现场混装乳化炸药在露天矿山的应用

刘少林，吴晓峰

（江西铜业民爆矿服有限公司，江西 德兴 334224）

炸药是采矿业中的重要能源。在国民经济发展的背景下，炸药需求用量越来越大，机械化和自动化要求也与日俱增。散装炸药中，现场混装乳化炸药是一种重要的炸药。现场混装乳化炸药车集生产、运输、装药功能于一身，装药效率高、装药计算准确，能降低职工工作强度，极大提高施工效率，优化爆破效果，降低了炸药在运输、生产和装药过程中的危险程度[1]。

1 现场混装乳化炸药国内外应用情况

推广和应用现场混装炸药是国内外民用爆破的发展潮流。

1.1 国外现场混装乳化炸药的应用情况

1963 年，美国伊莱克公司成功制造出一种用于乳化炸药混装的车辆。20 世纪70 年代，美国、加拿大、瑞典等国家陆续有了各自的乳化炸药现场混装车。2010 年，国外80%以上的炸药采用现场混装的放式进行，在美国、加拿大、瑞典等国这个数字已经超过了90%。

1.2 国内现场混装乳化炸药的应用情况

1980 年以来，我国引进了现场混装装载乳化炸药，并且以此为基础上开展创新。如今，我国拥有许多乳化炸药现场混装车，包括BCJ 系列和BCZH 系列。由于开始使用的时间比较晚，混装炸药应用范围不大。截至2010 年，现场混装炸药用量只占全国总量的15%左右。据此，现场混装炸药在我国具有良好的推广和应用前景。

现场混装乳化炸药拥有技术优势，安全性得到了采矿业的广泛认可。在这种背景下，现场混装乳化炸药会成为用于大型露天矿山爆破活动的主要产品[2]。

2 现场混装乳化炸药技术的工艺流程

乳胶基质是由混装炸药地面制备站生产的，生产完成后用乳化炸药混装车运输到爆破现场。车内基质箱中的乳胶基质通过乳胶输基质泵运送到混合器内，加入一定比例的敏化剂和催化剂，进行搅拌。混合的药浆流动到螺杆泵，通过螺杆泵的压力进入炮孔，经过5～10 分钟发泡过程便可制成炸药[2]。工艺流程如图1 所示，图中1 为乳胶基质箱，2 为敏化剂箱，3 为催化剂箱，4 为乳胶输送泵，5 为混合器，6 为螺杆泵，7 为输药管。现场混装乳化炸药车的参数如表1 所示。

图1 现场混装乳化炸药车工艺流程

表1 现场混装乳化炸药车技术参数

3 优化爆破参数

根据矿区地质结构、岩石硬度、气候条件等情况，设计并验证现场混装乳化炸药生产、敏化等工艺配方，再开始爆破施工工艺改进实验。这样能够确保炸药用量满足爆破要求，敏化时间及装药效率也能符合矿山目前的生产组织计划。

3.1 单孔装药量

在第一阶段的试验中，孔网参数和矿山原有参数一致（孔间距7m，排距5m）。另外，基于根据岩层结构、裂隙情况、爆堆铲装和矿场其他条件，要对参数进行适当改动。在试验期间，单孔装药量比原来的包装乳化炸药（390kg）大约多30%，以保证药柱具有足够高度。爆破之后，粉矿很多，飞石很多，且飞出距离很长，由冲击造成的损伤非常严重，会威胁人员和设备安全、不利于作业面清理工作和后期铲装作业。经过多次测试，逐步降低单孔装药量，直到只比包装乳化炸药多出大约15%。爆破后，要控制飞石和冲击破坏，防止其超出工艺要求范围。但是，根底会遭到严重破坏，出现许多顶部大块，粉矿仍然较大。大块率同比增加100.6%，根底率同比上升36.4%，铲装效率同比降低85%。

