散裝乳化炸藥地下裝藥車在Kinsenda銅礦斜坡道工程中的應(yīng)用

尹　健，漳立永

（銅冠礦建剛果<金>有限公司，安徽銅陵244000）

散裝乳化炸藥地下裝藥車在Kinsenda銅礦斜坡道工程中的應(yīng)用

尹健*，漳立永

（銅冠礦建剛果<金>有限公司，安徽銅陵244000）

隨著無軌設(shè)備在地下礦山的推廣使用，以及20世紀(jì)80年代前后乳化炸藥的迅速崛起，加拿大、瑞典、南非等礦業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家為適應(yīng)其大型地下礦山開采作業(yè)的需要，研制并推廣使用了散裝炸藥地下裝藥車，且相關(guān)產(chǎn)品已形成系列化。自20世紀(jì)80年代初始，國(guó)內(nèi)多個(gè)設(shè)計(jì)單位先后研制了多種類型的地下裝藥車，并在一些地下礦山使用，推動(dòng)了國(guó)內(nèi)裝藥車技術(shù)的發(fā)展，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比尚存有較大的差距，尤其在掘進(jìn)作業(yè)中小直徑炮孔裝藥車方面。2013年銅冠礦建股份有限公司在承建的南非Metorex公司剛果（金）Kinsenda銅礦斜坡道工程掘進(jìn)施工過程中，與南非AEL公司合作，成功引進(jìn)和應(yīng)用了散裝乳化炸藥地下裝藥車技術(shù)，提高了爆破作業(yè)效率，加快了施工進(jìn)度，取得了良好的效果。

乳化炸藥；地下礦山；斜坡道；裝藥車；掘進(jìn)；爆破

隨著鑿巖臺(tái)車、鏟運(yùn)機(jī)、礦用卡車等地下無軌設(shè)備的推廣使用，以及20世紀(jì)80年代前后乳化炸藥的迅速崛起，加拿大、瑞典、南非等礦業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家為適應(yīng)其大型地下礦山開采作業(yè)的需要，研制并推廣使用了散裝炸藥地下裝藥車，且相關(guān)產(chǎn)品已形成系列化。我國(guó)散裝炸藥地下裝藥車的使用，始于20世紀(jì)80年代初長(zhǎng)沙礦山機(jī)械廠BC-1、BC-2型地下裝藥車的研制及其工業(yè)化試驗(yàn)，之后國(guó)內(nèi)多個(gè)設(shè)計(jì)單位先后研制了多種類型的地下裝藥車，如馬鞍山礦山院研制的DZY220型銨油炸藥地下裝藥車、長(zhǎng)沙礦山研究院研制的JFZ600型銨油炸藥地下裝藥車、北京礦業(yè)研究總院研制的BCJ-4型地下乳化炸藥裝藥車[1]，并在一些地下礦山使用，推動(dòng)了國(guó)內(nèi)裝藥車技術(shù)的發(fā)展，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比尚存有較大的差距，尤其在掘進(jìn)作業(yè)中小直徑炮孔裝藥車方面。

2013年銅冠礦建股份有限公司在承建的南非Metorex公司剛果（金）Kinsenda銅礦斜坡道工程中，與南非AEL公司合作，成功引進(jìn)和應(yīng)用了散裝乳化炸藥地下裝藥車技術(shù)，提高了爆破作業(yè)效率，加快了施工進(jìn)度，取得了良好的效果。

1　散裝乳化地下裝藥車簡(jiǎn)介

散裝乳化炸藥地下裝藥車是集乳化炸藥原材料運(yùn)輸、混制及裝填于一體的井下特種無軌機(jī)械設(shè)備，通常在地表設(shè)有與之相配套的地面貯存站。地面貯存站主要用于貯存乳化基質(zhì)和敏化劑等乳化炸藥原材料。地下裝藥車與地面貯存站共同組成散裝炸藥的貯存、運(yùn)輸、混制及裝填的地下機(jī)械化裝藥系統(tǒng)，與常規(guī)的人工裝藥相比，具有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）機(jī)械化程度高，可以提高工作效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）安全可靠。裝藥車料倉(cāng)內(nèi)盛裝的不是成品炸藥，而是炸藥的原料原材料；只有當(dāng)原材料在現(xiàn)場(chǎng)混制裝入炮孔、發(fā)泡10～20min后才在炮孔中形成炸藥；地面貯存站只是存放非爆炸性原材料或者非爆炸性的半成品，而非具有爆炸性的炸藥，取代了炸藥加工廠和火藥庫(kù)，既降低了風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，也減少了地表設(shè)施建設(shè)費(fèi)用。

（3）容易裝填。散裝炸藥產(chǎn)品的炮孔裝填流暢均勻，不同于包裝好的炸藥產(chǎn)品，在手工裝藥時(shí)會(huì)出現(xiàn)的藥包卡孔現(xiàn)象[2]。

