工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢

夏 光

(中煤科工集團(tuán)淮北爆破技術(shù)研究院有限公司,安徽 淮北 235000)

0 引言

工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)是一種將工業(yè)炸藥原材料或半成品運(yùn)送至爆破現(xiàn)場,通過現(xiàn)場混裝車制備成品炸藥,并完成裝藥工作的作業(yè)方式[1]。其工作原理是混裝車在移動式或固定式地面站裝載炸藥所需的原材料后,駛?cè)氡谱鳂I(yè)現(xiàn)場,啟動控制系統(tǒng)和車載設(shè)備,進(jìn)行物料混合和炮孔裝藥。工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)將炸藥由相關(guān)專業(yè)企業(yè)生產(chǎn)、儲存、運(yùn)輸,再經(jīng)銷售公司儲存、運(yùn)輸?shù)接脩魞Υ?、運(yùn)輸、使用等環(huán)節(jié)簡化成制藥、裝藥同時在爆破現(xiàn)場進(jìn)行,減少了炸藥制備、儲存、運(yùn)輸、使用及中轉(zhuǎn)過程中的不安全因素,減少了炸藥生產(chǎn)廢氣廢水排放量、能源消耗,以及廠區(qū)、庫區(qū)土地占用率,大幅度降低爆破成本,是工業(yè)炸藥技術(shù)發(fā)展至今本質(zhì)安全性最高的一項炸藥制備、現(xiàn)場裝填和爆破一體化技術(shù)。《工信部關(guān)于民用爆炸物品行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的指導(dǎo)意見》《民用爆炸物品行業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》均提出:我國工業(yè)炸藥生產(chǎn)鼓勵采用現(xiàn)場混裝,逐步提高現(xiàn)場混裝炸藥在工業(yè)炸藥中的占比,提倡包裝型工業(yè)炸藥生產(chǎn)向現(xiàn)場混裝作業(yè)方式轉(zhuǎn)變,積極推進(jìn)井下現(xiàn)場混裝技術(shù)的應(yīng)用。工業(yè)炸藥現(xiàn)場制備、現(xiàn)場裝填和爆破一體化技術(shù)已成為當(dāng)今工業(yè)炸藥生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢。

1 國內(nèi)外工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 國外工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)現(xiàn)狀

20世紀(jì)六七十年代,美國IRECO 化學(xué)公司、英國ICI 炸藥集團(tuán)公司,以及前蘇聯(lián)有關(guān)單位相繼利用多孔粒狀硝酸銨炸藥制作工藝簡單的特點(diǎn)研制出銨油炸藥混裝車,并很快在大型露天礦山得到應(yīng)用,炸藥生產(chǎn)與爆破作業(yè)一體化發(fā)展之路由此啟程并迅速發(fā)展。1963年,IRECO公司成功開發(fā)了漿狀炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù),并得到了推廣應(yīng)用。因乳化炸藥具有性能優(yōu)良、穩(wěn)定、適用范圍廣等特點(diǎn),很快在美國、加拿大、瑞典等國家被大量使用,期間還優(yōu)化、發(fā)展了乳化炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)[2]。直至20世紀(jì)90年代中后期,由于車載油相溶液、水相溶液等炸藥原料,運(yùn)送至爆破場地現(xiàn)場制備乳化炸藥的工藝技術(shù)對工藝條件要求較高,且車載設(shè)備較為復(fù)雜,制備的乳膠基質(zhì)穩(wěn)定性較差,因此車上制乳型乳化炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)很快被西方國家淘汰,繼而研制了地面制備乳膠基質(zhì)、車載乳化炸藥半成品乳膠基質(zhì)、現(xiàn)場制備裝填的乳化炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù),混裝車在地面站裝載乳膠基質(zhì)后,駛至爆破現(xiàn)場,由車載敏化裝置將乳膠基質(zhì)與敏化劑混合裝入炮孔,在裝填過程中敏化成炸藥。該技術(shù)具有制備的乳膠基質(zhì)性能優(yōu)良、儲存性能穩(wěn)定、車載設(shè)備簡單等特點(diǎn)。隨后,乳膠基質(zhì)遠(yuǎn)程配送技術(shù)得到了較快的發(fā)展,出現(xiàn)了產(chǎn)能大、覆蓋范圍廣的集中制備乳膠基質(zhì)(如:澳大利亞獵人谷地面站年產(chǎn)乳膠15～20萬t)多點(diǎn)配送的體系。美國 Austin公司、加拿大的ETI公司、澳大利亞ORICA公司、挪威和瑞典的DynoNol公司及時進(jìn)行了技術(shù)跟進(jìn),并對外轉(zhuǎn)讓相關(guān)技術(shù)與相應(yīng)的設(shè)備[3]。

