現(xiàn)場混裝乳化炸藥在露天礦山的應用

劉少林，吳曉峰

（江西銅業(yè)民爆礦服有限公司，江西 德興 334224）

炸藥是采礦業(yè)中的重要能源。在國民經(jīng)濟發(fā)展的背景下，炸藥需求用量越來越大，機械化和自動化要求也與日俱增。散裝炸藥中，現(xiàn)場混裝乳化炸藥是一種重要的炸藥?，F(xiàn)場混裝乳化炸藥車集生產(chǎn)、運輸、裝藥功能于一身，裝藥效率高、裝藥計算準確，能降低職工工作強度，極大提高施工效率，優(yōu)化爆破效果，降低了炸藥在運輸、生產(chǎn)和裝藥過程中的危險程度[1]。

1 現(xiàn)場混裝乳化炸藥國內(nèi)外應用情況

推廣和應用現(xiàn)場混裝炸藥是國內(nèi)外民用爆破的發(fā)展潮流。

1.1 國外現(xiàn)場混裝乳化炸藥的應用情況

1963 年，美國伊萊克公司成功制造出一種用于乳化炸藥混裝的車輛。20 世紀70 年代，美國、加拿大、瑞典等國家陸續(xù)有了各自的乳化炸藥現(xiàn)場混裝車。2010 年，國外80%以上的炸藥采用現(xiàn)場混裝的放式進行，在美國、加拿大、瑞典等國這個數(shù)字已經(jīng)超過了90%。

1.2 國內(nèi)現(xiàn)場混裝乳化炸藥的應用情況

1980 年以來，我國引進了現(xiàn)場混裝裝載乳化炸藥，并且以此為基礎上開展創(chuàng)新。如今，我國擁有許多乳化炸藥現(xiàn)場混裝車，包括BCJ 系列和BCZH 系列。由于開始使用的時間比較晚，混裝炸藥應用范圍不大。截至2010 年，現(xiàn)場混裝炸藥用量只占全國總量的15%左右。據(jù)此，現(xiàn)場混裝炸藥在我國具有良好的推廣和應用前景。

現(xiàn)場混裝乳化炸藥擁有技術優(yōu)勢，安全性得到了采礦業(yè)的廣泛認可。在這種背景下，現(xiàn)場混裝乳化炸藥會成為用于大型露天礦山爆破活動的主要產(chǎn)品[2]。

2 現(xiàn)場混裝乳化炸藥技術的工藝流程

乳膠基質(zhì)是由混裝炸藥地面制備站生產(chǎn)的，生產(chǎn)完成后用乳化炸藥混裝車運輸?shù)奖片F(xiàn)場。車內(nèi)基質(zhì)箱中的乳膠基質(zhì)通過乳膠輸基質(zhì)泵運送到混合器內(nèi)，加入一定比例的敏化劑和催化劑，進行攪拌?；旌系乃帩{流動到螺桿泵，通過螺桿泵的壓力進入炮孔，經(jīng)過5～10 分鐘發(fā)泡過程便可制成炸藥[2]。工藝流程如圖1 所示，圖中1 為乳膠基質(zhì)箱，2 為敏化劑箱，3 為催化劑箱，4 為乳膠輸送泵，5 為混合器，6 為螺桿泵，7 為輸藥管?，F(xiàn)場混裝乳化炸藥車的參數(shù)如表1 所示。

圖1 現(xiàn)場混裝乳化炸藥車工藝流程

表1 現(xiàn)場混裝乳化炸藥車技術參數(shù)

3 優(yōu)化爆破參數(shù)

根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖石硬度、氣候條件等情況，設計并驗證現(xiàn)場混裝乳化炸藥生產(chǎn)、敏化等工藝配方，再開始爆破施工工藝改進實驗。這樣能夠確保炸藥用量滿足爆破要求，敏化時間及裝藥效率也能符合礦山目前的生產(chǎn)組織計劃。

3.1 單孔裝藥量

在第一階段的試驗中，孔網(wǎng)參數(shù)和礦山原有參數(shù)一致（孔間距7m，排距5m）。另外，基于根據(jù)巖層結(jié)構(gòu)、裂隙情況、爆堆鏟裝和礦場其他條件，要對參數(shù)進行適當改動。在試驗期間，單孔裝藥量比原來的包裝乳化炸藥（390kg）大約多30%，以保證藥柱具有足夠高度。爆破之后，粉礦很多，飛石很多，且飛出距離很長，由沖擊造成的損傷非常嚴重，會威脅人員和設備安全、不利于作業(yè)面清理工作和后期鏟裝作業(yè)。經(jīng)過多次測試，逐步降低單孔裝藥量，直到只比包裝乳化炸藥多出大約15%。爆破后，要控制飛石和沖擊破壞，防止其超出工藝要求范圍。但是，根底會遭到嚴重破壞，出現(xiàn)許多頂部大塊，粉礦仍然較大。大塊率同比增加100.6%，根底率同比上升36.4%，鏟裝效率同比降低85%。

