提高改性銨油炸藥在小直徑深孔爆破中的使用效果探討*

陳友民 王 軍 唐友生

湖南南嶺民用爆破器材股份有限公司(湖南永州，425202)

引言

改性銨油炸藥是一種無梯粉狀硝銨炸藥，它是借助表面活性劑和機械作用，使氧化劑硝銨具有足夠的細度(150～200目篩，200目篩下物≤15%)和活性，并使其晶體表面存在大量的“晶界”和“位錯”。將改性硝酸銨通過氣流粉碎干燥和球磨混藥連續(xù)工藝同優(yōu)選的還原劑混合，可以制得改性硝銨炸藥[1]。其突出特點是藥粉細度大，機裝藥卷密度較大(0.95～1.15g/cm3)，炸藥體積威力相對增大，特別適合小直徑淺孔(孔深≤5m)爆破和淺孔大塊石爆破；但其缺陷是隨著裝藥密度的增加，藥卷密度較大時,在小直徑(?32mm)深孔(孔深≥5m)爆破中(特別是f≥10巖石)，炸藥的起爆感度降低，對爆轟波不敏感，管道效應(yīng)非常明顯。爆破時藥卷易出現(xiàn)被 “壓死”現(xiàn)象，造成改性炸藥傳爆長度差(一般傳爆長度≤5m)，并伴有“殘藥”和“熄爆”現(xiàn)象，爆破效果不理想。而乳化炸藥、膨化硝銨炸藥在小直徑深孔爆破效果較好，傳爆長度大，孔深在5～20m能完全爆轟，無“殘藥”現(xiàn)象發(fā)生。同時，其產(chǎn)品還存在易吸濕，質(zhì)量穩(wěn)定性較差等缺陷。

為了解決改性銨油炸藥存在的上述問題，采取了以下技術(shù)措施：(1)根據(jù)改性銨油炸藥和膨化硝銨密度特征，采取了兩者互補措施，研制出一種可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)該炸藥爆炸性能和密度，且適應(yīng)小直徑中深孔爆破的改性—膨化復(fù)配型炸藥；(2)提高炸藥抗水性能，增加蠟系材料，加強工藝控制；(3)輔助其它爆破技術(shù)措施。經(jīng)過用戶試驗，結(jié)果表明：這些措施能夠改善改性銨油炸藥在爆破中的缺陷，提高其在小直徑(?32mm)深孔(孔深≥5m)爆破效果及爆破安全本質(zhì)，滿足用戶要求。

1 提高改性銨油炸藥在小直徑中深孔爆破中的使用效果的技術(shù)措施

1.1 降低改性銨油炸藥的裝藥密度和減少管道效應(yīng)的理論依據(jù)

裝藥密度主要對炸藥的起爆感度影響較大。因此，在一般情況下，隨著裝藥密度的增加，炸藥的起爆感度會降低。這是因為裝藥密度增加，炸藥的結(jié)構(gòu)密實，炸藥表面的空隙率減少，既不利于能量的吸收,也不利于熱點的形成和火焰的傳播，對已生成的高溫燃燒產(chǎn)物也難以深入到炸藥的內(nèi)部。如果裝藥密度過大，則炸藥在受到一定的外界作用時就會發(fā)生“壓死現(xiàn)象”，并出現(xiàn)拒爆，即炸藥失去被引爆能力[2]。當(dāng)炮孔直徑與藥卷(包)直徑之間的間隙值在一定范圍內(nèi),其裝藥長度大于一定值時,常常會發(fā)生爆轟的中斷或爆轟轉(zhuǎn)變?nèi)紵默F(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為管道效應(yīng)。改性銨油炸藥的熱點非常不穩(wěn)定，當(dāng)炸藥密度大于臨界值時，炸藥的爆轟感度就會下降，造成爆轟波衰減或熄滅[2]。根據(jù)此原理，經(jīng)過各種材料試驗優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)利用改性硝銨炸藥和膨化硝銨的特性來降低炸藥密度，減少管道效應(yīng)效果非常明顯。

