混装乳胶基质敏化试剂的研究.pdf

第2 9 卷第4 期 2 0 1 2 年1 2 月 爆破 B L A S T 【N G V 0 1 ．2 9N o ．4 D e c ．2 0 1 2 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 1 2 ．0 4 ．0 2 8 混装乳胶基质敏化试剂的研究 万红彬，张建洲，朱根华 葛洲坝易普力股份有限公司，重庆4 0 0 0 2 3 摘要化学敏化是混装乳化基质炸药在现场生产的最后一个环节。选择适宜不同温度、快速敏化、操作 可控的敏化试剂进行研究，通过对敏化剂的组成、不同温度下的加入剂量、敏化器结构与转速进行试验检验 与现场验证，实现了乳胶基质在不同现场温度条件快速敏化达到炸药现场稳定、操作可控的理想效果。 关键词乳胶基质； 敏化试剂； 敏化温度； 敏化器 中图分类号T Q 5 6 0 ．4文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 2 0 4 0 1 1 3 0 4 R e s e a r c ho fS e n s i 也e dR e a g e n to fM i x e dE m l l l s i 佃M a 触 ， 财Ⅳ胁愕一6 讥，Z 月r A 够地几一旆D u ，Z 删G 轨一 阮 G e z h o u b aE x p l o s i v eC oL t d ，C h o n g q i n g4 0 0 0 2 3 ，C h i n a A b 酬糯c t ’I h ec h e m i c a l8 e m i t i z i I l gi s t l l e1 a s tp r o c e d u r eo fm i x e de m u l s i o ne x p l o s i V e sp r o d u c t i o n ．D i f f e r e mf a c t o 塔o f ∞n s i t i v ea g e n t i as u c h 鹪t e m p e m t u 砖a d a p 枷叩，阳p i ds e n s i t i z a t i o n ，c o n t r 0 U a b l eo p e r a t i n gw e r es t V d i e d ．T h e t e s ti n v o l v e di nc o m l Ⅺs i t i ∞o f 舱璐i t i z e da g e n t i a ，d o s eo nd 证f e r e l l tt e m p e r a t u r e s ，d e v i c es t m c t u r ea n dr o t a t i o ns p e e d w 器p e d - 0 珊e d ．T h ed e s i r e dd 扎c to fs t a b l es e n s i t i z e dr e a 罢r e n ta n dc o n t r o U a b l eo p e r a t i o na n dq u i c k l ys e n s i t i z i n gp r o - c e d u r ew 船o b t a i ∞di nd i 如m n t t e m p e r a t u r ec o n d i t i o n s ． K e yw O r d s e m l l l s i o nm a t r i 】【，s e n s i t i v er e a g e n t ，s e n s i t i z i n gt e m p e r a t u r e ，s e n s i t i z i n gu n i t 炸药现场混装作业是国内民爆行业发展的趋 势。乳胶基质现场混装炸药作为其中一种作业方式 在国内外被广泛使用，化学敏化技术是乳胶基质乳 化炸药现场混装的一个技术难点。仅靠控制敏化温 度来改善混装炸药性能，实现不同条件下的快速敏 化，已不适宜现场作业需求，因此需要在现场、实验 室进行研究探讨。正是基于这一目的，我们对敏化 试剂的原材料、敏化主辅剂的比例、不同温度下的试 验检验、现场炸药性能检测等进行了大量的研究与 探索，试验结果与现场应用效果都达到了理想的状 态，基本上实现了乳胶基质不需保温在不同温度条 件下进行快速敏化并且现场混装，且炸药性能稳定， 现场操作工人便于操作，混装炸药进行炮孔大量泵 收稿日期2 0 1 2 0 r 7 2 6 作者简介万红彬 1 9 7 4 一 ，男，湖北仙桃人，高级工程师、学士，从 事采矿与工程爆破方面研究，现任葛洲坝易普力股份有 限公司技术部长， E m a i l g e I l } l u a d I u l 9 7 9 1 6 3 ．