遠程配送現場混裝乳化炸藥性能的研究

2021-03-08 00:52:36姚普華耿忠寶石留貴蔡敬國

現代礦業 2021年1期

章磊姚普華耿忠寶石留貴蔡敬國

(1.北京奧信化工科技發展有限責任公司；2.中剛開發股份有限公司)

乳化基質遠程配送是近年來國外較先進的炸藥生產和服務方式，是將乳化炸藥生產集中在一處，然后根據需求在爆破、采礦點附近建多個基質配送站，即基質儲罐，分別為不同區域內的爆破作業點提供炸藥供應服務，每個儲罐可為該區域的多個爆破作業點提供炸藥供應服務；當前，國內普遍在大型礦山附近建設乳化炸藥地面站，其特點是距離近，供應方便，但隨著采礦業的發展，礦山分布相對分散，采用依據采礦點建設炸藥生產點的方案經濟性差。為滿足分散礦山對炸藥的需求，國外逐漸開展了乳化基質遠程配送解決方案的研究，即集中生產乳化炸藥，建設多個基質配送點，為多個礦區的客戶提供服務，目前西方發達國家許多公司都采用這種方式為爆破提供服務，這既是一種先進的炸藥供應方式，也是一種發展趨勢。

剛果金是礦產豐富的非洲國家，因富產銅鈷礦而聞名世界，從剛果金的盧本巴希市到科盧韋齊市300 km的沿途布滿了大大小小的礦山企業，數量多達幾十個。

為滿足爆破作業點多而分散的爆破作業需求，某公司立項進行了遠程配送現場混裝乳化炸藥的研究，在剛果金的利卡西市和科盧韋齊市各建設一個乳化炸藥生產基地，在科盧韋齊和盧本巴希分別建立多個基質配送點(儲罐)，將利卡西生產的乳化基質運送到各基質配送點，再配送給各爆破作業點，這樣可減少生產點，節約投資，特別是在建設初期，可快速占領市場。

因此，通過剛果金這個平臺，研究和應用乳化基質遠程配送技術，并配套研究常溫敏化技術，對于解決剛果金多點分散礦區的炸藥供應是一種節省投資、見效快、多快好省的解決方案，是滿足市場需求，保證炸藥供應的一種行之有效的方法。

1 研制目標

(1)乳化基質經過500 km運輸后沒有變質。

(2)現場混裝乳化炸藥性能指標應符合《工業炸藥通用技術條件》(G28286—2012)的要求。見表1。

表1 遠程配送乳化炸藥指標

(3)乳化基質經4次泵送而未出現析晶變質，滿足多次泵送的要求。

(4)在17～20 ℃常溫敏化，敏化密度符合裝藥要求，試驗爆速合格，制備的炸藥滿足爆破要求。

(5)基質儲存期4個月后不析晶。

2 研制途徑

2.1 提高乳化基質穩定性原理

乳化炸藥的乳化體系是一種過飽和的氧化劑鹽溶液組成的、水相高度分散在由碳氫燃料油(或蠟)組成的油相所形成的不穩定體系，隨著時間的推移，過飽和的氧化劑鹽最終是要從油包水體系中析出而使乳化體系破壞，使炸藥失去感度[1]。分散相重心的移動速度可以用以下公式表示[1]。

式中，V為分散相的總體積，m3；η為連續相的密度，kg/m3；g為重力加速度,m/s2；ni為液珠個數；ri為液珠半徑,m；ρ1為分散相密度，kg/m3；ρ2為連續相密度，kg/m3。

從式(1)可以看出，乳化基質的液珠半徑越小，分散相與連續相的密度差越小，連續相的黏度越大，乳狀液就越難分層，其穩定性越好。

2.2 配制遠程配送基質的方法

普通的現場混裝乳化炸藥儲存性能不好，對抗顛簸、泵送性能要求不高，對乳化基質油相界面膜強度[2]要求不高，而遠程配送乳化基質需要有長的儲存期，而且要耐受多次泵送和長距離運輸的顛簸后乳化基質不析晶，并保證用于爆破應用，而高的界面膜強度通常會使乳化基質具有高的黏度，使得泵送及輸送困難，也使常溫敏化變得較難進行，影響使用效果，這就需要選擇乳化能力強、乳化后穩定性好的乳化劑及配置合理的油相材料比例[2]，使得制備的乳化基質具有好的抗顛簸能力和好的耐泵送能力，又具有好的流動性，保證現場混裝裝藥順利，采用高分子酯類乳化劑來保證乳化性能、提高界面膜強度，配置合理比例的礦物油及柴油調節黏度保證流動性，來達到研制目標。

