一种混合型低威力粒状炸药的研制.pdf

爆破器材990 10 4 爆破器材 EXPLO SI VE M A T ERI A LS 1999年 第1期 NO . 1 1999 一种混合型低威力粒状炸药的研制 璩世杰 陈广平 魏金江 张炳基 ［摘要］文章介绍了一种适于压气设备机械化炮孔装药作业且威力较低的混合型准固 态颗粒状工业炸药，其主要成分按质量包括15％～35％的常规乳化炸药用乳胶、6 0 ％ ～8 0 ％的多孔粒状铵油和1％～9％的两种辅助添加剂。炸药装药密度0 ．8 g . c m －3～0 ． 9g . c m －3，在塑料管（ 53）和铁管（50 ）约束条件下，爆速分别为18 0 0 m . s －1～ 2 2 0 0 m . s －1和2 8 0 0 m. s －1～310 0 m. s －1，适用于地下矿可爆性较好矿岩中的炮孔爆破和光 面控制爆破。 ［关键词］粒状炸药 重铵油炸药 风动装药 D e v e l o p m e n t o f a Bl e n d e d G r a n u l a r Ex p l o s i v e w i t h Lo w Po w e r f o r Pn e u m a t i c H o l e Lo a d i n g Q u Sh i j i e ，Ch e n G u a n g p i n g Be i j i n g U n i v e r s i t y o f Sc i e n c e a n d T e c h n o l o g y （Be i j i n g ，10 0 0 8 3） W e i Ji n g j i a n g ，Zh a n g Bi n g j i Ni c k e l Pr o d u c t Co ．o f Ji l i n （Ji l i n ，132 311） ［A BST RA CT ］A s p e c i a l b l e n d e d g r a n u l a r e x p l o s i v e w a s d e v e l o p e d ．I t i s a c o m b i n a t i o n o f w a t e r -i n -o i l e m u l s i o n （15％～35％ b y w e i g h t ）a n d A NFO （6 0 ％～8 0 ％），a n d i n a d d i t i o n ，1％～9％ o f a d d i t i v e s m a y b e a d d e d i n a b o v e c o m b i n a t i o n ．T h e p h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e e x p l o s i v e m a k e i t s c o n v e n i e n t u s e f o r p n e u m a t i c l o a d i n g o f b l a s t h o l e s ． T h e i n -h o l e d e n s i t y o f t h e e x p l o s i v e c a n r e a c h 0 ．8 0 g . c m －3～0 ．95 g . c m －3．T h e c o n f i n e d d e t o n a t i o n v e l o c i t y i n p l a s t i c t u b e （d i a ．53 m m ）a n d i r o n t u b e （d i a ．50 m m ）a r e 18 0 0 m . s －1～2 2 0 0 m . s －1 a n d 2 8 0 0 m . s －1～310 0 m . s －1 r e s p e c t i v e l y ． T h e e x p l o s i v e i s s u i t a b l e f o r u s e i n u n d e r g r o u n d m i n e b l a s t i n g a n d s m o o t h b l a s t i n g ． ［K EY W O RD S］p o w d e r e d e x p l o s i v e ，h e a v y A NFO ，p n e u m a t i c l o a d i n g 1 引言 大岭矿是吉林镍业公司下属的一个镍矿石地下矿山，矿体节理裂隙发育，稳定性 很低。采矿方法为上向分层充填采矿法，并用上向扇形中深孔爆破法回采矿石，孔径 55m m ，孔深7 m ～12 m 。此前大岭矿使用2 号岩石粉状硝铵炸药，并用50 型压气装药器 实现炮孔的机械化装药作业。炸药从炮孔内返出形成的炸药粉尘对工作面空气污染严 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 1/ 990 10 4. h t m （第 1／5 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 38 爆破器材990 10 4 重，不仅不利于工人的健康，而且也造成了炸药的浪费。