多孔粒狀硝酸銨含量對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥的性能影響

牛草原,黃文堯,劉小輝,辛有利,賈云佳,高玉剛,胡 潔

(1.安徽理工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院,安徽 淮南 232001;2.金堆城鉬業(yè)股份有限公司,陜西 渭南 714000;3.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)

引 言

現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥被廣泛應(yīng)用于工程爆破,因其生產(chǎn)簡(jiǎn)單、運(yùn)輸方便、裝藥自動(dòng)化程度高、安全性優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn),在全國(guó)工業(yè)炸藥的占比越來(lái)越大,已經(jīng)成為工業(yè)炸藥技術(shù)的研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向[1-2]。

吳攀宇等[3-4]研究了內(nèi)相粒徑對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥非等溫?zé)岱纸馓匦缘挠绊懸约皠?dòng)態(tài)擠壓對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥穩(wěn)定性的影響,發(fā)現(xiàn)隨著內(nèi)相粒徑減小,炸藥熱穩(wěn)定性和抗動(dòng)態(tài)擠壓能力增加;何祥等[5]研究了不同油相材料對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥抗擠壓能力的影響,發(fā)現(xiàn)了機(jī)油制備的現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥抗擠壓能力好;魏國(guó)等[6]研究了振動(dòng)作用對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥穩(wěn)定性的影響,發(fā)現(xiàn)了振動(dòng)作用會(huì)加速現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥析晶失穩(wěn);黃勝松等[7]研究了水相pH值對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥基質(zhì)貯存穩(wěn)定性影響,發(fā)現(xiàn)當(dāng)水相pH值介于3.71與4.12時(shí),穩(wěn)定性最佳;劉大維等[8]對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥化學(xué)敏化影響因素進(jìn)行了分析,楊有萬(wàn)等[9]對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥基質(zhì)的流變性進(jìn)行了研究,徐飛揚(yáng)等[10-11]計(jì)算了重銨油炸藥熱化學(xué)參數(shù)并用C80研究了重銨油炸藥熱分解特性,發(fā)現(xiàn)重銨油炸藥的爆熱會(huì)隨乳膠基質(zhì)含量而減少,重銨油炸藥熱穩(wěn)定性高于銨油炸藥和乳化炸藥。

以上研究側(cè)重對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥穩(wěn)定性和流變特性等性能的研究,較少涉及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥爆轟性能影響的研究,對(duì)多孔粒狀硝酸銨和乳化炸藥相關(guān)性研究?jī)H限于對(duì)重銨油炸藥的理論計(jì)算和熱分解特性分析。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥,需要提高流動(dòng)性來(lái)保證其優(yōu)秀的泵送性能,其含水量需達(dá)到15%～20%,而雷管敏感的小直徑包裝型乳化炸藥含水量?jī)H有9%～11%,在乳化炸藥爆轟反應(yīng)中,水是惰性介質(zhì),不參與爆轟反應(yīng),同時(shí)水汽化會(huì)吸收熱量,會(huì)降低炸藥的爆熱和爆速;主氧化劑硝酸銨含有大量的氧元素,為爆轟反應(yīng)供能。在保證流動(dòng)性能的前提下,降低水含量,提高硝酸銨含量,可以有效提升現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥的爆轟性能[1]。因此,研究多孔粒狀硝酸銨含量對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥性能的影響,對(duì)乳化炸藥的工程實(shí)踐應(yīng)用具有重要的意義。

本研究通過(guò)向現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥中加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的多孔粒狀硝酸銨,制備了6組炸藥樣品,使用B-W法計(jì)算了炸藥的爆轟參數(shù),并通過(guò)掃描電鏡分析了多孔粒狀硝酸銨的微觀形貌,對(duì)炸藥的密度、黏度以及爆速進(jìn)行了測(cè)試,并結(jié)合多孔粒狀硝酸銨現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥在陜西金堆城鉬礦的爆破工程應(yīng)用實(shí)際,對(duì)其在爆破工程中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.2 試劑與儀器

