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现场混装乳化炸药在露天中小孔径及含水爆破的应用研究

发布日期:2017-08-31   浏览次数:

现场混装乳化炸药
在露天中小孔径及含水爆破的应用研究

贵澍

葛洲坝易普力四川爆破工程有限公司

 

摘要:现场混装乳化炸药爆轰临界直径大,中小直径(≤110mm)爆破稳定传爆性差,含水爆区,混装乳化炸药受到水的侵蚀,产生溶胀层,溶胀层不参与爆炸反应,装药有效直径减小,爆炸性能降低,通过工艺技术改进,提高了普通现场混装乳化炸药爆炸性能,中小孔径、含水爆区爆破效果得到了很大提升。

关键词:现场混装乳化炸药;中小直径;含水爆破;爆破性能

0 引言

目前,现场混装乳化炸药在矿山爆破施工中得到了广泛应用,由于普通现场混装乳化炸药车制备的混装乳化炸药配方、工艺简单,现场制药现场使用,炸药稳定性不高,一般满足7d的储存期要求,适合大型矿山大孔径常规爆破施工作业,但在中小孔径、水孔、预装药爆破等爆破条件下,常出现爆破效果达不到设计要求,甚至出现冒黄烟、半爆、拒爆等现象,黄铁飞、武海英等对乳化剂对混装乳化炸药性能的影响进行了研究[1-2],张建州等对大孔径深孔含水爆破混装乳化炸药性能进行了研究[3],李清等对乳化炸药溶胀过程的稳定性进行了研究[4],熊代余介绍了适合小孔径爆破的现场混装乳化炸药技术[5],李光对敏化方式对乳化炸药稳定性影响进行了研究[6],本文借鉴众多学者的研究成果,进一步分析研究了影响现场混装乳化炸药性能的因素,提出了提高混装乳化炸药稳定性和爆炸性能的方法。

1试验配方及工艺的选择

1.1配方的选择

SP-80乳化剂因其良好的易乳性,在现场混装乳化炸药生产中得到了广泛使用,但其制备的乳化炸药稳定性及抗水性较差。高分子乳化剂能形成较厚的单分子膜吸附于界面,使乳化剂所形成的界面膜增强,抗水性强,乳化质量高[7],为此在不改变油、水相比例,不改变乳化剂总量的基础上,添加一定量的高分子乳化剂A进行复配,在乳化剂含量不变的基础上,分别选取w(SP-80):w(A)=2:1、w(SP-80):w(A)=1:1,考虑增加油膜强度,提高基质粘度,增强固泡能力,在油相含量不变的基础上,分别添加0.5%和1%的基础油,水相不做调整,试验配方见表1。
 

表1混装乳化炸药试验配方(质量分数%)

  
 

1.2工艺的确定

水相温度决定着乳化温度,为获得良好的乳胶基质质量,一般乳化温度应在高于水相析晶点15~25℃范围,但是,温度过高,敏化反应过快,气泡过大,不利于形成细密敏化气泡,所以水相温度由原来的85~90℃调为80~85℃,为对比水相温度对乳化效果的影响,按照表1配方分别在实验室做乳化对比试验,实验结果见表2。
 

表2 水相温度对乳化影响的对比试验结果


 

经过对比分析,添加高分子乳化剂A,80~85℃可实现良好的乳化效果,为抑制敏化过早、过快反应,敏化剂浓度由25%调为20%,为形成良好乳胶基质,乳化器转速由以前的900~1100r/min调为1100~1120r/min,主要工艺参数见表3新工艺。
 

表3主要试验工艺参数

 

2混装乳化炸药性能试验

2.1抗水性试验

乳化炸药与水接触,存在溶失、溶胀现象,溶胀层越厚,破乳层越多,破乳导致内相硝酸铵溶失在外界水中,破乳情况越严重,水中的硝酸铵含量(溶失值)越高,因此可以通过测试溶胀厚度判断乳化基质的抗水性能。

