炸藥垂直輸送系統在謙比希銅礦東南礦體的應用*

蔣先堯，胡國斌，盧二偉，姚松

(中色非洲礦業有限公司， 贊比亞 基特韋 22592)

0 引言

乳化炸藥是以無機含氧酸鹽水溶液為分散相，以不溶于水的可液化的碳質燃料為連續相，借助乳化劑的乳化作用形成乳膠基質，再與敏化劑進行混合反應，經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，生產成本低和不含敏感物質等特點，被廣泛應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新建礦山，生產水平最深超過1000 m，設計采選能力為10 000 t/d，使用乳化炸藥爆破，達產后每月所需乳化炸藥約為200 t。

與斜坡道運輸相比，采用罐籠下放乳化炸藥不僅效率低、成本高，而且勞動強度相對較高，但是東南礦體無通達地表的斜坡道，為實現炸藥的安全高效運輸，謙比希銅礦東南礦體通過在軟件、設備、系統等方面的投入，采用炸藥垂直輸送系統將乳膠基質與敏化劑垂直輸送至井下，提高了乳化炸藥的運輸能力。該系統自2020年3月投入使用以來，很好地保證了東南礦體炸藥運輸的安全性，節省了時間，降低了成本，更好地保障了生產對炸藥的需求，取得了非常明顯的效益。

1 工藝流程與主要系統

1.1 炸藥垂直輸送工藝流程

炸藥垂直下放系統主要由地面炸藥轉送站、垂直下放管路和地下炸藥儲存站組成，通過該系統將炸藥的乳膠基質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與敏化劑運輸至爆破作業現場，通過裝藥管將其混裝入炮孔內，在炮孔內完成敏化，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

1.2 炸藥垂直輸送系統

根據東南礦體一期開采范圍南、北采區主要生產、運輸水平，乳膠基質、敏化劑通過地表轉運站垂直下放至680水平，到達680水平后，通過閥門控制與泄壓裝置，繼續下放至980水平。

（1）數字化、可視化炸藥垂直輸送管理系統。通過簡單易懂的人機界面（簡稱HMI）（見圖2），可以掌握整個炸藥垂直輸送系統的整體狀況。HMI包括系統簡介、乳膠基質與敏化劑輸送狀態與控制界面、井下轉運站監測監控界面、問題診斷界面等，通過簡單易懂的圖標、按鈕實現整個系統的清晰簡單的監測監控。

（2）地表轉運站。通過乳化炸藥地表運輸車將乳膠基質與敏化劑泵送至地表乳膠基質儲存罐與敏化劑儲存罐內，其中乳膠基質儲存罐容量為30 t，敏化劑儲存罐容量為2000 L。

圖2 炸藥垂直輸送系統可視化管理界面

（3）乳膠基質與敏化劑的垂直輸送。研究表明，乳膠基質屬于流動性較差的賓漢姆流體，為了獲得穩定的流動性，露天礦的乳化炸藥現場混裝車一般采用“水環潤滑減阻技術”，以實現長距離輸送[7-9]。東南礦體與乳化炸藥供應商的合作，通過調整乳膠基質的制備配方，同時在地表提高乳膠基質的溫度至45℃～70℃，增強其流動性。通過在乳膠基質儲存罐底部安裝轉子泵，不僅可以加強其流動性，穩定輸送壓力，并且可以通過配合流量計，實時監控乳膠基質的輸送量。而敏化劑的流動性好，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，乳膠基質與敏化劑分別儲存在680水平與980水平轉運站的儲存罐中，每個轉運站乳膠基質儲存罐的容量為20 t。敏化劑儲存罐的容量為1000 L。

（5）井下運輸。謙比希銅礦東南礦體掘進、中深孔采場的裝藥爆破作業采用裝藥車裝藥。通過裝藥車將轉運站的乳膠基質與敏化劑運輸至作業面開展爆破作業。

2 炸藥垂直輸送安全管理

謙比希銅礦在東南礦體炸藥垂直輸送系統的應用中，總結出很多具有指導意義的現場安全管理經驗。

（1）不同用戶不同權限與安全確認機制。針對不同層級的用戶設定不同的使用、修改和調節權限，不同層級用戶的許可權限見表1。

（2）確認操作的安全機制。炸藥垂直輸送系統屬于特種運輸的一種，需要在設計系統之初充分考慮每一個步驟執行的安全性。操作員在執行每一步的操作后，所選擇的操作不會立即執行，而是系統會彈出一個確認窗口，需要操作員再三確認，點擊執行按鈕后，所選擇的操作才會被執行。該安全確認機制借鑒了通信領域的確認字符機制，以期排除客觀因素干擾，排除人為誤操作造成的安全事故，增強系統運行的可靠性。

表1 不同層級用戶的許可權限

（3）炸藥系統的安全互鎖。在緊急情況下或者系統故障出現的情況下，通過系統設計的安全互鎖，可以起到保護作用。安全互鎖在緊急情況下可以關閉輸送泵、馬達等，系統的運行必須在確認故障、排除故障，確保系統可繼續正常運行才能恢復到正常狀態。

（4）定期安全培訓。炸藥垂直輸送屬于特種材料的運輸范疇，謙比希銅礦通過加強安全培訓，普及安全生產知識，對相關的安全法規與標準進行強化教育，通過對整個炸藥垂直系統的標準操作流程加以培訓，保證了操作員按照規范、要求進行輸送作業，做到了系統運行的穩定與安全。

3 炸藥垂直輸送系統的優勢

（1）提高炸藥下放效率。東南礦體無斜坡道通達地表，在炸藥垂直輸送系統投用之前，主要使用特制的炸藥罐，通過副井罐籠運輸至井下。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。東南礦體僅有一個下放人員、設備和材料的副井，副井運行壓力很大。而通過副井下放炸藥效率低、費時費力，無法滿足每月200 t的炸藥供應。隨著炸藥垂直輸送系統的投入使用，并經過調試優化、改進操作流程，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投用后，炸藥下放效率顯著提高。

（2）保障乳化炸藥質量。在未采用炸藥垂直輸送系統之前，東南礦體采用地表炸藥運輸車泵送乳膠基質與敏化劑至乳膠基質儲存罐與敏化劑罐中，再將其通過井筒罐籠運輸至井下，在此過程中，乳膠基質儲存罐容易受到地表揚塵、井筒滲水、井底車場環境等因素的污染，進而影響炸藥質量。而炸藥垂直輸送系統相對封閉，輸送系統與豎井井筒相互獨立，互不影響，排除了環境因素對乳膠基質、敏化劑的影響，保證了混裝炸藥的質量。

圖3 謙比希銅礦東南礦體炸藥輸送效率

（3）提高安全性。通過總結現場安全管理經驗，實現了炸藥垂直輸送系統的安全運行。同時整個輸送系統安裝有流量計、壓力傳感器、溫度傳感器等檢測監控裝置，可以實時掌控輸送狀態。乳膠基質與敏化劑獨立輸送，避免在裝藥作業前的混合反應，安全性高。

4 結語

結合炸藥垂直輸送系統在謙比希銅礦的應用，總結炸藥垂直輸送系統的安全管理以及炸藥垂直輸送系統的優勢，實踐表明，該系統具有炸藥輸送效率高、炸藥質量有保障、安全性高的明顯優勢，可供其他類似大型礦山參考借鑒。