散装乳化炸药地下装药车在Kinsenda铜矿斜坡道工程中的应用

2016-12-09漳立永

西部探矿工程 2016年11期

关键词：炮孔装药斜坡

尹　健，漳立永

（铜冠矿建刚果<金>有限公司，安徽铜陵244000）

散装乳化炸药地下装药车在Kinsenda铜矿斜坡道工程中的应用

尹健*，漳立永

（铜冠矿建刚果<金>有限公司，安徽铜陵244000）

随着无轨设备在地下矿山的推广使用，以及20世纪80年代前后乳化炸药的迅速崛起，加拿大、瑞典、南非等矿业发达国家为适应其大型地下矿山开采作业的需要，研制并推广使用了散装炸药地下装药车，且相关产品已形成系列化。自20世纪80年代初始，国内多个设计单位先后研制了多种类型的地下装药车，并在一些地下矿山使用，推动了国内装药车技术的发展，但是与发达国家相比尚存有较大的差距，尤其在掘进作业中小直径炮孔装药车方面。2013年铜冠矿建股份有限公司在承建的南非Metorex公司刚果（金）Kinsenda铜矿斜坡道工程掘进施工过程中，与南非AEL公司合作，成功引进和应用了散装乳化炸药地下装药车技术，提高了爆破作业效率，加快了施工进度，取得了良好的效果。

乳化炸药；地下矿山；斜坡道；装药车；掘进；爆破

随着凿岩台车、铲运机、矿用卡车等地下无轨设备的推广使用，以及20世纪80年代前后乳化炸药的迅速崛起，加拿大、瑞典、南非等矿业发达国家为适应其大型地下矿山开采作业的需要，研制并推广使用了散装炸药地下装药车，且相关产品已形成系列化。我国散装炸药地下装药车的使用，始于20世纪80年代初长沙矿山机械厂BC-1、BC-2型地下装药车的研制及其工业化试验，之后国内多个设计单位先后研制了多种类型的地下装药车，如马鞍山矿山院研制的DZY220型铵油炸药地下装药车、长沙矿山研究院研制的JFZ600型铵油炸药地下装药车、北京矿业研究总院研制的BCJ-4型地下乳化炸药装药车[1]，并在一些地下矿山使用，推动了国内装药车技术的发展，但是与发达国家相比尚存有较大的差距，尤其在掘进作业中小直径炮孔装药车方面。

2013年铜冠矿建股份有限公司在承建的南非Metorex公司刚果（金）Kinsenda铜矿斜坡道工程中，与南非AEL公司合作，成功引进和应用了散装乳化炸药地下装药车技术，提高了爆破作业效率，加快了施工进度，取得了良好的效果。

1　散装乳化地下装药车简介

散装乳化炸药地下装药车是集乳化炸药原材料运输、混制及装填于一体的井下特种无轨机械设备，通常在地表设有与之相配套的地面贮存站。地面贮存站主要用于贮存乳化基质和敏化剂等乳化炸药原材料。地下装药车与地面贮存站共同组成散装炸药的贮存、运输、混制及装填的地下机械化装药系统，与常规的人工装药相比，具有如下优势：

（1）机械化程度高，可以提高工作效率，降低工人劳动强度。

（2）安全可靠。装药车料仓内盛装的不是成品炸药，而是炸药的原料原材料；只有当原材料在现场混制装入炮孔、发泡10～20min后才在炮孔中形成炸药；地面贮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药，取代了炸药加工厂和火药库，既降低了风险等级，也减少了地表设施建设费用。

（3）容易装填。散装炸药产品的炮孔装填流畅均匀，不同于包装好的炸药产品，在手工装药时会出现的药包卡孔现象[2]。

（4）节约成本。与传统的药卷装药方式相比，散装炸药的耦合性明显提高，可改善孔网参数的设置，减少炸药的使用量，节约成本。

（5）自动化程度高，装药车设有PLC控制箱，可实现全过程的控制，具有装药量的现场设定、孔数单孔装药量记忆及装药量累加功能，计量准确，装药效率高。

2　Kinsenda铜矿斜坡道工程概况

2013年铜冠矿建股份有限公司承建的南非Metorex公司刚果（金）Kinsenda铜矿斜坡道工程为矿山基建的关键工程之一，斜坡道设计净断面为5m×5m，坡度为8°，从地表至209mL中段之间的斜坡道长度约1550m，巷道根据围岩情况的不同而采取钢支架、锚网或锚网喷等不同的支护型式。斜坡道掘进施工采用无轨设备机械化施工，其中凿岩设备采用的是瑞典阿特拉斯产S1D凿岩台车，钻凿直径45mm炮孔。

