乳化炸药不合格品对矿山安全生产影响研究

2019-02-25祁茂富

世界有色金属 2019年24期

祁茂富

（山西中煤平朔爆破器材有限责任公司，山西朔州 036000）

伴随国内社会经济的逐渐提高，我国对矿产资源的需求量也在逐年上涨，对此矿山的生产能力也必须随之提升，以此来适应社会对矿产资源的急切需求[1]。而想要增加矿产资源的生产力，主要手段就是提高矿山爆破技术，这意味着不仅仅需要扩大矿山炸药爆破的规模，还必须增加其次数，这其中对炸药的质量要求势必提高。可是现实是随着爆破规模和次数的增加，炸药问题也随之增多，出现了炸药质量不合格的现象，这就对矿山的安全产生重大影响。

乳化炸药作为一种内相过于饱和的氧化剂水溶液，外相则是连续油相所构成，通过乳化剂与乳化技术形成一种非牛顿热力型的不稳定体系，当体系内部不合格时，其乳胶颗粒就会发生一定程度的迁移，这就导致油膜的物理功能也随之发生改变，出现体系分层、凝结、破乳以及析晶等问题，进而使得乳化炸药失去爆炸功能，影响矿山的安全生产[2]。本文以不合格乳化炸药为对象，研究其对矿山安全生产产生的一系列影响，希望可以借此提高人们的安全观念，着手加强对乳化炸药的改进和质量检测。

1 降低矿山稳定性

乳化炸药的稳定性始终贯穿在乳化炸药生产的全部流程，乳化炸药的稳定性具体指的是确保其物理性质、化学性质、爆炸性能不发生改变的基本性质，换句话说就是在常温状态下经过一定时间内部不会发生分层、迁移、破乳，进而确保乳化炸药的爆炸性能不发生改变，它是衡量乳化炸药合格与否的一项重要指标[3]。乳化炸药的乳化质基是通过乳化技术制作而成的，是基于乳状液理论形成的，因为乳状液体系自身就是一个不稳定的非牛顿热力学体系，其基本问题主要是围绕其稳定性，那么提高其稳定性就成为提升乳化炸药质量的重点。根据国家有关规定和要求，矿山的稳定性主要是利用毕肖普法进行计算的，即按照矿山岩层之间的互相作用力来计算，其计算公式如下所示：

其中，W代表矿山稳定与否的基本安全系数；Wc代表水平爆破惯性对矿山关键位置所产生的基础力矩；A，B分别代表矿山岩层的内部重量以及垂直爆破下的惯性；C代表矿山有效抗振幅程度的基本指标；u代表作用在岩层的孔隙内压；M，N分别代表矿山岩层的厚度和规模。

露天矿山爆破后产生的振动效应可以媲美地震发生时所产生的振动效应，对其进行模拟换句话说就是利用水平向爆破加速度求取爆破振动幅率的大小，从而分析乳化炸药的质量对矿山稳定性所产生的影响[4]。不合格乳化炸药的爆破对矿山稳定性的影响具体表现：在露天矿山环境下，在爆破振动承载力的作用下，矿山的孔隙内压会随之升高，导致矿山的有效抗振幅能力迅速下降，岩层的强度也随之减小，会造成矿山岩层持续性大规模裂开以及矿山稳定性大幅度失衡。按照矿山的实际爆破过程以及周围环境，利用对比分析，对矿山的稳定性进行即时性记录，具体包括两种情况，如表1所示。

表1 矿山稳定性情况记录表

矿山的稳定成果分析结果如表2所示。

表2 矿山的稳定成果分析表

根据表1内容能够看出：在矿山进行爆破作业时，乳化炸药质量与否会对矿山安全产生不同的影响。正常情况，在其产生的爆破负载力作用下，产生的水平向振动波频增加。在矿山稳定安全系数一定的状态下，其稳定性能会发生改变。主要表现为，不合格乳化炸药爆破下对应的岩层和矿山地基的稳定性都会发生大幅度下降：岩层的稳定性会从70降到64，矿山地基的稳定性会从53降至50。岩层和矿山地基的稳定性发生降低以后，造成矿山整体的安全性持续降低，由此可知道，乳化炸药不合格品对矿山的安全有着至关重要的影响。