硝酸銨(AN),陜西興化集團(tuán)有限公司;0#柴油、機(jī)油、PIBSA高分子乳化劑(聚異丁烯丁二酰亞胺),深圳市金奧博科技股份有限公司;多孔粒狀硝酸銨(pg-AN),陜西興化集團(tuán)有限公司。

FlexSEM1000電子顯微鏡,日本Hitachi公司;JFS-550變速分散機(jī),杭州齊威儀器有限公司;BSZ-1型智能單段爆速儀,湖南湘西州齊播礦山儀器廠;RVDV-1數(shù)字黏度計(jì),上海平軒科學(xué)儀器有限公司;定容密度測(cè)量杯。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥的制備

現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥基礎(chǔ)配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為:AN,75.8%;H2O,17%;硫脲,0.1%;柴油,1.5%;機(jī)油,4%;高分子乳化劑,1.5%;20%NaNO2溶液,0.1%。

以現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥基礎(chǔ)配方為基礎(chǔ),通過(guò)加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)多孔粒狀硝酸銨,設(shè)計(jì)出6組現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥配方,其中多孔粒狀硝酸銨(pg-AN)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為炸藥總質(zhì)量的0%、3%、6%、9%、12%、15%。

按照基礎(chǔ)配方稱取硝酸銨、水和硫脲混合后加熱至85～95℃,制得水相;稱取柴油、機(jī)油、乳化劑混合后加熱至65～75℃,制得油相。將水相加入油相中,同時(shí)變速分散機(jī)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速設(shè)為1200r/min,持續(xù)高速攪拌3min后制得乳化基質(zhì)。按照設(shè)計(jì)比例將多孔粒狀硝酸銨與乳化基質(zhì)混合,混合均勻后加入等量化學(xué)發(fā)泡劑(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的NaNO2水溶液),制得6種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)多孔粒狀硝酸銨的乳化炸藥。

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 多孔粒狀硝酸銨的成分與結(jié)構(gòu)表征

使用掃描電鏡觀察單個(gè)多孔粒狀硝酸銨的顆粒微觀外形和內(nèi)部空隙[12]。

1.3.2 現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥密度測(cè)試實(shí)驗(yàn)

制藥后2 h,使用密度測(cè)量杯對(duì)發(fā)泡后的每組炸藥樣品進(jìn)行密度測(cè)試,測(cè)試3次,取平均值。

1.3.3 現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥黏度測(cè)試實(shí)驗(yàn)

稱取制備好的現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥樣品每組各150g,樣品密閉隔水放入水浴鍋,升溫至85℃后持續(xù)保溫20min,取出樣品測(cè)試黏度。水平校準(zhǔn)黏度計(jì)后,把黏度計(jì)溫度傳感器插入待測(cè)樣品中心附近,同時(shí)黏度計(jì)轉(zhuǎn)子緩慢垂直懸入待測(cè)樣品中心,插入合適的深度,啟動(dòng)黏度計(jì)和數(shù)據(jù)記錄軟件,測(cè)量記錄黏度和溫度變化數(shù)據(jù)。

1.3.4 現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥爆速測(cè)試實(shí)驗(yàn)

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13228-2015的要求,含乳膠基質(zhì)的無(wú)雷管感度的工業(yè)炸藥使用測(cè)時(shí)儀法測(cè)爆速。爆速試驗(yàn)裝置示意圖見圖1,測(cè)量爆速實(shí)驗(yàn)的PVC塑料管外徑為110mm,內(nèi)徑100mm,壁厚5.0mm,管長(zhǎng)1000mm,兩探針靶線間距L為400mm,裝藥后使用起爆具(山東銀光科技有限公司)起爆,測(cè)試2組取平均值[13]。

圖1 爆速試驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of detonation velocity test device

