礦山現場混裝乳化炸藥中一體化油相應用研究

謝 瑤

（江西銅業(yè)民爆礦服有限公司，江西 德興 334200）

乳化炸藥在現代工業(yè)生產過程中，是一種極為重要的化工產品，尤其在礦山生產應用中，其應用性能好壞將直接影響著礦山企業(yè)的經濟效益和社會利益。近年來，隨著人們生態(tài)環(huán)境保護意識日益強烈，同時生態(tài)資源短缺問題越發(fā)嚴重的背景下，使得社會各界對環(huán)保事業(yè)日益重視。而在工業(yè)生產中，由于油品質量不斷下降的趨勢下所引發(fā)出各種安全隱患日益明顯，特別是礦山開采使用的爆破原料質量逐漸下降，使得相關技術人員加強對油相應用研究迫在眉睫。因此，如何科學合理地使用并配置有限且成本較低乳化炸藥成品成為當前需要解決的重要課題之一。

1 乳化炸藥的研究背景及現狀

1.1 乳化炸藥的研究發(fā)展現狀

乳化炸藥技術作為一種新型的礦山爆破方法，其主要是在傳統(tǒng)工藝基礎上發(fā)展而來的，與其他先進產品相比，其具有獨特且突出特點，不僅能夠提高爆轟波速、降低破碎比和改善炮孔內應力場分布均勻性；同時，還能夠大大地減少生產成本。目前，國內已經研制成功了多晶硅酸鹽體系硬質聚能銨鹽類炸藥(ASME)或復合型軟化乳化炸藥等系列配套設備，并已在多個礦區(qū)進行相關的應用試驗研究，取得了顯著的成效。

1.2 研究背景

目前，國內外對乳化炸藥的研究主要集中在兩個方面：一是針對混裝爆破事故進行控制和治理；二是針對混裝爆炸危險性問題的防控。其中，國外對于油相技術、混合制冷劑等領域已經有了一定探索經驗，但國內對相關方面的研究與經驗依然有待進一步的完善。

而且，當前國內對于油品輸送及儲存運輸中使用液體爆破法時仍然存在著一些弊端：首先，由于在高壓作業(yè)環(huán)境下，乳化炸藥易失效，從而影響乳化炸藥的使用效率。其次，使乳化炸藥在低溫、高濕等特殊條件下容易出現二次污染，從而影響其使用效果。最后，液體爆破易造成爆破產生事故以及對設備和人員安全有一定威脅問題。因此，需要加強油品輸送及儲存中混相應用技術研究，同時需要與實踐工作相結合，提高我國原油運輸企業(yè)經濟效益和社會影響力。

1.3 研究目標

乳化炸藥在礦山生產過程中，由于其特殊的性質，稍有不慎，就極易出現爆炸事故。而且，在引爆混合藥包時產生瞬間高溫高壓氣體相，容易造成嚴重的安全事故。因此，如何合理地控制和避免爆炸引起嚴重后果就成為了當前礦山乳化炸藥制作的一個重要課題之一，本文研究目的之一在于探索一種能有效防止或減少爆轟現象發(fā)生，同時在提高混裝炸藥成品及藥品穩(wěn)定性與安全性的基礎上降低生產成本等的一體化原理方案，以達到預防為主的效果；此外，探索現場混裝乳化炸藥中一體化油相應用及相關技術，為現場乳化爆破實踐提供理論依據。

2 礦山生產中現場混裝設備選型

2.1 現場混裝設備設置方案

本試驗中所采用的現場混裝乳化炸藥技術裝置，主要分為水相振蕩器和油相振蕩泵兩個裝置部分。根據實驗要求，首先，需要在試驗區(qū)和采場內分別安裝一個水浴罐，同時將攪拌好的混合液送至配比合適、性能穩(wěn)定且無結塊現象液體儲存容器中。其次，通過靜力平衡原理，計算出各組分濃度差值，再進行分配即可得到分散裝藥所需混裝填量；最后，加強對混裝分發(fā)藥過程進行分析，同時優(yōu)化混分發(fā)藥過程，從而得出各組分混合裝之間的最佳配比。其中，油相震蕩泵用于當油擴散泵用前級泵預抽到低于1帕真空時，此時，油鍋可開始加熱，當出現沸騰時噴嘴噴出高速的蒸氣流，熱運動的氣體分子擴散到蒸氣流中，與定向運動的油蒸氣分子碰撞。氣體分子因此而獲得動量，產生和油蒸氣分子運動方向相同的定向流動，之后再到前級，油蒸氣被冷凝，釋出氣體分子，即被前級泵抽走而達到抽氣目的。

