井下装药器散装乳化炸药低温敏化工艺试验研究(1).pdf

爆破器材E x p l o s i v e M a t e r i a l s 第4 1 卷第4 期 井下装药器散装乳化炸药低温敏化工艺试验研究’ 郑磊① 罗卫国②刘宇星①潘方河① ①湖南长斧众和科技有限公司 湖南长沙，4 1 0 0 1 2 ②向红机械化工有限责任公司 湖南岳阳，4 1 4 1 0 0 [ 摘要]文章对井下装药器散装乳化炸药低温敏化工艺进行研究，通过优化乳胶基质配方，选择多功能复合敏 化剂，采用管式混合器进行化学敏化，用光学显微镜观察敏化后乳化炸药微观形态及气泡分布情况，并测试乳化炸 药的爆炸性能。研究结果显示配方中加入0 ．5 ％的凡士林能显著提高乳胶基质的贮存期稳定性，且满足快速发泡 要求，乳化炸药密度为1 ．0 1 ．2 9 ／e r a 3 ，气泡密度在1 0 7 1 0 9 个／锄3 之间，气泡分布及大小均匀；炸药具有雷管感 度，爆炸性能优良，达到或超过G B l 8 0 9 5 - - - 2 0 0 0 中露天乳化炸药要求。 [ 关键词]装药器散装乳化炸药低温敏化管式混合器 [ 分类号] T J 5 5T D 2 3 5 ．2 1 引言 上世纪9 0 年代中期以来，西方国家发展了地面 集中制备乳胶基质分散装药体系u 1 。乳胶基质作 为一种原料储存在装药车罐内，经输送、敏化装填于 炮孔中成为炸药，既消除了商品炸药生产、运输、储 存及装药过程中的不安全因素，还无需使用包装材 料、减少了环境污染。在欧美等国，散装炸药用量达 到市场份额的8 0 ％以上口J 。我国散装炸药用量较 少，但正在持续增长，特别是移动式地面站及装药车 的研制成功[ 3 引，加速了散装乳化炸药的推广和应 用，并出现了适用于井下中深孔的装药器。 因装药车／装药器机械化装药的需要，乳胶基质 低温下应具有一定的流动性，从而含过多的水，导致 炸药没有雷管感度、储存期短、做功能力低、输送压 力大以及返药率高等，严重影响散装炸药装药质量 和性能引。 针对以上问题，课题组优化设计乳胶基质配方， 试验研究了新型多功能复合敏化荆在低温条件 6 0 ℃以下 下的敏化工艺参数，测试炸药具有良好 的爆炸性能。 1 实验 1 ．1 乳胶基质配方 乳化炸药的主要成分是氧化剂、可燃剂和敏化 剂，另有定量的水。氧化剂和可燃剂是炸药能量 释放者，其配比直接影响乳化炸药作功能力的大小。 实验在装药车／移动式地面站制乳胶基质的基础上。 减少水和硝酸钠含量，增加硝酸铵和油相高黏度组 分，选用高分子复合乳化剂制备乳胶基质，其配方见 表l 。 表1乳胶基质配方 ％ 成分配比 硝酸铰 硝酸钠 水 柴油 机油 凡士林 乳化剂 改性剂 7 4 7 8 3 _ 5 9 ～1 2 l 一2 2 _ 3 0 ．3 一1 ．O 1 ．5 _ 2 ．0 0 ．0 1 0 ．1 0 根据“杂质”[ 7 1 作用机理。在水相中加入由乙二 醇、十- - - , 烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等组成的复 合改性剂】，能有效降低氧化剂水溶液析晶点，使 水相温度在8 5 9 5 ℃、油相温度在7 5 8 5 ℃范围内 进行乳化，确保生产过程安全并顺利实现基质低温 敏化。 表1 中乳胶基质配方的水相析晶点为7 0 7 5 E ，制得的乳胶基质为乳黄色半透明膏体，常温下 黏稠柔软，室温条件下储存9 0d 不渗油、不破乳、不 变硬。2 5 0 C 时P 1 ．