岩粉对混装乳化炸药性能影响的试验分析 .pdf
doi10. 3969/ j. issn. 1001- 8352. 2013. 04. 009 岩粉对混装乳化炸药性能影响的试验分析 磁 李晓虎 ① 彭 立② 王学进② 薛延河② 王玉杰③ ①葛洲坝易普力股份有限公司(重庆, 400023) ②河南省前进化工科技集团股份有限公司(河南洛阳,471600) ③武汉理工大学资源与环境工程学院(湖北武汉,430070) [摘 要] 针对矿山爆破工程中,采用现场混装乳化炸药进行装药,并进行岩粉直接堵塞炮孔,存在岩粉颗粒侵入 炸药内部并与炸药相互混合的情况,对堵塞过程中岩粉侵入以及与炸药混合模式进行试验分析,研究岩粉颗粒对 炸药的物理性能及起爆性能的影响。 试验结果表明,不同的岩粉颗粒密度以及混入炸药内部岩粉质量分数不同, 对炸药的影响程度也不同。 具体表现为岩粉颗粒密度增大,对炸药的影响程度增大;而对于同一密度岩粉颗粒,随 着混入炸药质量分数增大,对炸药影响也逐渐增大。 为改善现场混装乳化炸药堵塞方式提供一定的参考依据。 [关键词] 混装乳化炸药 混合 岩粉密度 岩粉的质量分数 起爆 [分类号] TD235. 2 +1 TQ56 引言 随着炸药混装技术的不断提高,我国矿山、水利 等工程对混装乳化炸药的使用越来越广泛。 在实际 现场混装乳化炸药爆破工程中,使用混装乳化炸药 装药完毕后,一般采用炮孔周边岩粉进行堵塞 [1- 3] 。 但是在长期的现场装药爆破实践中发现,充填到炮 孔内的岩粉会侵入炸药内部与部分炸药相互混合, 导致乳化炸药性能受到不同程度的影响 [4- 5] ,造成孔 口炸药能量损失。 由于岩粉混入乳化炸药,导致部 分乳化炸药爆炸性能受到影响,造成实际有效装药 量不足,孔口部分炸药爆破能力利用率下降,爆破大 块率增大,影响爆破效果 [6] ,并造成部分炸药浪费, 增大矿山爆破实际生产成本。 针对这种情况,不少 研究者研究隔离炸药与岩粉的相关设备及措施,以 达到保障炸药能量充分利用的目的 [7- 9] 。 为此,利用 试验对岩粉与炸药的混合模式进行分析,研究炸药 的理化性能的变化。 同时,将混入岩粉的炸药进行 起爆试验,分析岩粉对混装乳化炸药的影响程度,为 改善现场混装乳化炸药堵塞方式提供一定的参考依 据。 1 试验条件与方法 试验采用 BCRH- 15C 型混装乳化炸药装药车制 备的乳化炸药进行装药,该混装装药车输药软管卷 筒内径为30mm,其装药速度一般控制在200 kg/ min 以内。 选取1kg 现场刚制备出的混装乳化炸药,按 照质量分数 5%、10%、15%、20%称量岩粉并与炸 药混合,观察乳化炸药物理性能以及起爆性能。 其 中,乳化炸药性能参数密度为 1150kg/ m 3,温度为 75℃。 然后利用一发8 号雷管对混入岩粉炸药的起 爆性能进行测试分析。 2 混装乳化炸药与不同质量分数岩粉混合试验及 结果分析 2. 1 3 组乳化炸药混合试验 选取 3 组不同密度的岩粉进行混合试验,则将 不同质量分数的岩粉与炸药混合试验分为 3 组,即 1 #、2#、3#乳化炸药。 1) 1 #乳化炸药选取的岩粉密度为 1375kg/ m3。 取1000g 乳化炸药,按照质量分数不同,分别选取 50g、100g、150g、200g 岩粉,并将岩粉与乳化炸药进 行混合。 将不同质量的岩粉与乳化炸药混合之后, 放置在干燥阴凉地方。 经过4h 之后,观察乳化炸药 变化情况。 试验结果如图1 所示。 2) 2 #乳化炸药选取的岩粉密度为 1435 kg/ m3, 试验步骤同 1 #乳化炸药,试验结果如图 2 所示。 3) 3 #乳化炸药选取的岩粉密度为1314 kg/ m3, 试验步骤同 1 #乳化炸药,试验结果如图 3 所示。 63 爆 破 器 材 Explosive Materials 第 42 卷第4 期 磁 收稿日期 2013- 01- 14 基金项目国家“十二五”科技支撑计划重点项目(2011BAB05B03),国家自然科学基金项目(51104112) 作者简介 李晓虎(1986 ~ ),男,硕士,主要从事爆破安全技术方面的研究工作。 E- maillxh19860903@163. com 通信作者 王玉杰(1956 ~ ),男,教授、博导,主要从事采矿工程、爆破工程和安全工程的教学、科研和工程工作。 