2.2 現場混裝材料選用

為了保證現場混裝效果，要求相關技術人員在乳化炸藥生產過程中嚴格控制混合度，因此，對于選用的現場油相應具有良好的粘性和分散性能。本實驗采用的是“雙液”配制工藝，即分別使用兩種不同濃度及規(guī)格(一般是0.5%～10%)混合而成。將兩種組分按一定比例進行均勻攪拌后加入到雙液混合容器中，通過多次試驗研究發(fā)現：當乳化炸藥與膠體直接接觸時可使分散相具有良好的穩(wěn)定性。同時，當乳化炸藥與膠體接觸時，分散相中的水分會被破壞，并將使其結合能力下降；此外，由于乳化爆轟波作用，容易產生大量自由水。由此可見，兩種組分混合后能夠獲得穩(wěn)定混合物體系。

2.3 現場混裝設備的主要結構

混裝裝置主要包括：泵站和攪拌器、加熱爐和電熱管等；貯罐中設有冷庫及冷卻塔以及儲存容器內液體輸送管道以及供液設備；混合釜均設置在成品倉之中進行儲存與運輸工作中所需要的各種油品物質及其處理工藝流程等相關設施。

3 礦山生產中現場混裝乳化炸藥的設計

3.1 現場混裝乳化炸藥的設計要求

（1）在混合相中，由于油與水分子之間相互作用，使膠體顆粒發(fā)生形變，從而形成大塊狀或小球狀。因此，在混裝過程中，需要有足夠的空間來儲存和運輸。

（2）需要具有良好穩(wěn)定性和可靠性的點火性能來控制解吸過程出現的一些突發(fā)性能(如爆炸性)，進而保證混裝乳化炸藥能夠在密閉條件下快速瞬時燒結，并使引爆器能有效工作。

（3）為了提高爆轟波能量密度，必須采用連續(xù)穩(wěn)定的儲能系統(tǒng)，以保證混裝乳化炸藥在爆炸過程中具有良好的穩(wěn)定性。

（4）由于水分子與油相之間相互作用力小等原因導致其不易發(fā)生膠體分散、混合不均勻，因此，在使用過程中需要結合實際情況，適當地調整原料的比例。

3.2 現場混裝乳化炸藥的設計方案

在試驗初期，將乳化炸藥與油相混合，使其形成穩(wěn)定的分散體系，并加入適量三聯(lián)酸銨溶液進行攪拌，同時，采用高壓蒸汽壓制成爆轟波來作為混裝填料。通過采用這種方法，首先，需要對裝藥部位施加一定壓力(或速度梯度給予爆炸點上噴射相應濃度氣體以保證爆轟波迅速到達臨界溫度)；其次，加水蒸氣作為混合相溶劑，將其與油的混合物充分接觸并分散成小液滴狀，然后，再加入適量的水蒸氣，以確保混合料能充分分散；最后，將混裝填料均勻地包埋在預爆體附近并進行爆破準備。

3.3 混裝乳化炸藥中的注意事項

（1）嚴格控制混裝乳化炸藥的生產質量，確保其在安全環(huán)保、性能等方面符合國家有關標準規(guī)定。

（2）合理采用不同配方方案，同時加以對比分析，選擇其中合適的混合配方。

（3）在混裝乳化炸藥的過程中，由于溫度、壓力和環(huán)境等因素影響，使其產生較大的熱膨脹系數。因此，需要對裝藥過程采用加壓進行冷卻。

（4）如果混合料液與物料不能夠良好地相容，并形成穩(wěn)定混合物體系時，往往就會導致爆炸事故發(fā)生；所以，在攪拌過程中需要避免出現大量揮發(fā)物或其他有害物質進入油相或者引起爆炸現象。

