煤矿许用MSA型乳化炸药的研究.pdf

6 ’爆破器 材E x p l o s i v eM a t e r i 8 1 8第3 7 卷第1 期 煤矿许用M S A 型乳化炸药的研究 张贵良符敏葛丽清 云南安宁化工厂 云南昆明，6 5 0 3 0 1 [ 摘要] 文章从导致煤矿煤尘、瓦斯燃烧和爆炸的因素人手，介绍了一种组分简单、性能优良的煤矿许用乳化炸 药，且该乳化炸药是对M S A 型乳化炸药系列化配方的李} 充和完善． [ 关键词] 乳化炸药煤矿许用 安全性 配方抑制荆 [ 分类号]T D 2 3 5 ．2 1T Q 5 6 4 ．4 l 引盲 乳化炸药是指一类用乳化技术制备的油包水 W ／O 乳胶型抗水工业炸药。它是以氧化剂水溶液 的微细液滴为分散相，悬浮在含有分散气泡或空心 玻璃微球或其它多孔性材料的似油物质构成的连续 介质中，形成一种油包水型特殊乳状胶质体系[ 1 ] 。 M S A 型乳化炸药是马鞍山矿山研究院与云南 安宁化工厂共同研制开发的一种新型、少组分的矿 用乳化炸药。它于1 9 9 4 年3 月在云南安宁化工厂通 过了由兵器工业总公司主持的设计定型鉴定，1 9 9 7 年1 2 月通过了生产定型鉴定。该乳化炸药具有配方 简单，原材料成本低，易于组织生产的特点，其主要 爆炸性能指标优于二级岩石乳化炸药[ 2 ] ，经济效益 和社会效益显著。基于上述特点，研制煤矿许用 M S A 型乳化炸药具有深远意义。 2 理论依据 在煤矿井下开采过程中，由于常常会逸出一些 可燃性气体和矿尘，最常见的可燃气体有甲烷、乙 烷、氢气、一氧化碳、硫化氢、二氧化硫等；最常见的 矿尘有煤尘、硫黄尘、黄铁矿尘等。这些可燃性的气 体和矿尘与空气均匀混合后，当达到一定的浓度极 限时，这种混合气尘就具备了可燃性和可爆性，并有 可能造成严重的后果。历史上矿井中发生气尘燃烧 和爆炸事故时常发生。 发生在煤矿井下的燃烧和爆炸事故，除了一部 分是由于电气运行所产生的电火花及电弧、明火或 其它原因而引起的外，另一部分则是由于在煤矿井 下进行爆破作业时所造成的[ 3 ] 。由于用于爆破采煤 的炸药发生爆炸时产生了高温高压的爆炸产物以及 冲击波，会使矿井内的空气局部温度升高，这就为矿 井中的可燃气体和矿尘提供了点燃的外部条件。如 果此温度超过了可燃气体或矿尘一空气混合物的发 火点，且高温气体在诱导时间内并未降温，就会激发 并引起可燃气体和矿尘的燃烧或爆炸。据统计，仅在 1 9 6 6 ～1 9 7 2 年间发生在煤矿井下的引燃事故中， 4 0 ％以上是在爆破作业时出现的，其中8 0 ％是由于 采用的炸药缺乏安全性而造成的“] 。 人们通过对可燃气尘爆炸规律的研究，逐渐认 识到引起可燃气尘爆炸的内在机理及外部条件，形 成了煤矿炸药的安全理论。并且找到了能够有效地 阻断可燃气尘发生意外爆炸反应的阻化剂抑制 剂，同时又根据不同采煤条件，研制出一系列的煤矿 安全炸药。 根据可燃气尘燃烧和爆炸的特征以及引起可燃 气尘点火的条件，要求煤矿许用炸药必须满足以下 条件才能允许在瓦斯矿井中使用 1 在满足作功能力的条件下，煤矿许用炸药的 爆炸热能应受到一定的限制。 2 煤矿许用炸药的爆炸反应必须完全。炸药爆 炸反应愈完全，爆炸产物中未反应的灼热固体颗粒 和爆炸可燃气体 H 、C O 、O 等 的量就愈少，就有 可能提高炸药的安全性。 3 煤矿许用炸药的氧平衡必须接近于零。 4 煤矿许用炸药中要加入“抑制剂”． 