基于对上述情况的分析，可以得出结论，本文所讨论的炸药属于耦合装药，若不改变装药结构，炸药就会集中于炮孔底部。结果会造成爆炸能量分布不平衡，顶部矿山无法爆破。

3.2 装药结构

第一阶段中提到了炸药集中在炮孔底部的问题。为了解决这个问题，并且防止爆炸能量分布不均，在第二阶段试验中采用空气间隔分段装药的方式，采用底部装药，中间间隔，上部装药，顶部装药，超深降低到2m。第二阶段测试中，以实际爆破效果为依据，多次调整底部和上部的装药量。爆破后发现，底部平整，大块和粉矿明显减少，铲装效率比一阶段有所提高。大块率同比增加16.8%，根底率持平，铲装效率同比下降6.8%。装药结构对比如图2 所示，其中1 为填塞物，2 和4 为炸药，3 为空气间隔器，5 为起爆具。

图2 装药结构对比示意

3.3 孔网的参数

在前两个阶段，即使降低装药量、使用空气间隔分段装药，现场混装乳化炸药单位消耗仍然偏高，与成品乳化炸药比不占优势。因此，第三阶段目的是调整孔网参数，孔间距由7m 变为7.5m，排距维持5m 不变。这样做的目的是为了进一步减少炸药的单位消耗，降低穿孔量，减少各项成本。完成调整后，平均炸药降低为0.2436kg/t，并且取得了理想的爆破效果。大块率同比减少11.9%，根底率为原来的61%，铲装效率为原来的112.87%。在本阶段测试后期，孔间距调整为8m。结果发现，炸药消耗减少。然而，爆破后塌陷线不明显，爆堆参差不齐，部分爆堆局部隆起后翻。表2是爆破参数优化结果的比较表。

表2 爆破参数优化结果对比

4 现场混装乳化炸药应用效果

4.1 降低采矿成本

采用现场混装乳化炸药后，不需要运输与中转炸药，爆破所需人员数量仅为原来的50%至60%，钻孔工作符合减少了大约7%。现场混装乳化炸药价格便宜，炸药用量增大也不会导致成本增加。若取目前1350 万t/a 为采剥总量，每年可减少成本约170 万元。不同装药方式各项成本如表3 所示。

表3 采矿成本对比元/t

4.2 提高了安全性

在使用现场混装乳化炸药时，乳胶基质的含水量减少了84 个百分比，雷管感度为0。不需要运输、中转、存储环节，现场敏化后才会爆炸。

因此，爆破过程更加安全，免去了生产、运输、储存和使用带来的危险因素。

4.3 降低员工的工作强度

得益于现场混装炸药车的使用，爆破过程中相关人员要做的工作只有装药、填塞炸药和连线起爆。相比之下，袋装炸药需要进行装卸、转运、搬运、拆袋以及现场清理等一系列工作，步骤相当繁杂而且工作量大。因此，使用现场混装炸药能够有效降低员工的工作强度。

4.4 提高装药效率

现场混装乳化炸药车每分钟可装药200 公斤。只需3 人到2 小时便可完成12000 公斤装药作业。相比之下，若装药量相同，传统人工装填包装型乳化炸药需要至少6 小时才能完成，且需要6 至8 人才能完成。

4.5 提高铲装效率

混装乳化炸药分散性良好，能够耦合装药。这样能够保证孔底的装药量，爆破后不会出现底部参差不齐的状况，也不会留下根底。不仅钻井深度减少，而且爆堆松散，不需要太大的二次爆破用量，铲装效率实现了提高。

4.6 有效保护环境

现场混装乳化炸药只需要用物理方法混装原料，不需要加热加压，整个过程中没有毒性物质和污染，塑料包装也可以省去。这种绿色、低碳、环保的爆破方式，是环境友好、文明施工现场的体现。

5 结论

坚硬岩石难以爆破、雨季水孔难以爆破等等是爆破工程中的难题。现场混装乳化炸药爆破作业效率高，爆破效果更佳，能够确保现场施工人员安全，减少爆破作业的危险性，降低了各项成本，并且为爆破之后的铲装、破碎工作提供有利的作业条件[3]。