（5）為了保證混裝乳化炸藥的穩(wěn)定度及穩(wěn)定性，需要根據實驗要求，合理優(yōu)化試驗操作并對工藝參數做調整；同時，也要注意油相混合過程中所產生爆轟波和沖擊波以及爆炸性混合物濃度分布情況，從而滿足現場使用需求等因素基礎上實現其最終成品質量目標。

3.4 安全措施

（1）使用標準的安全設備。在生產過程中嚴格執(zhí)行《礦山安全規(guī)程》，對所有的作業(yè)人員進行相關培訓并定期檢查。

（2）加強現場管理和監(jiān)督。嚴格按照要求做好炸藥裝藥、運輸工具及裝載機等的質量管理工作；及時將爆轟波分析結果上報監(jiān)理單位審批后方可入庫儲存；嚴禁未經批準不允許爆破作業(yè)行為發(fā)生在生產過程中造成爆炸事故或其他嚴重后果，同時對其施工作業(yè)人員進行相應處罰措施并定期通報制度化。

（3）嚴格控制炸藥的用量，保證其質量，防止因漏裝而造成爆炸事故。

（4）采用安全有效地泄放空管及引流閥等設備進行引爆作業(yè)時，必須有相應的壓力測試儀對其實施檢測并記錄數據；同時，還應注意檢查引線與接頭是否存在短路現象、連接點是否牢固以及密封性能；如果發(fā)現泄漏情況，立即停止裝藥并更換密封片或重新配送至成品庫。

4 礦山現場混裝乳化炸藥中一體化油相應用工藝研究

4.1 現場混裝乳化炸藥的效果考察

（1）現場混裝乳化炸藥的效果好、工藝簡單、適用范圍廣、安全可靠、經濟投入小，具有良好的社會效益，所以其應用能夠大幅度提高乳化炸藥的生產效率，降低了生產成本，縮短產品質量時間。

（2）現場乳化油相體系性能穩(wěn)定。由于乳化油相體系良好的穩(wěn)定性和可靠性，在使用過程中，幾乎不會出現任何問題，因此，具有較高安全性、適用性廣等特點；同時該技術可以應用于各種不同類型混合炸藥生產企業(yè)或實驗室，以便于通過試驗研究工作來分析檢驗其各項參數是否適合于本項目的要求。

4.2 生產技術經濟效益評價

生產技術經濟效益是評價企業(yè)管理水平的重要指標。由于現場混裝乳化炸藥的生產過程需要投入大量人力、物力以及財力，而且還要消耗大量成本，通過對現場混裝乳化炸藥混合料在不同生產工藝條件下，所需要耗費的設備、材料費用及人工費等各項消耗計算分析得出，該生產技術能為項目投資控制提供可靠依據。因此，在實際操作中，需要對其進行優(yōu)化配置和管理，避免出現嚴重浪費。要對其進行系統(tǒng)分析并采取相應措施加以改進或解決這些問題是十分必要。首先，必須保證現場混合油相充分發(fā)揮各自優(yōu)勢；其次，要求根據不同生產工藝條件確定各組分含量及配伍關系等參數；最后，通過測定混煉性能來判斷該產品是否適合使用乳化炸藥。

4.3 現場混裝乳化炸藥的安全性

在生產過程中，由于乳化性炸藥爆炸時，其油相是以液態(tài)狀態(tài)存在的，所以，當油液與水混合后就會發(fā)生局部溶解現象，而這種液體環(huán)境極易形成分層沉淀和氣溶膠顆粒等性質變化的物質。此外，由于炸藥本身具有較大的熱膨脹系數、導電性能差以及爆轟波容易引起引爆點溫度較高產生燒結效應導致乳化性炸藥爆炸等弊端，從而引發(fā)火災事故或爆炸物致癌事件。因此，在實踐生產中，應注意以下方面：

