现场混装乳化炸药配方对基质密度的影响分析.pdf

第3 4 卷第1 期 2 0 1 4 年0 2 月 矿冶工程 M 叩哪N GA N DM 匮T A I J 瓜G I C A LE N G 矾E E R D i G V 0 1 ．3 4 №1 F e b m a r v2 0 1 4 现场混装乳化炸药配方对基质密度的影响分析① 彭宁，邱朝阳，吴晓梦 湖南金能科技股份有限公司，湖南长沙4 1 0 0 1 2 摘要针对现场混装乳化炸药乳胶基质移动式地面制备站在现场运行过程中产生的乳胶基质密度的差异，通过正交试验对其影 响因素进行了研究。结果表明，通过调节含水量、添加剂量、水油相配比、乳化剂量可对乳胶基质的密度进行控制。在生产实际应 用中，乳胶基质密度可控制在1 ．2 5 一1 ．3 5g ／c m 3 。 关键词乳化炸药；乳胶基质；正交试验；密度 中图分类号T D 2 3 5文献标识码Ad o i 1 0 ．3 9 6 9 ／i ．i s s n ．0 2 5 3 6 0 9 9 ．2 0 1 4 ．0 1 ．0 0 4 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 4 0 卜0 0 1 2 一0 2 I n n u e 眦eo fO n S i t eM i x e dE m I l l s i o nE x p l o s i V eF o 珊l n a t i o n o nD e 邶i t yo fE m l l l s i o nM a t r i 】| 【 P E N GN i n g ，Q I UZ h a 0 - y a I l g ，W UX i a 0 一m e n g 肌M 尼‰加n i e n ∞口以死如加魄 ，c o 厶d ，现o ，拶地4 1 0 0 1 2 ，肌n 帆，现i 船 A b s t r a c t D u et ot l l ed i f I ’e r e n c ei nt l l ed e n s i t yo fe m u l s i o nm a t r i xt h a ti sp r e p a r e di nt h ep r o c e s so fo n s i t em i x e d e m u l s i o ne x p l o s i v ea tt l l em o b i l eg r o u r l ds t a t i o n ，o r t h o g o n a le x p e r i m e n tw a sc o n d u c t e df o rs t u d y i n gt l l ei I l f l u e n c ef a c t o r s ． R e s u l t si n d i c a t e dt l l a tt } I ed e n s i t y0 fe m u l s i o nm a t r i xc o u l db ec o n t r o U e db yr e g u l a t i n gw a t e rc o n t e n t ，a d d i t i v ea m o u n t ， w a t e r _ o i lr a t i o ，a u sw e l la se m u l s i f i e rd o s a g e ．I ti sf o u n dt h a tt h ed e n s i t y0 fe m u l s i o nm a t r i xc a nb ec o n t r o l l e di nt h er a n g e o f1 ．2 5 ～1 ．3 5g ／c m 3i nt h ep I a c t i c a lp r o d u c t i o n ． 1 【e yw o H l s e m u l s i o ne x p l o s i v e ；e m u l s i o nm a t r i x ；o n h o g o n a le x p e r i m e n t ；d e n s i t y 随着我国大型露天开采和井下深部开采矿山越来 越多，所要求的现场混装炸药用量也越来越大，工信部 2 0 1 0 年发布的民爆行业技术进步指导意见明确指 出鼓励工业炸药生产方式由固定地面生产线向现场混 装作业方式发展；鼓励发展散装型或大直径包装工业 炸药产品；鼓励发展胶状乳化炸药。民用爆炸物品 “十二五”发展规划明确提出“工业炸药向现场混装 和散装型方向发展，现场混装和散装型产品所占比例 达到5 0 ％以上”，而截至2 0 1 1 年底，我国现场混装炸 药所占比例还只有1 7 ％，这充分说明我国现场混装炸 药生产技术市场潜力巨大。 