乳胶远程配送系统相关技术研究.pdf

第2 7 卷第2 期 2 0 1 0 年6 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 7N o ．2 J u n ．2 0 1 0 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 0 ．0 2 ．0 2 4 乳胶远程配送系统相关技术研究 李宏兵 葛洲坝易普力股份有限公司，重庆4 0 0 0 2 3 摘要通过调研国内外现场混装炸药车技术的现状，分析我国现场混装炸药车存在的问题，提出了解决 方案并进行了必要性和可行性论证；研究解决了乳胶远程配送系统相关技术，可用于指导乳胶远程配送系统 的开发与应用。 关键词现场混装炸药车；乳胶基质；散装炸药；远程配送 中图分类号T D 2 3 5 ．2 8 文献标识码A文章编号1 0 0 1 - 4 8 7 X 2 0 1 0 0 2 - 0 0 8 8 0 4 R e s e a r c ho nR e l a t e dT e c h n i q u e so fL o n g - d i s t a n c e D e l i v e r y i n gS y s t e mo fE m u l s i o nM a t r i x UH o n g b i n g 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 s t r a c t T h r o u g hi n v e s t i g a t i n ga n ds u r v e y i n gt h ec u r r e n ts i t u a t i o no fs i t em i x e da n dc h a r g e de x p l o s i v et r u c ka t h o m ea n da b r o a d ．t h e nt h ep r o b l e m so fO l l r ’ss i t em i x e da n dc h a r g e de x p l o s i v et r u c kw e r ea n a l y z e da n dw ea l s o p r o v e dt h en e c e s s i t ya n df e a s i b i l i t yo fs o l u t i o n ．t h er e l a t e dt e c h n i q u e so fl o n g d i s t a n c ed e l i v e r r i n gs y s t e mt oe m u l s i o n m a t r i xh a db e e nr e s o l v e dt od i r e e t ei t sa p p l i c a t i o na n de x p l o i t a t i o n K e yw o r d s s i t em i x e da n dc h a r g e de x p l o s i v et r u c k ；e m u l s i o nm a r t r i x ；b u l ke x p l o l i v e ；l o n g d i s t a n c ed e l i v e r - y i I l g 1国外现场混装炸药车技术发展现状 国外发达国家现场混装炸药生产技术广泛采用 地面集中制备乳胶基质、运输车远程配送、现场敏化 装药的散装炸药生产服务系统 即乳胶远程配送系 统 ，实现了“一站多点”服务体系和现场混装炸药 车多功能化[ 1 】。如O R I C A 公司采用乳胶远程配送 系统生产方式，年产散装炸药1 0 0 多万t ，充分体现 了这种技术的先进性和优越性，其优点体现在 1 实现了散装炸药的规模化生产，生产成本较 低。O R I C A 公司一般依托大型矿山开采工程建设 一个乳胶基质生产基地，采用集中生产乳胶基质和 收稿日期2 0 0 9 1 2 一0 5 作者简介李宏兵 1 9 6 8 一 ，男，高级工程师，学士，主要从事工程爆 破、炸药工艺方面研究，E - m a i l z f g e g e s i n a ．c o m 。 