（4）節(jié)約成本。與傳統(tǒng)的藥卷裝藥方式相比，散裝炸藥的耦合性明顯提高，可改善孔網(wǎng)參數(shù)的設(shè)置，減少炸藥的使用量，節(jié)約成本。

（5）自動(dòng)化程度高，裝藥車設(shè)有PLC控制箱，可實(shí)現(xiàn)全過程的控制，具有裝藥量的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定、孔數(shù)單孔裝藥量記憶及裝藥量累加功能，計(jì)量準(zhǔn)確，裝藥效率高。

2　Kinsenda銅礦斜坡道工程概況

2013年銅冠礦建股份有限公司承建的南非Metorex公司剛果（金）Kinsenda銅礦斜坡道工程為礦山基建的關(guān)鍵工程之一，斜坡道設(shè)計(jì)凈斷面為5m×5m，坡度為8°，從地表至209mL中段之間的斜坡道長(zhǎng)度約1550m，巷道根據(jù)圍巖情況的不同而采取鋼支架、錨網(wǎng)或錨網(wǎng)噴等不同的支護(hù)型式。斜坡道掘進(jìn)施工采用無軌設(shè)備機(jī)械化施工，其中鑿巖設(shè)備采用的是瑞典阿特拉斯產(chǎn)S1D鑿巖臺(tái)車，鉆鑿直徑45mm炮孔。

根據(jù)剛果（金）有關(guān)法律法規(guī)的規(guī)定，以及當(dāng)?shù)氐膶?shí)際社會(huì)治安情況，現(xiàn)場(chǎng)提供的炸藥為散裝乳化炸藥，炸藥生產(chǎn)商為南非AEL Mining Services公司（簡(jiǎn)稱AEL公司）；另在合同中已約定：散裝炸藥地面貯存站由業(yè)主負(fù)責(zé)提供，而地下裝藥車則由承包商自行解決。

3　散裝乳化炸藥的選擇

南非AEL公司是在非洲一家較為有名的爆破器材供應(yīng)商，其生產(chǎn)的炸藥產(chǎn)品已經(jīng)系列化，目前生產(chǎn)的散裝乳化炸藥主要有UG100系列、UG200系列。根據(jù)乳化基質(zhì)及敏化劑的不同，UG100系列分為UG100乳化基質(zhì)炸藥和UG100S乳化基質(zhì)炸藥，UG200系列分為UG200乳化基質(zhì)炸藥和UG201S乳化基質(zhì)炸藥，具體詳見圖1。

圖1　散裝乳化炸藥類型圖

根據(jù)剛果（金）有關(guān)法律要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的鑿巖工藝，選擇的散裝乳化炸藥為配GS15敏化劑的UG200乳化基質(zhì)炸藥，其有關(guān)性能參數(shù)如下：

（1）傳爆能量（100MPa）2.3MJ/kg；

（2）相對(duì)有效能量（在100MPa壓力下，與ANFO相比）82%；

（3）相對(duì)體積強(qiáng)度（在100MPa壓力下，與ANFO相比）117%；

（4）3乳化基質(zhì)密度1.41～1.47g/cc，敏化劑密度1.00～1.15g/cc；

（5）爆轟速度3700～5000m/s；/段落>

（6）防水性能優(yōu)良，達(dá)到7天；/段落>

（7）地表存貯時(shí)間及溫度：乳化基質(zhì)6個(gè)月，敏化劑3個(gè)月，溫度0℃～40℃。

4　散裝乳化地下裝藥車的選擇及改造

南非AEL公司除了提供炸藥等產(chǎn)品外，還能提供地下裝藥車等設(shè)備，或者根據(jù)客戶要求而提供技術(shù)服務(wù)。根據(jù)多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，AEL地下裝藥車的配置已實(shí)現(xiàn)了模塊化，主要包括牽引車和裝藥泵兩個(gè)模塊。牽引車模塊是地下炸藥車的動(dòng)力提供模塊，其不僅承擔(dān)將炸藥泵模塊的運(yùn)輸，還為炸藥泵模塊提供工作動(dòng)力；裝藥泵模塊主要作用是散裝炸藥原材料的存儲(chǔ)、混制及炸藥裝填進(jìn)入炮孔內(nèi)。表1為推薦的模塊配置表，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行靈活的選擇和調(diào)整。

表1　裝藥車模塊推薦配置表

根據(jù)AEL公司所提出的技術(shù)要求，考慮到現(xiàn)場(chǎng)已有的一臺(tái)銅冠機(jī)械生產(chǎn)的UC-1型升降平臺(tái)車可改造為牽引車，為減少設(shè)備采購(gòu)成本，銅冠礦建股份有限公司決定：（1）選擇并購(gòu)置AEL公司生產(chǎn)的裝藥泵；（2）改造UC-1型升降平臺(tái)車，使之成為地下裝藥車的牽引車。