㈣。 送的目的。 1 敏化剂的选择 1 ．1 敏化主、辅剂的材料选择 乳化炸药化学敏化是在乳胶基质中掺人能产生 气泡的物质，利用其反应产生的气泡来提高乳胶基 质的感度。化学敏化制备的乳化炸药气泡均匀细 小，炸药殉爆性能好，成本低廉，但也存在密度变化 范围较大、有后效、受气温变化影响大、控制不精确 常会导致炸药拒爆的现象。乳化基质炸药现场敏化 后要易于大量泵送到孔中，因此选择合适的敏化试 剂非常关键。良好的化学敏化剂一般要满足3 个条 件一是快速发泡，并且后效可控；二是产生的气泡 大小合适，分布均匀、稳定；三是有较为宽泛的敏化 温度，对于基质温度、现场条件温度要求不高。为 此，研究首先要解决快速敏化、后效较小的敏化试剂 万方数据 1 1 4 爆破2 0 1 2 年1 2 月 试验及现场应用的问题。 敏化主剂选择常用的亚硝酸钠，其敏化机理如 下 N H 4N 0 3 } 兰N H 3 H N 0 3 N a N 0 2 H 2 0 寻 H N 0 2 N a O H H N 0 f 寻 兰H N 0 2 2 H N 0 2 手 N 2 0 3 H 2 0 N 2 9 3 2 N H 3 寻 妾N 2 3 H 2 0 采用单纯的亚硝酸钠做主敏化剂，敏化温度较 低时，发泡缓慢，达不到满意的效果。从发泡反应机 理可以看出，若要快速完全发泡，一方面需要提供酸 性环境，另一方面需要提供离解常数极高的铵盐。 H 由一般的酸提供 如硝酸 ，但这些强酸的加入， 由于其特殊的氧化性 还原性 ，会不同程度的影响 到乳化剂的性能，造成炸药老化，性能下降，s p ．8 0 尤甚。选用有机酸柠檬酸 分子量为2 4 0 ．1 4 作为 促进剂。H 加入后会产生大量的H N 0 ，如果N H ， 不能及时提供就可能产生大量的N O 、N O 气体，这 些气体不稳定，易造成产品性能的衰减，N H ，的及时 加入也是产生N 的重要原因，所以我们拟选用离解 常数较大的铵盐作为发泡助剂，考虑到来源广泛、溶 解度的问题，选择硝酸铵做辅助剂。 1 ．2 敏化主、辅剂的原材料配比 主剂量的选择1m o l 的N a N 0 反应产生1m o l 的N 2 ，1g 的N a N 0 2 反应生成3 2 4 ．6m l 的N 2 ，乳胶 基质密度一般控制在1 ．4g ／c m 3 左右，假设敏化后炸 药密度为1 ．1 5g ／c m 3 ，忽略其它因素的影响，则亚硝 酸钠用量如下 ， 1 0 0 0 一p 日％ A2 i 矿_ 式中K 为发泡剂用量，g ；阢为设计的炸药密度， g ／c m 3 ；％为每公斤乳胶体的体积，c m 3 ；K 为发泡 剂产气量，c m 3 ／g 。 推算出1t 乳胶基质需要亚硝酸钠用量4 8 0g 。 考虑到敏化剂用量较少，敏化多为搅拌方式加入，难 以混拌均匀，因此，采用稀释方式，增大主、辅剂的加 入量。亚硝酸钠与硝酸铵的摩尔比为1 1 ，亚硝酸 钠分子量为6 9 ，硝酸铵的分子量为8 0 ，根据化验室 的多次试验，辅剂柠檬酸、硝酸铵、水按1 9 4 0 的比 例配置，理论上讲，这样配置的主、辅剂按l l 的比 例加入，即可实现完全反应，通过化验室的实际试验 检测，基本可行。 首先，为了充分了解主辅料配方的效果如何，我 们在常规包装炸药上进行了反复试验和炸药性能检 测，敏化效果得到了充分的验证。常规包装乳化炸 药敏化采用机械搅拌的方式，敏化时间7 ～8m i n ，敏 化温度5 0 6 0 ℃，采用复合敏化的方式，珍珠岩加 入1 ．5 ％～2 ％，化学敏化主、辅剂分别加入1 ．5 ‰。 敏化效果见表1 。 表1 常规包装乳化炸药化学敏化效果 T n b k1C h 咖眦咧蛐s i b i l i 翻蜢哑e l 钕to f 僦v 明虹o n a l p a c k a g e de m l l l s i o n 蜘p l o 觚 从表1 可以看出，炸药收装后，有一定的后效， 我们分析，适量的后效对炸药包装质量有利，收装过 程由于挤压、运输，少量药卷外观不是很饱满；收药 过程中无效的大气泡被挤破，一定的后效带来更加 致密的细小气泡，药卷饱满，储存稳定性很好。炸药 性能检测结果见表2 。 表2 乳化炸药 2 j | } 岩乳 性能检测 T a b l e2E m u l s i o n 唧I o s i 、H 略 2 井e m l I l s i 帆e 刚商v 嚣】p e r f o 珊蚰o ed e t e c 吐佃 万方数据 第2 9 卷第4 期万红彬，张建洲，朱根华混装乳胶基质敏化试剂的研究 1 1 5 2 不同温度下敏化主、辅剂的配比试验 在得到可行验证后，我们在化验室对乳胶基质 在不同温度下敏化主、辅剂添加量指标进行了试验， 得出了基本的数据指标。