试验方法:向500ml烧杯中倒入200g混装乳化炸药的乳胶基质,沿杯壁倒入200ml矿山地下水,PH值5~6,静置1~7d,观察乳胶基质的溶胀情况,并测量溶胀厚度。实验结果见表4。
 

表4抗水对比试验结果


 

由表3可知,当乳化剂中只含有SP-80时,溶失厚度最高,抗水性较差,添加高分子乳化剂A后,抗水性明显提高,SP-80与高分子乳化剂A比例为1:1及添加1%基础油后,抗水性最好。

现场混装乳化炸药通常采用SP-80做为乳化剂,SP-80是一类有亲水基团和疏水基团的表面活性剂,吸附在油水界面的亲水基与水形成弱的水合作用,游离状态的乳化剂与油水界面的乳化剂频繁互换位置,保持动态平衡,使外界水及内相无机电解质进入油膜,由于内外相存在化学梯度,使外界水一定的量不断进入油膜,无机电解质扩散进入外界,引起油膜溶胀,硝酸铵溶失在外界水,溶胀层不参与爆炸反应,一定程度上降低了药柱直径,降低了炸药的爆炸性能,常出现涉水爆区爆破质量比干孔爆区差的原因。

高分子乳化剂A分子结构没有亲水基和亲油基之分,其大分子链将油相中小分子吸附在自身周围,牢牢地铺展在水相液滴外表,很好的阻止了外界水的渗入和内相硝酸铵的扩散,在加高分子乳化剂的基础上,添加烃链更长的基础油,能与柴油很好的复合,即可进一步增强油膜强度,提高油膜阻隔能力,减少界面渗透,同时又可提高胶体粘度,提高固泡能力。

2.2爆炸性能及稳定性试验

制取爆速试验样品,自然储存,分别测试初始爆速、7d、15d后爆速,测试结果见表5,同时,进行不同直径下的爆速测试试验,测试结果见表6。
 

表5 爆速值对比测试结果

 

表6两种直径爆速对比测试结果

 

由表5、表6可以看出,新工艺、新配方生产的混装乳化炸药爆速能明显高于原工艺,储存稳定性也更好,而且,敏化气泡非常均匀,大气泡明显减少,乳化温度的降低以及敏化剂浓度的降低都一定程度上使敏化发泡变得缓慢,有利于形成细小气泡,减少了无效气泡的生成,乳化器转速的调高增强了机械搅拌作用,乳化液滴变得更加细微均匀,基质晶莹透亮,有光泽,炸药性能明显提高。

3现场应用

4#配方新工艺已先后在某采石料场及一石灰石矿得到了推广应用,采石场孔径80mm,爆破效果良好,前冲、下塌符合设计要求,无根底、无挡墙,岩石块度均匀,涉水爆区预装2d以上爆破未出现冒黄烟、半爆、拒爆现象,与无水爆区比较没有差别,见图1、图2。

图1采石场80mm孔径爆破效果


图2含水爆区爆破效果
 

4结论

(1)混装乳化炸药具备一定的抗水性,但存在着溶胀现象,溶胀层的存在,降低了炸药的爆炸性能,单一SP-80制备的混装乳化炸药抗水性较差,SP-80与高分子复配,添加一定量的基础油可有效地提高炸药的抗水性,提高炸药的稳定性。

(2)合适的乳化温度可提高乳化炸药的质量,合适的敏化剂浓度可使敏化效果更好,适当提高乳化器转速,乳化基质质量更佳,通过优化工艺参数可有效地提高混装乳化炸药爆炸性能。

(3)通过配方、工艺的优化,制备的混装乳化炸药可满足80~100mm中小直径露天爆破作业,减少了人工装药爆破施工,制备的乳化炸药在涉水爆区预装药爆破也取得了良好效果。

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中国砂石协会

2017年08月31日