基于我国民爆行业的产业政策、市场需求，进行 6 1 5 ∥h 大产能乳化炸药移动式地面站生产工艺的 研究，以满足“地面制乳，远程配送，现场常温敏化、装 药”的第三代乳化炸药现场混装技术要求，对促进我 国民爆行业的发展，提高安全生产水平和经济效益，具 有广阔的应用前景和十分重要的现实意义。 现场混装乳化炸药乳胶基质移动式地面站生产线 按物料流向可分为原料准备及硝酸铵输送、油水相配 制及储存、连续乳化等工序。6 1 。该生产线采用连续 化生产，各工序集中在汽车底盘上组成了一个有机的 整体。由于受到现场各种因素的影响，半成品乳胶基 质密度不均，造成敏化后乳化炸药性能差异较大，因 此，研究生产工艺具有现实意义。 1 现场混装乳化炸药移动式地面站制 乳工艺 乳化基质移动式地面制备站是民爆器材领域中生 产现场混装乳化炸药半成品乳化基质的成套设备，属 于化工领域。其技术原理为将乳化剂、柴油、机油经 过计量后配置成油相溶液，将硝酸铵、水、添加剂经过 计量后配置成水相溶液；将配置合格的油、水相溶液按 工艺配方要求通过计量泵送，经乳化器乳化成符合要 求的乳胶基质；乳胶基质可不经冷却系统或通过冷却 ①收稿日期2 0 1 3 0 9 2 9 作者简介彭宁 1 9 8 4 一 ，男，江西宜春人，硕士，工程师，主要从事民爆乳化炸药生产线和混装车的研究。 万方数据 第1 期 彭宁等现场混装乳化炸药配方对基质密度的影响分析 系统后进入乳胶基质输送泵；最后由乳胶基质输送泵 输送至基质储罐或混装车内，将地面站生产的乳胶基 质通过混装车运送到爆破现场，通过混装车螺杆泵泵 送，经过软管，达到炮孔，进行敏化、装填在爆破作业现 场敏化后成为露天型乳化炸药。在这一过程中，要求 乳胶基质具备适当的粘度，满足泵送需求，尽可能的降 低输送压力。现场混装乳胶基质除了满足热稳定性、 较低的粘度外，还需要具备一定储存期和颠簸性能。 根据乳化炸药配方设计基本原则，考虑到车载式 现场混装乳化炸药对乳化基质质量及流动性的特殊要 求，湖南金能科技股份有限公司总结多年来乳化炸药 的经验，结合实验室配方数据，得出露天型乳化炸药的 配方见表l 。 表1 乳胶基质的组分 质量分数 ／％ 影响乳胶基质密度的因素很多，包括工艺配方、工 艺温度、压力及现场环境等。在保持工艺条件一定的 情况下，乳胶基质含水量、添加剂量、油水相配比、乳化 剂量对乳胶基质的密度影响很大。 2 影响现场混装乳化炸药乳胶基质密 度的因素研究 模拟乳化基质移动式地面站制乳定量硝酸铵和 硝酸钠与水形成的硝酸盐水溶液，再定量乳化剂和油 组成的油相，于合适的温度下，通过乳化搅拌机的乳化 作用，得到油包水型的乳化基质。 2 ．1 实验方法及装置 1 实验试剂0 4 柴油；4 0 。机油；硝酸铵 工业纯 ； 蒸馏水；乳化剂s p a n 一8 0 及其他添加剂等。 2 实验仪器J I U 3 0 0 一s 型数显剪切乳化搅拌机； 恒温水浴槽；密度杯；电子天平等。 3 实验步骤结合传统A E H L C 型露天型散装 乳化炸药理论与工业生产工艺流程，采用图1 所示流 程制备乳化基质。 图1 乳胶基质制备流程 2 ．2 正交试验 在现场制乳中，在温度、压力等工艺条件和工艺流 程不变的情况下，影响乳胶基质密度的因素主要有含 水量、添加剂量、水油相配比、乳化剂量。通过调节可 对乳胶基质的密度进行控制。 以乳胶基质密度作为考察指标，采用正交试验的方 法优化制乳配方。考察了含水量、添加剂量、油水相配 比、乳化剂量等4 个因素，共选择3 个水平，选取L 9 3 4 正交试验表进行试验安排，正交试验设计及结果分别 见表2 。3 。 表2 正交试验因素及水平 试验号 ABc 。 笼芋挈乒 1 1 1 2 2 2 3 3 3 1 ．3 4 0 1 ．3 3 0 1 ．2 9 0 O ．0 5 0 l 2 3 1 2 3 l 2 3 1 ．3 2 0 1 ．3 1 7 1 ．3 2 3 O ．0 0 6 1 2 3 2 3 1 3 1 2 1 ．3 2 0 1 ．3 2 7 1 ．3 1 3 O ．0 1 4 1 2 3 3 1 2 2 3 1 1 ．3 1 0 1 ．3 1 6 1 ．3 3 3 0 ．0 2 3 2 _ 3 试验结果分析 由表3 结果可知，现场混装乳化炸药移动地面站 乳胶基质密度因素影响大小依次为含水量 A 乳化 剂加入量 D 油水相配比 C 添加剂量 B 。通过 对各个因素的分析可知，水的加入量为关键因素，即含 水量对乳胶基质的影响最大，随着含水量的增加，乳胶 基质密度相应降低。含水量过高，会影响成乳效果，导 致乳胶基质的稳定性降低，储存期缩短，敏化后的乳化 炸药性能降低，达不到要求，还有可能会不成乳。乳胶 基质密度随着乳化剂加入量的增加而增大，连续相的 包覆性越好，乳胶基质的稳定性越好，储存期相应会延 长；若乳化剂加入过量，会使得乳胶基质粘稠度增加， 不利于乳胶基质的输送。