现场混装乳化炸药不耦合装药技术及工程实践
1荣光富 汪兴国 2张道振 3 黄铁飞 1 浙江物产京安工程科技有限公司(浙江建德,311618) 2 浙江大学材料与化学工程学院,(浙江杭州,310027) 3 浙江物产民爆器材专营有限公司,(浙江杭州,310027)
[摘要] 文章介绍了混装乳化炸药空气间隔装药爆破技术在露天矿山的应用，通过应用该技术前后爆破效果和经济效益分析可知，该技术可以大幅减少起爆器材使用量和装药工作量，达到有效节省爆破成本和工作效率的目的，是露天矿山值得进行推广的技术之一。
[关键词] 混装乳化炸药 空气间隔 爆破效果
1 概述
乳化炸药混装车于20世纪70年代末在美国、瑞典、加拿大等国开始兴起使用，20世纪80年代初
[1]
在我国开始研究并投入使用，并先后应用于德兴铜矿、平朔煤矿等国内大型露天矿山。在我国西北
[2]
部矿山应用较多，但在江浙一带使用还处于邂逅状态。
众所周知，乳化炸药混装车技术是集原材料运输、炸药现场混制、机械化装药于一体的先进爆破
[1]
技术，它具有安全生产效率高、钻孔成本低、使用方面等显著优点；但在实际应用于矿山爆破过程
[3][4]
中，装药结构为耦合装药，经常出现延米装药量大、堵塞长度过长、炸药单耗偏高等问题。
本文就混装乳化炸药的空气间隔不耦合装药爆破机理与优化工程爆破应用等方面进行阐述，以便在今后露天石料矿山应用混装炸药爆破时作参考。 2 混装乳化炸药生产工艺简述
混装乳化炸药的生产工艺主要有水、油相半成品制备和现场混制、装填等工序。 2.1 水、油相半成品制备
车制乳化炸药水相主要由硝酸铵、硝酸钠溶液组成，在制备过程中应严格控制原料投放破碎机顺序，并控制好水相溶液的析晶点，一般情况下，水相溶液的析晶点控制在60℃，保温在95℃；油相成分主要有乳化剂与柴油，油相熔液保温在50℃。当混装车进入工房内，将以上组分以及密度调整剂分别泵入车上的不同储存箱内，即可运至爆破作业现场进行现场混制炸药。 2.2 现场混制、装填
将制备好的水、油相和发泡剂泵入混装车上的各料仓后，混装车直接驶入爆破现场。现场混制时，要求水相溶液必须温度保持在90℃以上，开动计量仪表、计量泵，将混装车上的水油相靠泵的压力连续不断地进入乳化器内并进行乳化。乳化基质与敏化剂再经过MONO泵泵入炮孔中，经过10～15min进行化学发泡便形成炸药，此时的乳化炸药密度可以根据要求进行调整。 3 空气间隔装药爆破理论分析
常见空气间隔装药（下简称KJ装药）结构几种形式，如图1所示：
a b c
a-中间间隔；b-底部间隔；c-顶部间隔 1．堵塞 2.装药 3.空气间隔 图1 KJ装药示意图
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3.1 空气间隔装药爆破机理
空气间隔装药爆破机理认为：①降低应力波峰值压力，减少粉碎破坏岩石消耗的炸药能量；②延长爆生气体作用时间；③爆炸气体形成的压力波和来自炮孔底部反射波相互作用，使裂隙得到进一步扩展。
[5]
W.Hustrulid对空气间隔装药爆破机理进行了进一步的研究，研究表明：因爆轰产物中的稀疏波和从炮孔底部反射的稀疏波所导致的炮孔压力卸载过程，对加强岩石爆破破碎有重要作用，该卸载过程可在炮孔围岩中激起高幅值拉应力，从而有利岩石破碎。 3.2不同装药结构对孔壁压力的影响
[6]
据文献通过空气间隔装药与连续装药爆破时孔壁径向压力理论分析，说明了在其他爆破
参数相同时不同装药结构装药对孔壁的初始压力的影响：空气间隔不耦合装药爆破时，孔壁所受压力远小于连续装药时孔壁所受到的压力（如图2）。
P/MPa
a - 空气间隔不耦合装药结构的压力-时间曲线；
b - 连续装药结构的压力-时间曲线 图2 孔壁压力-时间曲线
3.3 空气间隔装药爆破对爆破效果的影响
评定爆破效果的好坏主要看爆堆的级配、松散度和形态三个特征。介质破碎不但与作用力P有关，而且和爆炸压力作用时间有关，即I=
?Pdt。孔壁入射压力大，破坏范围大，粉矿率高，还增加了矿
石的不均匀性，易产生大块。空气间隔装药减少高压气体过早的遗漏到大气中，使装药空间在岩石破裂之前保持高压状态，延缓了爆生气体对介质破坏作用时间，增大了爆破作用冲量，提高了气体做有
[5]
用功的能力。爆后爆堆形状整齐集中，岩块破碎均匀，减少了大块率。从安全角度讲爆轰气体作用时间延长，使炸药爆轰反应完全，减少有毒气体生成，特别是在有瓦斯、煤尘爆炸危险情况下减少了引起瓦斯、煤尘爆炸的可能性。
4 混装乳化炸药空气间隔装药孔内起爆药包制作
