蔣先堯,胡國斌,盧二偉,姚松
(中色非洲礦業(yè)有限公司, 贊比亞 基特韋 22592)
乳化炸藥是以無機(jī)含氧酸鹽水溶液為分散相,以不溶于水的可液化的碳質(zhì)燃料為連續(xù)相,借助乳化劑的乳化作用形成乳膠基質(zhì),再與敏化劑進(jìn)行混合反應(yīng),經(jīng)過敏化作用而制成的一種油包水型乳脂狀混合炸藥[1-6]。因其具有優(yōu)良的爆轟性能和良好的抗水性能,并且加工工藝和組分簡單,生產(chǎn)成本低和不含敏感物質(zhì)等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于礦山或其他工程爆破中[1-6]。
謙比希銅礦位于贊比亞剛果銅礦帶中部謙比希盆地北部邊沿。東南礦體為謙比希銅礦的一個(gè)新建礦山,生產(chǎn)水平最深超過1000 m,設(shè)計(jì)采選能力為10 000 t/d,使用乳化炸藥爆破,達(dá)產(chǎn)后每月所需乳化炸藥約為200 t。
與斜坡道運(yùn)輸相比,采用罐籠下放乳化炸藥不僅效率低、成本高,而且勞動(dòng)強(qiáng)度相對較高,但是東南礦體無通達(dá)地表的斜坡道,為實(shí)現(xiàn)炸藥的安全高效運(yùn)輸,謙比希銅礦東南礦體通過在軟件、設(shè)備、系統(tǒng)等方面的投入,采用炸藥垂直輸送系統(tǒng)將乳膠基質(zhì)與敏化劑垂直輸送至井下,提高了乳化炸藥的運(yùn)輸能力。該系統(tǒng)自2020年3月投入使用以來,很好地保證了東南礦體炸藥運(yùn)輸?shù)陌踩?,?jié)省了時(shí)間,降低了成本,更好地保障了生產(chǎn)對炸藥的需求,取得了非常明顯的效益。
炸藥垂直下放系統(tǒng)主要由地面炸藥轉(zhuǎn)送站、垂直下放管路和地下炸藥儲存站組成,通過該系統(tǒng)將炸藥的乳膠基質(zhì)與敏化劑分別輸送至井下的炸藥儲存站,通過裝藥車將乳膠基質(zhì)與敏化劑運(yùn)輸至爆破作業(yè)現(xiàn)場,通過裝藥管將其混裝入炮孔內(nèi),在炮孔內(nèi)完成敏化,形成乳化炸藥[6],其基本工藝流程見圖1。
圖1 炸藥垂直輸送工藝流程
根據(jù)東南礦體一期開采范圍南、北采區(qū)主要生產(chǎn)、運(yùn)輸水平,乳膠基質(zhì)、敏化劑通過地表轉(zhuǎn)運(yùn)站垂直下放至680水平,到達(dá)680水平后,通過閥門控制與泄壓裝置,繼續(xù)下放至980水平。
(1)數(shù)字化、可視化炸藥垂直輸送管理系統(tǒng)。通過簡單易懂的人機(jī)界面(簡稱HMI)(見圖2),可以掌握整個(gè)炸藥垂直輸送系統(tǒng)的整體狀況。HMI包括系統(tǒng)簡介、乳膠基質(zhì)與敏化劑輸送狀態(tài)與控制界面、井下轉(zhuǎn)運(yùn)站監(jiān)測監(jiān)控界面、問題診斷界面等,通過簡單易懂的圖標(biāo)、按鈕實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的清晰簡單的監(jiān)測監(jiān)控。
(2)地表轉(zhuǎn)運(yùn)站。通過乳化炸藥地表運(yùn)輸車將乳膠基質(zhì)與敏化劑泵送至地表乳膠基質(zhì)儲存罐與敏化劑儲存罐內(nèi),其中乳膠基質(zhì)儲存罐容量為30 t,敏化劑儲存罐容量為2000 L。
圖2 炸藥垂直輸送系統(tǒng)可視化管理界面
(3)乳膠基質(zhì)與敏化劑的垂直輸送。研究表明,乳膠基質(zhì)屬于流動(dòng)性較差的賓漢姆流體,為了獲得穩(wěn)定的流動(dòng)性,露天礦的乳化炸藥現(xiàn)場混裝車一般采用“水環(huán)潤滑減阻技術(shù)”,以實(shí)現(xiàn)長距離輸送[7-9]。東南礦體與乳化炸藥供應(yīng)商的合作,通過調(diào)整乳膠基質(zhì)的制備配方,同時(shí)在地表提高乳膠基質(zhì)的溫度至45℃~70℃,增強(qiáng)其流動(dòng)性。通過在乳膠基質(zhì)儲存罐底部安裝轉(zhuǎn)子泵,不僅可以加強(qiáng)其流動(dòng)性,穩(wěn)定輸送壓力,并且可以通過配合流量計(jì),實(shí)時(shí)監(jiān)控乳膠基質(zhì)的輸送量。而敏化劑的流動(dòng)性好,可通過自流的方式輸送至井下。
(4)井下炸藥儲存。通過地表至井下輸送管路,乳膠基質(zhì)與敏化劑分別儲存在680水平與980水平轉(zhuǎn)運(yùn)站的儲存罐中,每個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站乳膠基質(zhì)儲存罐的容量為20 t。敏化劑儲存罐的容量為1000 L。
(5)井下運(yùn)輸。謙比希銅礦東南礦體掘進(jìn)、中深孔采場的裝藥爆破作業(yè)采用裝藥車裝藥。通過裝藥車將轉(zhuǎn)運(yùn)站的乳膠基質(zhì)與敏化劑運(yùn)輸至作業(yè)面開展爆破作業(yè)。