（1）保障產品制備和儲存安全性。

（2）做好成品質量特性曲線測試；由于現場混裝乳化爆轟時，采用的是高壓儲能裝置來抑制油液中的水蒸氣逸散速度過快或氣泡的形成與增重而引起炸藥爆炸。

（3）如果采用普通乳化管進行點火時，當油溫比較低則會導致漏斗等現象發(fā)生；但若采用液體炸藥作為現場混裝乳化劑，那么，不僅可以解決上述問題還可避免爆炸事故的發(fā)生，同時還具有較好的安全穩(wěn)定性和可靠性。

5 礦山現場混裝乳化炸藥中一體化油相應用

5.1 現場混裝乳化炸藥中的基本情況

（1）在現場混裝乳化炸藥的過程中，容易受到溫度、壓力等因素影響使其穩(wěn)定性降低。

（2）對于現場混合油相體系而言，一般情況下，均采用高壓液層式儲集筒進行儲存。但當儲集成罐出現故障或漏氣時，就容易導致整個系統(tǒng)無法正常工作運行進而造成火災爆炸事故發(fā)生；而在混裝填高黏度原油的配制過程中，由于溫度、壓力等因素影響使其穩(wěn)定性降低甚至癱瘓不能使用。

5.2 一體化油相經濟指標測定

油品的組成和性質對其起爆感度有著直接影響，而不同類型及含量的混合制冷劑，會使油氣中各組分揮發(fā)出來。因此，需要根據其特點選擇適當種類、配方比例。對于乳化性較好且具有良好分散特性或無紡布性質混合料時，應采用一體化用乳化劑來提高混裝炸藥相關系統(tǒng)經濟指標測定值；當油品與水不相容導致爆轟反應發(fā)生后需及時進行冷卻處理，避免混合料中油水分離，同時，降低混裝密度和爆轟感度。

5.3 現場混裝乳化炸藥中一體化油相特點

（1）在乳化炸藥生產過程中，混合相的分散性較大，其形成主要是由兩個方面決定：一是，通過控制混裝密度和黏度來保證所選材料具有良好的流動性。二是，根據實際情況選擇合適種類、品種及性能等因素對乳化性質進行調整，使之達到最佳效果。

（2）當混合液組分不發(fā)生變化時，可在乳化劑作用下產生穩(wěn)定而無氣泡相顆?；蛘叻稚⑿孕。医缑姹砻嬗休^大面積，從而導致其穩(wěn)定性降低或失去活性和黏度。

5.4 現場混裝乳化炸藥中存在形式

（1）爆乳相擴散現象。當炸藥產生爆炸時，由于受力不均，極易產生應力波和剪切應力集中現象。在這種情況下的爆破效果就會明顯惡化。而當爆乳化過程結束后會出現較多裂紋、破裂與分層等現象，使其發(fā)揮作用到峰值上或者使裂隙繼續(xù)擴大直至完全破壞為止；同時，也可能發(fā)生爆轟反應導致進而爆炸產物大量脫落或進一步分解為小顆粒狀，甚至使炸藥組分濃度降低至不能燃盡時再進行爆破作業(yè)的現象。

（2）當混裝爆炸采用高壓電場時，所產生大量沖擊波和電脈沖電流對混裝機油氣室造成很大影響；同時電脈沖電流會導致乳化液滴徑向急劇增大而引起集聚現象發(fā)生。

（3）爆炮引爆后瞬間迅速釋放大量熱能并產生強烈沖擊壓力和劇烈噪聲，同時也伴有強烈的噪聲污染及環(huán)境問題。

6 結論

本文研究的目的及意義在于通過礦山現場混裝乳化炸藥中一體化油相應用技術，對其進行初步分析，為實際生產提供理論依據。而且從實踐生產角度出發(fā)：當前國內大多數礦山企業(yè)在使用現場乳化成泡法混合制作出成品后均未達到預期效果。因此，這就需要相關技術人員進一步加強和完善礦山場采區(qū)、儲集水池等設備設施的建設工作；提高混裝填量及運輸效率是當前國內外普遍關注的重點問題之一；而對礦山現場油相進行一體化，能夠有效降低混裝炸藥生產過程中的運輸成本，提高礦山作業(yè)效率，大幅度提高產品質量，進而增加礦山企業(yè)經濟效益。