孫大為，黃滿貴， 任 斌

(1.北京礦冶科技集團有限公司，北京 100160；2.江西省上饒市公安局治安支隊，江西 上饒 334000)

0 引 言

BCJ-3型散裝乳化炸藥裝藥車采用車載乳化基質、現(xiàn)場敏化裝藥的生產(chǎn)方式，廣泛應用于中小直徑炮孔的爆破作業(yè)中[1]。簡捷、安全的生產(chǎn)工藝，以及遠距離軟管輸送能力，使該車型適用于各種條件嚴苛的應用環(huán)境，如在白云鄂博鐵礦露天開采、斯里蘭卡漢班托塔港進港航道疏浚等工程中均取得了良好的應用效果[2-3]。

該型裝藥車主要采用中低溫敏化工藝，車載的基質是經(jīng)過冷卻后裝車的，基質使用時的溫度一般在45～55 ℃，主要為了配合敏化得到均勻細密的發(fā)泡體系及合適的炸藥密度，保障炸藥的性能。在北方嚴寒地區(qū)冬季作業(yè)時，由于環(huán)境溫度較低，基質發(fā)泡速度慢，炸藥最終密度控制難度增大，工藝控制稍有偏差就容易出現(xiàn)炸藥發(fā)泡不到位的情況，嚴重時甚至半爆、拒爆。一般的應對措施是調整水相的pH值和敏化液的濃度、添加量，摸索出與氣候適應的條件參數(shù)。

筆者提出了另一種解決思路，即直接使用高溫基質進行裝藥，發(fā)泡速度主要由高溫基質的溫度決定，基本不受環(huán)境溫度的影響，可以憑一套穩(wěn)定的配方和工藝滿足一年四季的生產(chǎn)需求。實踐中通過對配方、工藝、設備的系統(tǒng)性優(yōu)化，實現(xiàn)了上述的技術設想。本文即對配方、敏化參數(shù)、敏化裝置的優(yōu)化以及實際應用情況進行了介紹。

1 高溫敏化工藝特點

所謂高溫敏化，即指地面站制備的乳化基質不再經(jīng)過冷卻，直接上裝到裝藥車料倉。裝藥爆破時，基質在較高溫度下進行發(fā)泡和裝藥，與原中低溫敏化的差異對比見表1。

表1 高溫敏化工藝與中低溫敏化的對比

由對比分析可知，高溫敏化工藝具有以下特點：①乳化基質裝車溫度高，流動性好，便于輸送；②在冬季嚴寒環(huán)境下，能夠較快、較穩(wěn)定的發(fā)泡，而且高溫敏化工藝一年四季可通用；③水相中可少加或不加酸促進劑，在一定程度上增強了基質的穩(wěn)定性；④敏化靜態(tài)混合器位置有相應調整，便于小劑量發(fā)泡液的混合以及高溫基質敏化后的輸送。

高溫敏化工藝在配方、工藝參數(shù)、設備方面均有不同程度的優(yōu)化改進，使炸藥密度能夠在較短時間內達到預期值。但是，由于溫度較高，發(fā)泡速度過快，如果不加以控制同樣得不到有效的敏化體系。

2 發(fā)泡速度控制

現(xiàn)場混裝乳化炸藥的發(fā)泡劑主要為亞硝酸鈉，亞硝酸鈉與乳化基質中游離的硝酸銨發(fā)生如下式所示的化學反應。

NH4NO3+NaNO2→NH4NO2+NaNO3
NH4NO2→N2↑+2H2O

反應產(chǎn)生的氮氣均勻細密的分散于基質中，實現(xiàn)炸藥的敏化。影響該化學反應速率的主要因素有溫度、pH值、反應物濃度。高溫敏化時基質的溫度一般在60～70 ℃，因此主要考慮pH值、反應物濃度的影響作用。

該反應在酸性條件下反應較快，弱酸或偏中性條件可減緩該反應，而反應物濃度則是越低反應越慢。因此，對于減緩本反應而言，主要通過減少酸性促進劑的使用達到創(chuàng)建弱酸環(huán)境,再通過發(fā)泡速度與炸藥密度的綜合考察，確定亞硝酸鈉溶液的濃度及添加量，在滿足氣泡生成量的前提下，濃度越低、加入量越少則反應越慢。通過上述措施使發(fā)泡過程盡可能均勻緩和，從而在高溫條件下也可以形成細密、有效的敏化氣泡體系。

3 配方及工藝

配方優(yōu)化結合實際儲存期要求，主要考慮了減少酸性促進劑量，進一步降低乳化基質黏度、增加流動性，降低綜合成本等。經(jīng)過實驗室研究及現(xiàn)場實驗，最終確定配方及工藝參數(shù)見表2。

表2 工藝配方及工藝參數(shù)

配方的主要特點是組分少、成本低，基質具有較好的流動性，并大幅降低了酸性促進劑的量。實際爆破中，制備的基質敏化后裝入水孔一周后仍可正常起爆。

現(xiàn)場混裝高溫敏化工藝流程見圖1。

圖1 現(xiàn)場混裝高溫敏化工藝流程

4 敏化工藝參數(shù)優(yōu)化

采用高溫基質進行現(xiàn)場敏化、裝藥時，為了使乳化基質能夠穩(wěn)定、均勻地發(fā)泡，使炸藥具有合適的最終密度(1.1～1.25 g/cm3)，必須優(yōu)化原敏化工藝參數(shù)，主要對發(fā)泡液濃度、添加量進行了優(yōu)化，使整個發(fā)泡、輸送過程匹配、順暢。根據(jù)經(jīng)驗及應用條件，選定6組實驗組合，進行對比實驗，考察合適的發(fā)泡液濃度和添加量，主要結果見表3。