远程配送的方式向周边工程和国际工程辐射。 2 可针对爆破要求现场灵活调整炸药配方，实 现柔性化生产。O R I C A 公司的散装炸药以乳胶基 质为基础，同时，现场混装炸药车以多功能车为主， 可以根据工程特点在每一个炮孔同时装填乳化炸 药、多孔粒状铵油炸药或重铵油炸药，以实现炸药与 岩性的最佳匹配，达到最佳的爆破效果。 3 制药装药生产的机械化程度高，保证了全过 程的安全、高效、优质。乳胶基质生产效率高达3 0 0 k g ／m i n ；质量稳定，储存期长，适合远程运输并能在 2 0 ℃左右时采用化学敏化方式敏化；安全性能好，临 界直径约西7 0m i l l 。原材料运输和输送、半成品制 备和输送、炸药现场装填全部采用机械化作业方式， 因此其劳动力用量很小，如O R I C A 公司的1 个散装 炸药工厂，年生产散装炸药达4 0 万t ，而生产人员只 有约4 0 人。 万方数据 第2 7 卷第2 期 李宏兵乳胶远程配送系统相关技术研究 8 9 2 我国现场混装炸药车技术发展现状 2 ．1 我国现场混装炸药车技术发展现状 我国大型露天矿山于上世纪八十年代引进美国 I R E C O 公司现场混装炸药车技术旧J ，经过二十多年 的发展，现场混装炸药车技术在大型露天和地下矿 山开采、国家重点工程建设中得到了较快的推广应 用；在装备工艺技术方面，已基本实现现场混装炸药 车国产化、系列化并向多功能化发展，自主研制的移 动式地面辅助设施得到推广应用，地面制备水相、油 相、乳胶基质等工艺技术日趋成熟p j 。 2 ．2 国内现场混装炸药车技术应用状况 据统计，我国现场混装炸药年生产使用量约占 全国工业炸药年产量1 0 ％左右【4 J ，远低于国际上发 达国家的应用水平，而且以大型露天矿山自产自用 方式为主，如山西平朔煤矿、辽宁南芬铁矿、江西德 兴铜矿、内蒙准格尔煤矿等，应用领域十分狭窄。 3 开发乳胶基质远程配送系统的必要 性与可行性 3 ．1 我国现场混装乳化炸药生产方式存在的问题 在生产和应用方式方面，我国现场混装乳化炸 药车技术基本采取“一点一站”与现场混装乳化炸 药车配套，大部分采取车上制乳、敏化、装填工艺技 术，在施工现场混制和装填炸药的生产方式，为固定 的项目提供炸药现场混制与装填、爆破施工服务。 存在以下问题 1 人力和装备资源不能共享而导致利用率低、 成本高。 2 在高寒地区使用困难而且不适合远程配送 服务等问题。 3 不利于现场混装炸药车向系列化、小型化、 多功能化方向发展。 4 受工程规模限制、现场混装炸药品种单一。 5 乳化炸药人孔温度高，不仅与普通起爆器材 难以匹配，而且存在一定的安全风险。 3 ．2 解决办法 实现乳胶基质集中生产、远程配送、现场敏化装 药的生产方式，研究适合远程配送的乳胶基质及低 温敏化工艺，同时将现场混装炸药车向多功能 即 在一台现场混装炸药车上可以生产和装填乳化炸 药、重铵油炸药、多孔粒状铵油炸药 、系列化、小型 化方向发展，是解决上述问题并进一步发展的有效 途径。 3 ．3 可行性分析 1 民爆行业政策法规鼓励。现场混装炸药车 作业方式集炸药生产、使用于一体，不仅有利于提高 我高工业炸药生产的本质化安全水平，而且有利于 推动爆破施工技术的发展，解决生产与使用之间不 良循环的矛盾。因此，新的民用爆炸物品安全管 理条例及相关配套的实施管理办法明确鼓励发展 工业炸药移动式和现场混装生产方式。 2 符合民爆技术规范的要求。新的民用爆破 器材工程安全设计规范于2 0 0 7 年8 月1 日开始施 行，增加了关于现场混装炸药车地面辅助生产设施 即地面站的设计规范，明确规定地面辅助生产设施 可制备乳胶基质，在地面站不附建炸药仓库和爆破 器材仓库时，地面站的设计可执行建筑设计防火 规范的规定，使实施地面制备、储存、运输乳胶基 质的条件更为有利。 3 市场可行。近年来，现场混装炸药车技术在 国家重点工程、大型露天矿山推广应用后，其优势得 到市场的广泛认同，而且我国正处于矿山开采、基础 设施建设高速发展时期，具备了开发并应用乳胶远 程配送系统的市场条件。 4 工艺技术可行。近年来，我国工业炸药生产 工艺技术发展迅速，具有现场混装炸药车装备制造 和混装炸药生产工艺技术研发的经验与基础，在相 关技术上通过试验与研究是可以解决的。 综上所述，开发乳胶远程配送系统，通过改变生 产方式扩大现场混装炸药车应用范围从而扩大生产 规模、提高资源利用率等方面都是十分必要的，也是 可行的。 