目前,北美、南美、澳洲、歐洲等地區(qū)相關(guān)國家,絕大部分工業(yè)炸藥生產(chǎn)、裝填采用了工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)。美國炸藥制造商協(xié)會(IME)歷年發(fā)布的《工業(yè)炸藥使用年報》顯示,99%的工業(yè)炸藥為無雷管感度的爆破劑和氧化劑,大部分爆破劑通過混裝車直接運(yùn)輸?shù)降V區(qū)使用。德國炸藥年消耗量的50%以上都是由移動式混裝車制備裝填,印度的散裝炸藥正以平均35%的速度快速增長。澳大利亞不僅90%以上的炸藥使用混裝車生產(chǎn),而且對周邊國家如新西蘭、巴布亞新幾內(nèi)亞也實現(xiàn)了混裝炸藥的遠(yuǎn)程配送。國外工業(yè)炸藥混裝車總體技術(shù)特點(diǎn)是:機(jī)電一體化、數(shù)字化、人性化；商品特征是:技術(shù)成熟,性能安全可靠,外表美觀,方便操作,容易維護(hù)。目前正朝著智能化、環(huán)保化方向發(fā)展。

1.2 國內(nèi)工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)現(xiàn)狀

我國工業(yè)炸藥生產(chǎn)與爆破使用長期處于分離狀態(tài),工業(yè)炸藥須經(jīng)過定點(diǎn)生產(chǎn)、定點(diǎn)銷售才能進(jìn)入爆破現(xiàn)場,工程爆破主要使用包裝型炸藥和少量散裝炸藥。直至20世紀(jì)80年代經(jīng)國家相關(guān)部門批準(zhǔn),由山西惠豐特種汽車有限公司(原長治礦山機(jī)械廠)引進(jìn)美國IRECO 化學(xué)公司混裝車制造技術(shù),通過消化吸收國外技術(shù)逐步形成了自己的系列產(chǎn)品,定型產(chǎn)品有BCLH-8、BCLH-15 等型號；后來的江蘇澳瑞凱板橋礦山機(jī)械有限公司(原江蘇興化礦山機(jī)械廠)為澳大利亞ORICA 集團(tuán)控股公司也進(jìn)入國內(nèi)市場,由ORICA 提供關(guān)鍵技術(shù)和裝置進(jìn)行制造。

國內(nèi)工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)是在2005年國防科工委民爆局組織召開了大力推廣混裝車和散裝炸藥研討會后,得到了較快的發(fā)展。原來只有山西惠豐特種汽車有限公司、江蘇興化礦山機(jī)械廠兩家企業(yè)生產(chǎn)炸藥現(xiàn)場混裝車,現(xiàn)在生產(chǎn)線技術(shù)研制與轉(zhuǎn)讓的企業(yè)和科研院所也參加了相關(guān)技術(shù)的研究,如北京礦冶研究院、中煤科工集團(tuán)淮北爆破技術(shù)研究院有限公司、長沙礦冶研究院、深圳金奧博科技股份有限公司、石家莊成功機(jī)電等科研機(jī)構(gòu)也開展了相關(guān)研究。早期主要在南芬鐵礦、平朔煤礦、神華集團(tuán)等國內(nèi)大型露天礦山推廣應(yīng)用,現(xiàn)已逐漸向公路、鐵路、機(jī)場建設(shè)和小型采石場轉(zhuǎn)移,并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