根据表2内容能够看出，不合格乳化炸药在进行爆破作业时，矿山的岩层和地基的安全系数也会随之发生一定程度的改变，与合格的乳化炸药相比，岩层的安全系数迅速从1.78下降至1.56，地基的安全系数从1.52下降值1.34，虽然下降后的安全系数符合国家对安全系数规定的最小值，但是其爆破振动会导致岩层和地基发生一定程度的松动，甚至还有可能可能发生局部坍塌，这说明不合格乳化炸药的爆破对矿山的稳定性有所影响。

2 有可能发生矿山地基液化

乳化炸药不合格品在低温状态下，极易发生硬化，造成其爆炸感度和爆炸性能快速降低。根据国外大量研究资料证明，炸药的爆破速度是药包质量与所处温度的数学函数，其主要是随着外界温度的变化而发生一定程度的变动，因而在低温状态下，乳化炸药不合格品在低温条件下发生的爆轰反应会失去大量热能，也会造成炸药威力持续降低[5]。而据矿山地基液化分析，矿山在炸药爆破的巨大作用力下，矿山孔隙内压的分布会伴随地基深度的不一样而发生孔隙压力值的变动。普遍状态下，在爆破作业过程中，爆破振动会造成矿山孔隙内压的加大，伴随矿山地基的逐渐加深，其孔隙内压也慢慢增加，其深度越深，孔隙内压就越大，如此就造成其对矿山安全生产的影响程度也随之逐渐加大。

矿山地基主要是由砂粉质岩层构成，其岩层的主要成分包括：岩层厚度为25m～45m，占据4%，岩层厚度为12m～22m，占据3%，岩层厚度为3m～8m，占据12%，岩层厚度为1m～3m，占据18%，岩层厚度为0m～1m，占据50%，其岩层分界并不明显，因而，在实际计算时采用的主要是估计值。按照爆破液化法，矿山地基岩层的实际厚度小于8m的占比大概在58%左右，因而，矿山地基在乳化炸药不合格品的作用下是有可能存在液化的。按照实际研究调查发现，伴随矿山地基的逐渐增加，地基液化的可能性也在逐渐增大，从而影响到矿山生产的安全程度。

3 出现矿山裂化

露天矿山进行爆破作业时，由于其距离矿山的核心位置极其近，因而，炸药在发生爆破时所产生的振动波频对矿山安全生产的影响是非常巨大的，且不容忽略，同时也会对周遭地区的建筑物产生相应影响。在矿山各个位置中，山腰处是其核心位置，更是矿山安全生产的关键性要素，所以，在爆破作业时有必要对其进行重点注意。

乳化炸药不合格品在露天矿山的爆破主要是通过爆破所产生的振动波频对矿山的安全生产造成一定的影响，因而，从振动波频的角度对矿山安全生产的影响进行解析。普遍情况下，炸药发生爆破作业时产生的振动波频会对矿山的山顶、山脚、山腰以及顶脚产生一系列的影响，需要对其进行重点解析。通过对矿山关键位置的选取，利用萨道夫斯基爆破振F动波频的速度预测公式对乳化炸药合格品和不合格品爆破时产生的振动峰值速度进行计算，其结果如下表所示。

表3 矿山典型位置振动峰值速度

根据表3内容得知，乳化炸药不合格品在爆破时，其振动速度从山顶至山脚处的变动趋势是先增大后降低，最大振动速度出现在山腰处，顶脚处的振动速度次之，山顶处的振动速度最小；而乳化炸药合格品的振动速度从山顶至山脚处的变化趋势为持续性降低，山顶处的振动速度最大，山脚处的振动速度最小。

另外发现，乳化炸药不合格品和乳化炸药合格品在爆破时，山腰振动速度均比山脚振动速度大，主要是因为山腰和山脚处存在一定的高度差，这就造成爆破振动波频在矿山声波的传播过程中产生了巨大的放大效应。需要注意的是，乳化炸药不合格品爆破时，山腰处的振动速度远远大于其他位置的振动速度，这就对矿山发生裂纹，进而对矿山的安全生产造成较大威胁。