大孔径深孔含水爆破混装乳化炸药性能研究.pdf

第4 6 卷第3 期 2 0 1 7 年6 月 爆破器材 E x p l o s i v eM a t e r i a l s V 0 1 ．4 6 N o ．3 J u n ．2 0 1 7 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 8 3 5 2 ．2 0 1 7 ．0 3 ．0 0 7 大孑L 径深孑L 含水爆破混装乳化炸药性能研究来 张建州刘大维 葛洲坝易普力四川爆破工程有限公司 四川成都，6 1 0 0 0 0 [ 摘要]大孔径深孑L 含水爆破中，混装乳化炸药受到来自炸药本身重压、回填渣的压力以及炮孑L 中水的侵蚀，炸 药爆炸性能发生改变。为了分析压力及水对混装乳化炸药的影响规律，提出了一种新型乳化炸药抗压性试验方 法。模拟了深孔爆破环境气泡敏化的混装乳化炸药的爆速随孔压变化规律0 ．1 、0 ．2M P a 下2 4h 内爆速较高，随着 压力增加及加压时间的延长，爆速下降直至拒爆；同时，通过测试乳胶基质中硝酸铵的溶失值以及乳胶基质的溶胀 厚度．分析了乳化剂、油相材料对其抗水稳定性的影响。结果表明添加质量分数1 ％的基础油，S p a n 8 0 、高分子型 乳化剂E P E l 添加质量比达到1 1 后，溶失值及溶胀厚度较小；再增加E P E 一1 的含量，抗水性、稳定性基本不发生 变化。提出了提高混装乳化炸药抗水稳定性的方法。 [ 关键词] 大孔径深孔爆破；混装乳化炸药；抗压性；抗水性 [ 分类号] T D 2 3 5 ．2 1 ；T J 5 1 0 ．6 P r o p e r t i e so fM i x e dE m u l s i o nE x p l o s i v eU s e di nL a r g e - d i a m e t e r D e e p - h o l eW a t e r - - b e a r i n gB l a s t i n g Z H A N GJ i a n z h o u ，L I UD a w e i G e z h o u b aE x p l o s i v eS i c h u a nB l a s t i n gE n g i n e e r i n gC o ．，L t d ． S i c h u a nC h e n g d u ，6 1 0 0 0 0 [ A B S T R A C T ] I nl a r g e d i a m e t e rd e e p h o l ew a t e r b e a t i n gb l a s t i n g ，s i t em i x e de m u l s i o ne x p l o s i v e sb e a rt h ew e i g h tp r e s s u r ea n dg r a v i t yo fs t u f f i n gi nl a r g e d i a m e t e rd e e ph o l ea n dt h ee r o s i o nf r o mw a t e r ，w h i c hi sl i k e l yt oc a u s ec h a n g e so f e x p l o s i v ep e r f o r m a n c e ．I no r d e rt oa n a l y z et h ei n f l u e n c eo fp r e s s u r ea n dw a t e ro nt h ee m u l s i o ne x p l o s i v e ，an e wc o m p r e s s i o n t e s tw a sp r o p o s e dt os t u d yt h ev a r i a t i o nl a wo fd e t o n a t i o nv e l o c i t yi nd e e p h o l ee x p l o s i o n ．D e t o n a t i o nv e l o c i t yi sh i g hw i t h i n 2 4h o u r su n d e rt h ep r e s s u r eo f0 ．1a n d0 ．2M P a ．