矿山现场混装乳化炸药中一体化油相应用研究

谢 瑶

（江西铜业民爆矿服有限公司，江西 德兴 334200）

乳化炸药在现代工业生产过程中，是一种极为重要的化工产品，尤其在矿山生产应用中，其应用性能好坏将直接影响着矿山企业的经济效益和社会利益。近年来，随着人们生态环境保护意识日益强烈，同时生态资源短缺问题越发严重的背景下，使得社会各界对环保事业日益重视。而在工业生产中，由于油品质量不断下降的趋势下所引发出各种安全隐患日益明显，特别是矿山开采使用的爆破原料质量逐渐下降，使得相关技术人员加强对油相应用研究迫在眉睫。因此，如何科学合理地使用并配置有限且成本较低乳化炸药成品成为当前需要解决的重要课题之一。

1 乳化炸药的研究背景及现状

1.1 乳化炸药的研究发展现状

乳化炸药技术作为一种新型的矿山爆破方法，其主要是在传统工艺基础上发展而来的，与其他先进产品相比，其具有独特且突出特点，不仅能够提高爆轰波速、降低破碎比和改善炮孔内应力场分布均匀性；同时，还能够大大地减少生产成本。目前，国内已经研制成功了多晶硅酸盐体系硬质聚能铵盐类炸药(ASME)或复合型软化乳化炸药等系列配套设备，并已在多个矿区进行相关的应用试验研究，取得了显著的成效。

1.2 研究背景

目前，国内外对乳化炸药的研究主要集中在两个方面：一是针对混装爆破事故进行控制和治理；二是针对混装爆炸危险性问题的防控。其中，国外对于油相技术、混合制冷剂等领域已经有了一定探索经验，但国内对相关方面的研究与经验依然有待进一步的完善。

而且，当前国内对于油品输送及储存运输中使用液体爆破法时仍然存在着一些弊端：首先，由于在高压作业环境下，乳化炸药易失效，从而影响乳化炸药的使用效率。其次，使乳化炸药在低温、高湿等特殊条件下容易出现二次污染，从而影响其使用效果。最后，液体爆破易造成爆破产生事故以及对设备和人员安全有一定威胁问题。因此，需要加强油品输送及储存中混相应用技术研究，同时需要与实践工作相结合，提高我国原油运输企业经济效益和社会影响力。

1.3 研究目标

乳化炸药在矿山生产过程中，由于其特殊的性质，稍有不慎，就极易出现爆炸事故。而且，在引爆混合药包时产生瞬间高温高压气体相，容易造成严重的安全事故。因此，如何合理地控制和避免爆炸引起严重后果就成为了当前矿山乳化炸药制作的一个重要课题之一，本文研究目的之一在于探索一种能有效防止或减少爆轰现象发生，同时在提高混装炸药成品及药品稳定性与安全性的基础上降低生产成本等的一体化原理方案，以达到预防为主的效果；此外，探索现场混装乳化炸药中一体化油相应用及相关技术，为现场乳化爆破实践提供理论依据。

2 矿山生产中现场混装设备选型

2.1 现场混装设备设置方案

本试验中所采用的现场混装乳化炸药技术装置，主要分为水相振荡器和油相振荡泵两个装置部分。根据实验要求，首先，需要在试验区和采场内分别安装一个水浴罐，同时将搅拌好的混合液送至配比合适、性能稳定且无结块现象液体储存容器中。其次，通过静力平衡原理，计算出各组分浓度差值，再进行分配即可得到分散装药所需混装填量；最后，加强对混装分发药过程进行分析，同时优化混分发药过程，从而得出各组分混合装之间的最佳配比。其中，油相震荡泵用于当油扩散泵用前级泵预抽到低于1帕真空时，此时，油锅可开始加热，当出现沸腾时喷嘴喷出高速的蒸气流，热运动的气体分子扩散到蒸气流中，与定向运动的油蒸气分子碰撞。气体分子因此而获得动量，产生和油蒸气分子运动方向相同的定向流动，之后再到前级，油蒸气被冷凝，释出气体分子，即被前级泵抽走而达到抽气目的。

2.2 现场混装材料选用

为了保证现场混装效果，要求相关技术人员在乳化炸药生产过程中严格控制混合度，因此，对于选用的现场油相应具有良好的粘性和分散性能。本实验采用的是“双液”配制工艺，即分别使用两种不同浓度及规格(一般是0.5%～10%)混合而成。将两种组分按一定比例进行均匀搅拌后加入到双液混合容器中，通过多次试验研究发现：当乳化炸药与胶体直接接触时可使分散相具有良好的稳定性。同时，当乳化炸药与胶体接触时，分散相中的水分会被破坏，并将使其结合能力下降；此外，由于乳化爆轰波作用，容易产生大量自由水。由此可见，两种组分混合后能够获得稳定混合物体系。

