复合乳化剂在德兴铜矿预装药应用研究

张文辉

(江西铜业集团公司德兴铜矿，江西德兴 334224)

1 引言

德兴铜矿作为我国最大的露天铜矿，具有矿石储量大、埋藏浅、品位低等特点［1］。根据这一特点，德兴铜矿选择了大规模开采这一经济路线，到2012年，已形成年采剥总量1.255亿t生产能力［2］。以此相应，爆破规模日益增加，年消耗乳化炸药约4万t左右，年爆破频次高达1200余次。

随着矿山开采深度的不断延深，采区作业面日益狭窄，对设备、人员避炮提出高要求;同时大型采矿设备频繁走动，势必造成设备不必要的损耗;采矿作业流程中断，严重影响采矿设备的作业台效。以此，如何高效、安全实施爆破，同时减少爆破对采矿生产影响，是德兴铜矿必须面对的现实问题。因此，德兴铜矿开展了乳化炸药预装用乳化剂在德兴铜矿的研究试验，从延长乳化炸药在炮孔内的贮存时间入手，达到爆破作业高效化和提高矿山大型设备作业效率的目的［3］。

2 现状

德兴铜矿在1986年引进美国Ireco公司适合现场混装的乳化炸药1116系列配方。其配方特点为:组份简单、含水量大，炸药的流动性好等特点［4］。但是，1116防自燃系列乳化炸药在炮孔内贮存的时间只有24h，超过这个时间该乳化炸药不处于最佳状态。主要是存储时间超过24h，导致1116防自燃系列乳化炸药里悬浮的硝酸铵结晶体与氧化剂溶液混合，引起油膜发生形变和收缩，导致部分或全部破坏其氧化剂与可燃剂接触充分而生成致密的的物理结构，引起爆炸性能、抗水性能和稳定性能的恶化，从而影响炸药质量稳定性［5］。如果炸药在炮孔内贮存时间达3d(72h)之久，该乳化炸药爆炸威力明显下降，甚至有部分炮孔内炸药会发生拒爆。德兴铜矿经过多次试验、分析，发现该乳化炸药最佳的质量状态是:乳化炸药经炸药车初步制成到该乳化炸药药温降到环境温度为止，这个时间段的炸药爆速高，威力大、质量最好。当炸药温度降到与环境温度之后的时间里，随着时间延长，炸药质量就开始降低。试验结果证明1116防自燃系列乳化炸药只能在 24h 内使用［6］。

3 室内试验

3.1 试验方案

采用对比试验方法。在1116防自燃系列乳化炸药配方中，其它原料配比不变，只有1/2的S-80乳化剂被等量的复合乳化剂取代(表1)。

表1 对比试验配方

任何一个多种原料的炸药配方中，都必须使之趋于零氧平衡状态。由于炸药的包装，使用环境及启爆方法等等不同，在露天深孔爆破中，要使炸药配方略趋于负氧平衡状态，即负氧率为总负氧平衡数的4±2%为最佳。如此炸药启爆后会迅速形成爆轰波(表2)。

表2 各种原材料氧平衡数

根据表1的原材料比例和表2中各原料的氧平衡数可计算出:

(1)纯S-80乳化剂配方中的氧平衡数:

负氧率=0.00515÷0.14515×100%≈3.6%

(2)S-80+复合乳化剂配方中的氧平衡数:

负氧率=0.009125÷0.149125×100%≈6.0%

计算结果表明这两种配方中负氧率都在2%～6%的范围内，采用该配方进行炸药试验是可行的。

3.2 试验仪器及要求

(1)千瓦可调变频搅拌机1台;

(2)铝合金锅1只:容量8L;

(3)可调加热装置1台;

(4)计量仪器约干(秒表、转速仪等);

(5)试验场所必须符合国家法律规定的安全要求，并通过国家验收准予使用的场所;

(6)试验人员必须持证上岗;

