混装乳化炸药在高寒高海拔地区的应用研究

2022-12-19齐红雪刘大维代泽军李俊杰

爆破 2022年4期

齐红雪，刘大维，代泽军，李俊杰

(中国葛洲坝集团易普力股份有限公司，重庆 400023)

西藏自治区墨竹工卡县巨龙铜业采区属于高寒高海拔地区，其海拔达到5000 m以上，常年低温，气压偏低。采区使用的现场混装乳化炸药生产技术为地面站静态制乳+现场混装炸药车敏化装药[1,2]，地面站制乳系统位于海拔4372 m的雪域高原上，生产出的乳化基质储存期短，仅20 d左右，表面易结壳，导致基质储罐及混装车清洗频次高，劳动强度大；基质配方的水含量低于17%，基质储罐储存量大于10 t，属于重大危险源，安全风险大；混装乳化炸药现场敏化质量差，无效大气泡过多，炸药呈“豆腐渣”状态。针对上述应用问题，通过详细的现场技术调研，从混装乳化基质水相配方设计、油相配方设计、现场敏化等工艺技术方面着手进行试验优化，解决混装乳化炸药在高寒高海拔环境下生产应用方面的技术难题。

1 水相配方设计

1.1 水相配方设计

当前使用的混装乳化基质含水量仅14%，为降低基质储存的安全风险，减少采区重大危险源数量，为此试验仅改变水相配方中硝酸铵与水的比例，其他水相组分不变，水、油相配比不变，使得基质配方含水量达到17%。根据以前的研究结果和实践经验，提高基质配方含水量(也就是较低的硝酸铵浓度)可以降低水相析晶点，有利于基质储存稳定性[3]。

试验配方按地面站现执行的生产工艺进行线上生产试验。进行线上生产试验前需进行实验室小试，通过实验室小试判断基质乳化情况，确定水相密度、水相析晶点等工艺参数。线上主要生产工艺参数见表1，试验调整前后基质各生产工艺参数无明显变化，基质乳化状态良好，新生产的乳化基质表面均光亮有光泽，状态良好。

1.2 混装乳化炸药性能测试试验

新生产的试验基质和原配方基质分别用透明塑料杯取样，在当地高寒高海拔环境条件下自然敞口储存，跟踪观察两个基质储存状态，对比发现：原配方基质储存20 d后表面出现析晶，25 d后基质内部出现析晶；试验基质储存35 d后表面出现析晶，40 d后基质内部出现少量析晶。对比结果表明调整水相配方后基质储存稳定性有所提高。

表 1 地面站主要生产工艺参数

试验基质装入现场混装炸药车运输到爆破现场，在采区北露天海拔5340～5240 m、驱龙矿区海拔5440～5320 m范围内的多个平台进行多次爆破试验。用爆速仪测炸药样品的孔外爆速，爆速3900～4000 m/s与试验调整前爆速3700～4200 m/s相当，未有下降。经炮堆勘验和挖装反馈爆破效果良好，无根底、无大块，岩石块度均匀，见图1，炸药性能满足爆破要求。

图 1 在北露天5312平台爆破效果Fig. 1 Blasting effect on 5312 platform in North Open pit area

2 改善敏化效果

经现场调研发现：混装乳化炸药采用化学敏化，敏化剂为25%浓度的亚硝酸钠水溶液，敏化速度非常快，5 min内完成敏化，敏化质量很差，炸药内部大气泡非常多，呈现“豆腐渣”状态，同时炸药密度控制范围过大，达到1.05～1.25 g/cm3，炸药质量控制较差[4-5]。分析认为：主要是水相pH太低，敏化反应促进条件太强[6]，导致炸药内大量气泡提前生成，经过后面设备输送、泵送等破坏，导致大气泡聚集或逃逸，使得炸药呈现“豆腐渣”状态。

为此在试验1的基础上将水相配方中外加添加剂柠檬酸含量调低，减弱敏化促进条件，使得水相pH变高，水相pH由原来的3.8～4.0调整到4.2～4.5，以实现减弱敏化促进条件，降低敏化速度；同时水相中外加基水相重量0.15%的发泡促进剂E[7]，这是一种缓冲剂，可降低高温基质敏化速度和提高低温基质敏化速度，有利于适应当地多变的气候条件。

