液混式膨化硝銨炸藥工藝設備的炸藥制備及監控

劉勛文，鄧紅峰，劉曉虎，高潮，何文 (新疆天河化工有限公司，新疆 庫車 842000)

1 液混式膨化硝銨炸藥工藝設備的主要技術特點

（1）自動化、連續化進料、結晶、出料，單套結晶機產能可達3.0 t/h，同時充分保證了制藥工房定量小于1.5 t，裝藥包裝工房定量小于1 t，配合自動化全線控制，懸掛輸送、自動包裝和機器人裝車，生產線已達到民爆行業技術指導意見三期目標的相關要求。

（2）自主創新研發設計制作的50～120 m3液態硝酸銨儲存罐具備自動溫控、內循環混合系統、液位監控、溫度監控聯鎖和消防雨淋安全聯鎖安全系統，在公司生產線已經成功應用10年，進一步減少作業人員。

（3）氧化劑硝酸銨、可燃劑油相與膨化劑通過液液相混合，所得炸藥的爆炸性能及抗水性能明顯提高。

（4） 采用真空干燥結晶工藝，配合出料螺旋主動式出料，采用上下料倉串接，實現連續進料、小批量間斷出料，延長了單位體積物料的干燥時間，確保了炸藥中的水分含量低，產品質量穩定，出料過程順暢可靠，后續物料定量穩定。

2 液混式膨化硝銨炸藥工藝設備的炸藥制備

2.1 配料

2.1.1 水相配料及其工藝參數

水相配料原料包括硝酸銨溶液、固態硝酸銨、擴散劑。生產線采用外購液態硝酸銨，直接儲存在液態硝酸銨儲存罐中，根據生產需要隨時放到水相罐中備用；固態硝酸銨備用，用于調整水相密度；水相暫存罐硝酸銨溶液密度符合要求后，加入擴散劑，水相配制完畢；

硝酸銨溶液儲罐溶液溫度：115～130 ℃；濃度：92%～94%；

硝酸銨溶液暫存罐濃度：92%～94%；

硝酸銨溶液暫存罐溫度：120～130 ℃；密度：1.415～1.425 g/cm3；

2.1.2 油相配料及其工藝參數

油相配料包括一體化油相、專用脂和膨化劑。油相根據配方要求購買原材料進行自行配制或采購一體化油相，溶解備用。

油相熔化罐溫度：85～105 ℃；密度：0.83～0.86 g/cm3；重量：≤900 kg

油相暫存罐溫度：75～95 ℃；重量：≤450 kg

2.2 制藥

2.2.1 水相、油相混合、泵送

混合器由驅動電機、罐體、攪拌裝置和保溫裝置四個部分組成，采用敞開、立式結構設計，水、油相按一定比例從混合器進口連續進入混合器后，通過攪拌漿的機械攪拌、剪切和混合作用，對水相、油相進行均勻混合，制得一種乳濁液，經出料口自流至螺桿泵接料漏斗，再通過螺桿泵送至結晶機結晶[1]。

2.2.2 結晶

膨化結晶機由罐體、結晶盤、主軸驅動系統、出料螺旋系統、真空系統及下料倉裝置六部分組成。采用立式結構設計。水油相混合物料經螺桿泵輸送至罐體，經出料口產生細流均勻噴灑于膨化結晶機結晶盤上，在一定的真空條件下瞬間膨化結晶形成均勻、細小、松散的膨化硝銨炸藥制品[2]。瞬間膨化結晶的膨化炸藥制品隨結晶盤旋轉一周充分排水結晶，再經出料螺旋輸送并落入下料倉，通過上下料倉交替在自重的作用下完成出料，從而實現連續結晶及出料。

2.2.3 工藝參數

水相泵輸出壓力：≤0.6 MPa；油相泵輸出壓力：≤0.25 MPa；

混合器軸位移：≤500 μm；溫度：≤133 ℃；

螺 桿 泵 壓 力：≤0.4 MPa；溫 度：≤133℃；空 載：≤0.05 MPa；

膨化結晶機膨化溫度：≤95 ℃；冷凝器溫度：≤100 ℃；膨化結晶機正常結晶真空度不得低于-0.090 MPa，瞬間不得低于-0.088 MPa；各上料倉進料交替時間不得超過1 min；

木粉定量輸送螺旋木粉溫度：≤80 ℃；水分：≤2%；應確保單罐進料水相流量:≥1 022 kg/h，≤3 067 kg/h。

干燥輸送螺旋蒸汽壓力：0.15～0.40 MPa；

無木粉膨化半成品藥水分：0.10%～0.12%；

有木粉膨化半成品藥密度：0.45～0.65 g/cm3；水分：≤0.18%；密度：0.4～0.6 g/cm3；

懸掛輸送系統每斗接料：≤500 kg

2.2.4 裝藥包裝、成品裝車

經過篩藥、降溫冷卻，進入到自動裝藥生產線，即送袋機、裝袋機、縫袋機；裝藥完成后，經皮帶輸送機組到成品暫存庫，由機器人裝車。

裝藥溫度：≤55℃；

大包裝藥機壓力：0.45～0.6 MPa；

大包藥水分：≤0.22%；密度：0.5～0.7 g/cm3

3 炸藥制備的監控

采用自動控制及全線視頻監控系統，對膨混生產全過程實現遠程操作控制、在線修改功能，可根據需要隨時調節產能，具有查詢、存儲、統計、打印、操作授權等功能，對生產過程中的流量、溫度、真空度、電機電流、泵送壓力等參數進行在線實時顯示、監控，并設置了可靠的溫度、壓力、電機保護、消防等安全聯鎖設施。生產現場自動控制系統配合全線視頻監控系統，確保了生產現場更加安全。

