露天硫化礦用現(xiàn)場混裝乳化炸藥技術(shù)在城門山銅礦中的應(yīng)用

張 鑫，田惺哲

（1.北京礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160；2.北京北礦億博科技有限責(zé)任公司，北京 100160）

礦石自燃是硫化礦床開采過程中的重大災(zāi)害之一，我國大約有30%的有色金屬礦山、10%的硫鐵礦礦山存在礦石自燃隱患。在對這些礦床進(jìn)行爆破開采時，炸藥存在自爆的風(fēng)險，尤其是隨著現(xiàn)場混裝技術(shù)的推廣，炸藥與硫化礦石直接接觸，應(yīng)用現(xiàn)場混裝乳化炸藥時藥溫最高可達(dá)65℃[1]，風(fēng)險性更高，嚴(yán)重影響了礦山的安全和生產(chǎn)。城門山銅礦是一座以銅、硫為主的大型綜合性礦床，該礦山引進(jìn)了北京北礦億博科技有限責(zé)任公司研發(fā)的露天硫化礦用現(xiàn)場混裝乳化炸藥技術(shù)，配套相應(yīng)的油相材料及生產(chǎn)設(shè)備，解決了上述問題。

1 露天硫化礦用現(xiàn)場混裝乳化炸藥技術(shù)

北京北礦億博科技有限責(zé)任公司研發(fā)的露天硫化礦用現(xiàn)場混裝乳化炸藥技術(shù)，通過對混裝乳化炸藥“三相四組份”空間架構(gòu)及裝藥制備方式的研究，采用物理阻隔和化學(xué)抑制相結(jié)合的方法，即采用界面膜結(jié)構(gòu)韌性強、敏化組份更易滲透的油相材料，一方面加強隔離效果，另一方面提高現(xiàn)場混裝敏化速率；又在水相材料中添加高效抑制劑和較少敏化調(diào)節(jié)劑阻斷炸藥與礦石成分的反應(yīng)。

（1）專用復(fù)合油相材料。專用復(fù)合油相材料可在常壓、低溫（氧化溶液溫度70℃～75℃，油相30℃～40℃）、低轉(zhuǎn)速（500轉(zhuǎn)/分）實現(xiàn)連續(xù)乳化，并且能直接與水相混合生產(chǎn)，可滿足靜態(tài)乳化系統(tǒng)或封閉式乳化系統(tǒng)的連續(xù)工業(yè)化生產(chǎn)。通過在傳統(tǒng)復(fù)合油相中加入富含親水基團(tuán)的高分子組份，改變?nèi)榛|(zhì)油水相界面性質(zhì)，一方面提高敏化液傳質(zhì)滲透效率，增快敏化反應(yīng)速率，減少了敏化組份與礦巖的接觸；另一方面增強了油膜厚度和界面膜強度，有效隔絕水相組份硝酸銨與礦巖的接觸。同時，水相可以不添加或者只添加微量的酸促進(jìn)劑，大幅降低了水相的酸度。從三個方面有效抑制自燃反應(yīng)需要的條件。

（2）專用抑制劑。硫化礦床中的硫化物與炸藥組分會發(fā)生反應(yīng)，使溫度不斷積累、升高，引起炸藥燃燒，最終導(dǎo)致起爆器材（雷管），并起爆未燃炸藥。若炸藥中沒有起爆材料，有兩種情況可能發(fā)生，一是炸藥燃燒而不爆炸；二是燃燒區(qū)可能形成高溫高壓則轉(zhuǎn)為爆炸。專用抑制劑是乳化炸藥配方中的重要元素，該抑制劑對炮孔內(nèi)反應(yīng)進(jìn)行抑制。但因抑制劑為負(fù)氧有機物，過多的添加會導(dǎo)致炸藥氧平衡偏負(fù)，降低炸藥爆破效果，對于一般含硫礦山，其添加量在2%～6%。在乳化銨油炸藥組分中使用的乳化基質(zhì)，其添加量可達(dá)到10%。

（3）低溫敏化技術(shù)。硫化礦爆破使用的起爆器材，在炮孔內(nèi)受高溫的影響，結(jié)構(gòu)性能將發(fā)生變化，感度提高，在溫度超過爆炸材料的臨界溫度時會發(fā)生爆炸事故或者因性能變化使拒爆率提高，給爆破安全工作帶來嚴(yán)重威脅。北京北礦億博科技有限責(zé)任公司的露天硫化礦用現(xiàn)場混裝乳化炸藥采用低溫敏化技術(shù)，地面站生產(chǎn)出的乳化基質(zhì)經(jīng)過冷卻溫度低于60℃，將起爆器材置于混裝藥內(nèi)，可降低意外爆破的風(fēng)險。