1.4 爆熱和爆速的理論計(jì)算

計(jì)算多孔粒狀硝酸銨現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥的爆熱和爆速,首先選用B-W(Brinkley-Wilson)方法[10,14-16],即產(chǎn)物能量?jī)?yōu)先規(guī)則寫出爆炸反應(yīng)方程式?，F(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥的基礎(chǔ)配方氧平衡為-0.0753g/g,爆炸反應(yīng)方程式為:

4.735CO+0.015CO2+9.485N2

(1)

炸藥爆熱理論計(jì)算依據(jù)為蓋斯定律[12-15]。設(shè)炸藥爆炸時(shí)周邊環(huán)境溫度為25℃,已知炸藥各原料化學(xué)組分和最終爆轟產(chǎn)物的生成熱,即可由公式(2)和公式(3)計(jì)算炸藥的定容爆熱:

Qp=Qp1,3-Qp1,2

(2)

Qv=Qp+nRT

(3)

式中:Qp為炸藥定壓爆熱,kJ/kg;Qp1,3為炸藥最終爆轟產(chǎn)物的定壓生成熱的和,kJ/kg;Qp1,2為炸藥各原料化學(xué)組分定壓生成熱的和,kJ/kg;Qv為炸藥定容爆熱;n為爆后氣體產(chǎn)物總物質(zhì)的量,mol;R為氣體常數(shù),8.314×10-3kJ/(mol·K);T為體系溫度,298K。

在爆轟參數(shù)理論計(jì)算中,常用爆轟流體動(dòng)力學(xué)的近似方程計(jì)算炸藥的爆速[15-16],見公式(4):

(4)

式中:D0為炸藥理論爆速,m/s;QV為炸藥理想定容爆熱,kJ/kg;γ為炸藥爆轟產(chǎn)物局部等熵指數(shù)。

2 結(jié)果及討論

2.1 多孔粒狀硝酸銨成分和微觀形貌表征

用掃描電鏡觀測(cè)單個(gè)多孔粒狀硝酸銨顆粒的微觀外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu),結(jié)果見圖2。從圖2(a)中可以看出,多孔粒狀硝酸銨微觀外形整體為圓球狀,且顆粒外表面較為光滑且密閉,少有開放性孔洞。從圖2(b)中可以看出,多孔粒狀硝酸銨內(nèi)部結(jié)構(gòu)中含有豐富的10～30μm不規(guī)則孔隙。根據(jù)工業(yè)炸藥熱點(diǎn)起爆理論[17],這些密閉孔隙在爆轟波的作用下,內(nèi)部氣體被快速、強(qiáng)烈絕熱壓縮,形成熱點(diǎn),引發(fā)工業(yè)炸藥的爆轟反應(yīng)。將這種富含微孔隙的多孔粒狀硝酸銨加入現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥中,可以有效增加炸藥熱點(diǎn)數(shù)量,提高工業(yè)炸藥的爆轟波感度和爆轟波化學(xué)反應(yīng)區(qū)的傳遞能力.

圖2 多孔粒狀硝酸銨顆粒外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)掃描電鏡圖Fig.2 SEM images of the appearance and internal structure of porous granular ammonium nitrate particles

2.2 多孔粒狀硝酸銨對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥形貌、黏度的影響

制備的6組不同多孔粒狀硝酸銨含量現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥樣品的外觀形貌如圖3所示,現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥形貌為黃色膏狀;多孔粒狀硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%、6%、9%、12%、15%的現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥為黃色膠黏態(tài),均布多孔粒狀硝酸銨球粒,如小米粥。隨著多孔粒狀硝酸銨含量增加,流動(dòng)性明顯降低。

圖3 不同多孔粒狀硝酸銨含量的炸藥樣品Fig.3 Explosive samples with different mass fractions of porous granular ammonium nitrate

流動(dòng)性和易泵送性是現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥的重要性能要求,可以通過(guò)黏度大小進(jìn)行具體表征。使用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)對(duì)炸藥樣品進(jìn)行黏度測(cè)試,判斷該炸藥的流動(dòng)性和易泵送性。