4 炸藥成品的爆破效果觀察

4.1 和乳化炸藥性能比較

液混式膨化硝銨炸藥工藝設備生產的炸藥其爆力強，爆速、猛度弱，密度小，相關檢驗數據如表1所示。

表1 液混式膨化硝銨炸藥和乳化炸藥性能比較

4.2 爆破實地觀察

（1）無水孔膨化硝銨占優勢：單耗低、裝藥快、安全。

到使用本炸藥的A廠進行實地走訪，該廠孔網參數：臺階高度L14 m，孔徑φ140 mm，孔深H16～16.5 m(含超深h2～2.5 m)，裝藥長度Lb12～12.5 m，填塞長度L14 m，炮孔孔排距a*b為6*5 m，三角形布孔，布三排孔；每孔裝4箱乳化炸藥和3袋膨化大藥，炸藥單耗經計算為0.18 kg/t。

和現場爆破負責人交流得知他們喜歡用膨化硝銨炸藥，認為其比乳化炸藥好裝藥，爆破效果亦不比乳化炸藥差，目前不全部用膨化炸藥主要原因有二：一是春夏季炮孔有水[3]；二是目前購買炸藥審批流程至少得提前一天定好購買炸藥規格和數量，如果全部購買膨化炸藥后，第二天下雨，炮孔集水則不能使用膨化炸藥。張工表示如果能做到當天購買炸藥后早上就能送到爆破工地，無雨天他肯定選擇全部使用膨化硝銨炸藥。

(2)有水孔乳化炸藥占優勢；堅硬巖石膨化硝銨炸藥無優勢，會出現沖孔和“壓死”現象

走訪位于江西的一家地下開采鎢礦的公司，該公司原來使用乳化炸藥進行洞采，第一次使用本產品膨化炸藥，有十幾個工作面，有地下采場和巷道掘進采面，孔徑約40 mm，孔深約2 m，孔距約20 cm，梅花布孔，孔向斜上，反向起爆。該礦反映所有工作面使用膨化不夠力，爆破后殘留根底，如果以距孔底第2根藥為起爆藥，第1根藥范圍內巖石炸不開；如果以第3根藥為起爆藥，前2根藥范圍巖石炸不開；我們親自下到地下約100 m一個工作面，礦區所說情況屬實，我們也發現地下巖石很堅硬，打炮眼鉆工也說這是最硬巖石了，根據以上情況，我們認為巖石太硬，導致孔底膨化炸藥爆炸時可能出現兩種情況：一是膨化炸藥燥速不高，在堅硬巖石引起縫隙過少，爆炸能外泄導致巖石炸不開；二是可能孔底膨化炸藥因孔底巖石過硬藥卷受壓導致“壓死”現象，炸藥性能未充分釋放（這種可能性相對小），經過討論，我們建議用戶將乳化小藥和膨化小藥搭配混用，孔底起爆藥用乳化小藥，其它用膨化小藥，膨化小藥優勢在于密度小，作功能力強，一個炮孔可省約20%藥量（其它礦區經驗）。

4.3 結果總結

（1）膨化硝銨炸藥較乳化炸藥密度低，爆力強，裝同樣炮孔單耗更小，在爆破中低等硬度巖石爆破效果更好，如新豐石灰巖石場；

（2）膨化硝銨炸藥較乳化炸藥好裝藥入孔，快速安全。實際爆破作業中炮工用繩索掛乳化炸藥入孔，炮孔深時容易出現藥卷卡孔或者脫落堵孔，處理堵塞炮孔耗時，特別有些定時爆破作業不得不延時爆破，耽誤工期；

（3）由韶化公司本系統生產的液混式膨化硝銨炸藥較其它硝銨類粉狀炸藥爆速更高，抗水性更好，潮濕炮孔爆破有優勢；

（4）爆破理論和試驗表明：工業炸藥的威力取決于其沖量大小，而不在于其脈沖壓力大小，前者取決于炸藥爆破能量大小和作用時間長短，后者取決于爆速，工業炸藥有用機械功的能量取決于炸藥的爆熱和比容，膨化硝銨炸藥比乳化炸藥做功能力更強，爆速適中。

（5）為提高炸藥使用效果，和用戶一起努力盡快縮短膨化硝銨炸藥到爆破工地時間，爭取用膨化硝銨炸藥裝填無水孔爆破；用戶有時反饋膨化硝銨炸藥大包藥出現結塊、硬化現象，需向用戶說明這種現象的產生原因有二：

庫存一星期大包藥結塊、硬化：生產質量控制出問題，用戶可提出退貨。

熱天庫存一、二個月結塊、硬化：存在假結塊現象，由于膨化硝銨炸藥微粉塵多，庫房環境溫度高，大包藥受壓后微粉塵起到粘結作用，造成結塊現象，尤其堆垛底部大包藥結塊明顯，以致于認為大包藥硬化。建議用戶采取兩種處理方式：膨化硝銨炸藥熱天少庫存；假結塊炸藥用力晃動后結塊藥自然散開，不影響裝藥和炸藥性能，切忌直接倒藥入孔導致堵孔。

5 結語

綜上，液混式膨化硝銨炸藥較其它硝銨類粉狀炸藥爆速更高，抗水性更好，對潮濕炮孔爆破有優勢；推廣膨化硝銨炸藥到巖石硬度較高爆破作業場所，如鎢礦、花崗巖礦，需對現場爆破情況作充分了解，建議用戶混搭乳化炸藥使用，可以在保證同樣爆破效果下，降低用戶成本，操作方便，值得推廣。