3 試驗部分

3.1 乳化基質黏度調試

合適的乳化基質黏度是保證現場混裝乳化炸藥順利使用的基礎，共調整3個配方，對抗顛簸性能及裝藥進行了試驗，以確定基礎配方。

表2的試驗表明，配方3具有良好的使用性能，可以開展后續試驗。

表2 黏度調試試驗

3.2 抗剪切試驗

將制備的基質進行抗剪切試驗，將基質裝入5 mL一次性注射器中，突然施壓，壓力3.5 kg/cm2,讓基質噴射出來，再用顯微分析析晶情況,見圖1～圖4。

圖1 未噴射試驗的基質

圖2 3次噴射試驗后的基質

圖3 7次噴射試驗后的基質

圖4 8次噴射試驗后的基質

圖1～圖3表明基質析晶很少，不到1%的析晶面積，低于5%的臨界析晶面積，圖4析晶面積在10%以上，說明基質已經失效(按照路博潤公司判斷標準，低于析晶5%，基質可用于爆破，5%～10%處于臨界狀態，小心使用，大于10%基質失效，不可用)，說明該基質經受7次剪切還能正常應用。

3.3 儲存試驗

剛果金有旱季與雨季之分，旱季5個月左右，旱季現場混裝炸藥用量較少，乳化基質有可能儲存一段時間，最長3個月左右。所以，為保證乳化基質經過儲存后能正常使用，將乳化基質儲存4個月后觀察狀態，圖5是乳化基質儲存138 d后的顯微照片，析晶面積非常微小，滿足儲存4個月要求。

圖5 乳化基質儲存后顯微照片

3.4 多次泵送試驗

將乳化基質生產完畢，首先泵送到儲罐，在通過儲罐泵送到基質運輸車，再通過基質運輸車泵送到乳化炸藥混裝車，最后泵送到炮孔，經過4次泵送，完成裝藥29 t，在TFM礦山順利完成爆破，爆破效果良好，無大塊。

3.5 抗顛簸試驗

為實現遠程配送的需要，通常要將乳化基質運輸到幾百公里以外的基質儲存點進行儲存配送，試驗中，將基質運輸517 km后，再進行裝藥爆破，效果很好，圖6是短距離運輸爆破效果，圖7是長距離運輸后的爆破效果，兩者基本沒有差別。

圖6 運輸70 km后爆破效果

圖7 運輸517 km后爆破效果

3.6 常溫敏化試驗

為滿足多個作業點的爆破需求，通常將乳化基質先生產放置在儲罐內，在經運輸車配送到基質儲存點，最后裝混裝車運到爆破作業地點進行爆破，乳化基質在運輸儲存的過程中，溫度會降低，有時會達到常溫，隨著溫度的降低，基質黏度會增加，70～80 ℃時，基質黏度通常在28 000～44 000 mPa·s,當溫度降低到17～20 ℃，黏度會增加到100 000～135 000 mPa·s，使用的敏化方式通常是敏化劑加催化劑，在溫度較高時，敏化劑在催化劑的作用下，與基質中游離硝酸銨反應很快[3]，在低溫時，反應速度明顯降低，如果常溫敏化不能保證密度降低到合理范圍，達到需要的效果[4]，將很難實現遠程配送爆破服務，對于不同的孔深參數，乳化炸藥的密度應該在20～30 min內控制在1.00～1.22 g/m3，圖8是密度控制走勢圖，20 min密度為1.10 g/cm3,30 min密度為1.05 g/cm3，說明常溫敏化符合裝藥爆破要求。