1.1.1改性硝銨炸藥和膨化硝銨的特性

改性銨油炸藥和膨化硝銨炸藥都是在一定工藝條件下，通過表面活性劑對硝銨進行改性處理，并與優(yōu)選的還原劑混合在一起形成混合炸藥。改性銨油炸藥和膨化硝銨炸藥都是在受到外界沖擊作用后，顆粒間的間隙和顆粒內(nèi)部的氣泡被絕熱壓縮成熱點，產(chǎn)生爆炸，符合熱點起爆機理[2]。它們具有吸濕速度慢，幾乎不結(jié)塊，貯存性能穩(wěn)定等物理特性，具有適中的爆轟感度和較高的爆轟速度，較大的爆熱，較多的爆炸氣體產(chǎn)物等爆炸特性[1]。不同之處是改性銨油炸藥是在氣流粉碎干燥工藝和機械作用下，使其有足夠細度、足夠大的裝藥密度(0.95～1.15g/cm3)和體積威力，但由于裝藥密度對炸藥的爆轟波感度影響較大，尤其粉狀無梯炸藥隨著裝藥密度的增加，炸藥的爆轟波感度會降低，甚至發(fā)生“壓死”現(xiàn)象。因此改性銨油炸藥裝藥密度應(yīng)控制在0.93～0.98g/cm3為宜。膨化硝銨是在表面活性劑作用下，通過硝銨強制發(fā)泡析晶等物理化學(xué)過程而形成輕質(zhì)疏松多孔的晶體(密度僅為0.45～0.60g/cm3)，由于用其制得的膨化硝銨炸藥裝藥密度偏低，僅為0.89～0.90g/cm3，使得該種炸藥體積威力相對減小，炮孔爆破有時使用效果不太理想。但由于其密度較小，藥卷不易在炮孔爆破時“壓死”，使得膨化硝銨炸藥在小直徑中深孔爆破中有著良好的感度，有足夠長的傳爆長度,能夠爆轟完全，無“殘藥”現(xiàn)象，用戶已適應(yīng)了膨化硝銨炸藥。針對它們的共性和差異，可將一定比例的膨化硝銨與改性銨油炸藥混合，使兩者的優(yōu)勢得以發(fā)揮，達到爆轟感度適中、密度適度、爆速提高、傳爆長度增加，從而適應(yīng)深孔爆破的目的，解決了改性硝銨炸藥在小直徑中深孔爆破中存在的問題。幾種炸藥的主要爆炸性能見表1。

表1 幾種巖石炸藥的主要爆炸性能(?32mm藥卷)

1.1.2改性—膨化硝銨復(fù)配型炸藥的配方及使用效果

在改性銨油炸藥生產(chǎn)線上直接把膨化硝銨加入到改性硝銨炸藥過篩輸送螺旋內(nèi)混拌(冷混)均勻。混拌量按20%～30%加入。為了確保混合炸藥的零氧平衡，改性銨油炸藥油相和木粉量應(yīng)向上限調(diào)整。混合炸藥試制后，測試其密度并分別在小直徑深孔爆破礦上進行爆破使用，效果較好，無“殘藥”和“熄爆”現(xiàn)象。實驗結(jié)果如表2所示。

2 提高改性銨油炸藥在小直徑深孔爆破效果的其它輔助技術(shù)

為了提高改性銨油炸藥在小直徑深孔爆破中的效果，除了上述配方調(diào)整措施外,亦可在爆破中采用以下輔助措施提高爆破效果：

(1)增加乳化炸藥起爆藥包。乳化炸藥具有良好的感度，具有高猛度、高爆速、耦合程度高等特點。試驗表明，利用乳化炸藥?32mm、200 g藥卷做起爆藥包，能帶動性能較差或炮孔深度≤7m改性銨油炸藥爆轟完全；

(2)采用反向起爆方式。反向起爆是將起爆藥包放在炮孔底的第二個藥包處，并將雷管聚能穴朝向孔口。實驗表明與正向起爆相比，反向起爆能夠提高炮孔利用率，減小巖石的破碎塊度，增大拋碴距離及降低炸藥消耗量。實踐還證明，巖石愈堅固，炸藥的爆速愈低及炮孔愈深時，反向爆破效果愈好[3]；

(3)采用多點起爆方式。根據(jù)國內(nèi)外的試驗資料，長條藥包爆破時，不論雷管聚能穴朝向何方，在起爆點前方和后方一定距離內(nèi)爆破效力最強，距爆源愈遠，爆破效果愈差。因此，在長度較大的長條藥包爆破中，應(yīng)采用多點起爆，以提高爆炸能量利用率[3]。為此，改性銨油炸藥最好每5 m炮孔裝藥長度采用一個起爆點，用乳化炸藥作起爆藥更好，能消除“殘藥”現(xiàn)象，提高傳爆長度及炮孔利用率；