2.3 现场混装设备的主要结构

混装装置主要包括：泵站和搅拌器、加热炉和电热管等；贮罐中设有冷库及冷却塔以及储存容器内液体输送管道以及供液设备；混合釜均设置在成品仓之中进行储存与运输工作中所需要的各种油品物质及其处理工艺流程等相关设施。

3 矿山生产中现场混装乳化炸药的设计

3.1 现场混装乳化炸药的设计要求

（1）在混合相中，由于油与水分子之间相互作用，使胶体颗粒发生形变，从而形成大块状或小球状。因此，在混装过程中，需要有足够的空间来储存和运输。

（2）需要具有良好稳定性和可靠性的点火性能来控制解吸过程出现的一些突发性能(如爆炸性)，进而保证混装乳化炸药能够在密闭条件下快速瞬时烧结，并使引爆器能有效工作。

（3）为了提高爆轰波能量密度，必须采用连续稳定的储能系统，以保证混装乳化炸药在爆炸过程中具有良好的稳定性。

（4）由于水分子与油相之间相互作用力小等原因导致其不易发生胶体分散、混合不均匀，因此，在使用过程中需要结合实际情况，适当地调整原料的比例。

3.2 现场混装乳化炸药的设计方案

在试验初期，将乳化炸药与油相混合，使其形成稳定的分散体系，并加入适量三联酸铵溶液进行搅拌，同时，采用高压蒸汽压制成爆轰波来作为混装填料。通过采用这种方法，首先，需要对装药部位施加一定压力(或速度梯度给予爆炸点上喷射相应浓度气体以保证爆轰波迅速到达临界温度)；其次，加水蒸气作为混合相溶剂，将其与油的混合物充分接触并分散成小液滴状，然后，再加入适量的水蒸气，以确保混合料能充分分散；最后，将混装填料均匀地包埋在预爆体附近并进行爆破准备。

3.3 混装乳化炸药中的注意事项

（1）严格控制混装乳化炸药的生产质量，确保其在安全环保、性能等方面符合国家有关标准规定。

（2）合理采用不同配方方案，同时加以对比分析，选择其中合适的混合配方。

（3）在混装乳化炸药的过程中，由于温度、压力和环境等因素影响，使其产生较大的热膨胀系数。因此，需要对装药过程采用加压进行冷却。

（4）如果混合料液与物料不能够良好地相容，并形成稳定混合物体系时，往往就会导致爆炸事故发生；所以，在搅拌过程中需要避免出现大量挥发物或其他有害物质进入油相或者引起爆炸现象。

（5）为了保证混装乳化炸药的稳定度及稳定性，需要根据实验要求，合理优化试验操作并对工艺参数做调整；同时，也要注意油相混合过程中所产生爆轰波和冲击波以及爆炸性混合物浓度分布情况，从而满足现场使用需求等因素基础上实现其最终成品质量目标。

3.4 安全措施

（1）使用标准的安全设备。在生产过程中严格执行《矿山安全规程》，对所有的作业人员进行相关培训并定期检查。

（2）加强现场管理和监督。严格按照要求做好炸药装药、运输工具及装载机等的质量管理工作；及时将爆轰波分析结果上报监理单位审批后方可入库储存；严禁未经批准不允许爆破作业行为发生在生产过程中造成爆炸事故或其他严重后果，同时对其施工作业人员进行相应处罚措施并定期通报制度化。

（3）严格控制炸药的用量，保证其质量，防止因漏装而造成爆炸事故。

（4）采用安全有效地泄放空管及引流阀等设备进行引爆作业时，必须有相应的压力测试仪对其实施检测并记录数据；同时，还应注意检查引线与接头是否存在短路现象、连接点是否牢固以及密封性能；如果发现泄漏情况，立即停止装药并更换密封片或重新配送至成品库。

4 矿山现场混装乳化炸药中一体化油相应用工艺研究

4.1 现场混装乳化炸药的效果考察

（1）现场混装乳化炸药的效果好、工艺简单、适用范围广、安全可靠、经济投入小，具有良好的社会效益，所以其应用能够大幅度提高乳化炸药的生产效率，降低了生产成本，缩短产品质量时间。

（2）现场乳化油相体系性能稳定。由于乳化油相体系良好的稳定性和可靠性，在使用过程中，几乎不会出现任何问题，因此，具有较高安全性、适用性广等特点；同时该技术可以应用于各种不同类型混合炸药生产企业或实验室，以便于通过试验研究工作来分析检验其各项参数是否适合于本项目的要求。