對(duì)于不含多孔粒狀硝酸銨的現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥的黏度與溫度之間的特性關(guān)系式,可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)選取流體黏溫經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。本研究選取的黏溫特性本構(gòu)方程[18]為:

(5)

式中:a、b為常數(shù);μ0為不含多孔粒狀硝酸銨的現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥的黏度,mPa·s;T為現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥的溫度,℃。

對(duì)于多孔粒狀硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～15%的現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥,其多孔粒狀硝酸銨顆粒半徑遠(yuǎn)大于乳膠粒子半徑,多孔粒狀硝酸銨顆粒之間沒有相互作用,假設(shè)多孔粒狀硝酸銨顆粒在現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥低速流動(dòng)過(guò)程中以層流流動(dòng)方式為主,湍流的影響忽略不計(jì)。據(jù)此,多孔粒狀硝酸銨現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥的流體黏度預(yù)測(cè)模型,可選取最廣泛應(yīng)用的Einstein模型[19-21]。多孔粒狀硝酸銨現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥流體黏度與顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系為:

μ=μ0(1+cω)d

(6)

式中:μ為含有多孔粒狀硝酸銨顆粒的現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥的黏度,mPa·s;ω為多孔粒狀硝酸銨顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù),%;c、d為常數(shù)值,c與顆粒的形狀及可變形性有關(guān)。

根據(jù)式(5)和式(6)可推得多孔粒狀硝酸銨現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥黏度與多孔粒狀硝酸銨含量、炸藥溫度之間的函數(shù)關(guān)系式:

(7)

式中:a、b、c、d為常數(shù)值,c與顆粒的形狀及可變形性有關(guān);μ0為不含多孔粒狀硝酸銨的現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥的黏度,mPa·s;μ為含有多孔粒狀硝酸銨顆粒的現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥的黏度,mPa·s;T為現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥的溫度,℃ω為多孔粒狀硝酸銨顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù),%。

根據(jù)公式(7)對(duì)6組炸藥樣品從75℃至40℃運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)量的數(shù)據(jù),使用OriginPro2021進(jìn)行非線性曲面擬合,擬合方程為:

(8)

該方程的確定系數(shù)為R2=0.99604,對(duì)于該配方下的多孔粒狀硝酸銨現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥,可計(jì)算一定范圍內(nèi)多孔粒狀硝酸銨不同含量、不同溫度下的黏度值,結(jié)果見表1。

表1 炸藥樣品黏度測(cè)試結(jié)果Table 1 Viscosity test results of explosives samples

由表1與圖4可知,對(duì)于相同多孔粒狀硝酸銨含量的現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥,其黏度隨著炸藥溫度的下降而增大;相同溫度下,其黏度隨著多孔粒狀硝酸銨含量增加而增加。多孔粒狀硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的炸藥樣品,在溫度40℃時(shí),黏度達(dá)到最大為3.15×105mPa·s;多孔粒狀硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%的炸藥樣品,在溫度40℃時(shí),黏度達(dá)到最大為2.97×105mPa·s;多孔粒狀硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%的炸藥樣品,在溫度75℃時(shí),黏度達(dá)到最小為1.75×105mPa·s。因此,隨著多孔粒狀硝酸銨的含量增加,現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥的流動(dòng)性逐漸下降,易泵送性下降。在實(shí)際應(yīng)用中,現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥的黏度應(yīng)該控制在1.5×105～3.0×105mPa·s范圍內(nèi)[22],故多孔粒狀硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)選取0%～12%,其黏度適中,螺桿泵泵送工作壓力小,滿足現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥車的泵送要求,對(duì)輸藥管壁的擠壓作用小,不易造成輸藥管的爆管故障和螺桿泵的堵塞故障。

圖4 多孔粒狀硝酸銨含量、炸藥溫度與乳化炸藥黏度的關(guān)系Fig.4 Relationship between the mass fraction of porous granular ammonium nitrate, explosive temperature and viscosity of emulsion explosives

