炸药垂直输送系统在谦比希铜矿东南矿体的应用*

2021-03-02蒋先尧胡国斌卢二伟姚松

采矿技术 2021年1期

蒋先尧，胡国斌，卢二伟，姚松

(中色非洲矿业有限公司，赞比亚基特韦 22592)

0 引言

乳化炸药是以无机含氧酸盐水溶液为分散相，以不溶于水的可液化的碳质燃料为连续相，借助乳化剂的乳化作用形成乳胶基质，再与敏化剂进行混合反应，经过敏化作用而制成的一种油包水型乳脂状混合炸药[1-6]。因其具有优良的爆轰性能和良好的抗水性能，并且加工工艺和组分简单，生产成本低和不含敏感物质等特点，被广泛应用于矿山或其他工程爆破中[1-6]。

谦比希铜矿位于赞比亚刚果铜矿带中部谦比希盆地北部边沿。东南矿体为谦比希铜矿的一个新建矿山，生产水平最深超过1000 m，设计采选能力为10 000 t/d，使用乳化炸药爆破，达产后每月所需乳化炸药约为200 t。

与斜坡道运输相比，采用罐笼下放乳化炸药不仅效率低、成本高，而且劳动强度相对较高，但是东南矿体无通达地表的斜坡道，为实现炸药的安全高效运输，谦比希铜矿东南矿体通过在软件、设备、系统等方面的投入，采用炸药垂直输送系统将乳胶基质与敏化剂垂直输送至井下，提高了乳化炸药的运输能力。该系统自2020年3月投入使用以来，很好地保证了东南矿体炸药运输的安全性，节省了时间，降低了成本，更好地保障了生产对炸药的需求，取得了非常明显的效益。

1 工艺流程与主要系统

1.1 炸药垂直输送工艺流程

炸药垂直下放系统主要由地面炸药转送站、垂直下放管路和地下炸药储存站组成，通过该系统将炸药的乳胶基质与敏化剂分别输送至井下的炸药储存站，通过装药车将乳胶基质与敏化剂运输至爆破作业现场，通过装药管将其混装入炮孔内，在炮孔内完成敏化，形成乳化炸药[6]，其基本工艺流程见图1。

图1 炸药垂直输送工艺流程

1.2 炸药垂直输送系统

根据东南矿体一期开采范围南、北采区主要生产、运输水平，乳胶基质、敏化剂通过地表转运站垂直下放至680水平，到达680水平后，通过阀门控制与泄压装置，继续下放至980水平。

（1）数字化、可视化炸药垂直输送管理系统。通过简单易懂的人机界面（简称HMI）（见图2），可以掌握整个炸药垂直输送系统的整体状况。HMI包括系统简介、乳胶基质与敏化剂输送状态与控制界面、井下转运站监测监控界面、问题诊断界面等，通过简单易懂的图标、按钮实现整个系统的清晰简单的监测监控。

（2）地表转运站。通过乳化炸药地表运输车将乳胶基质与敏化剂泵送至地表乳胶基质储存罐与敏化剂储存罐内，其中乳胶基质储存罐容量为30 t，敏化剂储存罐容量为2000 L。

图2 炸药垂直输送系统可视化管理界面

（3）乳胶基质与敏化剂的垂直输送。研究表明，乳胶基质属于流动性较差的宾汉姆流体，为了获得稳定的流动性，露天矿的乳化炸药现场混装车一般采用“水环润滑减阻技术”，以实现长距离输送[7-9]。东南矿体与乳化炸药供应商的合作，通过调整乳胶基质的制备配方，同时在地表提高乳胶基质的温度至45℃～70℃，增强其流动性。通过在乳胶基质储存罐底部安装转子泵，不仅可以加强其流动性，稳定输送压力，并且可以通过配合流量计，实时监控乳胶基质的输送量。而敏化剂的流动性好，可通过自流的方式输送至井下。

（4）井下炸药储存。通过地表至井下输送管路，乳胶基质与敏化剂分别储存在680水平与980水平转运站的储存罐中，每个转运站乳胶基质储存罐的容量为20 t。敏化剂储存罐的容量为1000 L。

（5）井下运输。谦比希铜矿东南矿体掘进、中深孔采场的装药爆破作业采用装药车装药。通过装药车将转运站的乳胶基质与敏化剂运输至作业面开展爆破作业。

2 炸药垂直输送安全管理

谦比希铜矿在东南矿体炸药垂直输送系统的应用中，总结出很多具有指导意义的现场安全管理经验。

（1）不同用户不同权限与安全确认机制。针对不同层级的用户设定不同的使用、修改和调节权限，不同层级用户的许可权限见表1。

（2）确认操作的安全机制。炸药垂直输送系统属于特种运输的一种，需要在设计系统之初充分考虑每一个步骤执行的安全性。操作员在执行每一步的操作后，所选择的操作不会立即执行，而是系统会弹出一个确认窗口，需要操作员再三确认，点击执行按钮后，所选择的操作才会被执行。该安全确认机制借鉴了通信领域的确认字符机制，以期排除客观因素干扰，排除人为误操作造成的安全事故，增强系统运行的可靠性。

表1 不同层级用户的许可权限

（3）炸药系统的安全互锁。在紧急情况下或者系统故障出现的情况下，通过系统设计的安全互锁，可以起到保护作用。安全互锁在紧急情况下可以关闭输送泵、马达等，系统的运行必须在确认故障、排除故障，确保系统可继续正常运行才能恢复到正常状态。

（4）定期安全培训。炸药垂直输送属于特种材料的运输范畴，谦比希铜矿通过加强安全培训，普及安全生产知识，对相关的安全法规与标准进行强化教育，通过对整个炸药垂直系统的标准操作流程加以培训，保证了操作员按照规范、要求进行输送作业，做到了系统运行的稳定与安全。

3 炸药垂直输送系统的优势

（1）提高炸药下放效率。东南矿体无斜坡道通达地表，在炸药垂直输送系统投用之前，主要使用特制的炸药罐，通过副井罐笼运输至井下。虽然在2019年12月通过改装使用更大的炸药罐，但是效率依然很低。东南矿体仅有一个下放人员、设备和材料的副井，副井运行压力很大。而通过副井下放炸药效率低、费时费力，无法满足每月200 t的炸药供应。随着炸药垂直输送系统的投入使用，并经过调试优化、改进操作流程，炸药下放效率得到明显提升。

图3为2019年11月—2020年6月的装药下放记录，可以看出2020年3月炸药垂直输送系统投用后，炸药下放效率显著提高。

（2）保障乳化炸药质量。在未采用炸药垂直输送系统之前，东南矿体采用地表炸药运输车泵送乳胶基质与敏化剂至乳胶基质储存罐与敏化剂罐中，再将其通过井筒罐笼运输至井下，在此过程中，乳胶基质储存罐容易受到地表扬尘、井筒渗水、井底车场环境等因素的污染，进而影响炸药质量。而炸药垂直输送系统相对封闭，输送系统与竖井井筒相互独立，互不影响，排除了环境因素对乳胶基质、敏化剂的影响，保证了混装炸药的质量。