基于對上述情況的分析，可以得出結(jié)論，本文所討論的炸藥屬于耦合裝藥，若不改變裝藥結(jié)構(gòu)，炸藥就會集中于炮孔底部。結(jié)果會造成爆炸能量分布不平衡，頂部礦山無法爆破。

3.2 裝藥結(jié)構(gòu)

第一階段中提到了炸藥集中在炮孔底部的問題。為了解決這個問題，并且防止爆炸能量分布不均，在第二階段試驗中采用空氣間隔分段裝藥的方式，采用底部裝藥，中間間隔，上部裝藥，頂部裝藥，超深降低到2m。第二階段測試中，以實際爆破效果為依據(jù)，多次調(diào)整底部和上部的裝藥量。爆破后發(fā)現(xiàn)，底部平整，大塊和粉礦明顯減少，鏟裝效率比一階段有所提高。大塊率同比增加16.8%，根底率持平，鏟裝效率同比下降6.8%。裝藥結(jié)構(gòu)對比如圖2 所示，其中1 為填塞物，2 和4 為炸藥，3 為空氣間隔器，5 為起爆具。

圖2 裝藥結(jié)構(gòu)對比示意

3.3 孔網(wǎng)的參數(shù)

在前兩個階段，即使降低裝藥量、使用空氣間隔分段裝藥，現(xiàn)場混裝乳化炸藥單位消耗仍然偏高，與成品乳化炸藥比不占優(yōu)勢。因此，第三階段目的是調(diào)整孔網(wǎng)參數(shù)，孔間距由7m 變?yōu)?.5m，排距維持5m 不變。這樣做的目的是為了進一步減少炸藥的單位消耗，降低穿孔量，減少各項成本。完成調(diào)整后，平均炸藥降低為0.2436kg/t，并且取得了理想的爆破效果。大塊率同比減少11.9%，根底率為原來的61%，鏟裝效率為原來的112.87%。在本階段測試后期，孔間距調(diào)整為8m。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，炸藥消耗減少。然而，爆破后塌陷線不明顯，爆堆參差不齊，部分爆堆局部隆起后翻。表2是爆破參數(shù)優(yōu)化結(jié)果的比較表。

表2 爆破參數(shù)優(yōu)化結(jié)果對比

4 現(xiàn)場混裝乳化炸藥應用效果

4.1 降低采礦成本

采用現(xiàn)場混裝乳化炸藥后，不需要運輸與中轉(zhuǎn)炸藥，爆破所需人員數(shù)量僅為原來的50%至60%，鉆孔工作符合減少了大約7%?，F(xiàn)場混裝乳化炸藥價格便宜，炸藥用量增大也不會導致成本增加。若取目前1350 萬t/a 為采剝總量，每年可減少成本約170 萬元。不同裝藥方式各項成本如表3 所示。

表3 采礦成本對比元/t

4.2 提高了安全性

在使用現(xiàn)場混裝乳化炸藥時，乳膠基質(zhì)的含水量減少了84 個百分比，雷管感度為0。不需要運輸、中轉(zhuǎn)、存儲環(huán)節(jié)，現(xiàn)場敏化后才會爆炸。

因此，爆破過程更加安全，免去了生產(chǎn)、運輸、儲存和使用帶來的危險因素。

4.3 降低員工的工作強度

得益于現(xiàn)場混裝炸藥車的使用，爆破過程中相關人員要做的工作只有裝藥、填塞炸藥和連線起爆。相比之下，袋裝炸藥需要進行裝卸、轉(zhuǎn)運、搬運、拆袋以及現(xiàn)場清理等一系列工作，步驟相當繁雜而且工作量大。因此，使用現(xiàn)場混裝炸藥能夠有效降低員工的工作強度。

4.4 提高裝藥效率

現(xiàn)場混裝乳化炸藥車每分鐘可裝藥200 公斤。只需3 人到2 小時便可完成12000 公斤裝藥作業(yè)。相比之下，若裝藥量相同，傳統(tǒng)人工裝填包裝型乳化炸藥需要至少6 小時才能完成，且需要6 至8 人才能完成。

4.5 提高鏟裝效率

混裝乳化炸藥分散性良好，能夠耦合裝藥。這樣能夠保證孔底的裝藥量，爆破后不會出現(xiàn)底部參差不齊的狀況，也不會留下根底。不僅鉆井深度減少，而且爆堆松散，不需要太大的二次爆破用量，鏟裝效率實現(xiàn)了提高。

4.6 有效保護環(huán)境

現(xiàn)場混裝乳化炸藥只需要用物理方法混裝原料，不需要加熱加壓，整個過程中沒有毒性物質(zhì)和污染，塑料包裝也可以省去。這種綠色、低碳、環(huán)保的爆破方式，是環(huán)境友好、文明施工現(xiàn)場的體現(xiàn)。

5 結(jié)論

堅硬巖石難以爆破、雨季水孔難以爆破等等是爆破工程中的難題?，F(xiàn)場混裝乳化炸藥爆破作業(yè)效率高，爆破效果更佳，能夠確保現(xiàn)場施工人員安全，減少爆破作業(yè)的危險性，降低了各項成本，并且為爆破之后的鏟裝、破碎工作提供有利的作業(yè)條件[3]。