过去曾在装药时向炸药中添 加一定比例的水，虽然能够在一定程度上减轻污染，但炸药的爆炸性能却同时受到了 相当严重的影响；而向炸药中添加柴油，空气的粉尘污染状况也可得到一些改善，但 爆破后的有害气体生成量大为增加。因此，这一问题长期未能得到妥善解决。 此外，由于本公司炸药厂只生产常规的粘稠脂膏状乳化炸药，不适用于大岭矿，故所 需的2 号硝铵炸药全部从市场购买，价格较高，因而爆破成本亦随之上升。与之同时， 炸药厂的生产能力却得不到利用。总之，这一系列问题都对矿山的爆破生产与管理造 成了十分不利的影响。 所以，以目前炸药厂的设备工艺条件为基础，开发出一种既可由炸药厂生产、又 能充分满足大岭矿爆破生产需要的混合型低威力炸药，对改善爆破作业环境，提高矿 山生产的经济效益，都将具有重要意义。为此，我们自1997 年6 月起共同开展了混合型 低威力粒状炸药的研制工作，通过试验最终确定了炸药的配方组成和加工工艺。性能 测试结果表明，所研制的混合型低威力粒状炸药在物理状态、爆炸威力、加工工艺及 生产成本等方面均达到了预定要求，此种炸药为易爆和较易爆矿岩中压气机械装药作 业的炮孔爆破提供了一种经济、实用、有效的新选择。 2 理论基础 根据工业炸药基本理论，任何一种炸药均由氧化剂和可燃剂两类基本成分构成。 对混合型工业炸药而言，炸药的物理状态将取决于炸药所含氧化剂和可燃剂组分的物 理状态以及在常温常压条件下一种组分对另一种组分物理状态的影响。各组分氧平衡 值水平、物化稳定性能以及炸药的氧平衡状态对炸药威力的大小具有重要影响［1］。 在炸药处于或接近于零氧平衡的前提下，氧化剂和还原剂的氧平衡值的绝对值越高， 炸药的威力就越大。例如，硝酸铵和硝酸钠都属于硝酸盐类氧化剂，但由于硝酸钠的 氧平衡值为＋0 ．47 ，远大于硝酸铵的＋0 ．2 0 ，前者就更有利于提高炸药的威力。此 外，特别是对混合型工业炸药来讲，辅助添加剂的物化性质及使用比例对炸药的物理 状态与爆炸性能也具有十分重要的影响［2 ］。所研制的混合型低密度粒状炸药，便是 基于这些思想开发研制出来的。 3 技术方案选择 鉴于所研制的炸药将由吉镍公司炸药厂自己加工，并且实际应用于大岭矿的爆破 生产，炸药配方与生产工艺的设计必须满足以下要求 1 炸药的感度适宜，保证生产、储存、运输及使用的安全； 2 生产工艺简单，能够充分利用炸药厂现有设备条件，所需设备投资少； 3 炸药产品呈固态或准固态的颗粒状，流散性能满足压气机械设备向上向扇形炮 孔内装药的要求，且能保证炸药在炮孔内粘结良好，返药率低，对工作面空气污染 少； 4 炸药的威力与矿岩可爆性能相匹配，既能保证爆破破碎质量，又不致对围岩及 充填体的稳定性造成明显的破坏； 5 原材料成本及加工成本低，与外购炸药相比，能够显著降低爆破生产的炸药费 用。 基于以上要求，通过试验确定了混合型低威力粒状炸药技术方案。其基本特点是以常 规乳化炸药的乳胶和粒状铵油炸药为炸药的基本成分，同时采用了两种可以改善炸药 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 1/ 990 10 4. h t m （第 2 ／5 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 38 爆破器材990 10 4 物理状态和爆炸性能的辅助添加剂，将各种组分按比例以机械方式均匀混合，即可得 到炸药成品。 采用这一方案，不仅所需原材料安全性好，市场来源广，成本低，而且加工工艺简 单，费用低廉，对于保证炸药的安全性能和降低炸药的生产成本都具有重要的意义。 4 炸药组分种类与配比 所研制的混合型低威力粒状炸药由四种原料构成，具体数据列于表1。 表1 混合型低威力粒状炸药配方 成分乳胶 多孔粒 状铵油 密度调 整剂 辅助添 加剂 质量 百分比10 0 15～356 0 ～8 01～60 ～3 乳胶的组成与配比和炸药厂原产品相同。它由硝酸盐类过饱和水溶液和有机可燃 物构成，接近于零氧平衡。因此，在炸药中使用这种乳胶，不会对炸药的爆炸性能产 生消极影响。压气装药作业时，在炸药的流散性得到保证的前提下利用乳胶的粘性可 使炸药在炮孔内的粘结性能得到改善，从而降低装药过程中的返药率，达到减少炸药 浪费、改善工作面空气质量的目的。 多孔粒状铵油炸药由多孔粒状硝酸铵和柴油构成。严格地讲，它是一种感度很低且威 力也较低的爆炸剂，在工业炸药中其价格较为低廉，流散性能优良，因而将其作为混 合型低威力粒状炸药的主要组分。虽然其本身为固态颗粒状，几乎没有粘性，但与乳 胶按比例均匀混合后，能够同时保证炸药满足压气输送流散性和炮孔孔内粘结性两方 面的要求。 铵油中多孔粒状硝酸铵与柴油的比例为95．5～96 ．0 ∶4．0 ～4．5。 为使炸药具有适当的起爆感度和爆炸威力，同时将炸药的物理状态调整到最佳水 平，在混合型低物理粒状炸药中还使用了少量的密度调整剂和辅助添加剂两种成分。 5 制备工艺 1 按比例将多孔粒状硝酸铵与柴油均匀混合，浸油2 4h 以上； 2 在50 ℃左右时，将乳胶与辅助添加剂按比例均匀混合； 3 按比例将浸油良好的多孔粒状铵油与含有辅助添加剂的乳胶搅拌均匀； 4 按比例添加密度调整剂，然后以机械方式搅拌3m i n ～5m i n ，即得到炸药成品。 