劉 令，魏碧波，劉俊文，張小勇

(中國葛洲壩集團 易普力股份有限公司，重慶 401121)

近年來，國內(nèi)可進行露天開采的資源在逐漸減少，露天開采也在逐步轉(zhuǎn)為地下開采。基礎設施建設市場越來越多，中小型爆破工程(多為“小、零、散”項目)的工業(yè)炸藥需求逐年加大[1,2]。而對于中小型爆破工程，特別是狹窄工作面、小型礦山、地下開采等爆破項目，現(xiàn)場混裝車受道路、工作面及爆破振動的藥量控制等局限，不能使用現(xiàn)場混裝炸藥車進行爆破作業(yè)。目前國內(nèi)不宜使用混裝炸藥車進行爆破作業(yè)的項目，其所需的炸藥用量占全國工業(yè)炸藥需求量約35%，因此，擴大現(xiàn)場混裝炸藥應用占比的重要因素是發(fā)展小型爆破工程項目混裝炸藥應用技術及裝備[3-5]。

我國在現(xiàn)場混裝設備工裝開發(fā)和應用領域客觀來講起步晚、發(fā)展慢，當前市場上應用成熟的現(xiàn)場裝藥設備局限于混裝銨油、混裝乳化和多功能現(xiàn)場混裝車，而中小型爆破市場需求的小型裝藥設備的研發(fā)、應用較少[6]。

中國葛洲壩集團易普力股份有限公司(以下簡稱公司)研制了一套適用于中小型爆破項目需求的便攜式裝藥器(以下簡稱裝藥器)[7]，并通過了中國爆破行業(yè)協(xié)會組織的科技成果評價。為使其更加貼合爆破現(xiàn)場使用需求，對其現(xiàn)場裝藥爆破應用開展了研究，以下從設備、工藝、現(xiàn)場應用幾個方面進行介紹。

1 裝藥器簡介

裝藥器上乳化基質(zhì)和敏化劑的輸送泵采用大行程、低頻率工作模式的活塞式容積泵，有效防止工作過程中產(chǎn)生的機械摩擦熱累積，活塞泵采用壓縮空氣為動力來源，配套設施簡單。乳化基質(zhì)和敏化劑輸送泵采用機械連桿聯(lián)動控制(如圖1所示)，以乳化基質(zhì)泵的輸送量決定敏化劑泵的輸送量，實現(xiàn)同步運動，使二者嚴格按比例輸送，保證了工藝配方的穩(wěn)定性和一致性?？筛鶕?jù)現(xiàn)場實際需求，調(diào)整聯(lián)動裝置敏化劑泵連接滑塊，對敏化劑添加量進行動態(tài)調(diào)整。

1-乳化基質(zhì)泵活塞桿；2-敏化劑泵活塞桿；3-連桿；4-敏化劑泵；5-乳化基質(zhì)泵圖 1 裝藥器聯(lián)動裝置示意圖Fig. 1 Detonator loader′s schematic diagram

同時，該種活塞式容積泵采用非金屬高分子改性材料制作的大通流道的閥座，具有介質(zhì)流體通道大，雜質(zhì)容錯能力較強，高溫(120℃)泄壓功能，保證了乳化基質(zhì)的泵送安全。

2 裝備改進試驗

2.1 結(jié)構優(yōu)化

為使裝藥器能在復雜作業(yè)場所進行工業(yè)化應用，對裝藥器從輕量化、移動性方面進行了優(yōu)化。

輕量化方面，安裝支撐裝藥器聯(lián)動裝置的支架，其材料盡可能采用鋁合金、內(nèi)部采用中空結(jié)構，以降低設備的總質(zhì)量，優(yōu)化后的裝藥器可由2個工人輕松卸車及裝車。

移動性方面，原研制的裝藥器需依靠隨車吊上下車，下車后若需跟隨作業(yè)區(qū)移動時僅能靠人抬。為使裝藥器在復雜施工作業(yè)面應用便捷，在其支架上安裝兩個350 mm半實心橡膠輪胎，將扶手改進成彎管形式，便于操作工發(fā)力推動裝藥器，改進后既可方便移動設備，又可減輕工作人員勞動強度，整個裝置可由1人輕松推動。