W i t ht h ei n c r e a s eo fp r e s s u r ea n dt i m e ，t h ev e l o c i t yd e c r e a s e su n t i lt o f a i l u r eo fd e t o n a t i o n ．A tt h es a m et i m e ，t h ed i s s o l u t i o no fN H 4 N 0 3a n dt h es w e l l i n gt h i c k n e s so ft h ee m u l s i o nm a t r i xw e r e t e s t e d ，a n dt h ee f f e c t so fe m u l s i f i e r ，o i lp h a s em a t e r i a l so nt h es t a b i l i t yo fs i t em i x e de m u l s i o ne x p l o s i v ew e r ea n a l y z e d ． R e s u l t ss h o wt h a tt h ed i s s o l u t i o na n dt h es w e l l i n gt h i c k n e s sa r es m a l lw h e na d d i n g1 ％b a s eo i la n dS p a n 8 0 ／E P E 一1a ta m a s sr a t i oo f1 1 ．W a t e rr e s i s t a n c eh a sn oc h a n g ea f t e rm o r ea d d i t i o no fE P E 一1 ．F i n a l l y ，t h em e t h o d st oi m p r o v ew a t e r r e s i s t a n c ew e r ef o u n d ． [ K E Y W O R D S ] l a r g e d i a m e t e rd e e p h o l eb l a s t i n g ；m i x e de m u l s i o ne x p l o s i v e ；c o m p r e s s i v er e s i s t a n c e ；w a t e rr e s i s t a n c e 引言 现场混装乳化炸药由于成本低、安全、高效，已 在众多大型矿山推广应用，针对不同的装药环境，学 者们对混装乳化炸药的主要性能进行了研究。黄铁 飞⋯、武海英[ 2 1 等对} 昆装乳化炸药不同乳化剂含量 的影响进行了研究叶海旺等[ 3 ] 对无水环境下多孔 粒状混装铵油炸药爆破性能进行了研究；李晓虎 等[ 4 1 将岩粉对混装乳化炸药性能影响进行了分析。 但是，众多学者主要从炸药配方比例、外部掺杂物、 混装乳化装药工艺等方面对混装炸药性能进行了大 量研究，针对装药环境对混装炸药性能的影响研究 较少。同时，在乳化炸药试验装置研究上，米希尔 等[ 5 ] 设计的静压爆破装置加压系统较复杂．密封性 能不好；松本荣等[ 6 ] 设计的爆炸装置同样设计复 杂，价格昂贵刘磊等0 7 ] 设计的抗压试验装置含有 钢管、铁法兰，测试爆速时存在较大的安全风险。 { I } 收稿日期2 0 1 6 ．1 2 9 2 作者简介张建州 1 9 6 7 一 ，男，工程师，主要从事炸药眭能研究。E m a i l 7 8 2 9 1 3 1 9 2 q q ．c o n 万方数据 2 0 1 7 年6 月 大孔径深孔含水爆破混装乳化炸药性能研究张建州。等 3 7 本文中，结合大孔径深孔含水爆破的实际情况． 设计了新型抗压试验装置，对混装乳化炸药抗水性、 抗压性进行了系统的研究；同时，对炸药配方及微量 元素含量变化时的炸药性能进行了对比研究。分析 了提高炸药性能的方法。 1 抗压性试验 1 ．1 试验装置 本试验装置借鉴国内外专家学者的设计思路。 抗压试验装置主要由直径1 1 0m m 、长11 0 0m m 的 P V C 管、P V C 封头、P V C 异径直通、带丝口的P V C 三 通、压力表、P V C 球阀、进气阀等组成；压力表、进气 阀可重复使用，其他部件使用一次；装置P V C 材料 需抗压1 ．0M P a 以上，该装置材料来源广泛，结构简 单，费用较低，抗压试验装置结构见图1 。试验配方 见表1 所示。 6 1 一压力表；2 ～进气阀；3 一P V C 球阀； 4 一P V C 异径直通；5 一P V C 管；6 一P V C 封头； 7 一带丝口的P V C 三通。 