表3 不同發(fā)泡液濃度和添加量下發(fā)泡結果

注：爆速測試采用Φ70 mm pvc管。

實際生產(chǎn)中，基質在產(chǎn)出、裝車、運送至現(xiàn)場使用過程中，溫度會降至約70 ℃。有時根據(jù)生產(chǎn)安排基質也會隔夜使用，此時基質溫度更低，大約在60 ℃。因此發(fā)泡溫度主要取70 ℃和60 ℃。雖然這兩個溫度不能囊括所有使用溫度，但如果在這兩個溫度下發(fā)泡正常、密度適宜，則基本能夠滿足現(xiàn)場裝藥爆破的需求。

由表3數(shù)據(jù)可知，在選定的濃度和加量范圍內，二者的影響都很顯著。使用濃度為1∶8的發(fā)泡液，1%的添加量下，發(fā)泡速度、密度較為適宜；在基質溫度由70 ℃降至60 ℃后，20 min內密度仍能降至1.25 g/cm3以下，也具有穩(wěn)定的爆速。如果使用濃度為1∶4的發(fā)泡液，同樣加量下發(fā)泡速度過快；而選用濃度1∶12的發(fā)泡液，則發(fā)泡又太慢。因此綜合考慮發(fā)泡速度與炸藥密度，生產(chǎn)選用1∶8濃度的發(fā)泡液，添加量按1%標定。

5 敏化裝置

裝藥車現(xiàn)場裝藥時通過靜態(tài)混合器將基質和發(fā)泡液進行混合，應用高溫敏化工藝時，對靜態(tài)混合器的位置進行了調整：將其由輸藥軟管出口處改裝在基質螺桿泵出口處。經(jīng)過改裝，較高濃度的發(fā)泡液雖然量少，但也能混合的比較均勻，避免了發(fā)泡液加到水環(huán)中時高溫下快發(fā)堵管的情況。從實際使用效果看，經(jīng)配方優(yōu)化后的基質黏度較低，流動性好，能夠很好地與發(fā)泡液進行混合；在Φ50 mm軟管內的輸送比較順暢，如果采用Φ38 mm的軟管則配合水環(huán)輸送效果較好。產(chǎn)出的炸藥敏化效果良好，性能滿足國標要求。

6 應用情況

6.1 產(chǎn)品性能

目前，內蒙古盛安化工烏拉特中旗分公司現(xiàn)場混裝乳化炸藥生產(chǎn)點采用高溫敏化技術進行生產(chǎn)。地面站生產(chǎn)基質密度約1.35 g/cm3，產(chǎn)品性能見表4。

6.2 裝藥情況

該場點裝藥車輸藥軟管主要有2種規(guī)格，一種是內徑Φ38 mm軟管，另一種是內徑Φ50 mm軟管。這兩種軟管的裝藥參數(shù)見表5。裝藥時，乳化基質通過靜態(tài)混合器與發(fā)泡液混合后進入炮孔，在炮孔中形成乳化炸藥。

表4 產(chǎn)品性能

注：現(xiàn)場裝藥爆速實測采用Φ150 mm pvc管。

表5 裝藥參數(shù)

使用Φ38 mm軟管裝藥效率較低，裝藥壓力較大；使用Φ50 mm軟管裝藥效率提升明顯，但工人送管、收管勞動強度相對較大，圖2為裝藥現(xiàn)場，工人將輸藥軟管拖出20余米后向炮孔中裝藥。無論使用何種軟管，與人工裝藥相比，使用裝藥車的裝藥效率均大幅提升，且減少了現(xiàn)場作業(yè)人員數(shù)量，綜合經(jīng)濟效益顯著。

6.3 爆破效果

爆破服務對象為太平礦業(yè)烏拉特中旗金礦，炮孔巖性為頁巖，硬度6。裝藥炮孔直徑Φ120～140 mm，孔深7～8 m，回填高度3～4 m。圖3為爆破前作業(yè)面打好炮孔待裝藥，圖4為爆破后礦石破碎情況。

圖2 裝藥現(xiàn)場

圖3 待裝藥作業(yè)面

圖4 裝藥爆破后礦石破碎情況

爆破結果表明，應用高溫敏化現(xiàn)場混裝乳化炸藥，起爆穩(wěn)定，起爆后塊度均勻、無大塊、易鏟運，爆破效果良好。截至目前已生產(chǎn)及使用炸藥已超過30 000 t，給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟、安全效益。

7 結 論

1) 在北方高寒地區(qū)，BCJ-3型散裝乳化炸藥裝藥車應用高溫敏化工藝技術后，發(fā)泡快速、穩(wěn)定均勻，10 min后炸藥密度即可達到1.1～1.25 g/cm3，炸藥性能穩(wěn)定，爆速可達4 200～4 500 m/s,可實現(xiàn)一套配方及敏化工藝一年四季通用。

2) 配方不加或少加酸性促進劑，配合小劑量高濃度發(fā)泡液，可有效進行發(fā)泡，發(fā)泡液濃度選用1∶8比例，添加量約1%。

3) 敏化靜態(tài)混合器安裝位置由輸藥軟管出藥端口改裝至車載螺桿泵出口處，基質輸送效果良好，發(fā)泡液混合均勻。

4) 采用高溫敏化工藝的BCJ-3型散裝乳化炸藥裝藥車,在露天礦山中小直徑炮孔爆破中使用效果好，裝藥效率高，冬季炸藥性能穩(wěn)定，綜合效益顯著。