5 煤矿许用炸药不准含有易于在空气中燃烧 的物质或外来夹杂物。 此外，还有很多因素也可以影响到煤矿许用炸 药使用的安全性，如炸药的爆炸性能参数、药包外壳 的性质、炸药的加工质量、爆破时的装药条件及介质 条件等。 3 配方确定 由于煤矿炸药是在具有可燃气尘爆炸危险的环 境中使用的，因此，煤矿炸药必须具有最大的安全 性。为了保证煤矿炸药使用的安全性，需要添加一定 量活性成分和惰性添加剂，但是大多数添加剂具有 双重性催化性和抑制性。因此，煤矿炸药的设计 必须解决两方面的问题一方面是爆炸能力和安全 性，从使用角度上，希望炸药具有较高的能量，但从 万方数据 2 0 0 8 年2 月煤矿许用M S A 型乳化炸药的研究张贵良等 7 。 安全的角度则应避免高冲量的炸药；另一方面是催 化性和抑制性，由于有的抑制剂如氯化钠既是阻碍 可燃气尘氧化反应的有效抑制剂，但同时又是炸药 燃烧的催化剂，必须选择合适的添加量。因此，煤矿 炸药设计的基本原则包括能量适中、安全性好、起 爆感度高、爆轰反应稳定。 另外，大量的研究表明，正氧平衡炸药比零氧平 衡的引燃能力强；负氧平衡不大 一4 ％～一2 ％ 时， 炸药的安全性最好“] 。所以，在进行煤矿炸药配方设 计时，适当地增加还原剂和敏化剂的含量，使炸药的 氧平衡处于微负氧平衡，既可以保证炸药的爆炸能 力，又有利于爆破安全。 在配方设计过程中，借鉴我厂A R J 型煤矿许用 乳化炸药经验[ 5 ] ，利用正交试验法，设计出多组配 方，通过对各个配方的试验，再经过无数次的配方调 整，最终确定了炸药配方如表1 所示。 表1 煤矿许用M S A 型乳化炸药配方 质量％ 4 工艺技术途径 4 ．1 抑制剂 在煤矿许用M S A 型乳化炸药中加入抑制剂， 其目的是为了降低爆炸产物温度，减少灼热固体质 点的数量，使可燃气尘点火的可能性大大减少，起到 。消焰”的作用。但若抑制剂加入量太大，则会对炸药 的爆轰产生影响，使其爆轰感度和爆炸威力降低，形 成不稳定爆轰甚至拒爆；而抑制剂加入量太少，则又 达不到消焰效果。因此应根据煤矿许用乳化炸药等 级所要求的安全性来确定抑制剂的添加量。 由表1 可看出，最终确定的煤矿许用M S A 型 乳化炸药配方，R MI 型煤矿许用乳化炸药配方只 在水相中加入了抑制剂A ；R MI 型煤矿许用乳化 炸药配方则由于安全等级要求提高，抑制剂A 加在 水相溶液中，抑制剂B 在敏化过程中加入，从而使 配方最大程度地简化．抑制荆A 溶入到水相溶液 中，以分子的形态与炸药原料组分紧密接触，在炸药 爆炸的瞬间即参与反应，吸收爆炸能量，降低炸药爆 温。由于抑制剂A 在炸药中分布均匀，炸药爆炸后 不会形成局部高温点，从而降低了可燃气尘爆炸的 可能性，达到了消焰的目的。而敏化时加入的抑制剂 B 再进一步降低炸药爆温，并有效地破坏或者束缚 链反应的活泼中心自由基，破坏反应链传递，终 止可燃气尘氧化还原链反应，在一定程度上也起到 了安全被简的作用，从而保证了煤矿许用M S A 型 乳化炸药的使用安全性。 4 ．2 水相溶化温度及配制方式 在煤矿许用乳化炸药中，水是不可缺少的组分 之一。适量水可以使煤矿许用乳化炸药达到比较理 想的爆轰感度和爆炸威力。此外，还能降低爆温，提 高该类炸药的安全度[ 1 ] 。由于抑制剂的加入，水相中 总物料量显著增加，使水相溶化变得困难，且抑制剂 A 溶化速度较慢，因而在配制水相溶液时，应待水温 升至8 0 ℃左右时，先投抑制剂A ，待其充分溶解后 再投硝酸铵，并提高水相溶化温度5 ～1 0 ℃。 