藝規(guī)程進行操作，以消除可能因為工藝操作原因造成炸藥質(zhì)量不穩(wěn)定的因素。

4.3優(yōu)化效果

對比不同工況條件下的炸藥配比與爆破效果分析，在保證爆破效果達到設(shè)計要求的同時，采用了上述優(yōu)化措施和最佳配方之后，炸藥單耗降低了8%。

5結(jié) 語

(1)在φ92mm和φ102mm裝藥直徑下進行多孔粒狀硝酸銨與柴油不同配比爆速測試，配比為95︰5時，爆速最高。

(2)工程實踐表明：采用如上配方后，在保證爆破效果的情況下，炸藥單耗降低8%。

參考文獻(References)：

〔1〕 彭立，陳俊杰，常根召. 現(xiàn)場混裝炸藥及逐孔起爆技術(shù)在開段溝爆破中的應(yīng)用 [J]. 工程爆破, 2013, 19(3): 20-22.

PENG Li, CHEN Jun-jie, CHANG Gen-zhao. Application of site mixing and charging explosive and hole-by-hole blasting in section trench excavation blasting [J]. Engineering Blasting, 2013, 19(3): 20-22.

〔2〕 葉海旺, 吳凱, 王洋, 等. 多空粒狀銨油炸藥爆炸性能試驗研究[J]. 爆破,2011,28(1):100-103.

YE Hai-wang, WU Kai, WANG Yang, et al. Experiment research on explosion performance of mixed ANFO explosive[J]. Blasting,2011,28(1):100-103.

〔3〕 馬平, 熊代余, 龔兵，等. 炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)在爆炸加工中的應(yīng)用[J]. 工程爆破, 2015,21(2):68-71.

MA Ping, XIONG Dai-yu, GONG Bing, et al. Application of site mixing and loading technology for explosive to explosive working[J]. Engineering Blasting, 2015,21(2):68-71.

〔4〕 馮有景, 秦啟勝, 何長慶. 露天礦現(xiàn)場混裝炸藥車的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 金屬礦山,2009,44(S1):473-479.

FENG You-jing, QIN Qi-sheng, HE Chang-qing. Development and application of on-site mixed loading vehicles for explosives in open pit[J]. Metal Mine,2009, 44(S1):473-479.

〔5〕 黃文堯, 顏事龍, 王曉光, 等. 新型粉狀銨油炸藥實驗研究[J]. 含能材料,2010,18(2):222-225.

HUANG Wen-yao, YAN Shi-long, WANG Xiao-guang, et al. Preparation and performance of a new powdery ammonium nitrate fuel oil explosive [J].Chinese Journal of Energetic Matericals,2010,18(2):222-225.

〔6〕 BOGDAN Z, DANIEL B. Influence of ammonium nitrate prills properties on detonation velocity of ANFO[J]. Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2007(5):411-414.

〔7〕 ANDRZEJ M, ANDRZEJ P, DARIUSZ G. Investigation on detonation and thermochemical parameters of aluminized ANFO[J]. Journal of Energetic Materials, 2003(1): 11-14.

Optimization research of site mixed ANFO in a leveling project

TAO Tie-jun1,2， CHI En-an1， ZHANG Jian-hua2， ZHAO Ming-sheng1， KANG Qiang1,3

(1. Guizhou Xinlian Blasting Engineering Group Limited Company, Guiyang 550002, China；2. School of Resources and Environmental Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China；3. College of Civil and Traffic Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, Jiangsu, China)

ABSTRACT：The mixed porous granular ANFO composition optimization was tested in new railway station site leveling project in Zunyi city. The relationship of proportioning of explosives and detonation velocity under different apertures was examined and the explosive performance of different proportion were compared. Through theoretical research and field test results, the maximum velocity of explosive was determined. To release the most fully optimal ratio of explosive energy，the ratio of porous granular ammonium nitrate and diesel oil was 95∶5. The field engineering test showed that optimum proportion of explosives could ensure the blasting effect and the explosive consumption was reduced 8%.

KEY WORDS:Leveling project； Site mixed； ANFO； Component ratio； Detonation velocity

文章編號：1006-7051(2016)02-0085-04

收稿日期：2015-06-23

基金項目：貴州省優(yōu)秀青年科技人才培養(yǎng)項目：黔科合人字[2013(30)]

作者簡介：陶鐵軍(1984-)，男，博士，主要從事爆破與安全機理研究。E-mail: 290729639@qq.com

中圖分類號：TD235

文獻標(biāo)識碼：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.02.019