2.3 多孔粒狀硝酸銨對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥理論爆熱和爆速的影響

不同含量多孔粒狀硝酸銨的現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥配方組分與氧平衡、爆熱、爆速理論計(jì)算結(jié)果見表2。隨著多孔粒狀硝酸銨含量的增加,現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥氧平衡逐漸由-0.0753g/g增至-0.0640g/g,由負(fù)氧平衡趨向于零氧平衡;理論爆熱從2382.95kJ/kg增至2790.89kJ/kg,理論爆速由4229m/s增至4683m/s。

表2 多孔粒狀硝酸銨現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥組分和爆轟參數(shù)Table 2 Composition and detonation parameters of porous granular ammonium nitrate field mixed emulsion explosive

根據(jù)氧平衡計(jì)算結(jié)果,該配方現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥為負(fù)氧平衡炸藥,氧化劑中的含氧量遠(yuǎn)不夠完全氧化可燃元素,在爆炸產(chǎn)物中會(huì)出現(xiàn)大量的單質(zhì)碳和CO,部分產(chǎn)能物質(zhì)無(wú)法完全釋放攜帶的化學(xué)能。多孔粒狀硝酸銨加入現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥,現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥硝酸銨總質(zhì)量分?jǐn)?shù)由75.8%增至79.43%,氧化劑的含量增加,使乳化炸藥中可燃劑能夠更加完全地參與爆轟反應(yīng)釋放能量,可燃劑生成的單質(zhì)碳和CO的比例下降,有效產(chǎn)能物質(zhì)的比例上升,故現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥的理論爆熱隨著多孔粒狀硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而不斷增大。

隨著多孔粒狀硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,水含量由17%降至14.45%。水本身是一種化學(xué)性質(zhì)不活潑物質(zhì),在乳化炸藥中是一種鈍感劑,炸藥爆炸釋放的能量需要部分消耗在對(duì)水的加熱和水分蒸發(fā)上,吸收爆轟波陣面的部分能量。故隨著水含量的減少,同時(shí)炸藥的爆熱增加,支持前沿沖擊波的能量增加,從而使得理論爆速增加。

2.4 多孔粒狀硝酸銨對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥密度和實(shí)際爆速的影響

對(duì)多孔粒狀硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、3%、6%、9%、12%、15%的乳化炸藥進(jìn)行密度和爆速測(cè)試,得到現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥的密度和爆速與多孔粒狀硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線如圖5所示。

圖5 乳化炸藥樣品密度、爆速與多孔粒狀硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系Fig.5 Relationship between the density and detonation velocity of emulsion explosive samples and mass fraction of porous granular ammonium nitrate

由圖5關(guān)系曲線結(jié)合表3爆轟參數(shù)計(jì)算數(shù)據(jù)與多孔粒狀硝酸銨外觀形貌觀察結(jié)果可知,隨著多孔粒狀硝酸銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0%增至9%,現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥中硝酸銨含量增加,氧元素含量增加,水含量減少,同時(shí)因?yàn)槎嗫琢钕跛徜@中自身特有的微孔隙結(jié)構(gòu)提供的大量起爆熱點(diǎn),故乳化炸藥的實(shí)際爆速逐步增大,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%時(shí),乳化炸藥爆速達(dá)到最大,為5294m/s;由于多孔粒狀硝酸銨的密度為0.80g/cm3,加入乳化炸藥中,裝藥密度會(huì)隨著多孔粒狀硝酸銨含量增加而減小,微孔隙含量會(huì)逐步增多,會(huì)對(duì)爆轟波的傳播產(chǎn)生阻礙和延滯,從而會(huì)降低炸藥實(shí)際爆速,故多孔粒狀硝酸銨由9%增至15%,乳化炸藥爆速逐步減小。多孔粒狀硝酸銨加入量在0至9%時(shí),裝藥密度對(duì)炸藥實(shí)際爆速影響占次要因素,故爆速逐步增加;加入量超過(guò)9%時(shí),裝藥密度對(duì)炸藥爆速影響占主要因素,故實(shí)際爆速開始下降。