4 ．3 乳化剂 由于水相材料中氧化剂与抑翩剂总量比M S A 型乳化炸药单一氧化剂总量显著提高，相应的析晶 点升高，为了防止乳胶体中水相微粒的相互碰撞、聚 结，需增加乳化剂膜的厚度及强度，以保证乳胶体的 贮存稳定性，因而在煤矿许用M S A 型乳化炸药油 相配比的确定过程中，乳化剂加入量为1 ．5 ％～ 2 ．5 ％。 4 ．4 敏化方式 在煤矿许用M S A 型乳化炸药中，仍采用改进 后的M S A 型乳化炸药快速敏化技术，使用该技术 敏化的乳化炸药在敏化完毕即可直接装药，具有快 速、高效的特点。而在R MI 型煤矿许用乳化炸药中 需在敏化气泡未形成之时加入抑制剂B ，最后再加 入敏化促进剂。确定敏化工艺为加入发泡剂混拌5 ～7 m i n 后，加入抑制剂B 混拌2m i n ，再加入敏化促 进剂混拌3m i n 即可出药。 4 ．5 工艺操作 由于煤矿许用M S A 型乳化炸药之基础配方为 M S A 型乳化炸药，因此其工艺适用于现行乳化炸药 生产设备，无需添加任何设施即可生产。其工艺流程 如图1 所示。 5 煤矿许用M S A 型乳化炸药主要性能 5 ．1 爆轰性能 煤矿许用M S A 型乳化炸药主要爆轰性能如表 2 所示。 表2 煤矿许用M S A 型乳化炸药主要爆轰性能 万方数据 8 爆破器材E x p l ∞i “ M 8 t e r i a l s第3 7 卷第1 期 图1煤矿许用M S A 型乳化炸药生产工艺流程 5 ．2 贮存性能 煤矿许用M S A 型乳化炸药贮存性能见表3 。 表3 煤矿许用M S A 型乳化炸药贮存性能 煤镒箸型R M R M 。R M IR MI 从表3 可看出，煤矿许用M S A 型乳化炸药其 贮存期超过国家规定的4 个月，且性能稳定。 6 煤矿许用M S A 型乳化炸药安全性 由于煤矿许用炸药主要是用于含有瓦斯和煤尘 爆炸危险的巷道爆破采煤使用的，鉴于瓦斯煤尘的 爆炸特点，要求煤矿许用炸药必须具有特殊的安全 性能，而我国的矿井绝大多数都是瓦斯矿井，为了保 证爆破采煤的安全性，通常根据昼夜采1t 煤所涌 出瓦斯的多少将瓦斯矿井分为不同的安全等级。我 国煤矿的安全等级分为四级口“] 一级瓦斯矿瓦斯涌出量 1 5m 3 ／t 。 在瓦斯矿井中，若瓦斯等级越高，则发生爆炸的 危险性就越大。当井下空气中的甲烷浓度达到4 ％ ～1 5 ％时，就有发生爆炸的危险。因此，我国煤矿安 全操作规程规定“] ，当矿井中瓦斯的浓度达到1 ％ 时，就要停止放炮作业，加强通风，以防止局部瓦斯 浓度升高。同样，在不同等级的瓦斯矿井中对所用爆 破器材的要求也是不相同的。一般来说，高安全等级 的爆破器材可以适用于同级瓦斯矿井的爆破作业， 也可以适用于低安全等级瓦斯矿井的爆破作业。 煤矿许用M S A 型乳化炸药安全性能经有关权 威部门检测结果如下 撞击感度按标准G J B 7 7 2 A 一9 7 方法6 0 1 ．1 规定 进行，经测5 0 次不燃不爆；摩擦感度按标准 G J B 7 7 2 A 一9 7 方法6 0 2 ．1 规定进行，实测5 0 次不燃 不爆；热感度按标准G B l 8 0 9 5 2 0 0 0 标准，采用铁板 试验法，三次试验都不出现燃烧和爆炸现象。 煤矿许用M S A 型乳化炸药由于各组分均匀分 散，有利于化学反应的进行，使有毒气体生成量明显 减少。