E- mailyjwwhut@163. com (a)5%(1 #- 1);(b)10%(1#- 2); (c) 15%(1#- 3);(d)20%(1#- 4) 图1 混入不同质量分数岩粉的1 #乳化炸药混合前后变化情况对比 Fig. 1 Comparison of 1 # emulsified explosive mixed with different mass fraction of rock powder (a)5%(2 #- 1);(b)10%(2#- 2); (c) 15%(2#- 3);(d)20%(2#- 4) 图2 混入不同质量分数岩粉的2 #乳化炸药混合前后变化情况对比 Fig. 2 Comparison of 2 # emulsified explosive mixed with different mass fraction of rock powder (a)5%(3 #- 1);(b)10%(3#- 2);(c) 15%(3#- 3);(d)20%(3#- 4) 图3 混入不同质量分数岩粉的3 #乳化炸药混合前后变化情况对比 Fig. 3 Comparison of 3 # emulsified explosive mixed with different mass fraction of rock powder 732013 年8 月 岩粉对混装乳化炸药性能影响的试验分析 李晓虎等 由上述 3 组试验可知,不同质量分数岩粉与炸 药混合初始以及经过 4h 的储存之后发生了明显的 变化,具体见表1。 2. 2 混合岩粉颗粒的乳化炸药起爆能力测试试验 根据实际爆破施工时间安排,一般炮孔装药堵 塞结束至起爆中间有一定的时间间隔,可以认为这 段时间是乳化炸药在炮孔内部的存储时间。 为了研 究乳化炸药与岩粉混合后炸药的起爆能力,则将岩 粉颗粒与乳化炸药按照不同比例混合后储存在干燥 阴凉的地方 4h,并利用一发标准的 8 号雷管对试验 样品炸药的起爆能力进行试验分析 [10] 。 试验结果 见表2 和图 4。 2. 3 结果分析 现场混装乳化炸药直接输入炮孔后,使用岩粉 颗粒直接堵塞炮孔时,岩粉颗粒直接冲击炸药液面 形成一定深度的岩粉炸药混合区域,造成该部分区 域炸药性能发生变化。 根据试验得出 1)对同一种密度的岩粉,随着乳化炸药中岩粉 质量分数增加,乳化炸药混合之后外观颜色逐渐变 黑,经过4h 储存之后,乳化炸药表面有明显的晶体 析出,混入岩粉质量分数越高的乳化炸药析晶程度 也大,炸药粘性降低并且整体变硬,逐渐失去流体特 征。 由于岩粉颗粒破坏了乳化炸药内部敏化气泡的 分布与结构,使得炸药油包水结构不能够稳定存在, 即造成炸药破乳,严重影响其爆炸性能。 随着时间 的增加,炸药温度降低,其内部硝酸铵就会结晶析 出,炸药彻底失去爆炸性能。 2)根据对炸药析出晶体面积以及炸药流体特 性观察,对12 个试验样品进行析出晶体程度排序, 从析出晶体最少开始,依次为3 #- 1、3#- 2、1#- 1、1#- 2、 2 #- 1、3#- 3、3#- 4、2#- 2、1#- 3、1#- 4、2#- 3、2#- 4。 可知,乳 化炸药与岩粉混合后,炸药性能变化不仅与混入岩 粉的质量分数有关,还与岩粉本身的密度有关。 3)混合试验结果表明,不同的岩粉颗粒密度以 表1 岩粉与炸药混合情况 Tab. 1 Condition of rock powder mixed with the explosive 混合比例混合初始时混合状态经过 4h 的储存混合状态 1 # 乳 化 炸 药 5%岩粉 (1 #- 1) 呈淡黄色透明体,有许多均匀气泡分布在炸药内 部,而岩粉颗粒不均匀地分布在乳化炸药内部 颜色稍微有些变化,炸药颜色变淡,部分表面有少 量白色晶体析出,乳化炸药稍微变硬,仍呈流体 状,有粘性 10%岩粉 (1 #- 2) 呈暗黄色,仍有大量气泡分布在炸药内部,岩粉在 炸药内部呈不均匀分布 颜色有明显变化,表面呈淡白色,有白色晶体析 出,乳化炸药部分变硬,流体特性变差,粘性差 15%岩粉 (1 #- 3) 呈暗黄色,仍有气泡分布在炸药内部,但是观察不 明显,岩粉在炸药内部呈不均匀分布 颜色表面呈淡白色,有大量白色晶体析出,乳化炸 药整体较硬,流体特性较差,粘性较差 20%岩粉 (1 #- 4) 呈暗黄色,有少量气泡分布在炸药内部,但是观察 不明显,岩粉在炸药内部呈不均匀分布 颜色表面呈淡白色,有大量白色晶体析出,炸药整 体变硬,流体特性非常差,呈半固态状,无粘性 2 # 乳 化 炸 药 5%岩粉 (2 #- 1) 呈淡黄色透明体,局部有呈现淡白色,有许多均匀 气泡分布在炸药内部,而岩粉颗粒分布不均匀 颜色稍微有些变化,炸药颜色变淡,表面约 1/ 3 部 分出现析出晶体,乳化炸药稍微变硬,仍呈流体 状,有一定粘性 10%岩粉 (2 #- 2) 呈暗黄色,仍有大量气泡分布在炸药内部,但不均 匀 颜色有明显变化,呈淡白色,表面约1/ 2 部分析出 晶体,炸药变硬,流体特性较差,粘性较差 15%岩粉 (2 #- 3) 呈黄黑色,无法观察出炸药内部气泡 颜色表面呈白黄色,表面基本全部析晶,炸药变 硬;呈半固态状,基本无粘性 20%岩粉 (2 #- 4) 呈淡黑色,无法观察炸药内部气泡 颜色表面呈黄白色,有大量白色晶体析出,部分晶 体呈条状,炸药整体较硬,呈颗粒状,无粘性 3 # 乳 化 炸 药 5%岩粉 (3 #- 1) 呈暗黄色透明体,有均匀气泡分布在炸药内部,而 岩粉颗粒分布不均匀 颜色变淡,部分呈淡白色,部分表面有少量白色晶 体析出,仍呈流体状,有粘性 10%岩粉 (3 #- 2) 呈暗黄色,可观察到有气泡分布在炸药内部,但不 均匀 颜色有变化,表面呈淡白色,有少量白色晶体析 出,炸药呈半流体状,较少部分局部变硬,流体特 性变差,粘性差 15%岩粉 (3 #- 3) 呈黄黑色,无法观察出炸药内部气泡分布情况 颜色表面呈淡黄白色,表面有 1/ 2 部分析出晶体, 析出晶体部分呈条形状,炸药整体较硬,有明显晶 体颗粒,流体特性较差,呈半固态状,粘性较差 20%岩粉 (3 #- 4) 试验失败 83 爆 破 器 材 Explosive Materials 第 42 卷第4 期 表2 3 组混入不同质量分数岩粉颗粒后 乳化炸药的起爆试验结果统计 Tab. 2 Detonation results of three emulsion explosives mixed with different mass fractions of rock powder 密度/ (kg m -3) 质量分数/ % 5舷10Z15挝20B 1314(3 #乳化炸药) 半爆 (3 #- 1) 半爆 (3 #- 2) 拒爆 (3 #- 3) 拒爆 (3 #- 4) 1375(1 #乳化炸药) 爆燃 (1 #- 1) 爆燃 (1 #- 2) 拒爆 (1 #- 3) 拒爆 (1 #- 4) 1435(2 #乳化炸药) 爆燃 (2 #- 1) 拒爆 (2 #- 2) 拒爆 (2 #- 3) 拒爆 (2 #- 4) 图4 炸药半爆、爆燃、拒爆试验结果图 Fig. 4 Experiment results of explosive undergoing incomplete explosion, deflagration and misfiring 及混入炸药内部岩粉质量分数不同,对炸药的影响 程度也不同。 混入炸药中的岩粉密度越大,质量分 数越大,对炸药的起爆性能影响越大。 3 爆破工程实例及采取的措施 为了验证岩粉混入炸药对矿山爆破的影响,则 对1345 台阶两次爆破数据进行收集对比。 1345 台 阶北部由于在爆破堵塞过程中,岩粉颗粒直接冲击 炸药液面,并沉入炸药内部与炸药相互混合,导致混 合部分区域炸药爆炸性能变差,最终导致孔口上部 炸药能量不足造成爆破效果差、局部大块率较大等 情况。 而1345 台阶中部区域由于采取相关措施,最 后爆破效果相对较好。 对两次爆破大块率数据进行 收集得到两次爆破质量数据,见表3。 由表 3 可知,堵塞过程中岩粉颗粒直接与炸药 接触混合,最终的爆破相关数据显示,孔口上部爆破 效果明显较差,大块率统计数据为 6. 82%。 而在堵 塞炮孔前采取将炸药与岩粉颗粒隔离措施,爆破效 果与北部爆破结果对比具有明显的优势,其大块率 统计为 4. 03%。 为此,在实际的现场施工过程为了减少岩粉对 炸药性能的影响,主要采取以下两种措施 1)设计了一款混装乳化炸药下药器,下药器上 部呈漏斗状,可以卡住空口,四周有轴承固定软管位 置,下部延伸部分竖直深入炮孔,并预留导爆管位 置。 确保输药软管垂直下料,不与孔口及孔口壁摩 擦,隔离输药管与孔口岩粉,避免了输药管在炮孔输 药过程中以及输药完毕后的提升过程中破坏孔口, 造成孔口塌陷,岩粉落入孔内并侵入炸药内部,在实 际操作过程中取得很好的效果。 2)在进行堵塞炮孔前,采用隔离袋将炸药与堵 塞岩粉隔开,有效地减少在堵塞过程中岩粉侵入炸 药的质量以及深度。 4 结语 采用了岩粉与炸药的混合试验以及实际的爆破 工程实例进行验证,对混入岩粉的炸药的性能进行 分析,得出以下几点结论 1)岩粉对炸药的影响是不可忽视的,在装药过 表 3 1345 台阶爆破质量统计数据 Tab. 3 Statistical data for the quality of 1345- bench blasting 爆区位置爆破时间 孔网参数/ m 乳化炸药密度/ (kg m -3) 岩粉颗粒密度/ (kg m -3) 孔口大块率/ % 后冲距离/ m 1345 台阶北部2012- 05- 01寣6换. 5 5. 