4.2 生产技术经济效益评价

生产技术经济效益是评价企业管理水平的重要指标。由于现场混装乳化炸药的生产过程需要投入大量人力、物力以及财力，而且还要消耗大量成本，通过对现场混装乳化炸药混合料在不同生产工艺条件下，所需要耗费的设备、材料费用及人工费等各项消耗计算分析得出，该生产技术能为项目投资控制提供可靠依据。因此，在实际操作中，需要对其进行优化配置和管理，避免出现严重浪费。要对其进行系统分析并采取相应措施加以改进或解决这些问题是十分必要。首先，必须保证现场混合油相充分发挥各自优势；其次，要求根据不同生产工艺条件确定各组分含量及配伍关系等参数；最后，通过测定混炼性能来判断该产品是否适合使用乳化炸药。

4.3 现场混装乳化炸药的安全性

在生产过程中，由于乳化性炸药爆炸时，其油相是以液态状态存在的，所以，当油液与水混合后就会发生局部溶解现象，而这种液体环境极易形成分层沉淀和气溶胶颗粒等性质变化的物质。此外，由于炸药本身具有较大的热膨胀系数、导电性能差以及爆轰波容易引起引爆点温度较高产生烧结效应导致乳化性炸药爆炸等弊端，从而引发火灾事故或爆炸物致癌事件。因此，在实践生产中，应注意以下方面：

（1）保障产品制备和储存安全性。

（2）做好成品质量特性曲线测试；由于现场混装乳化爆轰时，采用的是高压储能装置来抑制油液中的水蒸气逸散速度过快或气泡的形成与增重而引起炸药爆炸。

（3）如果采用普通乳化管进行点火时，当油温比较低则会导致漏斗等现象发生；但若采用液体炸药作为现场混装乳化剂，那么，不仅可以解决上述问题还可避免爆炸事故的发生，同时还具有较好的安全稳定性和可靠性。

5 矿山现场混装乳化炸药中一体化油相应用

5.1 现场混装乳化炸药中的基本情况

（1）在现场混装乳化炸药的过程中，容易受到温度、压力等因素影响使其稳定性降低。

（2）对于现场混合油相体系而言，一般情况下，均采用高压液层式储集筒进行储存。但当储集成罐出现故障或漏气时，就容易导致整个系统无法正常工作运行进而造成火灾爆炸事故发生；而在混装填高黏度原油的配制过程中，由于温度、压力等因素影响使其稳定性降低甚至瘫痪不能使用。

5.2 一体化油相经济指标测定

油品的组成和性质对其起爆感度有着直接影响，而不同类型及含量的混合制冷剂，会使油气中各组分挥发出来。因此，需要根据其特点选择适当种类、配方比例。对于乳化性较好且具有良好分散特性或无纺布性质混合料时，应采用一体化用乳化剂来提高混装炸药相关系统经济指标测定值；当油品与水不相容导致爆轰反应发生后需及时进行冷却处理，避免混合料中油水分离，同时，降低混装密度和爆轰感度。

5.3 现场混装乳化炸药中一体化油相特点

（1）在乳化炸药生产过程中，混合相的分散性较大，其形成主要是由两个方面决定：一是，通过控制混装密度和黏度来保证所选材料具有良好的流动性。二是，根据实际情况选择合适种类、品种及性能等因素对乳化性质进行调整，使之达到最佳效果。

（2）当混合液组分不发生变化时，可在乳化剂作用下产生稳定而无气泡相颗粒或者分散性小，且界面表面有较大面积，从而导致其稳定性降低或失去活性和黏度。

5.4 现场混装乳化炸药中存在形式

（1）爆乳相扩散现象。当炸药产生爆炸时，由于受力不均，极易产生应力波和剪切应力集中现象。在这种情况下的爆破效果就会明显恶化。而当爆乳化过程结束后会出现较多裂纹、破裂与分层等现象，使其发挥作用到峰值上或者使裂隙继续扩大直至完全破坏为止；同时，也可能发生爆轰反应导致进而爆炸产物大量脱落或进一步分解为小颗粒状，甚至使炸药组分浓度降低至不能燃尽时再进行爆破作业的现象。

（2）当混装爆炸采用高压电场时，所产生大量冲击波和电脉冲电流对混装机油气室造成很大影响；同时电脉冲电流会导致乳化液滴径向急剧增大而引起集聚现象发生。

（3）爆炮引爆后瞬间迅速释放大量热能并产生强烈冲击压力和剧烈噪声，同时也伴有强烈的噪声污染及环境问题。

6 结论

本文研究的目的及意义在于通过矿山现场混装乳化炸药中一体化油相应用技术，对其进行初步分析，为实际生产提供理论依据。而且从实践生产角度出发：当前国内大多数矿山企业在使用现场乳化成泡法混合制作出成品后均未达到预期效果。因此，这就需要相关技术人员进一步加强和完善矿山场采区、储集水池等设备设施的建设工作；提高混装填量及运输效率是当前国内外普遍关注的重点问题之一；而对矿山现场油相进行一体化，能够有效降低混装炸药生产过程中的运输成本，提高矿山作业效率，大幅度提高产品质量，进而增加矿山企业经济效益。