BCJ-3型散裝乳化炸藥裝藥車敏化工藝優(yōu)化及應(yīng)用

孫大為，黃滿貴， 任 斌

(1.北京礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160；2.江西省上饒市公安局治安支隊(duì)，江西 上饒 334000)

0 引 言

BCJ-3型散裝乳化炸藥裝藥車采用車載乳化基質(zhì)、現(xiàn)場(chǎng)敏化裝藥的生產(chǎn)方式，廣泛應(yīng)用于中小直徑炮孔的爆破作業(yè)中[1]。簡(jiǎn)捷、安全的生產(chǎn)工藝，以及遠(yuǎn)距離軟管輸送能力，使該車型適用于各種條件嚴(yán)苛的應(yīng)用環(huán)境，如在白云鄂博鐵礦露天開(kāi)采、斯里蘭卡漢班托塔港進(jìn)港航道疏浚等工程中均取得了良好的應(yīng)用效果[2-3]。

該型裝藥車主要采用中低溫敏化工藝，車載的基質(zhì)是經(jīng)過(guò)冷卻后裝車的，基質(zhì)使用時(shí)的溫度一般在45～55 ℃，主要為了配合敏化得到均勻細(xì)密的發(fā)泡體系及合適的炸藥密度，保障炸藥的性能。在北方嚴(yán)寒地區(qū)冬季作業(yè)時(shí)，由于環(huán)境溫度較低，基質(zhì)發(fā)泡速度慢，炸藥最終密度控制難度增大，工藝控制稍有偏差就容易出現(xiàn)炸藥發(fā)泡不到位的情況，嚴(yán)重時(shí)甚至半爆、拒爆。一般的應(yīng)對(duì)措施是調(diào)整水相的pH值和敏化液的濃度、添加量，摸索出與氣候適應(yīng)的條件參數(shù)。

筆者提出了另一種解決思路，即直接使用高溫基質(zhì)進(jìn)行裝藥，發(fā)泡速度主要由高溫基質(zhì)的溫度決定，基本不受環(huán)境溫度的影響，可以憑一套穩(wěn)定的配方和工藝滿足一年四季的生產(chǎn)需求。實(shí)踐中通過(guò)對(duì)配方、工藝、設(shè)備的系統(tǒng)性優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了上述的技術(shù)設(shè)想。本文即對(duì)配方、敏化參數(shù)、敏化裝置的優(yōu)化以及實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行了介紹。

1 高溫敏化工藝特點(diǎn)

所謂高溫敏化，即指地面站制備的乳化基質(zhì)不再經(jīng)過(guò)冷卻，直接上裝到裝藥車料倉(cāng)。裝藥爆破時(shí)，基質(zhì)在較高溫度下進(jìn)行發(fā)泡和裝藥，與原中低溫敏化的差異對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 高溫敏化工藝與中低溫敏化的對(duì)比

由對(duì)比分析可知，高溫敏化工藝具有以下特點(diǎn)：①乳化基質(zhì)裝車溫度高，流動(dòng)性好，便于輸送；②在冬季嚴(yán)寒環(huán)境下，能夠較快、較穩(wěn)定的發(fā)泡，而且高溫敏化工藝一年四季可通用；③水相中可少加或不加酸促進(jìn)劑，在一定程度上增強(qiáng)了基質(zhì)的穩(wěn)定性；④敏化靜態(tài)混合器位置有相應(yīng)調(diào)整，便于小劑量發(fā)泡液的混合以及高溫基質(zhì)敏化后的輸送。

高溫敏化工藝在配方、工藝參數(shù)、設(shè)備方面均有不同程度的優(yōu)化改進(jìn)，使炸藥密度能夠在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到預(yù)期值。但是，由于溫度較高，發(fā)泡速度過(guò)快，如果不加以控制同樣得不到有效的敏化體系。

2 發(fā)泡速度控制

現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥的發(fā)泡劑主要為亞硝酸鈉，亞硝酸鈉與乳化基質(zhì)中游離的硝酸銨發(fā)生如下式所示的化學(xué)反應(yīng)。