先进行实验室小试敏化对比试验，敏化剂添加量均为基质质量0.3%，外部环境温度8℃以下，敏化效果见表2。试验发现调整后的炸药敏化速度明显放慢，敏化质量得到改善，炸药内部大气泡减少，小气泡增多。原配方乳化基质的最低敏化温度为60℃，试验基质的最低敏化温度可降低到40℃，这更能满足现场某些特殊条件，如基质长时间未用、天气过于寒冷等导致基质温度过低。

表 2 敏化效果对比

在北露天5340～5310多个平台试用，用密度杯接取输药管口炸药，每5 min测量一下炸药密度，发现：炸药从输药管口出来后才开始快速敏化，炸药敏化速度明显放慢，敏化时间由原来的5 min控制到10 min，孔口炸药密度基本保持在1.15～1.20 g/cm3范围内，炸药内部大气泡显著减少，小气泡增多，敏化质量改善明显，敏化效果见图2。用皮尺测量炮孔内炸药装药高度，发现相同孔径时试验炸药的装药高度要高20～30 cm，也就是炸药线装药密度有所下降，这是因为炮孔内炸药在承压状态下内部大气泡容易被挤压出炸药，导致孔内炸药密度增大，体积变小。经后期炮堆勘验和挖装反馈试验炸药的爆破效果良好，炸药性能满足爆破要求。

图 2 现场敏化效果对比Fig. 2 Comparison of field sensitization effect

3 油相配方设计

3.1 油相配方设计

水相配方调整后混装乳化基质储存稳定性虽有提高，但仍需进一步提高基质储存稳定性，减少基质储罐及混装车清洗频次，为此试验将油相配方中乳化剂EPE-2替换为聚异丁烯丁二酸酐衍生物类高分子乳化剂EPE-3021[8-11]。因为EPE-2乳化剂含有一定比例的较短的油溶结构，会使得乳化基质油包水结构的稳定性相对较差，使得基质较容易出现析晶破乳，对基质储存稳定性不利，再加上高海拔地区的多变气候，基质的储存稳定性更差。而聚异丁烯丁二酸酐衍生物类高分子乳化剂EPE-3021是中国葛洲坝集团易普力股份有限公司自主研发的科研产品，其所制备的乳化基质储存、抗水、抗颠簸、耐泵送性能优异，能完全替代NB2424、EPE-2等高分子乳化剂用于金奥博静态乳化工艺，且已在多个生产线成功使用。

在试验1和2的基础上进行本次试验，替换油相配方乳化剂材料，其他油相组分不变，水、油相配比不变，试验配方按地面站现执行的生产工艺进行线上生产试验。

进行线上生产试验前需进行实验室小试，通过实验室小试判断基质乳化情况和敏化速度，确定油相密度等工艺参数，实验室小试结果表明乳化剂替换对基质乳化状态和敏化速度基本无影响。实验室小试无问题后进行线上小试试验，线上主要生产工艺参数见表3，线上试验结果表明：乳化剂替换对基质各主要生产工艺参数无明显影响，基质乳化状态良好，新生产的乳化基质表面光亮有光泽，状态良好。

3.2 混装乳化炸药性能测试试验

新生产的试验基质和原配方基质分别用透明塑料杯取样，在当地高寒高海拔环境条件下自然敞口储存，跟踪观察两个基质储存状态。对比发现：原配方基质储存40 d后表面出现析晶，45 d后基质内部出现析晶；试验配方基质储存60 d后表面出现析晶，70 d后基质内部出现少量析晶。对比结果表明调整油相配方后基质储存稳定性进一步提高。

表 3 地面站主要生产工艺参数

试验基质在采区北露天5230～5370范围内的多个平台进行试用，用密度杯接取输药管口炸药，每5 min测量下炸药密度，发现敏化时间8～10 min，孔口炸药密度基本保持在1.15～1.20 g/cm3范围内，敏化质量无明显差异。用爆速仪测炸药样品的孔外爆速，爆速3700～3900 m/s与试验调整前数值相当。经炮堆勘验和挖装反馈爆破效果良好，见图3，炸药性能满足爆破要求。