與國外工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)相比,我國在精細(xì)化程度和無故障率方面還有很大的差距,但在自動控制、安全聯(lián)鎖和外觀設(shè)計等方面已領(lǐng)先國外同類產(chǎn)品技術(shù),國外自動控制仍停留在按鈕啟停、手動調(diào)節(jié)產(chǎn)能,且部分混裝車未設(shè)置超溫、超壓、斷流等報警停機(jī)的安全聯(lián)鎖和動態(tài)監(jiān)控信息系統(tǒng)。國外的地面站已形成規(guī)?；?年產(chǎn)乳膠基質(zhì)由幾萬噸到幾十萬噸,而國內(nèi)仍處于小而散的狀況。2018年我國現(xiàn)場混裝炸藥在炸藥總產(chǎn)量中的占比為25.28%,國內(nèi)現(xiàn)場混裝技術(shù)的應(yīng)用在工業(yè)炸藥總產(chǎn)量的占比遠(yuǎn)低于歐洲、南美等地區(qū)相關(guān)國家。

2 工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)特點(diǎn)

工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)中混裝車裝載的是炸藥半成品或原料,其生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用過程中本質(zhì)安全性高,目前仍是民爆技術(shù)發(fā)展中最具本質(zhì)安全性的一種炸藥生產(chǎn)、裝藥和爆破的一體化技術(shù),現(xiàn)已應(yīng)用于各種類型露天礦山、非煤地下礦山、采石場等場所?，F(xiàn)場混裝技術(shù)提高了裝藥效率,降低了工人勞動強(qiáng)度,現(xiàn)場作業(yè)人員數(shù)量少,既可節(jié)約成本又有利于安全管理。工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)具有以下顯著特點(diǎn):

1)本質(zhì)安全性高,使用成本低。工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝車裝載的是制備炸藥的原料或半成品,不具備爆炸危險性,比成品炸藥在運(yùn)輸、儲存和使用過程的本質(zhì)安全性顯著提高。減少了生產(chǎn)車間、炸藥儲存庫等設(shè)施,節(jié)約了占地面積,減少了相應(yīng)的管理人員,降低了使用過程中的成本。

2)自動控制,計量準(zhǔn)確,安全可靠。裝藥系統(tǒng)由PLC 自動控制,裝藥完成自動停機(jī),并可準(zhǔn)確記錄單孔裝藥量和累計裝藥量；控制系統(tǒng)對關(guān)鍵參數(shù)實現(xiàn)在線監(jiān)控,如溫度和壓力,一旦出現(xiàn)超壓或超溫現(xiàn)象,控制系統(tǒng)發(fā)出聲光報警,并延時聯(lián)鎖停車,確保裝藥作業(yè)安全、可靠。

3)操作方便,自動化程度高。操作人員只需在觸摸屏上鍵入炮孔裝藥量,啟動裝藥系統(tǒng),裝藥工作和計量工作便自動完成。

4)炸藥性能穩(wěn)定。現(xiàn)場混裝炸藥是現(xiàn)用現(xiàn)制,炸藥性能穩(wěn)定,不會因為儲存時間長而衰減。

5)綜合成本低?，F(xiàn)場混裝技術(shù)實現(xiàn)了炮孔的耦合裝藥,提高爆破效果,擴(kuò)大孔網(wǎng)參數(shù)近30%,鉆孔量減少約30%,降低了爆破工程綜合成本。

6)爆破有毒氣體少,環(huán)境污染小?，F(xiàn)場混裝工業(yè)炸藥,無包裝物丟棄,爆破后有毒氣體較少,減小了對環(huán)境的污染。

7)勞動強(qiáng)度低,裝藥效率高。炸藥現(xiàn)場混裝車裝藥效率在200～450 kg/min,較傳統(tǒng)包裝型炸藥生產(chǎn)模式有了大幅提高,減輕了勞動強(qiáng)度,縮短了裝藥時間,提高了裝藥效率。

3 工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 乳化基質(zhì)遠(yuǎn)程配送系統(tǒng)