车制乳化炸药基本上是非雷管感度的，使用时需要一定的起爆能量。用起爆弹作为起爆药包，成本较高，一般每吨乳化炸药的起爆成本为300元左右。起爆弹由TNT和RDX组成，其爆炸威力大，用其引爆的混装炸药爆速高、威力大，对保护岩层的破坏作用也大。如果采用岩石乳化炸药代替起爆弹，则可以大大降低起爆成本，并且可以减小对保护岩层的破坏。
[7]＃
有资料显示，当用1kg1岩石乳化炸药引爆混装炸药时，各项性能指标稳定，能够达到完全爆轰。
表1 文献中混装乳化炸药爆速测试数据
1号岩石乳化 混装炸药 炸药质量/g
直径/mm
实测爆 速/m·s
-1
最小起 爆能/J
1号岩石乳化炸 药规格（Ф×h）
/mm×mm
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1500 1000 500
90～120 4300～4500 1×1500(H≤8) 90～120 3900～4200
80×400
90～120 3300～3500 2×1500(H＞8)
因此，矿山应用中可以考虑使用普通岩石乳化炸药自制起爆具进行起爆，达到节约成本的目的。鉴于此，自制内径为Фin40mm、Фin50mm两种装置起爆混装乳化炸药进行试验，测试相关的爆速数据。试验装置图如下图3～4。
图3～4 两种自制起爆弹体结构装置图 表2 不同起爆体起爆混装乳化炸药爆速测试数据 起爆弹 体质量/g 两种 自制 起爆 弹体 质量 /g 外购 起爆弹 500g(Ф50) 500g(Ф50) 500g(Ф50) 500g(Ф50) 250g(Ф40) 250g(Ф40) 400g 400g 混装炸药 实测爆速 最小起 直径/mm 75 75 75 75 75 75 75 75 /m·s 4751 4847 4732 4878 4587 4560 4666 4580 -1
炸药规格 （Ф×h） /mm×mm
爆能/J 1×1500 (H≤8) 2×1500 (H＞8) 50×200 40×200 － － 从表2可以看出，在相同的约束条件下，若以普通岩石乳化炸药作为起爆弹体，当质量为250g，弹体直径达到≥40mm时，测得的爆速均值为4570m/s；当起爆弹体质量为500g，弹体直径≥50mm时，测得的爆速均值为4802m/s，说明在此条件下，该起爆弹体能完全起爆混装乳化炸药，且优于现有起爆弹起爆能。因此，可以用普通岩石乳化炸药作为起爆弹体（条件：质量≥500g，装药直径≥50mm）。 5 工程实践
现场混装乳化炸药空气间隔装药技术分别在余杭市天一矿、獐山矿进行试验、应用。试验炮孔装药采用KJ装药与连续耦合装药（下称KJN装药）两种结构进行对比分析，结构图如图5：
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1．堵塞 2.装药 3.空气间隔
图5 两种装药结构示意图
爆破设计参数：孔径125mm； 孔深L=20～24m；倾角α＝90°；孔距a=6.0m，排距b＝3.5 m，炮孔密集系数m＝a/b=1.71；天一矿对比试验炮爆破孔数、孔位布置、爆破采用的网路相同，试验炮位置相近，工程地质条件相当，间隔装药炮孔孔内采用同一段别雷管。 5.1 爆破效果分析 5.1.1爆破方案Ⅰ
余杭獐山天一矿预爆岩石为花岗岩，硬度系数为f=8～10，采用KJN/KJ装药技术爆破参数如下表4：
表3 爆破设计参数
参数最小抵线名称 W(m) 参数值
3.5
台阶高度H(m) 22
超深h(m) 2
装药高(m) 12～13
炸药单耗
3
q(kg/m) 0.33～0.43
填塞 长度h’(m) 5.5～11
空气间隔米数(m) 2.5～3
炮孔布置 梅花形
装药结构 KJ/KJN
炸药种类 混装炸药
爆破效果如下图：
图6～7 两种装药结构爆破效果图
5.1.2爆破方案Ⅱ
余杭獐山洛阳矿预爆岩石为花岗斑岩，硬度系数为f=8～10，共钻孔16个，孔网参数6m×3.5m，孔深22米，超深2米,参数见表5。
表4 爆破设计参数
参数名称 参数值
最小抵线W(m) 3.5
台阶高度H(m) 20
超深h(m) 2
装药高(m) 14
炸药单耗
3
q(kg/m) 0.33～0.36
填塞 长度h’(m) 5.5～6.5
空气间隔米数(m) 2.5～3
炮孔布置 梅花形
装药结构 KJ
炸药种类 混装炸药
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