(7)试验时使用的爆破器材必须遵守危险物品管理规定。

3.3 试验数据

根据表一中的配方做了6个样品，每个配方做了3个样品进行比对，观察复合乳化剂是否能使炸药的贮存时间延长。如果炸药贮存时间越长而爆速没有明显降低，说明该炸药稳定性好、贮存时间长。6个样品爆速数据如下(表3)。

表3 样品爆速数据

4 工业试验

4.1 试验准备

2013年6月份，德兴铜矿开展了预装药工业试验，其目的是:⑴检测1116复合油相在炸药预装试验中的可行性;⑵在可行的基础上实现炸药和爆破生产的均衡。试验材料为:1116复合添加剂2t，炸药量45t。

4.2 试验方案

本次试验采用连续两天采用本次复合油相，预装和现装结合，不影响正常的生产爆破。

工业试验一:2013年6月22日，爆破工段在富家坞采区13#钻实施了预装药。该面炮孔呈南西方向，孔网7×9m2，岩石性质为Ⅲ类岩。此次实施预装药的炸药共15t，预装药炮孔数共19个。9#炸药车在爆堆的西北角逐孔装药。每孔装药量为中间650kg，后排未减药。炮孔充填高度为7.8～8.5m，装药当天并未实际充填。当天进行了爆速测试，爆速达4700m/s多。2013年6月23日，对该面炮剩余孔实施了现场装药和爆破。现场施工中对6月22日预装药炮孔重新量了充填高度，充填高度较22日减少了0.5～0.8m，原因是预装炸药再次发泡导致充填高度降低。

爆破效果:整体松散性好、破碎充分，隆起起度较高。根据跟踪电铲铲挖效果，预装药区域爆破效果与正常装药区域的爆破效果一致(图1)。

图1 13#钻爆破网络图

工业试验二:2013年7月1日，在富家坞采区15#钻实施了预装药。该面炮孔呈南西方向，孔网7×8m2，岩石性质为Ⅱ类岩。此次实施预装药的炸药共30t，预装药炮孔数共42个，充填高度为中间8～9m，侧后排8.3～9.5m。2013年7月3日，该面炮实施了爆破。现场施工中对部分预装药炮孔重新量了充填，发现充填高度比前天减少了0.6～0.8m。原因是预装炸药再次发泡导致充填高度降低。

爆破效果:整体松散性好、破碎充分，隆起起度较高。根据跟踪电铲铲挖效果，预装药区域爆破效果与正常装药区域的爆破效果一致(图2)。

图2 17#钻爆破网络图

5 结语

经过室内试验和工业试验，我们认为:⑴添加复合乳化剂的乳化炸药在储存稳定性方面明显优于没有添加复合乳化剂的常规乳化炸药;⑵添加复合乳化剂的乳化炸药储存于酸性水中的炸药损失比没有添加复合乳化剂的化乳化炸药损失小，说明乳胶包裹可靠，在储存于酸性水中3d后，没有被酸性水破坏的炸药性能，爆速都在4300m/s以上，说明炸药质量仍然良好;⑶工业试验表明，在进行预装1～3d后，没有产生底板抬高，大块和根底与现装比没有明显的增加，爆堆规整，后沟明显，爆破效果良好，满足预装药爆破的需要。

［1］李毅.矿床地质模型在德兴铜矿边际品位优化的应用［J］.采矿技术，2011，11(4):44-46.

［2］李国平.德兴铜矿富家坞采区坑采空区处理方案探讨［J］.铜业工程，2008，(3):10-14.

［3］程根祥.影响德兴铜矿爆破效果的因素分析及改进［J］.现代矿业，2011，(2):105-106.

［4］邹招保.现场混装炸药车安全性探讨［J］.铜业工程，2008，(2):23-27.

［5］程根祥 邹招保.现场混装炸药车生产工艺对炸药质量的影响及改进［J］.现代矿业，2011，4(4):98-99.

［6］王华.高威力机械化预装安全乳化炸药的研究与应用［D］.赣州:江西理工大学，2011:14-17.