图1 抗压试验装置结构 F i g ．1 S t r u c t u r eo fc o m p r e s s i o ne x p e r i m e n td e v i c e 1 ．2 试验过程 将安装好靶线的P V C 管两头外侧、异径直通内 壁和外壁、封头内侧、三通管内壁、外壁均用砂布打 磨，使其表面粗糙，用湿抹布清理碎屑，分别用专用 胶水将堵头与P V C 管粘接，将异径直通、球阀、三通 管粘接，进气阀与三通管、压力表与三通管连接处采 用生料带密封；靶线、脚线出入口密封好；P V C 管装 满混装乳化炸药。爆速试样制作好后，将P V C 管与 异径直通粘接，连接气管，用气筒或试验室气泵加气 打压，压力达到设定值，关闭球阀，卸下压力表及进 气管件，连线测试爆速。 1 ．3 试验结果与分析 在大直径深孔中混装炸药装填完成后，底部炸 药承受自重压力及回填压力，预装药爆破中，由于爆 区面积较大，装药时间长，混装炸药在炮孔内静置时 间较长，对炸药性能有一定影响；因此，对现有炸药 配方进行抗压试验。寻找在不同压力作用、不同静置 时间下，乳化炸药的性能的变化规律。 由图2 可知，混装乳化炸药在不加压条件下，能 够静置5d 以上，爆速稳定为48 0 0m ／s ；在0 ．1 、0 ．2 M P a 压力下．静置2h 和2 4h 后起爆，爆速均高于无 压力起爆速度；在0 ．3 、0 ．4M P a 压力下，静置2h 和 2 4h 后，起爆爆速显著降低。说明在较小的压力范 围内，有助于提高混装炸药性能，超过一个极限值， 炸药性能降低。加压条件下，炸药爆速随静置时间 增加而降低，且在0 ．3M P a 压力下。静置1 2 0h 后拒 爆。在0 ．4M P a 压力下静置超过2 4h 拒爆说明在 加压条件下。混装炸药储存时间较短，在一定条件下 会发生拒爆。 ， 如 g 删 酸 图2 混装乳化炸药抗压性试验结果对比 F i g ．2C o m p a r i s o no fc o m p r e s s i o nt e s t r e s u l t sf o rm i x e de m u l s i o ne x p l o s i v e 深入分析发现，气泡敏化的混装乳化炸药在静 压力作用下，部分气泡随着加压时间的延长逐步逸 表1混装乳化炸药基质配方 质量分数 T a b ．1M a t r i xf o r m u l a t i o no fe m u l s i o ne x p l o s i v e％ ∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞观钉如的鳃们稻钻钳钙铊钉 万方数据 爆破器材第4 6 卷第3 期 出，压力越大逸出越快。未逸出的气泡尺寸缩小；乳 化炸药密度增大，大量气泡逸出，剩余气泡尺寸缩小 是压死、拒爆的主要原因。露天深孔爆破通常采用 岩粉回填，实践表明非含水炮孔，回填的是干渣，由 于干渣的组拱效应，回填压力很小，可忽略不计，药 体承受的压力基本为上部药体自重压力含水炮孔 中回填渣被水浸润。特别是水量大的大孔径炮孔，回 填渣具有较好的流散性和沉降性，回填压力较大。 试验结果说明。该混装乳化炸药在干孔深孔爆破条 件下，具备较长的预装药能力，根据自重压力推算， 在大于0 2 0 0I B m 的大孔径、含水、孔深1 7m 的深孔 爆破时，混装乳化炸药具备4 ～5d 的预装药能力。 2 抗水性试验 乳化炸药与水接触，存在溶失、溶胀现象，溶胀 层越厚，破乳层越多。破乳会导致内相硝酸铵溶失在 外界水中；破乳情况越严重，水中的硝酸铵含量 溶 失值 越高。因此，可以通过测试溶胀厚度和溶失 值判断乳化基质的抗水性能[ 8 引。 2 ．1 乳胶基质溶失值、溶胀厚度的测定 向5 0 0m L 烧杯中倒入2 0 0m L 左右的混装乳化 炸药的乳胶基质，沿杯壁倒人2 0 0m L 水．静置，观察 乳胶基质的表面溶胀情况并测定溶失值，测量溶胀 厚度。乳胶基质溶失值用溶于外界水中硝酸铵的量 占试样中硝酸铵量的比值来表示，外界水中硝酸铵 的量参照G B ／T3 6 0 0 - - 2 0 0 0 中的甲醛法来测定。 2 ．2 试验结果与分析 以S p a n 8 0 乳化剂、E P E ．1 高分子乳化剂以及添 加一定量的基础油做对比试验，试验室制备的乳胶 基质做比较分析。乳化剂总量占乳胶基质质量的 1 ．5 ％，分别选取叫 S p a n 8 0 W E P E ．