6 炸药性能测试及结果 反映炸药性能的主要指标是其物理状态、密度、起爆感度及爆速等。 6 ．1 物理状态及密度 炸药呈松散准固态颗粒状，在所用多孔粒状硝酸铵条件下，粒度尺寸在0 ．1m m ～ 3．0 m m 之间，自然堆积密度为0 ．8 g . c m －3左右，装药密度一般为0 ．8 0 g . c m －3～0 ． 95g . c m －3。 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 1/ 990 10 4. h t m （第 3／5 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 38 爆破器材990 10 4 6 ．2 起爆感度 此种混合型粒状炸药不具有雷管感度。在装药直径为50 m m 的条件下，须采用不少 于50 g 的乳化炸药药卷做起爆药包，方可起爆。 6 ．3 临界直径 试验结果表明，在铁管约束条件下，其临界直径在40 m m ～53m m 之间。 6 ．4 爆速 爆速测定条件为使用内径为50 m m 的铁管或内径为53m m 的塑料管模拟大岭矿井 下炮孔约束条件，用一发火雷管和不少于50 g 的乳化炸药药卷起爆，药管长度约1． 0 m 。爆速测定方法为导爆索法。爆速测定结果列于表2 。 表2 混合型低威力粒状炸药爆速测定 序号 爆速D ／m . s －1 爆速平均值 ／m . s －1 约束条件 12 915 2 956 ．2铁管，内径50 m m 22 915 33110 430 8 1 52 90 2 62 8 14 72 2 18 2 0 6 9．8塑料管，内径53m m 82 16 7 92 0 37 1018 57 6 ．5 储存期 此种炸药受储存时间影响的性能指标主要是炸药的物理状态，具体表现在炸药中 的乳胶会随储存时间的延长而出现“析晶”现象，致使炸药的粘性降低，流散性能进 一步提高。在保证炸药不吸湿结块的情况下，炸药的爆炸性能基本不会发生变化。综 上所述，混合型低威力粒状炸药的物理状态适于压气装药，爆炸性能也将能够适应大 岭矿爆破作业的要求。由于此种炸药各种原材料成本低，生产加工工艺简单，经济效 益亦将十分显著。 7 炮孔压气机械装药及爆破模拟应用试验 按本研究课题原计划，此阶段工作应在井下回采过程中进行，检验此种炸药压气 装药的可行性以及爆破破碎效果。但是，由于巷道稳定性等方面的原因，致使井下不 具备在课题研究计划期限内进行试验的工作条件。因此，该项试验是在地表以铁管模 拟井下炮孔采用50 型吸入式压气装药器进行的。炸药的起爆方式同前述，具体装药参 数见表3。 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 1/ 990 10 4. h t m （第 4／5 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 38 爆破器材990 10 4 表3 混合型低密度粒状炸药压气装药参数及爆速测定 药管内径 ‧／m m 装药长度 L／c m 装药质量 M ／g 装药密度 ρ／g . c m －3 爆速D ／m . s －1 53557112 500 ．9152 192 5346 58 8 0 00 ．8 571947 5353695400 ．8 0 718 36 地表压气装药试验的结果表明，此种炸药的压气输送流散性能良好，在设备及其它 条件正常的情况下，不会在装药过程中产生输药管堵塞现象；炸药在铁管内粘结良好； 炸药爆速18 0 0 m . s －1～2 2 0 0 m . s －1左右，说明其威力远低于一般工业炸药，适用于大岭矿 节理裂隙发育、矿岩可爆性较好的矿区。 8 结论 本文介绍的混合型低威力粒状炸药是根据吉林镍业公司大岭矿爆破生产的客观条件 与实际需要而研制的。 1 采用常规乳化炸药用乳胶和多孔粒状铵油炸药作为混合型低威力粒状炸药的主 要成分，同时合理选择和使用其它辅助成分，使得炸药的爆炸威力与大岭矿采区矿岩的 可爆性基本匹配，有利于在保证爆破破碎质量的前提下降低爆破对围岩和相邻充填体的 破坏。 2 利用乳胶和多孔粒状铵油炸药的物理特征，通过合理确定二者和密度调整剂的 使用比例，保证了炸药的输送流散性能和孔内粘结性能满足压气装药作业要求。 3 该炸药的加工工艺简单，易于实施。 4 其原材料来源广，价格低，生产加工费用少，因而炸药的单位成本低。 5 该炸药不含任何高感度组分，制备过程简单，安全可靠。 6 该炸药的粘结性能将随着储存时间的延长而逐步下降。 7 鉴于混合型低威力粒状炸药的密度较小，威力较低，笔者认为可在光面控制爆 破中积极推广应用。 作者单位璩世杰 陈广平北京科技大学 北京，10 0 0 8 3 ；魏金江 张炳基 吉林镍业 公司 吉林，132 311 参考文献 [1] 璩世杰等．SEM 系列露天乳化炸药的研制与应用．有色金属，1998 ， 3 1 [2 ] 汪旭光．乳化炸药．北京冶金工业出版社，1993 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 1/ 990 10 4. h t m （第 5／5 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 38