根据刚果（金）有关法律法规的规定，以及当地的实际社会治安情况，现场提供的炸药为散装乳化炸药，炸药生产商为南非AEL Mining Services公司（简称AEL公司）；另在合同中已约定：散装炸药地面贮存站由业主负责提供，而地下装药车则由承包商自行解决。

3　散装乳化炸药的选择

南非AEL公司是在非洲一家较为有名的爆破器材供应商，其生产的炸药产品已经系列化，目前生产的散装乳化炸药主要有UG100系列、UG200系列。根据乳化基质及敏化剂的不同，UG100系列分为UG100乳化基质炸药和UG100S乳化基质炸药，UG200系列分为UG200乳化基质炸药和UG201S乳化基质炸药，具体详见图1。

图1　散装乳化炸药类型图

根据刚果（金）有关法律要求，结合现场的凿岩工艺，选择的散装乳化炸药为配GS15敏化剂的UG200乳化基质炸药，其有关性能参数如下：

（1）传爆能量（100MPa）2.3MJ/kg；

（2）相对有效能量（在100MPa压力下，与ANFO相比）82%；

（3）相对体积强度（在100MPa压力下，与ANFO相比）117%；

（4）3乳化基质密度1.41～1.47g/cc，敏化剂密度1.00～1.15g/cc；

（5）爆轰速度3700～5000m/s；/段落>

（6）防水性能优良，达到7天；/段落>

（7）地表存贮时间及温度：乳化基质6个月，敏化剂3个月，温度0℃～40℃。

4　散装乳化地下装药车的选择及改造

南非AEL公司除了提供炸药等产品外，还能提供地下装药车等设备，或者根据客户要求而提供技术服务。根据多年的生产经验，AEL地下装药车的配置已实现了模块化，主要包括牵引车和装药泵两个模块。牵引车模块是地下炸药车的动力提供模块，其不仅承担将炸药泵模块的运输，还为炸药泵模块提供工作动力；装药泵模块主要作用是散装炸药原材料的存储、混制及炸药装填进入炮孔内。表1为推荐的模块配置表，用户可根据需要进行灵活的选择和调整。

表1　装药车模块推荐配置表

根据AEL公司所提出的技术要求，考虑到现场已有的一台铜冠机械生产的UC-1型升降平台车可改造为牵引车，为减少设备采购成本，铜冠矿建股份有限公司决定：（1）选择并购置AEL公司生产的装药泵；（2）改造UC-1型升降平台车，使之成为地下装药车的牵引车。

4.1装药泵的选择

装药泵主要由原材料存储箱及水箱、乳化基质泵送系统、敏化剂泵送系统、混料敏化系统和控制系统等组成。原材料存储箱及水箱主要包括乳化基质存储箱、敏化剂存储箱、润滑水箱、冲洗水箱；乳化基质泵送系统采用螺旋泵或活塞泵输送，泵自身装有压力保护装置，对输药压力设有超压、欠压保护；敏化剂泵送系统采用柱塞式计量泵，通过流量计和管路中的电磁阀控制敏化剂的加入量；混料敏化系统通过装药软管上专用混合器实现敏化剂同乳化基质的充分输送、混合、敏化；控制系统采用PLC单片机、电液比例阀、压力传感器等控制、监控部件，对整个装药系统进行控制，对输入速度、输入量进行控制，并对各关键点进行实时监控。

装药泵是地下装药车的核心模块，其安全性对使用操作过程极为重要的，因此装药泵设有多道安全保护装置，主要包括：（1）减压块；（2）压力传感器；（3）泄压阀；(4）紧急制动按钮；(5）乳化基质箱体安全玻璃；(6）PLC延时启动，延时时间10s；(7）PLC自动计时停机，时间2.5min。通过前述各种安全装置，实现了各关键部位超温、超压、断料等情况下的安全保护，以及PLC自动控制系统的整车全面监控和自动停车报警。

根据乳化基质存储箱的存储量不同，装药泵分为0.75t、0.9t、1.5t、2t、2.5t、3t和4t等不同型号。考虑到掘进过程中每次装药量，兼顾到后期采矿工程上向炮孔的装填需要，以及UC-1型升降平台车的发动机功率，装药泵选用可存储1.5t乳化基质的装药泵，乳化基质输送泵为螺旋泵，其工作流程详见图2。