远程配送现场混装乳化炸药性能的研究

2021-03-08姚普华耿忠宝石留贵蔡敬国

现代矿业 2021年1期

章磊姚普华耿忠宝石留贵蔡敬国

(1.北京奥信化工科技发展有限责任公司；2.中刚开发股份有限公司)

乳化基质远程配送是近年来国外较先进的炸药生产和服务方式，是将乳化炸药生产集中在一处，然后根据需求在爆破、采矿点附近建多个基质配送站，即基质储罐，分别为不同区域内的爆破作业点提供炸药供应服务，每个储罐可为该区域的多个爆破作业点提供炸药供应服务；当前，国内普遍在大型矿山附近建设乳化炸药地面站，其特点是距离近，供应方便，但随着采矿业的发展，矿山分布相对分散，采用依据采矿点建设炸药生产点的方案经济性差。为满足分散矿山对炸药的需求，国外逐渐开展了乳化基质远程配送解决方案的研究，即集中生产乳化炸药，建设多个基质配送点，为多个矿区的客户提供服务，目前西方发达国家许多公司都采用这种方式为爆破提供服务，这既是一种先进的炸药供应方式，也是一种发展趋势。

刚果金是矿产丰富的非洲国家，因富产铜钴矿而闻名世界，从刚果金的卢本巴希市到科卢韦齐市300 km的沿途布满了大大小小的矿山企业，数量多达几十个。

为满足爆破作业点多而分散的爆破作业需求，某公司立项进行了远程配送现场混装乳化炸药的研究，在刚果金的利卡西市和科卢韦齐市各建设一个乳化炸药生产基地，在科卢韦齐和卢本巴希分别建立多个基质配送点(储罐)，将利卡西生产的乳化基质运送到各基质配送点，再配送给各爆破作业点，这样可减少生产点，节约投资，特别是在建设初期，可快速占领市场。

因此，通过刚果金这个平台，研究和应用乳化基质远程配送技术，并配套研究常温敏化技术，对于解决刚果金多点分散矿区的炸药供应是一种节省投资、见效快、多快好省的解决方案，是满足市场需求，保证炸药供应的一种行之有效的方法。

1 研制目标

(1)乳化基质经过500 km运输后没有变质。

(2)现场混装乳化炸药性能指标应符合《工业炸药通用技术条件》(G28286—2012)的要求。见表1。

表1 远程配送乳化炸药指标

(3)乳化基质经4次泵送而未出现析晶变质，满足多次泵送的要求。

(4)在17～20 ℃常温敏化，敏化密度符合装药要求，试验爆速合格，制备的炸药满足爆破要求。

(5)基质储存期4个月后不析晶。

2 研制途径

2.1 提高乳化基质稳定性原理

乳化炸药的乳化体系是一种过饱和的氧化剂盐溶液组成的、水相高度分散在由碳氢燃料油(或蜡)组成的油相所形成的不稳定体系，随着时间的推移，过饱和的氧化剂盐最终是要从油包水体系中析出而使乳化体系破坏，使炸药失去感度[1]。分散相重心的移动速度可以用以下公式表示[1]。

式中，V为分散相的总体积，m3；η为连续相的密度，kg/m3；g为重力加速度,m/s2；ni为液珠个数；ri为液珠半径,m；ρ1为分散相密度，kg/m3；ρ2为连续相密度，kg/m3。

从式(1)可以看出，乳化基质的液珠半径越小，分散相与连续相的密度差越小，连续相的黏度越大，乳状液就越难分层，其稳定性越好。

2.2 配制远程配送基质的方法

普通的现场混装乳化炸药储存性能不好，对抗颠簸、泵送性能要求不高，对乳化基质油相界面膜强度[2]要求不高，而远程配送乳化基质需要有长的储存期，而且要耐受多次泵送和长距离运输的颠簸后乳化基质不析晶，并保证用于爆破应用，而高的界面膜强度通常会使乳化基质具有高的黏度，使得泵送及输送困难，也使常温敏化变得较难进行，影响使用效果，这就需要选择乳化能力强、乳化后稳定性好的乳化剂及配置合理的油相材料比例[2]，使得制备的乳化基质具有好的抗颠簸能力和好的耐泵送能力，又具有好的流动性，保证现场混装装药顺利，采用高分子酯类乳化剂来保证乳化性能、提高界面膜强度，配置合理比例的矿物油及柴油调节黏度保证流动性，来达到研制目标。

3 试验部分

3.1 乳化基质黏度调试

合适的乳化基质黏度是保证现场混装乳化炸药顺利使用的基础，共调整3个配方，对抗颠簸性能及装药进行了试验，以确定基础配方。

表2的试验表明，配方3具有良好的使用性能，可以开展后续试验。

表2 黏度调试试验

3.2 抗剪切试验

将制备的基质进行抗剪切试验，将基质装入5 mL一次性注射器中，突然施压，压力3.5 kg/cm2,让基质喷射出来，再用显微分析析晶情况,见图1～图4。

图1 未喷射试验的基质

图2 3次喷射试验后的基质

图3 7次喷射试验后的基质

图4 8次喷射试验后的基质

图1～图3表明基质析晶很少，不到1%的析晶面积，低于5%的临界析晶面积，图4析晶面积在10%以上，说明基质已经失效(按照路博润公司判断标准，低于析晶5%，基质可用于爆破，5%～10%处于临界状态，小心使用，大于10%基质失效，不可用)，说明该基质经受7次剪切还能正常应用。

3.3 储存试验

刚果金有旱季与雨季之分，旱季5个月左右，旱季现场混装炸药用量较少，乳化基质有可能储存一段时间，最长3个月左右。所以，为保证乳化基质经过储存后能正常使用，将乳化基质储存4个月后观察状态，图5是乳化基质储存138 d后的显微照片，析晶面积非常微小，满足储存4个月要求。

图5 乳化基质储存后显微照片

3.4 多次泵送试验

将乳化基质生产完毕，首先泵送到储罐，在通过储罐泵送到基质运输车，再通过基质运输车泵送到乳化炸药混装车，最后泵送到炮孔，经过4次泵送，完成装药29 t，在TFM矿山顺利完成爆破，爆破效果良好，无大块。

3.5 抗颠簸试验

为实现远程配送的需要，通常要将乳化基质运输到几百公里以外的基质储存点进行储存配送，试验中，将基质运输517 km后，再进行装药爆破，效果很好，图6是短距离运输爆破效果，图7是长距离运输后的爆破效果，两者基本没有差别。

图6 运输70 km后爆破效果

图7 运输517 km后爆破效果

3.6 常温敏化试验

为满足多个作业点的爆破需求，通常将乳化基质先生产放置在储罐内，在经运输车配送到基质储存点，最后装混装车运到爆破作业地点进行爆破，乳化基质在运输储存的过程中，温度会降低，有时会达到常温，随着温度的降低，基质黏度会增加，70～80 ℃时，基质黏度通常在28 000～44 000 mPa·s,当温度降低到17～20 ℃，黏度会增加到100 000～135 000 mPa·s，使用的敏化方式通常是敏化剂加催化剂，在温度较高时，敏化剂在催化剂的作用下，与基质中游离硝酸铵反应很快[3]，在低温时，反应速度明显降低，如果常温敏化不能保证密度降低到合理范围，达到需要的效果[4]，将很难实现远程配送爆破服务，对于不同的孔深参数，乳化炸药的密度应该在20～30 min内控制在1.00～1.22 g/m3，图8是密度控制走势图，20 min密度为1.10 g/cm3,30 min密度为1.05 g/cm3，说明常温敏化符合装药爆破要求。