小型現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥裝藥器的研制開(kāi)發(fā)

張小勇，安振偉

（中國(guó)葛洲壩集團(tuán)易普力股份有限公司，重慶 401121）

0 引言

近年來(lái)，隨著現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，國(guó)際上陸續(xù)出現(xiàn)了可以在中小型礦山及地下礦山進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)混裝爆破裝藥工作的小型裝藥設(shè)備。例如：ORICA公司開(kāi)發(fā)的MCU2000系列移動(dòng)裝藥單元設(shè)備，即可在適應(yīng)地下環(huán)境的通用底盤(pán)裝備上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)混裝裝藥，又可方便移植更換底盤(pán)在基建工程、露天小型礦山進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)混裝裝藥；再如南非AEL公司開(kāi)發(fā)的MCU系列移動(dòng)裝藥單元設(shè)備[1]，同樣也是按需求配置靈活、高效、安全、多樣化的現(xiàn)場(chǎng)混裝設(shè)備進(jìn)行個(gè)性化、差異化爆破服務(wù)。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)大型露天礦山的工業(yè)炸藥需求已逐步趨于飽和且呈逐年下降趨勢(shì)，且隨著露天資源開(kāi)采的減少，露天開(kāi)采也在逐步轉(zhuǎn)為地下開(kāi)采[2]；同時(shí)，“一帶一路”的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)市場(chǎng)越來(lái)越多，中小型爆破市場(chǎng)的工業(yè)炸藥需求逐年加大，而國(guó)內(nèi)民爆行業(yè)因一體化服務(wù)的發(fā)展不足[3-4]，現(xiàn)在還未有適應(yīng)這些市場(chǎng)存量大，但存在道路崎嶇、工作面狹窄、單次用藥量相對(duì)較小的基建項(xiàng)目、小型礦山及地采項(xiàng)目的配套裝備。因此，亟需針對(duì)國(guó)內(nèi)“小、零、散”項(xiàng)目的特性[5]，研制系列化、輕量化混裝設(shè)備及小型化便攜式裝藥設(shè)備。

1 小型現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥裝藥器技術(shù)要點(diǎn)

小型現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥裝藥器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“小型裝藥器”）不含行走機(jī)構(gòu)，將整個(gè)裝藥系統(tǒng)安裝在一個(gè)鋼支架上，輕便、移動(dòng)性好，既可單獨(dú)作業(yè)，也可裝在其他帶行走機(jī)構(gòu)的汽車(chē)或臺(tái)車(chē)上使用；不用電做動(dòng)力來(lái)源，采用壓縮空氣作為動(dòng)力來(lái)源，直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝藥作業(yè)，省去了電纜收放的麻煩，提高了裝藥機(jī)的安全性；小型裝藥器采用V型密封實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)密封[6-7]，泵送性能穩(wěn)定可靠；采用水環(huán)潤(rùn)滑和末端敏化技術(shù)，將敏化劑和乳化基質(zhì)分層輸送，敏化劑在輸藥膠管內(nèi)壁形成一層薄膜，避免乳化基質(zhì)和管壁接觸，減小了乳化基質(zhì)的輸送壓力[8]。在膠管出料口再將敏化劑和乳化基質(zhì)混合，乳化基質(zhì)進(jìn)入炮孔后再快速敏化，形成炸藥；小型裝藥器將乳化基質(zhì)輸送泵和敏化劑輸送泵聯(lián)動(dòng)控制，以乳化基質(zhì)的輸送量決定敏化劑泵的輸送量，使二者嚴(yán)格按比例輸送，保證了工藝配方的穩(wěn)定性和一致性。

2 小型裝藥器工作原理和結(jié)構(gòu)

小型裝藥器主要由底架、基質(zhì)料箱、敏化劑箱、水箱、泵送系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等組成，見(jiàn)圖1。

小型裝藥器的乳化基質(zhì)泵和敏化劑泵采用進(jìn)口不銹鋼往復(fù)式活塞泵和進(jìn)口氣動(dòng)馬達(dá)，每分鐘往復(fù)運(yùn)動(dòng)次數(shù)可在0～60次間調(diào)節(jié)，氣壓0.3～0.7 MPa，最大輸藥壓力為1.2 MPa。在裝藥現(xiàn)場(chǎng)，將壓縮空氣管和設(shè)備連接，壓縮氣體驅(qū)動(dòng)泵送系統(tǒng)的氣動(dòng)馬達(dá)，氣動(dòng)馬達(dá)同時(shí)驅(qū)動(dòng)基質(zhì)泵和敏化劑泵，利用敏化劑潤(rùn)滑，將乳化基質(zhì)和敏化劑泵入輸藥管并經(jīng)輸藥管盡頭的靜態(tài)混合器混合后泵入炮孔內(nèi)。