乳化基質(zhì)遠(yuǎn)程配送技術(shù)現(xiàn)已在發(fā)達(dá)國家民用爆破器材領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,這種生產(chǎn)模式一般是將制備乳膠基質(zhì)的地面站設(shè)在配送點(diǎn)的中心,以實現(xiàn)最大范圍的輻射,在固定地面站完成乳膠基質(zhì)規(guī)?；a(chǎn),乳膠基質(zhì)運(yùn)輸車將乳膠基質(zhì)配送至爆破作業(yè)點(diǎn),經(jīng)乳化炸藥現(xiàn)場混裝車敏化成炸藥。該系統(tǒng)主要由地面站、遠(yuǎn)程配送車、施工現(xiàn)場輔助設(shè)施和混裝車組成。這種“一站多點(diǎn)”式的作業(yè)方式具有成本低、作業(yè)效率高、覆蓋范圍廣(服務(wù)半徑可達(dá)幾百千米到上萬千米)、運(yùn)輸和使用過程中安全性高等特點(diǎn)[4]。我國工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)發(fā)展迅速,但乳膠基質(zhì)遠(yuǎn)程配送仍采用“一站一點(diǎn)”的作業(yè)方式,即一個地面站對應(yīng)一個項目、一個礦山,致使資源不能共享、爆破成本高等。為充分利用資源,節(jié)省建多個地面站的土地和資金,擴(kuò)大地面站的覆蓋范圍,乳化基質(zhì)遠(yuǎn)程配送是我國現(xiàn)場混裝技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。

3.2 大產(chǎn)能規(guī)?；鸵苿邮叫⌒突牡孛嬲?/h3>

地面站可分為固定式和移動式兩大類。固定式地面站是將水相、油相、敏化劑、乳膠基質(zhì)和炸藥的其他原料和上料裝置都建在地面固定的車間內(nèi)。固定式地面站適用于服務(wù)年限較長的礦山和“一站多點(diǎn)”式的大型乳膠基質(zhì)配送站,按照制乳方式又可分為車上制乳型和地面制乳型,目前主流的地面站為地面制乳型。移動式地面站是將固定式地面站的設(shè)備小型化,緊湊地安裝在幾輛半掛車上,主要由動力車、原材料制備車、生活車、牽引車、油罐車等組成。移動式地面站具有一次投資多次使用,無固定建筑物,可隨工程項目的變動而移動等特點(diǎn),適用于相對服務(wù)時間較短的水利、電力、公路、鐵路和小型采石場等爆破工程[5]。

目前國外的地面站已形成大產(chǎn)能規(guī)?；?單個地面站年產(chǎn)乳膠基質(zhì)幾萬噸,甚至幾十萬噸,而我國仍處于小而散的狀況。為能夠適應(yīng)“一站多點(diǎn)”式的生產(chǎn)作業(yè)方式,增大覆蓋范圍,一個站點(diǎn)生產(chǎn)的炸藥原料可滿足多個爆破作業(yè)點(diǎn)的生產(chǎn)需求,地面站應(yīng)朝著大產(chǎn)能規(guī)?；姆较虬l(fā)展。早期我國現(xiàn)場混裝技術(shù)主要用于民用爆炸物品生產(chǎn)企業(yè)和礦山企業(yè),現(xiàn)已逐漸向公路、鐵路、機(jī)場建設(shè)和小型采石場轉(zhuǎn)移,而這些工程多分布零散,規(guī)模較小,流動性大,爆破作業(yè)工期短,為適應(yīng)此類爆破工程,地面站移動式小型化是未來發(fā)展的主要方向之一。綜上所述,我國地面站發(fā)展趨勢應(yīng)為大產(chǎn)能規(guī)?；鸵苿邮叫⌒突较颉?/p>

3.3 井下乳化炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)