2.2 聯(lián)動裝置

聯(lián)動裝置在現(xiàn)場試驗時，發(fā)生數(shù)次乳化基質(zhì)泵密封閥球卡死在閥座上，致使乳化基質(zhì)泵無法輸出乳化基質(zhì)。經(jīng)分析因密封球為塑料材質(zhì)，硬度較低，承受較大壓力時易卡死在閥座上，更換為不銹鋼材質(zhì)后，泵送性能穩(wěn)定。

同時，在乳化基質(zhì)泵出口壓力增大時，敏化劑泵無法正常泵出敏化劑且無法起到水環(huán)潤滑作用。經(jīng)分析主要原因為敏化劑泵的碳鋼密封閥座磨損，與塑料密封球無法實現(xiàn)密封配合，致使敏化劑泵存在內(nèi)泄露現(xiàn)象，在外部壓力增大時，敏化劑通過磨損口泄露回管道。將敏化劑泵閥球、閥座更換為不銹鋼材質(zhì)，提高其強度及耐腐蝕性能，改進后泵送性能穩(wěn)定。

2.3 裝備性能試驗

2.3.1 調(diào)整裝藥效率

裝藥時可根據(jù)現(xiàn)場裝藥需求，調(diào)整便攜式裝藥器上的單向節(jié)流閥開度，以調(diào)整便攜式裝藥器的裝藥效率，調(diào)整方法為調(diào)整手柄向上側(cè)旋轉(zhuǎn)，壓縮空氣量會增大，便攜式裝藥器聯(lián)動柱塞泵運行加快，裝藥效率增大；反之，調(diào)整手柄向下側(cè)旋轉(zhuǎn)，壓縮空氣量會減小，便攜式裝藥器聯(lián)動柱塞泵運行變慢，裝藥效率降低。

2.3.2 標定

采用水對裝藥器中聯(lián)動柱塞泵進行標定。標定前，首先調(diào)整泵單位時間內(nèi)的工作效率，即每分鐘柱塞泵運行的循環(huán)次數(shù)。標定時先將標定輸送管道充滿工藝水，然后在統(tǒng)一指令下將乳化基質(zhì)泵、敏化劑泵出口管同時放入稱量容器中，經(jīng)過一定時間(如1 min)后，在統(tǒng)一指令下同時停止兩泵，最后分別稱量兩個容器內(nèi)水質(zhì)量，并進行計算確認兩泵配比，如果配比不準確，調(diào)整聯(lián)動輸送機構上敏化劑泵的安裝位置。經(jīng)標定，乳化基質(zhì)泵泵送效率1.68 kg/次，敏化劑泵泵送效率0.063 kg/次。

2.3.3 增稠試驗

裝藥器上的增稠裝置位于乳化基質(zhì)輸送泵的出口，采用工藝水進行測試時，增稠裝置出口端噴出水呈霧化傘狀裝；采用增稠后的乳化基質(zhì)(粘度約5×104萬mPa·s)進行試驗時，在不裝輸藥管及末端敏化單元的情況下，用塑料袋套住增稠裝置出口，噴出的乳化基質(zhì)能掛在塑料袋壁面不掉落，增稠效果明顯。

2.4 計量上報

計量上報系統(tǒng)包括計量模塊及上報模塊，上報模塊與計量模塊之間通過串口通信傳輸，計量模塊將裝藥量通過串口通信傳輸至上報模塊中，滿足主管部門的管理要求。計量模塊主要用于對裝藥量進行計量并儲存，上報模塊主要用于將存儲的裝藥量信息上報到監(jiān)管平臺。其中計量模塊包括檢測、控制以及計量等功能，上報模塊包括信息儲存以及信息傳輸?shù)裙δ埽蠄竽K中的處理器經(jīng)過運算后將裝藥信息儲存在SD卡內(nèi)，SD卡內(nèi)的炸藥量信息可保存3個月。

3 工藝試驗

3.1 工藝配方

乳化基質(zhì)和敏化劑兩者通過裝藥器上的聯(lián)動柱塞泵進行輸送，因裝藥器啟動時，柱塞泵腔體內(nèi)瞬時壓力可能較高，若工藝配方中含有柴油(柴油閃點低)，極有可能發(fā)生安全事故，油相材料應選擇閃點較高的產(chǎn)品。