混装乳胶基质敏化温度一 般在6 0 ℃以上时，只需加入敏化主剂即可实现快速 敏化。对于长途运输以及储存过程中温度下降的情 况，经过大量的试验，采取表3 的加入量即可满足需 要，同时也能满足基质泵送的需求。 表3 不同乳胶基质敏化温度下敏化剂加入比例 T a M e31 1 l ep m p o 确蚰o fs e I I s i t i z e ru n d e rm 仃e 弛n t 咖p e m t l I 弛o fe m 凼o nm a t k 席县 乳胶基质 丕回筮丝型塑俭占煌荭鲤出宣型坠 “。敏化温度／℃发泡主剂发泡辅剂 3 敏化器对敏化效果的影响 乳胶基质的化学敏化对气泡的大小、数量及分 布都有一定的要求，敏化器合理的结构设计以及选 择合适的转速 线速度 对化学反应后气泡在乳胶 基质内的大小和分布都有较大影响。目前国内现场 } 昆装乳化炸药车采用的敏化器 敏化设备 主要有 搅拌器、混合螺旋、静态混合器3 种，与之相对应的 混装车也分属不同的类型，详细比较见表4 。 第l 类敏化器体积小，相同装药效率下乳胶基 质和敏化剂在混合器内停留时间短，若想达到较好 的敏化效果，搅拌桨要保持较高转速才能保证充分 分散混合，通常转速设定在5 0 0r ／m i n 左右。静态 混合器作为一种内部没有运动部件的高效混合设 备，将其置于输药管末端，基质敏化后直接入孔，具 有一定先进性，但输药效率和输药压力等方面存在 一定问题。目前，“二代”现场混装炸药车已成为国 内外发展的方向，混装车装载的乳胶基质温度宽泛， 需要在安全、效率以及效果等方面均比较合适的敏 化器。螺旋作为一种输送和混合设备，其较长的混 合时间和螺旋叶片的合理设计可达到较好的混合效 果，经过试验，上述螺旋在2 5 0r ／m i n 即可达到所需 的敏化效果，充分满足安全性和输药效率。 对不同敏化剂用量的调整是通过自动控制系统完 成的，微机控制系统 可以是P 比，也可以是单片机 通 过分析乳胶基质料箱内温度传感器传输过来的温度信 号，判断乳胶基贡J 瞰E 的敏化温度区间，同时根据输药 设备的计量装置传输的流量信号，对应表3 计算出发 泡主剂与发泡辅剂的流量，最后通过调节比例阀与输 送泵控制敏化剂的输出流量。具体见图1 。 表4 国内不同现场混装炸药车敏化方式 T a b I e4M e t h o df b rd i 他n n td o H 啪t i cl o c a lm i x l o a de 印l 吲v ev e h i d 鹤 基质泵 巫亘匝] _ 弋淬；鬲叫l iT 叫比例阀卜T ‘1 1l 巫圃口_ 苟垫型兰烈一输入炮孔l 图1 乳化炸药化学敏化工艺流程图 F i g ． 1C h e m o s e I l s i b i l i z a t i o np r o c e s sn o wd i a g r a mo fe 砌l s i o ne x p l o s i v e s 万方数据 1 1 6爆破 加1 2 年1 2 月 4 敏化效果 通过以上化学敏化方式，我们对乳胶基质在 1 5 ～8 5 ℃不同温度下的发泡主剂与发泡辅剂的配 方比例，并采用自动控制技术调节敏化剂的用量，从 而实现乳胶基质在不需要任何冷却与保温的情况下， 实现正常敏化，敏化后炸药爆速为4 5 0 0 一5 0 0 0m ／s ， 符合国家对炸药的指标要求。在不同化学敏化温度 与敏化时间，乳化炸药的敏化情况见表5 。 表5 乳胶基质常温化学敏化情况 T a b I e5C h 伽o ∞n 商b i l i z a 啪no f 哪| l l s i 伽瑚t r i x m l d e rn 咖a la h n 吣p h e r 量c 帅聃t I l 弛 5 敏化剂对基质质量的效果影响 敏化辅剂由于其自身的酸碱性，会对乳化结构 带来一定的破坏作用，有可能影响到产品的爆炸性 能及储存性能，有专家将未加入敏化剂的乳化基质 及敏化后的乳化炸药分别侵入水中，通过对比检测 水中的硝酸铵溶出率，发现加人敏化剂后的炸药在 水中的硝酸铵溶出率稍高，基于这一认识，我们车载 乳胶基质乳化剂选择的是抗酸性很好的陆博润生产 的l z 2 7 3 l 乳化剂，并且有时为提高敏化速率，在基 质水相中加入微量的酸，以提高敏化时的酸性条件。 6 结论 通过选择合适的敏化主、辅剂，不同温度条件下 调节敏化剂的加入量，选择合适的敏化器结构及与 之匹配的转速，可以达到乳胶基质敏化后所需的混 装炸药密度要求与粘度要求，从而满足现场大剂量 泵送需求，生产出密度适宜、后效适量的乳胶基质现 场混装乳化炸药，产品性能稳定，可以满足不同爆破 的要求。 [ 1 ] 汪旭光．乳化炸药[ M ] ．北京冶金工业出版社，猢8 4 ． [ 2 ]吕春绪．工业炸药理论[ M ] ．北京兵器工业出版社， 2 0 0 3 9 6 ． [ 3 ] 叶图强，郑炳旭，汪旭光，等．装药车制乳化炸药配方 的优化研究[ J ] ．中国矿业，2 0 0 8 7 7 7 ．8 1 ，9 9 ． [ 3 ] Y ET u q i 蚰g ，z H E N GB i 喈x u ，W A N Gx u - g u a I l g ，e ta 1 ． 0 p l i m i z e df 撕跚l 砒i o Hs n l d yo ne m l l l s i o ne x p l 0 8 i v em a d e b yl o 矗d i n gm a c h i n e [ J ] ．C h i n aM i n i n gM 8 s 配i n e ， 2 0 0 8 7 7 7 - 8 l ，9 9 ． i nC h i n e s e [ 4 ] 何礼铮．乳化炸药化学敏化温度与密度[ J ] ．鸡西大学 学报，2 0 l l 7 5 0 ．5 1 ． [ 4 ] H EL i - z h e n g ．0 nt h ec h e m i c a lt 帅p e r 砒u r e 蚰d 山ed e n s i ． t y0 fe m u l s i 每i n ge x p l o s i o n [ J ] ．J o u m a lo fJ i x iu n i v e 璐i t y ， 2 0 1 1 7 5 0 - 5 1 ． i nC h i n e s e [ 5 ] 杨卫东．乳化炸药敏化方法及应用研究[ J ] ．煤矿爆 破，2 0 0 9 2 6 - 9 ． [ 5 ]Y A N Gw 毛i ．d o n g ．S t u d y 帆t I l es e n s i t i z a t i o nm e t h o d 8o fe ． m t l l s i o ne x p l o s i v e 胁di t s 叩p l i c a t i o n [ J ] ．c o a lM i ∞B l 鹪． t i n g ，2 0 0 9 2 6 ’9 ． i nC h i n e s e 上接第6 1 页 [ 6 ]周传波，谷任国，罗学东．坚硬岩石一次爆破成井掏槽 方式的数值模拟研究[ J ] ．岩石力学与工程学报， 2 0 0 5 ，2 4 1 3 2 2 9 8 ．2 3 0 3 ． [ 6 ] Z H 0 uCB ，G URG ，L U 0 xD ．N u I n e r i c a ls i m u l a t i o no n c u t t i n gm o d eo fs h 世e x c a v a t i o nb yo n e s t 印d e e p - h o l e b l a s 血唱i nh a r dr o c k [ J ] ．c h i n e s eJ o u m a lo fR o c kM e - c h 锄i c s 蚰dE n 百n e e r i n g ，2 0 0 5 ，2 4 1 3 2 2 9 8 ．2 3 0 3 ． i n C h i n e 8 e 1 [ 7 ] c 呲u r y 脚舢i c sI n c ．A I 籼Y Nu 邮姗n 啪l [ M ] ．c 即t u - r yD 咖a m i c sk c ，l 嘶． [ 8 ] 叶序双．爆炸作用理论基础[ M ] ．南京工程兵工程学 院，1 9 9 6 1 4 2 - 1 4 3 ． [ 9 ] 徐平，夏唐代，周新民单排空心管桩屏障对平面s V 波的隔离效果研究[ J ] ．岩土工程学报，2 0 0 7 1 1 3 1 ． 1 3 6 ． [ 9 ] x uP ，ⅪATD ，z H O uxM ．s t u d yo ne f f e c t o fb a r r i e ro f ar o wo fh o l l o wp i p ep i l e so ni 8 0 l a t i o n0 fi n c i d e n tp 1 8 n e s Vw a v e 8 [ J ] ．c h i n e s eJ 伽m a lo fG e o t e c h n i c a lE n g i r l e e r - i n g ，2 0 0 7 1 1 3 1 - 1 3 6 ． i nC h i n e s e 万方数据