3 2 9 , ／c m 3 ，用I - _ 9 0 流变仪测得 乳胶基质的表观黏度肛 2 3 1 0 4 M P a s 。 1 ．2 多功能复合敏化剂 实验选用亚硝酸钠和发泡助剂双相联合化学敏 化，发泡速度快且无后效。为防止产气速度过快以 至微小气泡聚结变大或逸出。并解决乳胶基质黏度 高、输送阻力大等问题，对敏化剂进行改进在 收疆日期2 0 1 2 - 0 1 ．1 2 作者俺介郑磊 1 9 8 7 一 ，男。助理工程师，主要从事民用爆破器材生产工艺与技术研究。E - n u d l d a e n g l e i f l l 7 1 6 3 ．c o u r t 万方数据 2 0 1 2 年6 月井下装药器散装乳化炸药低温敏化工艺试验研究郑磊等 N a N O 溶液中加人高分子聚合物，如P A M ，提高其 滞留气泡能力；在发泡助剂中添加一种或多种表面 活性成分，降低其表面张力，以助于固泡并提供润滑 效果。 表2 给出多功能复合敏化剂及其参数，其中，阴 离子表面活性剂为K 1 2 、S I S 和脂肪酸钠按一定配 比组成的混合物。研究发现改性后敏化剂的物理 性质和表观形态发生了变化，如P A M 增加了N a N O 溶液的黏稠度，阴离子表面活性剂增强了B 剂的起 泡能力、使p H 升高0 ．0 1 0 ．0 5 ，但改性剂不参与化 学反应，对敏化机理没有影响；改性后的敏化剂更容 易跟乳胶基质混合均匀，反应速度适中，尤其在4 0 一6 0 ℃能控制气泡产生速度和大小。 表2多功能复合敏化剂参数 名称 僦漱名称。黝鼎 雹黔 1 2 。2 0 p H 1 ．5 3 ．0 数／％ 添加剂 0 0 ．0 ．0 1 0 0 ％I ％P A - M 添加剂 阴0 离．0 子1 ％表“面0 活．2 0 性％剂 1 ．3 散装乳化炸药低温敏化工艺 如图l 所示，乳胶基质、敏化剂分别贮存在胶体 罐和发泡剂罐中，装药时同步按比例泵人输药管路。 螺杆泵出口端设有特殊结构的环形分布装置一’ 预 混器 ，如图2 ，管内充满乳胶基质，管壁上有两加料 口前一个用于添加敏化剂A ，通过注射管喷入乳胶 基质内部；后一个联通管壁夹层，用于添加发泡助剂 B 。 乳胶基质 。。’一 司钿 墼些型I 工． 发泡剂罐 螺秆泵。一预混器k 一发泡剂泵 I 塑堑笪H 箜塑鱼登卜叫绝塾 图1 低温敏化工艺流程图 蕉- 塑壁塑型暖锄 图2 预混器结构图 经预混器分布的乳胶基质与敏化剂在输药管路 中呈同轴环形输送，乳胶基质将亚硝酸钠和发泡助 剂隔开，发泡助剂在胶体与管壁问形成环，起润滑降 阻作用，见图3 。 图3 环形分布输送图 在输药管路出口，乳胶基质和敏化剂经由S K 型和s X 型静态混合器元件‘1 0 川组成的管式装置 图4 快速混合后，直接装入炮孔，约1 0w i n 后敏 化成炸药。 图4 管式混合装置图 实验测定不同条件下乳胶基质输送压力与发泡 速度，并测试炸药爆炸性能。其中输药管为 0 1 9 m m 、长5 0 m 的液压橡胶管，装药速度5 0 k g ／m i n 。 实验结果如表3 。 由表3 可见，随着乳胶基质温度降低，敏化剂所 需的加入量增大，发泡速度变慢。分析原因低温时 胶体黏度大，游离的N H 4 与N O ；接触机会减少、反 应速率小；较高温度时炸药密度先降低再增大，是由 于此时化学反应速率大、产气速度快，小气泡容易聚 集长成大气泡而逸出；不同温度条件下乳胶基质都 能够在1h 内实现发泡，炸药密度1 ．0 1 ．2d c m 3 。 