有毒气体生成量按标准G B l 8 0 9 8 2 0 0 0 规定 进行，测试结果见表4 。 表4 煤矿许用M S A 型乳化炸药有毒气体生成量 煤矿许用M S A 型乳化炸药有毒气体生成量／ L ．k g q R MI 型 R Ml 型 4 8 5 7 7 结论 由于煤矿许用M S A 型乳化炸药的基础配方为 M S A 型乳化炸药，M S A 型乳化炸药的安全性已经 过专家的逐项认证及长期的生产考验。在煤矿许用 M S A 型乳化炸药中作为抑制剂加入的抑制剂A 、抑 制剂B 只起到降低爆轰产物温度，减少灼热固体生 成量的作用，而不会提高或转变炸药性能，也不会增 加炸药敏感度；在生产中无需增添额外设备或装置， 对安全不造成影响。当然由于抑制剂的加入引起氧 化剂硝酸铵析晶点的提高，但提高幅度不大，与安全 度相同的其它类型煤矿许用乳化炸药相当，煤矿许 用M S A 型乳化炸药的生产是安全的。由于炸药原 料组分少，易于组织生产；配方中无昂贵的硝酸钠， 也使生产成本大为降低。 参考文献 [ 1 ] 汪旭光．乳化炸药[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 3 ．1 ～1 6 ，4 1 6 ～4 2 5 ． [ 2 ] 吴龙祥，阮建忠．M S A 型乳化炸药的研究[ J ] ．爆破器 材，1 9 9 4 ，2 3 5 7 1 1 ． [ 3 ] 吕春绪，刘祖亮，倪欧琪，等．工业炸药[ M ] ．北京兵器 工业出版社，1 9 9 4 ．3 0 3 ～3 7 3 ． [ 4 ] 吕春绪，等．工业炸药理论[ M ] ．北京兵器工业出版 社，2 0 0 3 ．3 4 7 ～3 8 2 ． [ 5 ] 吴龙祥．等．乳化炸药连续乳化生产工艺安全性浅析 D ] ．爆破器材，2 0 0 3 ，3 2 2 ，3 ～8 ． 万方数据 2 0 0 8 年2 月一种新型三级煤矿许用乳化炸药的研制唐友生等 9 。 一种新型三级煤矿许用乳化炸药的研制 唐友生孙德勇罗比武杨义平 陈友明 湖南南岭民用爆破器材股份有限公司 湖南永州，4 2 5 2 0 2 [ 摘要] 文章分析了目前国内煤矿乳化炸药的现状及存在的问题。介绍了该三级煤矿许用乳化炸药的研制过程 和产品特性，简述了产品的研制原理和加工工艺．。 [ 关键词] 乳化炸药复合乳化消焰荆 [ 分类号] T D 2 3 5 ．2 1 l引言 煤矿许用型乳化炸药是一种环保型炸药，也是 替代有梯炸药的无梯品种之一。它具有抗水性强、爆 速高、猛度大，药体密度大，耦合程度高，炮烟少等优 点，逐步为广大用户所接受。但也存在成本较高，药 态稀软 化学敏化炸药 ，装填困难，作功能力偏低， 贮存期偏短等缺陷。经过长期研究、试验及实际生产 使用，成功研制出一种成本低廉、药态较硬 化学敏 化 、易装填、作功能力强的新型三级煤矿许用乳化 炸药。经国家权威机构检测，各项指标符合国家标准 要求。经用户使用，效果良好，具有推广应用价值。 2 安全炸药设计的基本原则 2 ．1 能量适中原则 安全炸药通常有两部分组成活性成分和惰性 成分。活性成分决定了炸药的基本能量和爆炸特性， 它由氧化剂、敏化剂和可燃物组成。活性成分的设计 仍基于最大放热原理和完全氧化原理，设计原则是 零氧平衡。安全炸药在略负氧平衡时具有最大的安 全性 爆炸产物中氧化氮较少 。惰性成分是调节活 性成分爆炸性能和物理性能，使之达到预定的要求。 水是热容量较大的惰性物质之一。在煤矿炸药中最 常用的惰性物质是抑制剂工业盐。