4.1裝藥泵的選擇

裝藥泵主要由原材料存儲(chǔ)箱及水箱、乳化基質(zhì)泵送系統(tǒng)、敏化劑泵送系統(tǒng)、混料敏化系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。原材料存儲(chǔ)箱及水箱主要包括乳化基質(zhì)存儲(chǔ)箱、敏化劑存儲(chǔ)箱、潤(rùn)滑水箱、沖洗水箱；乳化基質(zhì)泵送系統(tǒng)采用螺旋泵或活塞泵輸送，泵自身裝有壓力保護(hù)裝置，對(duì)輸藥壓力設(shè)有超壓、欠壓保護(hù)；敏化劑泵送系統(tǒng)采用柱塞式計(jì)量泵，通過流量計(jì)和管路中的電磁閥控制敏化劑的加入量；混料敏化系統(tǒng)通過裝藥軟管上專用混合器實(shí)現(xiàn)敏化劑同乳化基質(zhì)的充分輸送、混合、敏化；控制系統(tǒng)采用PLC單片機(jī)、電液比例閥、壓力傳感器等控制、監(jiān)控部件，對(duì)整個(gè)裝藥系統(tǒng)進(jìn)行控制，對(duì)輸入速度、輸入量進(jìn)行控制，并對(duì)各關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

裝藥泵是地下裝藥車的核心模塊，其安全性對(duì)使用操作過程極為重要的，因此裝藥泵設(shè)有多道安全保護(hù)裝置，主要包括：（1）減壓塊；（2）壓力傳感器；（3）泄壓閥；(4）緊急制動(dòng)按鈕；(5）乳化基質(zhì)箱體安全玻璃；(6）PLC延時(shí)啟動(dòng)，延時(shí)時(shí)間10s；(7）PLC自動(dòng)計(jì)時(shí)停機(jī)，時(shí)間2.5min。通過前述各種安全裝置，實(shí)現(xiàn)了各關(guān)鍵部位超溫、超壓、斷料等情況下的安全保護(hù)，以及PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的整車全面監(jiān)控和自動(dòng)停車報(bào)警。

根據(jù)乳化基質(zhì)存儲(chǔ)箱的存儲(chǔ)量不同，裝藥泵分為0.75t、0.9t、1.5t、2t、2.5t、3t和4t等不同型號(hào)。考慮到掘進(jìn)過程中每次裝藥量，兼顧到后期采礦工程上向炮孔的裝填需要，以及UC-1型升降平臺(tái)車的發(fā)動(dòng)機(jī)功率，裝藥泵選用可存儲(chǔ)1.5t乳化基質(zhì)的裝藥泵，乳化基質(zhì)輸送泵為螺旋泵，其工作流程詳見圖2。

圖2　裝藥泵工作流程圖

4.2升降平臺(tái)車的改造

UC-1型升降平臺(tái)車的發(fā)動(dòng)機(jī)為德國(guó)道依茨DEUTZ公司產(chǎn)F6L912W型發(fā)動(dòng)機(jī)，配置的變數(shù)箱為美國(guó)德納DANA公司產(chǎn)1201FT20321變速箱，輸出的液力可達(dá)到壓力160bar、20～100L/min。為滿足改造成為裝藥車的需要，依序進(jìn)行了如下改造工作：

（1）拆除原設(shè)備配置的升降平臺(tái)；

（2）加工制作裝藥泵的底板平臺(tái)，并固定在車輛主承載梁上；

（3）將裝藥泵安裝在底板平臺(tái)上；

（4）在原設(shè)備液力傳矩器上用于控制升降平臺(tái)的輸出口與裝藥泵動(dòng)力輸入接口之間，連接安裝液壓管路；

（5）對(duì)原設(shè)備的相關(guān)控制電路進(jìn)行相應(yīng)改造。

通過上述改造，實(shí)現(xiàn)了與1.5t乳化基質(zhì)裝藥泵的有效配置，泵藥能力達(dá)到30～80kg/min。

5　應(yīng)用效果

2014年12月銅冠礦建股份有限公司在Kinsenda斜坡道掘進(jìn)施工中，成功應(yīng)用了散裝乳化炸藥地下裝藥車裝藥爆破新工藝，爆破作業(yè)時(shí)間明顯縮短，爆破后巷道斷面滿足規(guī)范要求，大塊率明顯減少，取得了良好的成果。

[1]藏懷壯，李鑫，李國(guó)仲，龔兵，花寶玲.地下礦山炸藥裝藥車現(xiàn)狀與智能化發(fā)展[J].礦冶，2012（4）.

[2]孫偉博，邢軍，邱景平，宋守志.我國(guó)裝藥車的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].金屬礦山，2005（9）.

TD2

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1004-5716(2016)11-0147-03

2015-12-23

2015-12-24

尹健（1972-），男（漢族），安徽桐城人，助理工程師，現(xiàn)從事機(jī)電技術(shù)工作。