1 1 0 、 W S p a n 8 0 W E P E - 1 2 1 、W S p a n 8 0 W E P E 一1 1 1 、W S p a n 8 0 W E P E 一1 0 1 的乳化剂，分别比较不同S p a n 8 0 、E P E ．1 含量条件下 乳胶基质的溶失值和不同S p a n 8 0 、E P E ．1 比例并添 加基础油条件下乳胶基质的溶失值、溶胀厚度，以分 析混合乳化剂比例及外部添加剂对乳胶基质溶失值 的影响，结果如表2 ～表3 所示。 由表2 可知，当乳化剂中只含有S p a n 8 0 时。溶 失值较高，抗水性较差，乳化剂中E P E ．1 比例越大， 溶失值越小，抗水性逐步增强，说明乳化剂中增大 E P E ．1 的含量能有效地减小溶失值，增加抗水性同 时，溶失值随着时问的延长而增加。即随着放置时间 的增加，抗水性减弱。在添加质量分数1 ％的基础 油后，溶失值均有一定程度的减小．说明添加基础油 能够有效增加乳胶基质抗水性。 由表3 可知，添加基础油能明显减小溶胀厚度； 同时，放置时间越长，其溶胀厚度越大。 深入分析发现，S p a n 8 0 是一类有亲水基团和疏 水基团的表面活性剂，吸附在油水界面的亲水基与 水相形成弱的水合作用。由于油相中过量乳化剂的 存在，界面上的乳化剂与油相内的乳化剂分子频繁 互换位置，保持动态平衡，使外界水及内相无机电解 表2 乳胶基质溶失值对比的测试结果 T a b ．2 C o m p a r i s o no fl a t e xm a t r i xd i s s o l u t i o n 表3乳胶基质溶胀厚度影响的对比测试结果 T a b ．3 C o m p a r i s o no fs w e l l i n gt h i c k n e s so fl a t e xm a t r i x 万方数据 2 0 1 7 年6 月大孑L 径深孑L 含水爆破混装乳化炸药性能研究张建州，等 3 9 质进入油膜；由于内外相存在化学梯度，使外界水以 一定的量不断进入油膜，无机电解质扩散进人外界。 引起油膜溶胀、硝酸铵溶失。 高分子乳化剂E P E ．1 分子结构没有亲水基和 亲油基之分，其分子两端是亲油的长链链段，由于没 有亲水基，对水溶液不具有吸附作用，也就不存在渗 透。因此，添加E P E ．1 改变了油膜结构，这也就是 添加量越多，其抗水性越好的原因。在加E P E ．1 的 基础上，添加烃链更长的基础油，能与柴油很好地复 合，既可进一步增强油膜强度，提高油膜阻隔能力， 减少界面渗透；同时又可提高胶体的黏度，提高固泡 能力。 通过试验发现，E P E ．1 具有极好的抗水性。综合 分析试验结果的分析及成本，确定现场混装乳化炸 药乳化剂采用伽 S p a n 8 0 俐 E P E ．1 1 1 ，同时 添加质量分数1 ％的基础油为最优方案。 3 露天矿山爆破应用 某铁矿19 6 0m 水平，台阶高度1 5I n ，爆破岩石 为辉长岩，矿岩普氏硬度系数f 1 0 ～1 6 ，抗压强度 1 0 0 ～1 7 0M P a ，孔网参数9 ．0I n 5 ．01 T I ，三角形布 孔，孔径2 5 0m i l l ；超深2I n 涉水爆区，孔数3 2 个，孑L 内水深3 ～7I n ，单孔药量4 5 0 ～6 0 0k g ，回填高度6 8I n ，底部炸药承压估算1 ．5 ～2 ．0M P a ，现场混装 乳化炸药选择原配方与新配方做对比爆破试验，炸 药单耗一致，预装药时间9 6h ，逐孔毫秒微差爆破。 爆后效果对比见图3 。爆区左侧为新配方生产 的混装乳化炸药，右侧为原配方，效果对比明显。左 侧爆堆前冲1 7 ～1 8m ，后冲≤3I n ，塌落高度2I n ；右 侧前冲明显小于左侧，而且塌落不明显，右侧原配方 爆堆难以挖装。 4结论 1 混装乳化炸药具备一定的抗压性，在短期 内．压力增大．爆速先上升再下降，压力达到0 ．4 M P a ，2 4h 内出现拒爆；在一定压力下，随着时间的 延长。爆速呈总体下降的趋势。在预装药爆破工程 中。预装时间应充分考虑爆破环境及炸药的抗压性。 2 混装乳化炸药具备一定的抗水性，但存在着 溶胀和溶失现象，时间越长，溶胀、溶失现象越严重； 提高混装乳化炸药的抗水性，首要的是选择合适的 乳化剂．其次是在油相中添加一定量的烃链更长的 图3 爆破效果对比 F i g ．3C o m p a r i s o no fb l a s t i n ge f f e c t 燃料。通常，高分子乳化剂价格较高，全部使用高分 子乳化剂不经济，考虑成本因素，可适当添加一定比 例的高分子乳化剂和烃链更长的油相材料，抗水稳 定性也非常良好。 3 根据试验结果，新抗水抗压乳化炸药应用 后，炸药单耗不变，爆破效果良好，但炸药成本稍高。 从矿山生产效益考虑。预装药时间的提高，尤其在雨 水季节，可显著降低爆破频次，减少钻、铲装、挖运作 业时间，提高爆破作业效率，进一步降低爆破施工及 矿山开采成本。 参考文献 [ 1 ] 黄铁飞，荣光富，杨曙光，等．乳化剂对混装乳化炸药 质量性能的影响及实践应用[ J ] ．爆破器材，2 0 1 0 ，3 9 2 1 4 1 6 ． H U A N GTF ，R O N GGF ，Y A N GSG ，e ta 1 ．E f f e c to f e m y l s i f i e ro nt h eq u a l i t yp e r f o r m a n c eo fe m u l s i o ne x p l o s i v ea n di t sp r a c t i c a la p p l i c a t i o n [ J ] ．E x p l o s i v eM a t e r i a l s ， 2 0 1 0 ，3 9 2 1 4 1 6 ． [ 2 ] 武海英．高分子乳化剂对现场混装乳化炸药稳定性的 影响[ D ] ．北京北京理工大学，2 0 1 6 2 4 2 8 ． W UHY ．E f f e c t so fp o l y m e re m u l s i f i e r sO Hs t a b i l i t yo f s i t e m i x e de m u l s i o ne x p l o s i v e s [ D ] ．B e r i n g B e r i n gI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y ，2 0 1 6 2 4 - 2 8 ． [ 3 ]叶海旺，吴凯，王洋，等．多孔粒状混装铵油炸药爆炸 性能试验研究[ J ] ．爆破，2 0 1 1 ，2 8 1 1 0 0 1 0 3 ． Y EHW ，W UK ，W A N GY ，e ta 1 ．E x p e r i m e n tr e a s e a r c h o ne x p l o s i o np e r f o r m a n c eo fm i x e dA N F Oe x p l o s i v e [ J ] ． B l a s t i n g ，2 0 1 1 ，2 8 1 1 0 0 1 0 3 ． [ 4 ] 李晓虎，彭立，王学进，等．岩粉对混装乳化炸药性能 影响的试验分析[ J ] ．爆破器材，2 0 1 3 ，4 2 4 3 6 4 0 ． L IXH ，P E N GL ，W A N GX J ，e ta 1 ．E x p e r i m e n t a la n a l y - s i so nt h ep e r f o r m a n c eo fm i x e de m u l s i o ne x p l o s i v ed u et o t h ea d d i t i o no fr o c kp o w d e r [ J ] ．E x p l o s i v eM a t e r i a l s ， 2 0 1 3 ，4 2 4 3 6 4 0 ． 下转第4 4 页 万方数据 4 4 爆破器材第4 6 卷第3 期 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] s i f t e ri ne m u l s i o ne x p l o s i v ep r o d u c t i o n [ J ] ．E n g i n e e r i n g b l a s t i n g ，2 0 1 4 ，2 0 2 3 6 3 9 ． 封涛．塑膜包装对胶状乳化炸药殉爆距离影响的研究 [ J ] ．建材与装饰，2 0 1 5 4 3 1 2 7 ．1 2 8 ． 苏明阳．双螺杆泵型灌装设备对膜装乳化炸药特性的 影响[ J ] ．工程爆破，2 0 1 0 ，1 6 2 7 9 8 2 ． S UMY ．I m p a c to ft w i n s c r e w t y p ef i l l i n gm a c h i n eo n c h a r a c t e r i s t i c so fp a c k a g e de m u l s i o ne x p l o s i v e [ J ] ．E n g i n e e r i n gB l a s t i n g ，2 0 1 0 ，1 6 2 7 9 8 2 ． 许建刚，贾海亮，原海青，等．全自动装药机在胶状乳 化炸药生产线的应用[ J ] ．工程爆破，2 0 1 1 ，1 7 2 7 6 7 8 ． X UJG ，J I AHL ，Y U A NH Q ，e ta 1 ．A p p l i c a t i o no fa u t o m a t i cc h a r g em a c h i n ei nt h ep r o d u c t i o nl i n e o fg e l a t i n e [ J ] ．E n g i n e e r i n gB l a s t i n g ，2 0 1 1 ，1 7 2 7 6 - 7 8 ． [ 1 0 ]杨民刚，刘德全，吕惠英．试论乳化炸药基质连续冷 却工艺[ J ] ．爆破，2 0 0 1 ，1 8 3 8 9 - 9 1 ． Y A N GM G ，L I UDQ ，L UH Y ．O nc o n t i n u o u sc o o l i n g t e c h n o l o g yo fe m u l s i o ne x p l o s i v em a t r i x [ J ] ．B l a s t i n g ， 2 0 0 1 ，1 8 3 8 9 - 9 1 ． o - o 令0 e 岫o - 。令0 M 邻邻M 毛x 唁o 々o K } o 专虻令o o - 。寺0 争O 令0 虻o 令o K H 争日} 呤。争。却邻令。寺。专K 々o e x H o 专w } o e } 。专K 0 e 虻o e 岫} o E ；K 上接第3 9 页 『5 ] W I E T A N DMS ．许用炸药对于动压钝化的相对感度 [ J ] ．陈正衡，译．爆破器材，1 9 8 7 ，1 6 1 3 3 3 6 ． 『6 ]松本泶，田中雅夫．关于含水炸药在加压下的爆轰及 复原性研究[ J ] ．韩学波，译．爆破器材，1 9 8 7 ，1 6 1 3 6 ．3 9 ． [ 7 ] 刘磊，汪旭光，杨溢，等．不同敏化材料的乳化炸药抗 深水压力性能的实验研究[ J ] ．爆破，2 0 1 0 ，2 7 2 1 0 1 3 ． L I UL ，W A N GXG ，Y A N GY ，e ta 1 ．E x p e r i m e n t a ls t u d y o nc o m p r e s s i o nr e s i s t a n c ec h a r a c t e r i s t i co fe m u l s i o ne x p l o s i v e sw i t hd i f f e r e n ts e n s i t i z e ri nd e e pw a t e r [ J ] ．B i a s 一 [ 8 ] [ 9 ] t i n g ，2 0 1 0 ，2 7 2 1 0 1 3 ． 杨民钢．静压力对乳化炸药性能影响的试验研究『J ] ． 爆破器材．1 9 9 4 ，2 3 2 1 ．5 ． Y A N GMG ．A ni n v e s t i g a t i o no ft h ei n f l u e n c eo fs t a t i c p r e s s u r eo nt h ep e r f o r m a n c eo fe m u l s i o ne x p l o s i v e s [ J ] ． E x p l o s i v eM a t e r i a l s ，1 9 9 4 ，2 3 2 1 5 ． 李清，杨仁树，田运生，等．乳化炸药溶胀过程的稳定 性研究[ J ] ．中国矿业大学学报，1 9 9 7 ，3 2 6 5 4 5 7 ． L IQ ，Y A N GR S ，T I A NYS ，e ta 1 ．S t u d yo ns t a b i l i t yo f e m u l s i o ne x p l o s i v ei ns w e l l i n gp r o c e s s [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y ，1 9 9 7 ，3 2 6 5 4 5 7 ． 万方数据