工业盐是一种。消 焰剂”，降低爆炸产物温度，减少灼热固体颗粒数量， 使可燃气尘点火的可能性大大减少，起到消焰作用． 在调节爆炸性能时，应避免大幅度降低炸药的爆热 和比容[ 1 ] 。因此，本产品在设计三级煤矿许用炸药时 采取以下技术措施 1 氧化剂采用硝酸铵和部分硝酸钠 硝酸钠可 以提供部分氧，起部分“消焰”及降低析晶点作用 ， 尽量提高硝酸铵含量，减少硝酸钠含量，有利于提高 爆轰感度的稳定性。 2 水是惰性物质，尽量少加，控制在8 ％～ 1 1 ％之间，低于8 ％难于乳化，高于1 1 ％炸药能量降 低，达1 3 ％水时煤矿炸药会产生拒爆现象。 3 消焰剂采用N a C l 和K C l 复配。主要考虑 N a C l 溶解度较小，在水相中需高温溶化不利于安 全，K C l 溶解度较大，温度适中，同时具有较好的消 焰效果。N a C l 和K C l 复配时，水相温度控制在1 0 5 ～1 2 0 ℃之间。N a C l 加入量5 ％～6 ％，K C l 加入量 1 ％～4 ％。 2 ．2 最大安全原则 在稳定爆轰的情况下，抑制剂用量越大，安全性 能越高。抑制剂的作用程度取决于在反应系统中的 分散状态和浓度。分散均匀，浓度增大，抑制作用就 明显。颗粒越细，比表面积越大，抑制作用越强。对 同一类型、同一配比的炸药和抑制剂，比表面积越 大，抑制效果越好，炸药安全性越高[ 1 ] 。根据这一原 理，本产品在设计三级煤矿许用乳化炸药时，采取了 把“消焰剂”加入到内相中去 内相是把盐加入氧化 剂溶液中去 。摒弃了外相加盐方法。 S t u d yO nt h eP e r m i s s i b l eM S AE m u l s i O nE x p l o s i V e Z h a n gG u i l i a n g ，F uM i n ，G eL i q i n g Y u n n a nA n n i n gC h e m i c a lP l a n t Y u n n a nK u n m i n g ，6 5 0 3 0 1 [ A B S T R A C T ]T h ea r t i c l ec o m m e n c e dw i t ht h ea n a l y s i so ft h ef a c t o r 8o fc o m b u s t i o na n de x p l o s i o no fc o a ld u s t a n dg 髂a n di n t r o d u c e dak i n do fp e m i s s i b l eM S Ae m u l s i o ne x p l o s i V e ，w h i c hh 丛s i m p l ec o m p o s i t i o na n dg o o dp e r f o r m a n c e ，a r l ds u p p l i e sa n dp e r f e c t st h es e r i e so fM S Ae m u l s i o ne x p l o s i v e ． [ K E Y Ⅵr O R D s ] e m u l s i o ne x p l o s i v e ，c o a Im i n e ，8 a f e t y ，f o m u l a t i o n ，i n h i b i t o r 万方数据