對原有乳化基質(zhì)的生產(chǎn)工藝配方進行了調(diào)整，采用新的配方生產(chǎn)水相、油相，其中水相密度1.35～1.38 g/cm3、PH3.4～3.9、析晶點63～66℃，油相密度0.86 g/cm3，水相、油相質(zhì)量比為94∶6，預乳器轉(zhuǎn)速控制在530～570 rpm范圍，采用靜態(tài)混合器進行靜態(tài)制乳[8]。

3.2 敏化試驗

采用表1中敏化劑配方，按照乳化基質(zhì)：敏化劑質(zhì)量比=96∶4配比，采用手動攪拌方式對乳化基質(zhì)進行敏化小試。從圖2可以看出，10 min時密度為1.145 g/cm3，16 min時密度為1.1 g/cm3，最終基本穩(wěn)定在1.05 g/cm3，符合生產(chǎn)工藝要求。

圖 2 敏化試驗Fig. 2 Sensitization test

表 1 敏化劑配比Table 1 Sensitizer ratio

3.3 末端敏化

為降低乳化基質(zhì)的輸送壓力，裝藥器采用水環(huán)潤滑和末端敏化技術，將敏化劑作為潤滑劑，在輸藥膠管的內(nèi)壁形成一層薄膜，實現(xiàn)乳化基質(zhì)和敏化劑的分層輸送，以減少輸送阻力，提高炸藥輸送的安全性。在輸藥膠管出料口安裝靜態(tài)混合器，使乳化基質(zhì)和敏化劑在出料口充分混合，快速敏化，共同送入炮孔后在炮孔內(nèi)形成混裝乳化炸藥。

對不同溫度(20、60℃)下的乳化基質(zhì)，通過末端敏化(靜態(tài)混合單元)進行了現(xiàn)場裝藥敏化試驗，敏化試驗結(jié)果如圖3、4所示。從圖中可以看出，新研發(fā)的乳化基質(zhì)配方工藝，乳化基質(zhì)不管是低溫、還是高溫，敏化后密度均能在15 min左右降至1.1 g/cm3，敏化速度快、穩(wěn)定，后效不明顯，敏化后的氣泡均勻，敏化溫度范圍寬。

圖 3 乳化基質(zhì)20℃時敏化情況Fig. 3 Sensitization of emulsion matrix at 20℃

圖 4 乳化基質(zhì)60℃時敏化情況Fig. 4 Sensitization of emulsion matrix at 60℃

3.4 低壓遠距離輸送

新配方工藝生產(chǎn)的乳化基質(zhì)，具有常溫流動性。裝藥器采用水環(huán)減阻技術，經(jīng)現(xiàn)場試驗，常規(guī)裝藥時，φ20輸藥管輸送乳化基質(zhì)距離60 m，工作壓力在1.5 MPa以內(nèi)；增稠裝藥時，即前端采用孔板射流、末端采用靜態(tài)混合器進行增稠，增稠后乳化基質(zhì)粘度可達3×105cp，可解決裂隙發(fā)育巖石漏藥問題，輸送距離達60m，最高壓力不超過3 MPa，尤其適用于向上孔作業(yè)。

4 現(xiàn)場應用試驗

采用外徑110 mm、壁厚5 mm、長1000 mm的PVC管，裝藥900 mm、靶距400 mm，對裝藥器輸藥管輸出的混裝炸藥進行爆速測試，測得現(xiàn)場制備的混裝乳化炸藥爆速4460 m/s，符合要求。

在水泥砂巖礦進行現(xiàn)場爆破試驗，孔網(wǎng)參數(shù)6.5 m×4 m，炮孔直徑150 mm，炮孔深度13.5 m，裝藥深度8 m，單孔裝藥量190 kg，裝藥時間3.3 min/孔，現(xiàn)場裝藥過程中無堵管、無漏藥現(xiàn)象，經(jīng)敏化發(fā)泡后實測混裝藥深度為9 m，最后堵塞長度4.5 m，爆破效果良好。見圖5。

圖 5 爆破效果圖Fig. 5 Blasting effect pictures

5 結(jié)論

經(jīng)過改進，改進后的裝藥器更加小巧、輕便、可移動，可在中小型爆破作業(yè)現(xiàn)場便捷應用；調(diào)整后的生產(chǎn)工藝配方匹配裝藥器的需求，裝藥器的柱塞泵送形式適合低壓遠距離輸送，滿足“小、零、散”爆破項目的需求。裝藥器豐富了現(xiàn)場裝藥裝備，為“小、零、散”爆破項目供藥提供了一種新的解決方案。