4 乳胶基质远程配送系统相关技术研究 4 ．1 乳胶远程配送系统的技术组成 乳胶远程配送系统由乳胶基质制备站、乳胶基 质配送车、施工现场地面辅助设施、现场混装炸药车 组成。其技术组成包括下列2 大内容 1 核心技术乳胶基质工艺配方与乳胶基质常 温敏化技术； 2 配套技术包括乳胶基质地面制备工艺与装 备技术、乳胶基质远程配送车开发、施工现场地面辅 助设施与装药设备等工装配套技术。 4 ．2 乳胶基质性能要求 按照乳胶远程配送系统的作业流程，乳胶基质 应满足以下主要性能要求 1 储存期不小于3 ～6 个月，以保证现场生产 的可靠性； 2 抗颠簸性能在敞开容器盛装条件下，置于车上 自然颠簸3 0 0 - 5 0 0k m ，无析晶、脱水、破乳现象； 3 感度在2 0 一6 0 ℃条件下无雷管、摩擦、撞击 万方数据 爆破 2 0 1 0 年6 月 感度，以提高运输与储存过程的安全； 4 乳胶基质粘度在2 0 5 ℃时，不大于1 0 万 c P ，以适合敏化混合及泵送。 4 ．3 乳胶基质的储存稳定性研究与试验 乳胶基质的稳定性主要取决于乳胶粒子连续相 油膜的稳定性，而油膜的稳定性主要表现在构成油 膜的机械强度和乳胶粒子内外相界面能大小，散装 乳化炸药的油相一般由柴油、机油、乳化剂等材料组 成，其中对乳胶基质稳定性起关键作用的是乳化剂。 国内目前常用的低分子乳化剂以s p a n - 8 0 为代表， 高分子乳化剂以聚异丁烯丁二酰亚胺为代表，在乳 化炸药配方与工艺条件相同的情况下，s p a n 一8 0 具有 乳化强度低、成乳快、原料易得、单价低的特点，但生 产的乳化炸药贮存稳定性低、乳化剂用量大；高分子 乳化剂具有乳化贮存稳定性好、乳化临界用量小的 特点，但也具有乳化强度高、乳化不稳定的特点。国 外一些著名的乳化剂生产厂家如美国L u b r i z o l 、英国 I m p e r i a l 、加拿大和澳大利亚的I C I 公司，上世纪8 0 年代相继以聚异丁烯、马来酸酐、乙二醇、乙醇胺为 主要原材料，开发出系列新型含氮油包水乳化剂，这 种新型乳化剂除具有丁二酰亚胺的特点外，还具有 粘度小、油溶性好和易乳化等特点。 在相同的工艺条件下，选用s p a n - 8 0 、高分子乳 化剂、美国L u b r i z o l 乳化剂以及上述3 种乳化剂中 任意2 种按比例复配的复合乳化剂进行乳化效率、 储存期等对比试验与性能测试，试验表明 采用美国L u b r i z o l 乳化剂及其与s p a n 一8 0 复配 的乳化剂 以下简称复合乳化剂 ，乳化效率较高， 粘度小，储存期长，而且无雷管、摩擦、撞击感度，满 足现场混装乳化炸药生产工艺条件及适合远程配送 的乳胶基质性能要求。 4 ．4 乳胶基质抗颠簸性能试验 乳胶基质抗颠簸性能试验是在保证乳胶基质在 容器中能自由蠕动的情况下，模拟配送车运输环境 进行外观和性能检测的试验。分别采用美国L u b r - i z o l 乳化剂和复合乳化剂制备乳胶基质1 5k g 并装 人特制容器，固定于爆破器材运输车上并随车行驶 自由颠簸，记录行车里程、行车天数、乳胶基质外观 状态。试验表明 采用美国L u b r i z o l 乳化剂与复合乳化剂制备的 乳胶基质，在6 0 0k m 运输范围内，乳胶基质外观没 有明显变化；储存1 0 0d 后，将容器中的乳胶基质敏 化并测试爆速，爆速为43 1 0r n ／s ，满足乳胶基质远 程配送和储存的要求。 4 ．5 乳胶基质常温敏化技术研究 对于乳化炸药来讲，良好的化学发泡一般要满 足以下条件一是在5 2 0m i n 之内快速发泡；二是 气泡大小合适、分布均匀、稳定存在。从化学敏化机 理可以看出，化学发泡敏化的实质是N a N O 溶液分 解的N 2 0 ，，与N H 。N 0 3 分解的N H 3 反应后生成N ， 并在乳胶基质内扩散形成微气泡，从而形成起爆与 传爆的“热点”[ 5 - 6 1 。在存在H 的酸性条件下，以上 反应可以加速。 N a N 0 2 H 20 爿- - - - H N 0 2 N a O H H N 0 2 茸- - - - - - H N 0 2 2 H N 0 2 ．- 型- - - - - N 20 3 H 2 0 N H 4N 0 3 ≠- - N H 3 H N 0 3 N 2 0 3 2 N H 3 2 N 2 3 H 2 0 惰性气体N 在乳胶基质内相生成后是以分子 扩散机制向外扩散的。