(4)注意控制裝藥密度。改性銨油炸藥出廠時密度已為0.95～1.15g/cm3，如果在炮孔裝藥時過分壓緊，加上爆轟波的共同作用，導(dǎo)致其密度在1.20 g/cm3以上就不能起爆。為此，在裝藥時，應(yīng)適度用力，防止炮孔內(nèi)炸藥密度過大；

(5)裝藥后的堵塞、防水工作及耦合裝藥措施。炮孔裝藥后對堵塞的好壞與炸藥的爆炸效果有密切關(guān)系，與用藥量也有關(guān)系。不堵塞或堵塞不符合要求，會造成氣體往上逸出而影響爆破效果，不能獲得爆破預(yù)期要求。常用的堵塞材料有砂、巖粉和粘土等，通常不用稀軟的泥土作為堵塞炮泥，長度可取孔徑的20～35倍。杜絕用紙箱、中包袋替代炮泥。堵塞可以延長爆轟氣體作用時間，促使炸藥爆轟反應(yīng)完全。同時，在炮孔中有水時，除要做好炸藥防水(如塑料袋密封)外，盡可能使用電雷管和導(dǎo)爆管；裝藥時采取耦合裝藥，可提高爆破效果[3]。實驗結(jié)果見表3所示。

表2 改性—膨化復(fù)配型炸藥較佳的配方及性能、爆破效果(藥卷密度0.93～0.95g/cm3)

表3 其它輔助技術(shù)在中深孔中的爆破效果(藥卷?32 mm 、150 g、密度0.95～1.10g/cm3)

3 改性銨油炸藥質(zhì)量控制

3.1 加入抗水型復(fù)合油相，提高改性銨油炸藥抗水性

為了增強改性銨油炸藥的抗水性，最優(yōu)方法是選用抗水型復(fù)合油相。它具有較高的熱值，有利于在硝銨表面分散、鋪展和滲透;與硝銨表面具有較強的結(jié)合力和憎水能力[2]。其配比組成為: 復(fù)合油相60%～70%,蠟25%～30%,松香、硬脂酸、乳化劑0～10%。抗水型復(fù)合油相的加入，提高了產(chǎn)品爆炸性能和產(chǎn)品儲存穩(wěn)定性。

3.2 控制工藝溫度、球磨出料溫度和成品水分含量

實踐發(fā)現(xiàn)，改性硝銨粉末出料溫度、油相溫度及球磨出料溫度嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。復(fù)合油相與改性硝銨粉末在管道及輸送螺旋內(nèi)粗混時，復(fù)合油相與改性硝銨粉末是分離的，混合降溫過程中易形成5mm×8mm大小的油塊,它不能均勻吸附在硝銨粒子表面，形成液固相界面膜,溫度過低不利于混合均勻性，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量及爆破效果[2]。為此, 改性硝銨粉末溫度應(yīng)≥85℃,復(fù)合油相溫度≥90℃,球磨出料溫度≥50℃(低于50℃，產(chǎn)品性能嚴(yán)重下降，冬季生產(chǎn)應(yīng)特別注意此問題)。影響產(chǎn)品水分的主要因素為木粉自身帶入的水分，木粉水分每提高1%，產(chǎn)品水分將增加0.04%，木粉水分≤2.5%為佳。成品水分≤0.3%。定時分析組分配比是否合格，確保炸藥的零氧平衡。應(yīng)根據(jù)蒸汽壓力大小，適時調(diào)整硝銨加入流量,確保改性硝銨粉末水分合格。這些措施的實施有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

(1)通過在改性銨油炸藥中添加一定量膨化硝銨，可以降低其密度，提高深孔爆破效果，消除殘藥現(xiàn)象。

(2)用乳化炸藥做起爆藥包或多點起爆同樣能使改性銨油炸藥爆轟完全，達到理想爆破效果，可以解決改性銨油炸藥在小直徑深孔爆破中存在的不足。

(3)采取其它爆破技術(shù)施工措施，如控制裝藥密度、裝藥后的堵塞、注意防水、耦合裝藥等，能有效增強爆破效果。

(4)提高改性銨油炸藥的抗水性及控制球磨出料溫度和成品水分含量，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性。

[1] 劉連生，吳春平，汪旭光，等.粉狀改性硝酸銨感度特征試驗研究[J].爆破器材，2008，37(4)：6-8.

[2] 呂春緒,等.膨化硝銨炸藥[M].北京:兵器工業(yè)出版社,2001：226-291.

[3] 黃寅生.爆破技術(shù)[M].哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，2002：12-15.