NH4NO3+NaNO2→NH4NO2+NaNO3
NH4NO2→N2↑+2H2O

反應(yīng)產(chǎn)生的氮?dú)饩鶆蚣?xì)密的分散于基質(zhì)中，實(shí)現(xiàn)炸藥的敏化。影響該化學(xué)反應(yīng)速率的主要因素有溫度、pH值、反應(yīng)物濃度。高溫敏化時(shí)基質(zhì)的溫度一般在60～70 ℃，因此主要考慮pH值、反應(yīng)物濃度的影響作用。

該反應(yīng)在酸性條件下反應(yīng)較快，弱酸或偏中性條件可減緩該反應(yīng)，而反應(yīng)物濃度則是越低反應(yīng)越慢。因此，對(duì)于減緩本反應(yīng)而言，主要通過(guò)減少酸性促進(jìn)劑的使用達(dá)到創(chuàng)建弱酸環(huán)境,再通過(guò)發(fā)泡速度與炸藥密度的綜合考察，確定亞硝酸鈉溶液的濃度及添加量，在滿足氣泡生成量的前提下，濃度越低、加入量越少則反應(yīng)越慢。通過(guò)上述措施使發(fā)泡過(guò)程盡可能均勻緩和，從而在高溫條件下也可以形成細(xì)密、有效的敏化氣泡體系。

3 配方及工藝

配方優(yōu)化結(jié)合實(shí)際儲(chǔ)存期要求，主要考慮了減少酸性促進(jìn)劑量，進(jìn)一步降低乳化基質(zhì)黏度、增加流動(dòng)性，降低綜合成本等。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室研究及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，最終確定配方及工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 工藝配方及工藝參數(shù)

配方的主要特點(diǎn)是組分少、成本低，基質(zhì)具有較好的流動(dòng)性，并大幅降低了酸性促進(jìn)劑的量。實(shí)際爆破中，制備的基質(zhì)敏化后裝入水孔一周后仍可正常起爆。

現(xiàn)場(chǎng)混裝高溫敏化工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)混裝高溫敏化工藝流程

4 敏化工藝參數(shù)優(yōu)化

采用高溫基質(zhì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)敏化、裝藥時(shí)，為了使乳化基質(zhì)能夠穩(wěn)定、均勻地發(fā)泡，使炸藥具有合適的最終密度(1.1～1.25 g/cm3)，必須優(yōu)化原敏化工藝參數(shù)，主要對(duì)發(fā)泡液濃度、添加量進(jìn)行了優(yōu)化，使整個(gè)發(fā)泡、輸送過(guò)程匹配、順暢。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及應(yīng)用條件，選定6組實(shí)驗(yàn)組合，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，考察合適的發(fā)泡液濃度和添加量，主要結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同發(fā)泡液濃度和添加量下發(fā)泡結(jié)果

注：爆速測(cè)試采用Φ70 mm pvc管。

實(shí)際生產(chǎn)中，基質(zhì)在產(chǎn)出、裝車、運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中，溫度會(huì)降至約70 ℃。有時(shí)根據(jù)生產(chǎn)安排基質(zhì)也會(huì)隔夜使用，此時(shí)基質(zhì)溫度更低，大約在60 ℃。因此發(fā)泡溫度主要取70 ℃和60 ℃。雖然這兩個(gè)溫度不能囊括所有使用溫度，但如果在這兩個(gè)溫度下發(fā)泡正常、密度適宜，則基本能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)裝藥爆破的需求。

由表3數(shù)據(jù)可知，在選定的濃度和加量范圍內(nèi)，二者的影響都很顯著。使用濃度為1∶8的發(fā)泡液，1%的添加量下，發(fā)泡速度、密度較為適宜；在基質(zhì)溫度由70 ℃降至60 ℃后，20 min內(nèi)密度仍能降至1.25 g/cm3以下，也具有穩(wěn)定的爆速。如果使用濃度為1∶4的發(fā)泡液，同樣加量下發(fā)泡速度過(guò)快；而選用濃度1∶12的發(fā)泡液，則發(fā)泡又太慢。因此綜合考慮發(fā)泡速度與炸藥密度，生產(chǎn)選用1∶8濃度的發(fā)泡液，添加量按1%標(biāo)定。