謙比希銅礦在東南礦體炸藥垂直輸送系統(tǒng)的應(yīng)用中,總結(jié)出很多具有指導(dǎo)意義的現(xiàn)場安全管理經(jīng)驗(yàn)。
(1)不同用戶不同權(quán)限與安全確認(rèn)機(jī)制。針對不同層級的用戶設(shè)定不同的使用、修改和調(diào)節(jié)權(quán)限,不同層級用戶的許可權(quán)限見表1。
(2)確認(rèn)操作的安全機(jī)制。炸藥垂直輸送系統(tǒng)屬于特種運(yùn)輸?shù)囊环N,需要在設(shè)計(jì)系統(tǒng)之初充分考慮每一個(gè)步驟執(zhí)行的安全性。操作員在執(zhí)行每一步的操作后,所選擇的操作不會立即執(zhí)行,而是系統(tǒng)會彈出一個(gè)確認(rèn)窗口,需要操作員再三確認(rèn),點(diǎn)擊執(zhí)行按鈕后,所選擇的操作才會被執(zhí)行。該安全確認(rèn)機(jī)制借鑒了通信領(lǐng)域的確認(rèn)字符機(jī)制,以期排除客觀因素干擾,排除人為誤操作造成的安全事故,增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
表1 不同層級用戶的許可權(quán)限
(3)炸藥系統(tǒng)的安全互鎖。在緊急情況下或者系統(tǒng)故障出現(xiàn)的情況下,通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安全互鎖,可以起到保護(hù)作用。安全互鎖在緊急情況下可以關(guān)閉輸送泵、馬達(dá)等,系統(tǒng)的運(yùn)行必須在確認(rèn)故障、排除故障,確保系統(tǒng)可繼續(xù)正常運(yùn)行才能恢復(fù)到正常狀態(tài)。
(4)定期安全培訓(xùn)。炸藥垂直輸送屬于特種材料的運(yùn)輸范疇,謙比希銅礦通過加強(qiáng)安全培訓(xùn),普及安全生產(chǎn)知識,對相關(guān)的安全法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行強(qiáng)化教育,通過對整個(gè)炸藥垂直系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)操作流程加以培訓(xùn),保證了操作員按照規(guī)范、要求進(jìn)行輸送作業(yè),做到了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定與安全。
(1)提高炸藥下放效率。東南礦體無斜坡道通達(dá)地表,在炸藥垂直輸送系統(tǒng)投用之前,主要使用特制的炸藥罐,通過副井罐籠運(yùn)輸至井下。雖然在2019年12月通過改裝使用更大的炸藥罐,但是效率依然很低。東南礦體僅有一個(gè)下放人員、設(shè)備和材料的副井,副井運(yùn)行壓力很大。而通過副井下放炸藥效率低、費(fèi)時(shí)費(fèi)力,無法滿足每月200 t的炸藥供應(yīng)。隨著炸藥垂直輸送系統(tǒng)的投入使用,并經(jīng)過調(diào)試優(yōu)化、改進(jìn)操作流程,炸藥下放效率得到明顯提升。
圖3為2019年11月—2020年6月的裝藥下放記錄,可以看出2020年3月炸藥垂直輸送系統(tǒng)投用后,炸藥下放效率顯著提高。
(2)保障乳化炸藥質(zhì)量。在未采用炸藥垂直輸送系統(tǒng)之前,東南礦體采用地表炸藥運(yùn)輸車泵送乳膠基質(zhì)與敏化劑至乳膠基質(zhì)儲存罐與敏化劑罐中,再將其通過井筒罐籠運(yùn)輸至井下,在此過程中,乳膠基質(zhì)儲存罐容易受到地表揚(yáng)塵、井筒滲水、井底車場環(huán)境等因素的污染,進(jìn)而影響炸藥質(zhì)量。而炸藥垂直輸送系統(tǒng)相對封閉,輸送系統(tǒng)與豎井井筒相互獨(dú)立,互不影響,排除了環(huán)境因素對乳膠基質(zhì)、敏化劑的影響,保證了混裝炸藥的質(zhì)量。
圖3 謙比希銅礦東南礦體炸藥輸送效率
(3)提高安全性。通過總結(jié)現(xiàn)場安全管理經(jīng)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了炸藥垂直輸送系統(tǒng)的安全運(yùn)行。同時(shí)整個(gè)輸送系統(tǒng)安裝有流量計(jì)、壓力傳感器、溫度傳感器等檢測監(jiān)控裝置,可以實(shí)時(shí)掌控輸送狀態(tài)。乳膠基質(zhì)與敏化劑獨(dú)立輸送,避免在裝藥作業(yè)前的混合反應(yīng),安全性高。
結(jié)合炸藥垂直輸送系統(tǒng)在謙比希銅礦的應(yīng)用,總結(jié)炸藥垂直輸送系統(tǒng)的安全管理以及炸藥垂直輸送系統(tǒng)的優(yōu)勢,實(shí)踐表明,該系統(tǒng)具有炸藥輸送效率高、炸藥質(zhì)量有保障、安全性高的明顯優(yōu)勢,可供其他類似大型礦山參考借鑒。