就成泡而言，要求气体微团 越过表面活性剂界面膜后，即在残余乳化剂作用下， 形成G ／O 型微滴。这里关联2 个问题成泡速率和 固泡能力。成泡速率主要取决于以上化学反应的速 率，固泡能力主要取决于乳胶基质的粘度。研究的 思路是根据确定的乳胶基质工艺配方，按照不同温 度的乳胶基质敏化要求，通过选择适宜的H 、N H ， 等生成物及其组份比例，调整不同组分在乳胶基质 中的添加量，控制成泡速率盼陕慢，从而达到满意的 敏化效果。 4 ．6 乳胶远程配送系统工装配套 4 ．6 ．1 乳胶制备系统 用于生产水相、油相并制备乳胶基质，可采取移 动、固定式地面站或与乳化炸药生产线联建的方式 实现乳胶基质制备。 4 ．6 ．2 乳胶运输设备 即乳胶配送车是实现乳胶基质远程配送功能 的关键设备，通过它将乳胶制备系统与现场混装炸 药生产系统联系起来。 4 ．6 ．3 地面辅助设施 在爆破现场设置地面辅助设施的目的是为了及 时提供现场混装炸药车所需的原料，保证正常生产施 工，可以根据爆破施工要求设置乳胶基质储备罐、多 孔粒状硝酸铵库、柴油库、敏化剂库房等及上车装置。 4 ．6 ．4 多功能现场混装炸药车 现场混装炸药车是实现炸药混制和装填的设 备，多功能现场混装炸药车可以根据需要同时向一 个炮孔装填多孔粒状铵油炸药、乳化炸药、重铵油炸 药，因不再设置乳胶制备和配料及计量系统，易实现 现场混装炸药车小型化。 5 结语 乳胶远程配送系统在国外作为一种先进的生产 万方数据 第2 7 卷第2 期李宏兵乳胶远程配送系统相关技术研究 9 1 上接第5 1 页 进度要比方案D 要快 9 0m m 炮孔比4 0m r ／l 炮孔的钻 孔速度与装药速度都要快 ，显然方案C 优于方案D 。 综上所述，为确保隧道的安全稳定以及满足施工 进度要求，最终决定采用现场试验爆破方案c 和方案 E 相结合的爆破技术方案，即浅孑L 大直径与小直径相 结合的分层松动爆破技术方案爆破开挖分为3 层，上 2 层为大直径浅孔爆破，炮孔直径9 0m n l ，炮孑L 深度4 5I l l ，同时起爆3 个孑L ，最大单段药量为2 5 ．8k g ，炮孔装 药结构如图3 a 所示，采用孔外延时起爆网路；下分层 采用浅孔小直径爆破，炮孑L 直径4 0m m ，炮孑L 深度2 2 ．5m ，同时起爆1 6 个孔，最大单段药量为2 4l g ，炮孔 装药结构图3 b 所示，采用孔外延时起爆网路。 a 浅孔大直径 b 浅孔小直径 l 一炸药 2 。岩石或乳化炸药 ；2 一起爆药包； 3 - - 堵塞段；4 一导爆管。 图3 装药结构示意图 单位m 4 爆破效果 严格采用所提出的爆破技术方案施工，并实时 监测爆破对隧道产生的振动影响。现场施工信息反 馈，松动爆破效果良好，满足现场挖掘要求。同时现 场监测振动速度在0 ．0 5 8 1 ．8 3 4e m ／s 之间 小于5 e m ／s ，完全控制在允许的爆破振动速度内，达到了 较好的振动控制效果。确保了汪家山和白浪一号2 条新、旧隧道的安全稳定。 致谢论文以导师周传波教授的汪家山工业园区土 石方开挖爆破技术及其振动效应监测评价 项目为依托，郭 志杏、徐曦、赵建洲等研究生参与了现场试验与测试，现场试 验与测试工作得到了现场相关技术人员的大力配合，在此对 导师、各住同学和现场技术人员深表感谢 参考文献 [ 1 ] 周传波，陈建平．乌龙泉露天矿深孔爆破振动测试与 分析[ J ] ．工程爆破，2 0 0 0 ，6 4 7 1 - 7 5 ． [ 2 ]范孝锋，周传波．爆破振动影响因素的灰关联分析 [ J ] ．爆破，2 0 0 5 ，2 2 2 1 0 0 - 1 0 2 ． [ 3 ] 宋龙伯，邓民宪．爆破地震效应的灰色关联分析[ J ] ． 爆破，1 9 8 9 ，6 1 2 5 - 2 8 ． [ 4 ]赵新涛，程贵海．灰色关联分析在爆破振动效应控制 中的应用[ J ] ．爆破器材，2 0 0 8 ，3 7 1 3 4 - 3 8 ． [ 5 ] 邓聚龙．灰色系统基本方法[ M ] ．武汉华中科技大学 出版社，2 0 0 5 ． [ 6 ] 彭德红．某石料厂石材开采爆破振动测试与分析[ J ] ． 爆破，2 0 0 5 ，2 2 4 3 2 - 3 4 ． 万方数据