3 聯(lián)動(dòng)裝置

在現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥的泵送過(guò)程中，要求乳化基質(zhì)與敏化劑配比精確，才可制成質(zhì)量合格的乳化炸藥。為保證小型裝藥器工作可靠，開(kāi)發(fā)了一種可無(wú)級(jí)調(diào)整配比的乳化炸藥泵送聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其示意圖如圖2所示。

圖2 聯(lián)動(dòng)裝置Fig. 2 Linkage device

當(dāng)馬達(dá)軸向上移動(dòng)時(shí)，通過(guò)銷(xiāo)軸帶動(dòng)連桿，因連桿一端與滑槽支架的滑槽相連，故連桿的左端隨馬達(dá)軸向上移動(dòng)，右端在滑槽內(nèi)水平滑動(dòng)，同時(shí)通過(guò)連桿的滑槽帶動(dòng)敏化劑泵活塞桿向上移動(dòng)；馬達(dá)軸向下移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)連桿的左端隨馬達(dá)軸向下移動(dòng)，連桿的右端在水平槽內(nèi)向右滑動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)敏化劑泵活塞桿向下移動(dòng)，完成一個(gè)回合泵送。當(dāng)需要調(diào)整乳化基質(zhì)與敏化劑的配比時(shí)，則按需求將敏化劑泵在敏化劑泵支架的長(zhǎng)孔內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。需增大敏化劑量時(shí)，將敏化劑泵向左調(diào)整并固定；當(dāng)需減少敏化劑用量時(shí)，將敏化劑泵向右調(diào)整并固定。如此可實(shí)現(xiàn)乳化基質(zhì)與敏化劑配比的無(wú)極調(diào)整。

3.1 靜態(tài)敏化

靜態(tài)敏化工藝主要是通過(guò)一定的方式向乳化炸藥中引入比較微小的氣泡，利用一些方法使這些微小氣泡按數(shù)量和大小均勻分布，并且保持穩(wěn)定分布，不出現(xiàn)氣泡的聚堆和離散[9]。敏化工藝對(duì)炸藥的正常爆轟起著至關(guān)重要的作用，是乳化炸藥生產(chǎn)中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，考慮到現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥的輸送安全，小型裝藥器采用了輸藥軟管末端靜態(tài)敏化敏化工藝方式。小型裝藥器在爆破現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥裝藥作業(yè)時(shí)，敏化劑與乳化基質(zhì)輸送到輸藥管末端后，經(jīng)安裝在輸藥膠管出料口靜態(tài)混合器，將敏化劑加入到乳化基質(zhì)中，乳化基質(zhì)和敏化劑在出料口快速敏化，在炮孔內(nèi)形成乳化炸藥。根據(jù)上述特點(diǎn)，利用計(jì)算機(jī)流體模擬仿真軟件模擬敏化混合效果（如圖3）與敏化試驗(yàn)過(guò)程中敏化速度（如圖4）對(duì)比分析，確定了現(xiàn)場(chǎng)混裝的末端敏化結(jié)構(gòu)類(lèi)型。

3.2 裝備安全性

圖3 靜態(tài)敏化單元仿真模擬Fig. 3 Simulation of static sensitization unit

圖4 靜態(tài)敏化工藝試驗(yàn)Fig. 4 Static sensitization process test

小型裝藥器工作時(shí)，活塞與腔體不產(chǎn)生金屬之間摩擦，僅限于密封（UHMWPE）與腔體之間的摩擦；由于采用大容積、大行程、低頻率的工作模式，每分鐘往復(fù)工作次數(shù)為30～45次，有效的防止工作過(guò)程中產(chǎn)生的機(jī)械摩擦熱累積，保證了安全運(yùn)行；選用非金屬的高分子改性材料作為閥座，且活塞式容積泵的介質(zhì)流體通道大（如圖5），使泵體工作時(shí)單向閥體上下運(yùn)動(dòng)的撞擊不產(chǎn)生火花和熱量，同時(shí)改性材料可在溫度達(dá)到120℃即發(fā)生嚴(yán)重變形[10]，從而使單向閥失去密封作用而泄壓。避免泵體高溫發(fā)生危險(xiǎn)。

圖5 活塞定量容積泵Fig. 5 Piston quantitative volume pump

4 結(jié)論

小型裝藥器的研制開(kāi)發(fā)為我國(guó)分布眾多、類(lèi)型多樣、項(xiàng)目分散、狹窄工作面的中小型爆破工程，提供了一種安全、可靠、靈活、適應(yīng)性強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)混裝設(shè)備，該裝備突破施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥車(chē)運(yùn)輸、作業(yè)部位的限制，解決人工方式裝填成品炸藥勞動(dòng)強(qiáng)度大、危險(xiǎn)程度高的現(xiàn)狀，為突破混裝炸藥應(yīng)用瓶頸，推動(dòng)行業(yè)發(fā)展使現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥占比突破30%的目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)與應(yīng)用基礎(chǔ)，具有重大的推廣應(yīng)用價(jià)值。