多孔粒狀硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0增至9%時(shí),實(shí)際爆速增長(zhǎng)速度比理論爆速增長(zhǎng)較快,主要原因可能與加入多孔粒狀硝酸銨后炸藥的能量和有效起爆熱點(diǎn)數(shù)量增長(zhǎng)有關(guān),理論爆速計(jì)算方法未考慮起爆熱點(diǎn)數(shù)量對(duì)爆速的影響;多孔粒狀硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)從6%增至12%時(shí),理論爆速計(jì)算值小于實(shí)際爆速,主要原因可能與爆速測(cè)試方法有關(guān),在大直徑、強(qiáng)約束、高起爆能量的測(cè)試條件下,乳化炸藥的實(shí)際爆速可能會(huì)大于理想炸藥爆速計(jì)算方法計(jì)算的爆速值。

3 工程應(yīng)用

陜西金堆城鉬礦露天臺(tái)階爆破采用直徑為250mm炮孔,孔網(wǎng)參數(shù)為孔距9m、排距為7m、堵塞長(zhǎng)度5.5～6m,微差時(shí)間孔間25ms、排間65ms/100ms,每孔裝藥量為430kg,采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu),使用3臺(tái)BCRH-15型現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥車和配套地面站生產(chǎn)系統(tǒng)。

該鉬礦為提高露天爆破工程質(zhì)量,降低爆后礦石粒度,減少大塊和死根現(xiàn)象,2019年起在原本現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥配方的基礎(chǔ)上加入9%的多孔粒狀硝酸銨,孔網(wǎng)參數(shù)等條件保持不變。多孔粒狀硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)9%的現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥在該鉬礦爆破生產(chǎn)實(shí)際中取得良好的效果。

該鉬礦炸藥廠按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13228-2015的要求對(duì)其生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥進(jìn)行爆速測(cè)試[11],根據(jù)生產(chǎn)情況安排每周進(jìn)行兩次爆速實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果年度平均爆速由4300m/s升至4900m/s。該礦利用Split-desktop軟件圈定巖塊輪廓的方法分析爆破后進(jìn)行礦石塊度,其巖石塊度指標(biāo)礦石粉礦率(原礦礦石中每噸原礦石中粒徑小于等于22mm的礦石所占的百分比),從2018年到2019年,年度平均值由30%上升至45%(見圖6和圖7),年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益1500余萬(wàn)元。

圖7 礦山粉礦率統(tǒng)計(jì)對(duì)比Fig.7 Statistical comparison of mining powder ore rate

4 結(jié) 論

(1)現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥加入多孔粒狀硝酸銨,提高了炸藥的氧含量,降低了炸藥水含量,提升了爆炸能量,其理論爆熱、理論爆速均隨多孔粒狀硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高而增加。

(2)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0～15%的多孔粒狀硝酸銨加入現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥,因其性質(zhì)和內(nèi)部特殊尺度的微孔隙結(jié)構(gòu),能提高炸藥實(shí)際爆速,但同時(shí)會(huì)逐步降低炸藥裝藥密度,炸藥實(shí)際爆速在多孔粒狀硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%時(shí)達(dá)到最高,為5294m/s。

(3)含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)0～15%的多孔粒狀硝酸銨的現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥,其黏度隨著多孔粒狀硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而逐步增大,質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0～12%時(shí),炸藥流動(dòng)性能夠滿足實(shí)際使用的泵送要求,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合得到了現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥黏度與溫度、多孔粒狀硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系方程且擬合程度較高。

(4)在金堆城鉬礦爆破工程應(yīng)用中,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%的多孔粒狀硝酸銨現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥露天爆破實(shí)際效果優(yōu)于無(wú)多孔粒狀硝酸銨的現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥。