高威力抗水混装乳化炸药的研制.pdf

2 0 0 7 年1 0 月高威力抗水混装乳化炸药的研制饶辉灿等 高威力抗水混装乳化炸药的研制 饶辉灿李宏兵罗非非 江小波 重庆蔫洲坝易普力股份有限公司 重庆，4 0 0 0 2 3 [ 摘要] 结合三峡工程三期R C c 圈堰爆破拆除的实际情况，在总结过去混装炸药配方与生产工艺经验的基础 上，进行了一系列的理论研究和多次室内外性能对比试验，成功研制了适合本工程装药特点的商爆速、高戚力、膏 抗水性能的混装乳化炸药，对保证爆破效果起到了极其重要的作用，并为今后类似工程积累了经验． [ 关键词】乳化炸药炸药混装车R C c 暖堰威力抗水 [ 分类号]T D 2 3 5 ．2 lT U 7 5 1 ．9 l 引育 三峡工程三期R C C 围堰为重力式结构型，平行 于大坝布置，围堰轴线位于大坝轴线上游1 1 4 m ，右 侧与右岸白岩尖山体相接，左侧与砼纵向围堰相连． 其中，围堰2 ～5 堰块及左接头段采取钻孔炸碎法 拆除，6 ～1 5 堰块采用预埋药室与预埋断裂孔进 行倾倒的爆破方案。起爆前，堰前水位降到1 3 5m 高程，堰后充水至1 3 9m 高程，炸药将处于深水下 浸泡，最低药室处水深达3 8m ，浸水时间 充水至起 爆 约7 2h ，所以炸药将长时间在深水下浸泡。 考虑到此次爆破的重要性以及浸水后炸药性能 将有所降低，本工程要求炸药性能参数为；5 0m 深 水下浸泡1 6 8h 后，爆速大于4 5 0 0m ／s ，作功能力大 于3 2 0m l ，猛度大于1 6m m 。目前国内炸药配方均 难以达到这一要求。通过对现有现场混装乳化炸药 的配方与生产工艺进行了一系列的理论研究和计 算，在总结过去混装车生产乳化炸药经验的基础上， 参考了大量国内外有关炸药文献资料，经过反复室 内外试验，尤其对试制的炸药进行了一系列抗水试 验与性能测试后，最终确定了这种高爆速、高威力、 高抗水、安全、高效、便于远距离多次泵送、综合成本 较低的混装车制乳化炸药 以下简称。三高”炸药 的 配方、地面制备与混装车的制药工艺． 2 炸药配方理论研究 2 ．1 炸药配方设计原则 本次的炸药配方设计，除了应遵循常规乳化炸 药设计的一般原则外，还应同时满足相应的混装乳 化炸药的生产工艺要求和围堰爆破拆除的特点。本 次配方应遵循以下原则 1 首先应满足“三高” 高爆速、高威力、高抗 水 炸药的性能要求，即5 0m 深水下浸泡1 6 8h 后，爆速大于4 5 0 0m ／s ，作功能力大于3 2 0m l ，猛度 大于1 6m m I 2 由于在装药施工中，需采用小型装药器进行 二次泵送，为确保施工顺利进行，不仅要求炸药的粘 度适中，便于泵送，而且要求炸药机械感度低，确保 制药安全。 3 起爆器材具有一定的耐温要求，为减小混装 炸药温度对起爆器材的不利影响，混装炸药的入孔 温度应满足起爆器材的耐温要求。 4 炸药的配方尽量接近零氧平衡，以利爆轰完 全，减少有毒气体的产生，所以此炸药也应具有“环 保炸药”的特点． 2 ．2 炸药组分研究 提高乳化炸药爆速和威力等指标，通常采用在 乳化炸药基质中添加一定量的烈性单质炸药或高能 物质的方法[ 1 】．目前国内基本上有如下5 种组合 1 乳化炸药 黑索今 铝粉， 2 乳化炸药 黑索今 甲胺硝酸盐， 3 乳化炸药 高氯酸盐 铝粉， 4 乳化炸药 高浓度甲胺硝酸盐 铝粉I 5 乳化炸药 8 5 ％浓度甲胺硝酸盐 铝粉 多孔粒状硝铵。 上述组合中都包含有单质炸药或高能物质组 合，但通过大量的室内外试验、分析与比较后认为。 组合 1 、 2 中含有单质烈性炸药组分，给生产和使 用安全带来不利；组合 4 虽不含单质烈性炸药组 分，但高浓度甲胺硝酸盐在组分中占有很大比例，不 利于炸药氧平衡的调整，且成本较高；组合 5 炸药 组分比较合理，但该炸药的稠度较大，混装车和小型 装药器联合泵送困难，且防水性能较差。故上述4 种 组合皙不予考虑。因此，选择了添加部分高能物质组 分的组合 3 ，即乳化炸药 高氯酸盐 铝粉。 2 ．3 炸药原材料选择 2 ．3 ．1 水相材料 氧化剂水溶液是制备乳化炸药的基础，是进行 万方数据 ■破器材 E x p l o s i 饨M a t e m l -第3 6 卷第5 期 爆炸反应释放能量的源泉．为降低硝酸铵饱和水溶 液的析晶点，改善炸药氧平衡，提高炸药密度，水相 材料选择硝酸钠和硝酸铵配合，其中硝酸铵用量为 4 0 ％～7 0 ％，硝酸钠用量为8 ％～1 5 ％。水含量对炸 药的稳定性、密度和爆炸性能都有显著的影响，故控 制在1 0 ％～1 4 ％范围内。高氯酸盐作为炸药高能组 分加放到水相中，对提高炸药威力和敏感度效果显 著，并对降低水相析晶点有明显作用，其用量比例为 3 ％～1 0 ％．此外，水相中添加少量的具有较好乳化 分散作用的晶形改性荆，改善炸药的乳化效果，提高 炸药的性能[ 2 ] 。 2 ．3 ．2 油相材料 在乳化炸药体系中，油相材料构成炸药的连续 作用，由于此体系氧平衡的限制以及对爆炸性能和 抗水性能的要求，油相含量不及水相的1 ／1 5 一 ‘1 ／2 7 。因此油相材料的粘度、分子结构及链长和乳化 剂匹配耦合性显得非常重要[ 3 ] 。为保证油相膜具有 良好的强度，l 以防止氧化剂盐析晶，使油膜产生变形 而导致破裂，除选用质量优良的L Z 2 7 3 1 型现场混 装车专用乳化荆外，还选了粘度适中的C 弘4 0 机柴 油与之配合使用，其用量为2 ．5 ％～6 ．5 ％。 为提高炸药的爆轰性能，在新的炸药组分中添 加了一定比例的高能组分，即高氯酸盐和铝粉，这些 物质的添加势必影响炸药氧平衡值，不利于爆轰性 能的提高。为消除这一弊端，除采取改善水相材料配 比外，还必须适当调节油相材料的配比，使炸药氧平 衡值更加趋向合理。在试制过程中，采用了较高的油 相配比，在个别配方中油相比例超过5 ．5 ％，这在目 前同类炸药配方中并不多见。 ． 实践证明炸药采用较高油相配比，主要依赖于 选择合理的油相材料及组分，严格控制乳化和混合 发泡技术，使炸药爆轰性能、抗水性能和物理形态均 得到了改善和提高． 2 ．3 ．3 密度调节剂 采用化学发泡法调节炸药密度，其优点是成本 低，原材料来源广，易操作且炸药性能好。缺点是对 炸药贮存不利，特别是经过多次泵送后使其气泡破 裂，密度骤然增大而使炸药拒爆。在研制。三高一 低”混装车制乳化炸药中，除采用了较高油相比例和 加入一定量的铝粉等措施外，同时，为确保炸药经过 多次泵送后。密度不至于受到外力的作用而产生较 大影响，还采用了物理发泡的方法，加入一定量的玻 璃微珠。实践证明这种采取混合的发泡方式是可行 的。 2 ．3 ．4 干粉组分 从提高炸药的爆轰性能出发，选用铝粉作为其 干料组分。不同粒径的铝粉在炸药中承担不同任务。 粒径小的细铝粉用于敏化作用，粒径大的粗铝粉用 于提高炸药密度和体积威力。应用在混装车制高爆 速、高威力、高抗水性能乳化炸药中的铝粉最佳含量 在5 ％～8 ％。 2 ．4 炸药配方方案 经上述理论计算分析，三峡工程三期R C C 围堰 拆除爆破混装乳化炸药选择了几套配方方案，计算 了各方案炸药主要性能参数，具体数据见表1 、表2 。 表1炸药主要性能理论计算值 从表1 中可以看出，配方4 最接近零氧平衡，最 有利于完全爆轰，其炸药爆速与威力最高，有毒气体 的产生最低，具有。环保炸药”的特征。， 3 炸药性能试验 3 ．1 理化性能 表2 炸药配方方案 ％ 万方数据 2 ∞7 年1 0 月膏戚力抗水混装乳化炸药的研制饶辉灿等1 5 最终选用配方4 ，其炸药外观银灰色膏状物，3 ．3 安全性能测试 有弹性，密度为1 ．2 0 9 ／c m 3 ～1 ．3 0 9 ／c m 3 。 3 ．2 爆轰性能 1 爆速与抗水抗压稳定性测试根据三峡工程 三期围堰拆除爆破设计要求，混装车制乳化炸药的 抗水性必须达到在5 0m 水深下浸泡1 6 8h 后，爆速 不得低于4 5 0 0m ／s ．为满足上述要求，将配方4 炸 药置于水深5 0m 处浸泡2 4 ～1 6 8h 后，分别测试其 爆速，测试结果见表3 。 表3 配方4 炸药爆速测试 表3 中药包规格万1 1 0 m m 6 5 0 姗，起爆药量 4 0 0g ，水深5 0m ，药包质量7k g ，密度1 ．2 5g ／c m 3 。 由表3 可以看出，研制的炸药长时间浸水后爆 速下降非常缓慢，证明抗水性能良好。。配方4 ”的爆 速满足设计性能指标。 2 猛度测试试验结果见表4 ，由表4 可以看 出，。配方4 一、。配方5 一的猛度满足设计的性能指标 水下浸泡1 6 8 h ，猛度大于1 6 m m ． 表4 混装乳化炸药猛度测试 3 作功能力测试t “配方4 ”作功能力测试结果 为3 4 6n 1 1 ，满足设计的性能指标。 4 雷管感度测试通过现场试验，对配方4 的 炸药在万7 5P V C 管长度4 0 0m m 的约束条件下用 火雷管起爆，炸药均被引爆，无残留物，说明此炸药 在上述条件下有雷管感度。 5 最小起爆药量测试为使研制的。三高”混装 乳化炸药在实际爆破中获得良好的爆破效果，必须 测定其最小起爆药量。测试过程中，被起爆药包直径 为j 2 f1 1 0 m m ，长度为5 0 0 ～7 0 0 m m ，约束条件为 P v C 管，起爆药为黑梯药柱，测试结果见表5 。从表 5 可知，该炸药的最小起爆药量为1 8 0 ～2 0 0 9 黑梯 药柱 。 表5配方4 起爆药量测试 1 乳胶基质安全性能。为保证混装车在生产时 的安全性，必须对其乳胶基质的雷管感度与温度进 行测试，测试结果见表6 所示。 表6 ．配方4 的乳胶基质感度测试 测试表明本次采用的混装车乳化炸药的热乳胶 基质温度小于8 0 ℃，同时，胶体药包直径在4 0m m 以内，用8 工业火冒管起爆，完全不爆轰。因此，研 。制乳化炸药品种用混装车生产是安全可靠的。 2 炸药安全性测试。炸药的安全性能指标主要 包括炸药的热感度、摩擦感度与撞击感度。经送往长 ．沙质量检测站进行测试，其摩擦感度与撞击感度均 为零，在2 0 0 ℃的温度下延时2 0 m i n ，不燃不爆，说明 炸药的安全性能可靠，有利于生产．。 4 工业化试验与生产 ． 4 ．1 生产装备 ‘ 地面制备站是混装车制乳化炸药的主要装备， 主要承担混装车制乳化炸药的半成品制备以及将制 备的半成品泵送至混装车内各原料贮箱。为确保“三 高”混装车乳化炸药的生产顺利进行，对混装车作了 必要的改进 1 新增泵送水环装置，更换大功率输药泵，加 大炸药输送压力，使炸药能够克服管壁阻力，输送畅 通，不使输药管爆裂I ， 2 对混合器进行密封处理， 3 对干料螺旋输送器、乳化器等装置和不利于 安全生产的有关部位进行了适当的改造。 采取以上措施后，消除了不安全因素，很好地满 足了炸药生产的需要。 4 ．2 生产工艺 4 ．2 ．1 高威力炸药的半成品制备工艺 1 水相制备按炸药配方要求，先将水加入水 相溶化罐内，再将粉碎的氧化荆投入其中，高氯酸盐 不经破碎机直接从溶化罐口用人工投入，通蒸气加 热至搅拌溶化，控制溶液温度不得超过9 0 ℃，调整 其析晶点为 5 8 士o ．5 ℃后，过滤泵送至贮存罐待用 上车。 2 油相制备将乳化剂L Z 2 7 3 1 与C n 4 0 机柴 油按配比要求分别计量，泵送至油相罐内搅拌均匀 万方数据 1 6 鼍破器材E x p l o o i 代M 砒e r i a l o第3 6 卷第5 期 待用上车． 3 混合发泡将水、亚硝酸钠分别按配比要求 计量，投入发泡剂制备罐中搅拌均匀后泵送混装车 发泡剂贮箱内，玻璃微珠按配方要求计量后装入混 装车玻璃微珠干料仓内待用。 4 铝粉上车按炸药配方要求，分别将粗铝粉、 细铝粉计量后轮换交叉装入铝粉于料仓内待用． 4 ．2 ．2 炸药生产工艺改进 在炸药试验完成并确定其配方后，进行了模拟 生产性试验，发现了一些生产过程中难于快速成乳 而导致的工艺损耗过大、铝粉飞扬造成空气粉尘超 标等影响安全和人身健康等问题，针对这些问题，制 定了一些改进措施。 1 从生产工艺的角度人手迸行了改进，严格设 定乳化时物料投放顺序，提高乳化器转速，增加剪切 力，使其成乳效率和乳胶体质量得到明显改善砌， 2 在料斗上增设防尘盖板、控制好铝粉加入的 时机并加强个体防护，把铝粉泄漏的危害降到最低 限度。具体的生产工艺流程如图1 所示。 4 ．3 现场装药爆破模拟试验 为了确保三峡R C C 围堰爆破拆除一次成功，生 产系统调试正常以后，按照生产运行的具体要求对 混装炸药车进行标定，并进行了少量乳化炸药的试 生产，产品性能经全国民爆器材产品质量监督检测 站检测，达到并超过了国家标准乳化炸药 G B 1 8 0 9 5 2 0 0 0 ，满足三峡R C C 围堰爆破拆除的设计要 求。 为进一步检验产品质量，在三峡下岸溪料场进 行了现场装药爆破模拟试验。下岸溪料场岩性为花 岗岩，硬度1 3 ～1 5 级，采用原乳化炸药爆破的平均 酬蚴 破碎II 曲 泵送i 过滤 匠荐砰 花和『机油II 水| I 驻 匦圜⋯I 丝鎏型些塑I ．』墓磊 _ 1 混装车r _ 世和堕 药窒1 ．一小型装药器I 图1。三高”混装乳化炸药生产工艺漉程图 单耗为0 ．6 9 k g ／m 。，钻孔孔径为∥1 1 0 m m ，延米钻孔 爆破面积1 4 ～1 6 m 2 。本次试验爆破，梯段高度1 2 m ，钻孔孔径万1 1 0 m m 不变，孔网参数为4 m 5 m ， 2 4 个炮孔，总方量5 8 0 0m 3 ，共装药2 ．9 8t ，爆破后 炮堆集中，块度均匀，大块率低，无炮根现象，效果令 人满意。由此可以看出，采用高威力防水混装乳化炸 药相对于国内的常规乳化炸药，爆破孔网参数可增 大3 0 ％～4 0 ％，炸药单耗下降3 0 ％～4 0 ％． 为了了解。三高”混装乳化炸药的做功能力，在 三峡坝区左岸古树岭砂石料场中均质密实的沙地进 行爆破漏斗对比试验，结果见表7 ． 测试结果表明混装车制高爆速、高威力、高抗水 性能乳化炸药的做功能力远高于普通成品乳化炸 药，与进口高威力乳化炸药的做功能力相当，能够满 足围堰拆除的需要。 5 装药施工及爆破效果 2 0 0 6 年5 月2 8 日开始进行装药施工，6 月2 日 下午装药结束，共装混装车制乳化炸药1 5 2 ．7 2t ，未 发生任何质量安全事故。6 月3 日凌晨开始向坝内 充水至V 1 3 9 m 高程，6 月6 日1 6 点准时起爆，经 1 2 ．8 8 8s 的延时爆破，堰块按预定方向倾倒，爆破达 表7 爆破漏斗对比试验 注t A 、P 、B 、G 分别代表瞢通乳化炸药、试验过程中某种配方炸药、进口乳化炸药和选定的。三高”炸药． 万方数据 2 0 0 7 年1 0 月岩石粉状乳化炸药气流输送管道积药问题探讨周钢年等1 7 岩石粉状乳化炸药气流输送管道积药问题探讨 周钢年伍文杰倪玉宝李会春 ‘浙江永新化工有限公司 浙江遂昌，3 2 3 3 1 3 [ 擅耍] 岩石粉状乳化炸药f 道内是否积药受风速、混合比、物料颗粒大小、加料是否均匀及物料沮度等因素的 影响，可以通过控制工艺参致来藏少管道内积药，保证生产的安全和顾畅． [ 关健词] 岩石粉状乳化炸药气流输送管道积药 [ 分类号] T Q 5 6 0 ．6 l 引育 岩石粉状乳化炸药是由氧化剂水溶液和不溶于 水的碳氢化合物借助于乳化剂的乳化作用，使得氧 化剂水溶液以微小的液滴均匀分散于碳氢化合物构 成的连续介质中，形成油包水型的乳化基质[ 1 1 I 然 后，采用雾化器将乳化基质分散成雾滴，从而获得岩 石粉状乳化炸药颗粒。再通过气流输送系统将岩石 到了预期目的，取得了良好的效果． 6结论 通过对混装车制高爆速、高威力、高抗水性能乳 化炸药的研制和生产，并成功地应用于三峡三期 R C C 围堰拆除爆破中，可得出如下结论 1 为三峡工程三期R C C 围堰拆除爆破而研究 的高爆速、高威力、高抗水性能混装车制乳化炸药， 经生产实践证明是成功的，完全达到了设计要求的 指标，开创了混装炸药车生产高威力炸药的先河，处 于国内领先水平。 2 由于研制的混装车制乳化炸药新品种，不但 具有高爆速和高威力，而且炸药呈现良好的抗水性， 为今后研究混装车制乳化炸药配方莫定了新的基 粉状乳化炸药颗粒输送至物料分离装置进行气固分 离，获得岩石粉状乳化炸药成品。 气流输送系统借助于高速流动的空气的动能。 使岩石粉状乳化炸药颗粒在气流中被悬浮并随气流 一起定向流动至物料分离装置。该气流输送系统是 固体流态化中稀相输送在岩石粉状乳化炸药生产线 中的应用，使物料在管道内保持悬浮是非常重要的 础，其经验可以借鉴。 3 生产实践证明，地面制备站和混装车通过改 进后，能够满足生产高爆速、高威力的乳化炸药，为 今后类似工程施工积累了有益的经验。 参考文献 [ 1 ] 叶涛。耿一平，栾勇，等．高威力 一级 岩石乳化炸药的 研制D ] ．曩破器材，2 0 0 0 ，2 9 3 1 8 ～1 1 ． [ 2 ] 汪旭光．乳化炸药[ M ] ．北京t 冶金工业出版社，1 9 9 3 ． [ 3 ] 褚万伟，李志武，张茂煜．复合油相材料的物化性质对 乳化炸药性能的影响[ J ] ．爆破器材，2 0 0 3 ，3 2 2 ，9 ～ 1 2 ． [ 4 ] 耿一平，杜明阳．二级煤矿许用高威力乳化炸药的研稍 D ] ．爆破器材．2 0 0 6 ，3 5 3 t 1 1 ～1 4 ． R e s e a 比h 佃W a t e r - l 嘲I s t 蚰tE m u 瑚蚰E x p l 惦l “ o f 砌g hP o 肌r 。 R ∞H u i c 蛆，L iH o 赡b i 吣，L u oF e i f e i ，J i a n g 【i ∞b o C h o I l g q i n gG e z h o u b aE x p l o s i v ec O ．L t d a I ∞鹊i n g ，4 0 0 0 2 3 IA B S T R A c T ]h I ∞m b i n a t i ∞稍t h 、t l l ed e m o l i t i ∞b l t i n gp r o j e c to fS n 】c i ag o r 萨5a n do nt h eb 酗i so fp ∞te x - p e r i e 眦eo ft h ef o 舢l aa l l d ‘p r o d u c t ．o nt ∽h ∞l o 时o fm i x i n gl ∞d i n ge x p l 0 8 i v 秘，a 托r i ∞o ft h e o r e t i ∞l8 t u d i ∞a n d m a n yi “∞r 蚰do u t d o o rc o m p 盯i 3 0 nt e s 协a 弛p e r f o m e d ．T h em i x i n gl ∞d i n ge m u l 5 i o ne x p l ∞i v e 8w i t hh i g hw - t e r ．r ∞i s t 蚰tp r o p e r t y ，h i g h 啦t 柚e 加m b 盱，a I l dh i g hd e t o n a t i o nv e l o c i t yt h tm e e tt h en e e do fp r o 扣c ti so b t a i n e d ， w l I i c hh ”i m p 0 毗a n tr o l ei l Ip a r a n t e e i n gt h eb I t i n ge f f ∞t ，- n dap r ∽t i c a l 砷f e 北n 傀住l u ei nt h es i m i l 盯e n g i 扯e 卜 i n g ． [ K E Yw o R D S ] e m u k i o ne x p l ∞i 、嘲，m i x i 】嘈e x p l ∞i “ l o a d i n gt 姐c k ，R o 良∞f f e r d 啦，t 托n g t ho fe x p l ∞i 他， ■隐t e r - l r ●嚏i ‘协n t 万方数据