5 敏化裝置

裝藥車現(xiàn)場(chǎng)裝藥時(shí)通過(guò)靜態(tài)混合器將基質(zhì)和發(fā)泡液進(jìn)行混合，應(yīng)用高溫敏化工藝時(shí)，對(duì)靜態(tài)混合器的位置進(jìn)行了調(diào)整：將其由輸藥軟管出口處改裝在基質(zhì)螺桿泵出口處。經(jīng)過(guò)改裝，較高濃度的發(fā)泡液雖然量少，但也能混合的比較均勻，避免了發(fā)泡液加到水環(huán)中時(shí)高溫下快發(fā)堵管的情況。從實(shí)際使用效果看，經(jīng)配方優(yōu)化后的基質(zhì)黏度較低，流動(dòng)性好，能夠很好地與發(fā)泡液進(jìn)行混合；在Φ50 mm軟管內(nèi)的輸送比較順暢，如果采用Φ38 mm的軟管則配合水環(huán)輸送效果較好。產(chǎn)出的炸藥敏化效果良好，性能滿足國(guó)標(biāo)要求。

6 應(yīng)用情況

6.1 產(chǎn)品性能

目前，內(nèi)蒙古盛安化工烏拉特中旗分公司現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥生產(chǎn)點(diǎn)采用高溫敏化技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。地面站生產(chǎn)基質(zhì)密度約1.35 g/cm3，產(chǎn)品性能見(jiàn)表4。

6.2 裝藥情況

該場(chǎng)點(diǎn)裝藥車輸藥軟管主要有2種規(guī)格，一種是內(nèi)徑Φ38 mm軟管，另一種是內(nèi)徑Φ50 mm軟管。這兩種軟管的裝藥參數(shù)見(jiàn)表5。裝藥時(shí)，乳化基質(zhì)通過(guò)靜態(tài)混合器與發(fā)泡液混合后進(jìn)入炮孔，在炮孔中形成乳化炸藥。

表4 產(chǎn)品性能

注：現(xiàn)場(chǎng)裝藥爆速實(shí)測(cè)采用Φ150 mm pvc管。

表5 裝藥參數(shù)

使用Φ38 mm軟管裝藥效率較低，裝藥壓力較大；使用Φ50 mm軟管裝藥效率提升明顯，但工人送管、收管勞動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較大，圖2為裝藥現(xiàn)場(chǎng)，工人將輸藥軟管拖出20余米后向炮孔中裝藥。無(wú)論使用何種軟管，與人工裝藥相比，使用裝藥車的裝藥效率均大幅提升，且減少了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員數(shù)量，綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。

6.3 爆破效果

爆破服務(wù)對(duì)象為太平礦業(yè)烏拉特中旗金礦，炮孔巖性為頁(yè)巖，硬度6。裝藥炮孔直徑Φ120～140 mm，孔深7～8 m，回填高度3～4 m。圖3為爆破前作業(yè)面打好炮孔待裝藥，圖4為爆破后礦石破碎情況。

圖2 裝藥現(xiàn)場(chǎng)

圖3 待裝藥作業(yè)面

圖4 裝藥爆破后礦石破碎情況

爆破結(jié)果表明，應(yīng)用高溫敏化現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥，起爆穩(wěn)定，起爆后塊度均勻、無(wú)大塊、易鏟運(yùn)，爆破效果良好。截至目前已生產(chǎn)及使用炸藥已超過(guò)30 000 t，給企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)、安全效益。

7 結(jié) 論

1) 在北方高寒地區(qū)，BCJ-3型散裝乳化炸藥裝藥車應(yīng)用高溫敏化工藝技術(shù)后，發(fā)泡快速、穩(wěn)定均勻，10 min后炸藥密度即可達(dá)到1.1～1.25 g/cm3，炸藥性能穩(wěn)定，爆速可達(dá)4 200～4 500 m/s,可實(shí)現(xiàn)一套配方及敏化工藝一年四季通用。

2) 配方不加或少加酸性促進(jìn)劑，配合小劑量高濃度發(fā)泡液，可有效進(jìn)行發(fā)泡，發(fā)泡液濃度選用1∶8比例，添加量約1%。

3) 敏化靜態(tài)混合器安裝位置由輸藥軟管出藥端口改裝至車載螺桿泵出口處，基質(zhì)輸送效果良好，發(fā)泡液混合均勻。

4) 采用高溫敏化工藝的BCJ-3型散裝乳化炸藥裝藥車,在露天礦山中小直徑炮孔爆破中使用效果好，裝藥效率高，冬季炸藥性能穩(wěn)定，綜合效益顯著。