爆破是礦山生產(chǎn)中的一個重要環(huán)節(jié),國內(nèi)礦山的井下爆破開采仍以人工裝藥為主,用炮棍將包裝型小藥卷炸藥裝入炮孔,裝藥勞動強(qiáng)度大、效率低,安全性差,且裝藥效率、裝藥質(zhì)量及爆破的安全性已難以滿足礦山高速發(fā)展的需求。國內(nèi)已有地下礦山采用壓縮空氣裝藥器,利用壓縮空氣將粉狀炸藥輸送至炮孔,但存在返藥的現(xiàn)象,造成裝藥作業(yè)面環(huán)境污染,影響到作業(yè)人員的身體健康。此外,該類炸藥爆炸威力較乳化炸藥低,爆炸后有毒氣體生成量較大,且井下炮孔多為含水孔,粉狀炸藥遇水會失效,不適用于井下爆破作業(yè)。

井下現(xiàn)場混裝乳化炸藥技術(shù),具有裝藥無返藥現(xiàn)象、爆炸有毒氣體排放少等特點(diǎn),適用于干孔、含水孔、傾斜孔裝藥,可實現(xiàn)高效率的集原材料運(yùn)輸、炸藥的制備、裝藥、爆破一體化作業(yè),能夠提高炸藥制備、運(yùn)輸和使用安全性,裝藥效率和爆破效果得到大大提高,實現(xiàn)鉆、爆、鏟、運(yùn)協(xié)調(diào)發(fā)展,為礦山的數(shù)字化建設(shè)提供支撐。目前,葛洲壩易普力股份有限公司、深圳金奧博科技股份有限公司已成功研制出井下乳化炸藥現(xiàn)場混裝車,并已完成井下現(xiàn)場裝藥試驗,但煤礦井下尚無相關(guān)產(chǎn)品的研制與應(yīng)用。井下乳化炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)未來不僅會在井下礦山得到廣泛應(yīng)用,在煤礦井下、隧道工程、硐室工程等方面也有廣闊的應(yīng)用前景[6]。

3.4 智能化的現(xiàn)場混裝車技術(shù)

工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝車經(jīng)過30 多年的發(fā)展,技術(shù)已日趨成熟,并形成了較為完善的系列產(chǎn)品,主要有乳化炸藥、銨油炸藥、重銨油炸藥等炸藥現(xiàn)場混裝車,可較好地滿足礦山開采、水利水電等工程的需求。近年來非煤井下乳化炸藥現(xiàn)場混裝車也已研制成功,并得到了應(yīng)用,標(biāo)志著我國工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝車技術(shù)水平又上了一個臺階[7]。目前,國內(nèi)工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝車已具備了異常情況報警停機(jī)、安全聯(lián)鎖、一鍵啟動裝藥等功能,對轉(zhuǎn)速、流量、溫度、料位等參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控,混裝車運(yùn)行的可靠性和計量精度得到了一定程度的提高。但在智能尋孔、炮孔巖性智能識別、炸藥品種與巖性智能匹配、裝藥密度自適應(yīng)調(diào)整等方面還未能實現(xiàn),這些方面將是工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝車技術(shù)發(fā)展的方向。

4 結(jié)束語

近年以來,隨著我國炸藥產(chǎn)銷與爆破作業(yè)模式與國際接軌,逐步走向爆破服務(wù)一體化道路,工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)得到了快速的發(fā)展,但因混裝車作為炸藥生產(chǎn)設(shè)備的特殊性,國家與行業(yè)對現(xiàn)場炸藥混裝車的購買和銷售,以及混裝車炸藥生產(chǎn)的行政審批,硝酸銨及乳膠基質(zhì)的采購和運(yùn)輸?shù)葐栴}的管控較為嚴(yán)格,一定程度上影響了我國現(xiàn)場混裝技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。分析認(rèn)為,隨著國家與行業(yè)政策鼓勵采用現(xiàn)場混裝技術(shù),未來5～10 a 會得到較快的發(fā)展,現(xiàn)場混裝炸藥在炸藥總產(chǎn)量的占比將達(dá)到或超過40%,而乳化基質(zhì)的遠(yuǎn)程配送、大產(chǎn)能規(guī)?；鸵苿邮叫⌒突牡孛嬲?、井下乳化炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)和智能化的工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝車技術(shù)將是現(xiàn)場混裝技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。