2 炸藥生產(chǎn)工藝

圖1 乳化炸藥地面站生產(chǎn)工藝流程圖

城門山銅礦采用MEF移動式乳化基質(zhì)地面站技術(shù)方案。該技術(shù)將主體生產(chǎn)設(shè)備小型化、高效集成，安裝在2臺標(biāo)準(zhǔn)的半掛車箱體內(nèi)，1號原料車為油、水相溶液制備輸送系統(tǒng)，完成硝酸銨的破碎、水相溶液的制備、儲存、水相溶液的計量泵送；同時也完成油相溶液的制備、油相溶液的計量、泵送等功能。2號乳化車主要完成油、水相的連續(xù)乳化和乳化基質(zhì)冷卻、泵送等功能，以及制備站生產(chǎn)所需的熱力系統(tǒng)。兩臺車之間安裝有人行平臺，便于兩車之間的操作聯(lián)系。

利用先進(jìn)的自動化控制系統(tǒng)，采用連續(xù)化生產(chǎn)技術(shù)，通過車載設(shè)備將溶化、乳化、冷卻等主要工序連成一體，完成從進(jìn)料至乳化基質(zhì)形成的連續(xù)化生產(chǎn)。

3 乳化炸藥現(xiàn)場混裝車

城門山銅礦采用了BCJ-3型乳化炸藥現(xiàn)場混裝車進(jìn)行裝藥。該車采用中小直徑輸藥軟管（φ38mm～40m）進(jìn)行現(xiàn)場裝藥，應(yīng)用專有的水環(huán)減阻技術(shù)和即時靜態(tài)敏化技術(shù)，可實現(xiàn)乳化基質(zhì)低阻力、長距離輸送，裝藥靈活方便，可以裝填φ55mm以上的各種工況條件下的露天礦山炮孔；具備乳化基質(zhì)輸送時的超壓、斷流保護(hù)、報警、權(quán)限啟停、緊急停車等一系列控制功能，安全性高；實現(xiàn)了全系統(tǒng)電-液閉環(huán)控制。乳化基質(zhì)、敏化液和潤滑水環(huán)的流量通過比例液壓閥實現(xiàn)閉環(huán)隨動控制。裝藥工只需在觸摸屏上鍵入指令，裝藥操作將由PLC自動控制完成，全面實現(xiàn)一鍵操作，而且裝藥精度更高，自動化水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出國內(nèi)同類。BCJ系列裝藥車在出廠時均安裝了符合民爆行業(yè)和公安要求的混裝車遠(yuǎn)程動態(tài)監(jiān)控信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用穩(wěn)定、品牌質(zhì)量可靠，保證了裝藥控制和數(shù)據(jù)上傳。

4 現(xiàn)場應(yīng)用情況

城門山銅礦2012年12月引進(jìn)了該技術(shù)。通過MEF移動式地面站生產(chǎn)的低溫乳化基質(zhì)裝入BCJ-3行乳化炸藥混裝車后，駛?cè)胱鳂I(yè)現(xiàn)場，通過螺桿泵輸送和靜態(tài)混合器后進(jìn)入炮孔敏化，按照操作規(guī)程進(jìn)行起爆。起爆后大塊率低，爆破效果良好[2]。

圖2 BCJ-3型乳化炸藥現(xiàn)場混裝車現(xiàn)場應(yīng)用

5 結(jié)語

北京北礦億博科技有限責(zé)任公司研發(fā)的露天硫化礦用現(xiàn)場混裝乳化炸藥技術(shù)，常溫下易于泵送，具有較好的儲存穩(wěn)定性，敏化劑易摻混且能夠快速發(fā)泡，敏化后有合適的爆轟性能，游離的硝酸銨和亞硝酸鈉少，體系酸值小。無論在實驗室檢測還是工業(yè)化應(yīng)用上，都顯示出了優(yōu)良的性能，克服了裝藥在炮孔內(nèi)自燃自爆、冒黃煙、裝藥膨脹等問題，具有良好的爆轟性能。城門山銅礦自2012年應(yīng)用該技術(shù)以來，未發(fā)生1例炸藥自燃自爆安全事故，解決了硫化礦山現(xiàn)場混裝炸藥爆破的技術(shù)難題。