01150o2632n6挝. 823噰. 5 1345 台阶中部2012- 05- 19寣6换. 5 5. 01130o1964n4挝. 034噰. 2 932013 年8 月 岩粉对混装乳化炸药性能影响的试验分析 李晓虎等 程中,混入岩粉的炸药性能与岩粉的物理性能及混 入质量分数等有关。 2)混入岩粉后的炸药不仅储存性能变差,而且 其爆炸性能也受到不同程度的影响。 混入岩粉越 多,储存性能越差,其爆炸性能也逐渐变差,甚至失 去爆炸性能。 3)通过对同一矿山同一台阶的两次工程爆破 实践进行对比分析可知,在实际爆破工程中,若岩粉 与炸药直接接触,岩粉颗粒会沉入炸药中,并以不同 形式和炸药相互混合,对炸药的爆炸性能存在一定 的影响,造成孔口上部炸药能力利用率降低,甚至拒 爆,影响爆破效果。 参 考 文 献 [1] 叶海旺,康强,赵明生,等. 节理裂隙岩体空气间隔装 药爆破试验研究[J]. 爆破,2012,29(2)26- 30,37. 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Experimental Analysis on the Perance of Mixed Emulsion Explosive Due to the Addition of Rock Powder LI Xiaohu ①,PENG Li②,WANG Xuejin②,XUE Yanhe②,WANG Yujie③ ①Gezhouba Explosive Co. , Ltd.(Chongqing, 400023) ②He摧nan Qianjin Chemical Technology Group Co . , Ltd.(He摧 nan Luoyang, 471600) ③School of Resources and Environment Engineering , Wuhan University of Technology(Hubei Wuhan,430070) [ABSTRACT] In mine blasting projects, onsite mixed emulsion explosives filling and direct blast hole clogging by rock powders are used, which may result in the rock powder particles intrusive into the explosives 摧 internal structure and mixing with each other when charging with.To this ends, the rock powder intrusion during the clogging process as well as explo - sives mixed mode was analyzed to examine the effects of rock powder particles on the physical properties and initiation be - haviors of explosives.Test results show that the density of rock powder particle and the mass fractions of rock powder in - crease when mixed into explosives at constant density , that will bring significant influence to the performance of the explo - sives.It provides a reference for the improvement of the onsite mixed emulsion explosives clogging . [KEY WORDS] mixed emulsion explosive, mixed, rock powder density, mass fraction of rock powder, blasting 04 爆 破 器 材 Explosive Materials 第 42 卷第4 期