表3 不同温度乳胶基质敏化工艺参数 万方数据 1 8 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第4 1 卷第4 期 1 ．4 性能测试 1 ．4 ．1 爆炸性能 将敏化后不同密度的炸药装入0 3 2 m m 纸筒药 卷，均用雷管起爆，测试其爆炸性能，结果如表4 。 表4爆炸性能 数据显示在区间密度内，爆速随密度的增大先 升高，在P 1 ．0 8g ／e m 3 左右达最高值4 7 3 0m ／s ，其 后有所降低；殉爆距离随密度呈线性递增关系，在P 1 ．2 9 ／c m 3 时达最高7e m ；猛度变化不大，稳定在 1 5 ．0 一1 5 ．5t o n i ；不同敏化温度的炸药都具有良好 的爆轰感度和爆炸性能，超过G B l 8 0 9 5 - - 2 0 0 0 【1 2o 中 露天乳化炸药要求。 1 ．4 ．2 输送性能 对比装药车混装乳化炸药，井下装药器散装乳 化炸药低温敏化工艺不仅具有宽的敏化温度区间， 还有优异的低阻力管路输送性能，因采用复合减阻 敏化剂及先进的添加技术，降低管路输送阻力6 0 ％ 以上。如表5 。 表5输送性能对比 1 ．5 显微观测 根据炸药起爆的热点理论3 1 ，形成良好的热点 必须具有一定的尺寸和密度，尺寸小则比表面积大， 有利于爆轰的激发和传递，并提高乳化炸药的爆轰 感度，体系的高密度与连续性也在一定范围内使乳 化炸药的爆速、猛度、殉爆距离等性能增强。 乳化炸药敏化气泡包括气泡尺寸、气泡密度等 特征【l 引。气泡尺寸是指敏化过程所引入的气泡的 平均大小，从显微照片中测取各种气泡的直径，概率 统计其平均值，则数均气泡直径计算可用式 1 表 达 。∑d i r g 。 d 一。1 i 式中d 。为数均气泡直径；n i 为当量直径为吐的气 泡数。 气泡分布密度是指乳胶基质单位体积的气泡数 量。气泡分布密度与气泡尺寸的函数关系式如式 2 r ‘1 一O ／p o 札 6 ‘矿 2 式中Ⅳc 为气泡密度，Ⅳc m 3 ；p 为敏化后乳化炸药 的密度，g ／c m 3 ；p 0 为乳胶基质密度，1 ．3 2g ／c m 3 。 针对乳化炸药膏状特点，实验用白油稀释制片 稀释倍数约为1 0 2 0 倍 、用X S P - - 5 0 0 型生物光 学显微镜观察其微观结构，通过自动照相系统得透 光照片，借助T A S 二维图像测量软件测试分散相粒 子与敏化气泡大小及分布情况，见图5 和表6 。 ■ OO 9q 今r 堑0 ≯ ◆oO p ． } 臻麴’0 图5 乳化炸药显微照片 1 0 0 倍 表6敏化温度、炸药密度与气泡大小及分布关系 图5 中1 。、2 。分别为敏化温度为5 0 ℃，炸药发 泡1 0r a i n 和lh 后的显微观测图像，开始气泡很小 很致密，随后迅速聚结变大、数量骤减，炸药密度也 随之升高；3 。为敏化温度3 0 ℃，3 0 r a i n 后的炸药，其 密度为1 ．0 8g ／c m 3 ，气泡分布及大小都很均匀；4 ‘为 0 。C 敏化，此时产气速度慢，敏化气泡尺寸偏小，部分 气泡不能成为有效热点。 表6 为显微观测统计结果，数据显示不同温度 下敏化，炸药密度为1 ．0 一1 ．2 9 ／e m 3 ，气泡直径范围 万方数据 2 0 1 2 年6 月井下装药器散装乳化炸药低温敏化工艺试验研究郑磊等 1 9 1 2 0 p ．m ，气泡密度在1 0 7 1 0 9 ／c m 3 范围内。 2 结论 1 优化后的乳胶基质配方中含水量1l ％、硝酸 铵7 5 ％，硝酸钠和乳化剂用量降低，增加了工业凡 士林，使得胶体能满足流动性和黏度要求，乳胶基质 稳定储存期达9 0d ，炸药爆炸性能也有所提高； 2 复合敏化剂制备方法简单、加入量少、添加 技术先进，有显著的润滑降阻效果，气泡稳固性好； 3 敏化后炸药具有良好的爆炸性能，具有雷管 感度，不需添加起爆装药，使用简便。 该技术适用于井下、水下、露天等多种条件下爆 破作业，对改善我国散装乳化炸药使用现状和提高 其生产水平有积极的推动作用。 参考文献 [ 1 ] W a n gX ．G ．，Z h u oJ ．H ．，W a n gZ ．Q ．，e ta 1 ．D e v e l o p m e n to fb l a s t i n gt e c h n i q u ei nC h i n a [ C ] ／／T h eP r o c e e d - i n g so ft h e7 ’t hR o c kF r a g m e n t a t i o nb yB l a s t i n g ．B e r i n g C h i n a ，2 0 0 2 3 - 9 ． [ 2 ]龚兵，史良文，李国仲，等．M E F 移动式乳胶基质制备 站的应用[ J ] ．矿冶，2 0 0 9 ，1 8 2 1 - 4 ． [ 3 ]叶图强，郑旭炳，汪旭光，等．装药车制乳化炸药的试 验研究[ J ] ．含能材料，2 0 0 8 ，1 6 3 2 6 2 - 2 6 6 ． [ 4 ] 熊代余，李国仲，史良文，等．B C I 系列乳化炸药现场 混装车的研制与应用[ J ] ．爆破器材，2 0 0 4 ，3 3 6 1 2 ．1 6 ． [ 5 ]王肇中，汪旭光．工业炸药作功能力试验方法的探讨 [ J ] ．有色金属，2 0 0 5 ，5 7 6 3 5 ．3 6 ． [ 6 ] 宋锦泉．乳化炸药爆轰特性研究[ D ] ．北京北京科 技大学，2 0 0 0 ． [ 7 ] 成新法，王丽琼，冯长根．降低乳化炸药水相硝酸铵 溶液析晶点的研究[ J ] ．火炸药学报，1 9 9 9 ，2 2 4 4 8 ． [ 8 3 刘宇星．降低析晶点对工业炸药用液态硝铵储运的影 响[ J ] ．矿业研究与开发，2 0 1 2 1 1 1 4 ．1 1 6 ． [ 9 ] 刘宇星，李柱良，潘方河，等．降阻发泡剂的添加方法 及其添加装置中国，C N l 0 2 3 7 2 5 3 0 A 【P ] ．2 0 1 2 - 0 3 - 1 4 ． [ 1 0 ] 查正清，史良文，钟荫庭，等．静态混合器在乳化炸药 连续生产工艺中的应用[ J ] ．矿冶，1 9 9 8 ，7 3 5 - 9 ． [ 1 1 ] 李宝彦，姜汝，李芳，等。高黏度介质静态混合器的研 发和应用[ J ] ．化工机械，2 0 1 0 ，3 7 2 2 1 1 - 2 1 3 ． [ 1 2 ]国营云南安宁化工厂．G B l 8 0 9 5 - - 2 0 0 0 乳化炸药 [ s ] ．北京中国国家质量监督检验检疫总局， 2 0 o m 5 ．0 9 ． [ 1 3 ]吕春绪，刘祖亮．膨化硝酸铵自敏化理论基础与实验 研究[ J ] ．爆破器材，2 0 0 0 ，2 9 4 1 ．8 ． [ 1 4 3 刘宇星．乳化炸药敏化方式探讨[ J ] ．采矿技术， 2 0 1 2 ，1 2 1 9 5 - 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