水油相配比的减小也会使乳 胶基质密度减小；添加剂对乳胶基质密度的影响不大。 下转第1 7 页 ∞舛”弱引“勰∞凹i}i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 h k b R 万方数据 第l 期 甯瑜琳等缓倾斜薄矿体采场极限暴露面积与参数优化 1 7 别为3 0 、4 0m 时，极限暴露面积分别为9 2 4 ．3 2m 2 、 9 8 0 ．6 4m 2 。 由数值模拟结果可知，在采场暴露面积为9 0 0m 2 时，方案3 及方案8 的最大拉应力分别为2 ．3 1 和2 ．1 6 M P a ，压应力为3 0 ．8 和2 9 ．9M P a ，均未超过岩体的极 限强度，而结合塑性区分布情况，此时出现塑性变形的 区域较少，未出现连接成片的现象，可知此时的采空区 围岩不会出现破坏；暴露面积为10 0 0m 2 时，最大拉应 力及压应力分别为2 ．9 7 和3 1 ．8M P a ，此时虽然最大压 应力小于岩体的极限抗压强度，但由于岩体的抗拉强 度远小于抗压强度，在岩体中拉应力超过极限抗拉强 度时，采空区顶板极易冒落；暴露面积大于10 0 0m 2 时，采空区的顶底板塑性区连接成整片，且最大拉应力 值大于岩体的极限抗拉强度，将导致围岩的整体性失 稳，表明采空区的极限暴露面积介于9 0 0 ～l0 0 0m 2 。 根据数值模拟计算结果，在暴露面积为6 0 0m 2 或 9 0 0m 2 ，方案8 、方案5 的应力分布情况分别明显优于 方案3 、方案1 ，可知在相同暴露面积下，矿房长轴与短 轴比越大越稳定，即相同暴露面积下倾向长度为4 0m 比倾向长度为3 0m 的采场稳定性好。 根据空场嗣后充填的采矿方法，在充填过程中选 择的充填倍线参数，确定充填孔的控制参数为2 0m 2 0m ，因此，选择的采场结构参数为方案8 的参数，极 限暴露面积为9 0 0m 2 。 5 结语 1 运用M a t h e w 稳定图法计算地质水文条件下采 场倾向长度3 0m 、4 0m 时，采场稳定情况下的最大暴 露面积分别为9 2 4 ．3 2 和9 8 0 ．6 4m 2 ；数值模拟计算显 示采空区的极限暴露面积介于9 0 0 ～10 0 0m 2 。 2 综合极限暴露面积及数值模型试验结果，为解 决回采采场的参数优化与安全协同问题，实现采矿生 产能力的最大化，减少空场嗣后充填采矿工序间的相 互干扰，确定最优的采场布置为矿房沿倾向长度4 0 m ，沿走向宽度2 2 ．5m ，极限暴露面积9 0 0m 2 。 参考文献 [ 1 ] 王贻明，姚高辉，夏红春，等．缓倾斜破碎薄矿体采矿方法选择与 采场参数优化[ J ] ．现代矿业，2 0 l O 5 1 5 1 7 ． [ 2 ] 卢萍．深部采场结构参数及回采顺序优化研究[ D ] ．重庆重庆 大学土木工程学院，2 0 0 8 ． [ 3 ]叶海旺，常剑，周磊，等．基于F L A c 3 D 的采场结构参数优化 [ J ] ．金属矿山，2 0 1 0 1 2 6 8 ． [ 4 ] R 特鲁曼，c 莫德利，N 哈里斯，等．应用M a t l l e w s 方法进行 空场采矿法设计的经验[ J ] ．国外金属矿山，2 0 0 2 ，2 7 1 2 4 3 0 ． [ 5 ] 徐坤明，程永民，姜丽颖，等．用M a t l l e w 法确定侯庄矿区矿房的结 构参数[ J ] ．冶金矿山设计与建设，2 0 0 1 ，3 3 2 l 一3 ． [ 6 ]李爱兵．缓倾斜层状矿体崩落步距的稳定图方法研究[ J ] ．中国 矿业，2 0 0 7 ，1 6 2 6 7 6 9 ． [ 7 ] L Vs h u r 趴，u uH o n 目锄．A p p l i c a t i o no fF L A c 3 DN u m e r i c a ls i m l l l a - t i o nT e c h ∞l o 科i nS e c u r i t yE v a l u a t i o no fI n t e r 扯t i o nB e t w e e nN e a r b y 0 r e b o d yE x c a v a t i o n [ c ] ∥s a f e t yS c i ∞c ea I l d ‰h n o l o g y ，2 0 0 6 V I 1 2 5 1 2 8 ． [ 8 ] 胡建华，雷涛，周科平，等．基于采矿环境再造的开采顺序时变 优化研究[ J ] ．岩土力学，2 0 1 1 ，3 8 2 5 1 7 2 5 2 2 ． [ 9 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