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    裝藥器中低壓輸送乳膠基質(zhì)的安全性能試驗(yàn)

    2013-05-05 13:51:10潘方河
    采礦技術(shù) 2013年2期
    關(guān)鍵詞:螺桿泵敏化乳膠

    潘方河

    (湖南長(zhǎng)斧眾和科技有限公司, 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

    0 引 言

    在散裝小直徑乳化炸藥裝藥器項(xiàng)目中,乳膠基質(zhì)需要在常溫、最大工作壓力(3.0MPa)條件下被輸送30m。在3.0MPa下輸送,除了選用合適的機(jī)械、計(jì)量設(shè)備,基質(zhì)自身的穩(wěn)定性是必須考慮的問(wèn)題,可主要從基質(zhì)是否破乳和基質(zhì)可不可能爆炸兩個(gè)方面考慮輸送的安全性。

    一般在化工行業(yè),對(duì)壓力的分類是:低壓0.1 MPa≤P<1.6MPa;中壓1.6MPa≤P<10MPa;高壓10MPa≤P<100MPa;超高壓P≥100MPa。裝藥器輸送乳膠基質(zhì)屬于中低壓。通過(guò)試驗(yàn),監(jiān)測(cè)了乳膠基質(zhì)的輸送安全性,檢測(cè)各運(yùn)行參數(shù)(如溫度、壓力和發(fā)泡效果),最后測(cè)試輸送后乳化炸藥的爆炸性能。

    1 起爆壓力實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    1.1 壓力對(duì)基質(zhì)破乳的影響

    根據(jù)顯微鏡觀察,乳化基質(zhì)粒子分布均勻,直徑一般在1μm以下,少數(shù)為2~3μm,粒子內(nèi)相直徑為0.6~1.5μm,外相厚度為0.1~0.2μm[1]。

    由爆炸化學(xué)可知,當(dāng)炸藥密度達(dá)到臨界值時(shí),炸藥拒爆。拒爆主要是由于沒(méi)有足夠的熱點(diǎn),激波不能被傳播。本文所述乳膠基質(zhì)采用化學(xué)發(fā)泡,微小的空氣泡是熱點(diǎn)源。

    在常溫下(0℃~50℃)溫度不會(huì)造成基質(zhì)破乳,但必須考慮壓力對(duì)基質(zhì)破乳的作用,若破乳,炸藥將不會(huì)起爆。

    1.2 爆炸實(shí)驗(yàn)及爆炸事故分析

    1.2.1 輕氣炮實(shí)驗(yàn)

    從表1可發(fā)現(xiàn),在相同作用時(shí)間下,氣泡敏化的乳化炸藥的起爆壓力小于玻璃微球敏化的乳化炸藥,而乳膠基質(zhì)最高壓力達(dá)6.05GPa時(shí)仍不能起爆。

    表1 輕氣炮實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    1.2.2 隔板實(shí)驗(yàn)裝置試驗(yàn)

    由表2可知,乳化炸藥可在超過(guò)2GPa的沖擊波壓力下起爆。

    表2 炸藥樣品的不同狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的沖擊波強(qiáng)度/GPa

    據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果[2],乳化炸藥的密度在某個(gè)值(大約1.10~1.15g/cm3)時(shí),沖擊波感度最大,此時(shí)起爆所需壓力最小。

    密度越大,對(duì)應(yīng)的起爆壓力越小。例如,在1.20 g/cm3密度下,壓力小于2.3GPa時(shí),炸藥全不爆炸。

    1.2.3 乳化炸藥工廠爆炸事故分析

    乳化炸藥是高安全性能炸藥,國(guó)內(nèi)乳膠基質(zhì)使用過(guò)程很安全,但也有少許事故案例。主要爆炸的設(shè)備是乳化器,也有少部分螺桿泵[3]。裝藥器使用螺桿泵輸送乳膠基質(zhì),也有類似的爆炸危險(xiǎn)。通過(guò)對(duì)某些爆炸事故的分析發(fā)現(xiàn):

    (1)凡是過(guò)流爆炸物的設(shè)備,都有可能發(fā)生爆炸;

    (2)摩擦熱積累的熱爆炸是設(shè)備發(fā)生爆炸的根本原因。

    2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    在新邵云峰水泥廠采石場(chǎng)進(jìn)行露天深孔裝藥試驗(yàn),裝藥過(guò)程安全順利,爆破效果良好。

    2.1 試驗(yàn)設(shè)備、工具、材料及配方

    (1)設(shè)備。散裝小直徑乳化炸藥裝藥器1臺(tái)(履帶式底盤);Φ19mm輸藥管50m、靜態(tài)混合器;托運(yùn)貨車1輛。

    (2)工具。60kg電子秤1臺(tái)、500g藥物天平1臺(tái)、數(shù)顯溫度計(jì)1支、塑料桶80個(gè)(含內(nèi)袋),常用機(jī)電維修工具。

    (3)乳膠基質(zhì)配方[4]。乳膠基質(zhì)配方及其生產(chǎn)工藝見(jiàn)表3和表4,基質(zhì)經(jīng)冷卻后直接裝入桶內(nèi)待用,裝車79桶。

    表3 炸藥基質(zhì)配方

    表4 炸藥基質(zhì)生產(chǎn)工藝參數(shù)

    (4)敏化劑配方如下:

    2.2 新邵采石場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

    用卡車將裝藥器、炸藥基質(zhì)(120kg)并發(fā)泡劑等材料運(yùn)達(dá)新邵采石場(chǎng),裝填露天采場(chǎng)炮孔(Φ38 mm,深4m)。爆破現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)區(qū)地面極其不平整、炮孔分布不緊湊,輸送距離大。裝藥器工作參數(shù)見(jiàn)表5。

    表5 裝藥器現(xiàn)場(chǎng)工作參數(shù)

    2.3 50m輸藥管小藥量輸送試驗(yàn)(基質(zhì)溫度20℃)

    試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6~表8。

    表6 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

    表7 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

    2.4 高產(chǎn)能輸送試驗(yàn)[5]

    因螺桿泵額定功率很大,為提高其利用效率,也為滿足更多實(shí)際應(yīng)用的要求,對(duì)裝藥器進(jìn)行擴(kuò)大輸藥裝藥產(chǎn)能試驗(yàn),工作壓力處于中壓區(qū)間(1.6 MPa≤P<10MPa)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表9。

    2.5 基質(zhì)模擬高溫敏化試驗(yàn)

    表8 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

    表9 高產(chǎn)能實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    螺桿泵出口連40cmΦ19mm管接靜態(tài)混合器,不加B劑,外相為A劑,螺桿泵頻率為30Hz,裝藥系數(shù)0.91kg/Hz·min,基質(zhì)密度1.37g/cm3,基質(zhì)溫度80℃~90℃,自動(dòng)延時(shí)1s,設(shè)定單孔裝藥量3 kg,試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表10。

    表10 高溫敏化模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)

    敏化炸藥由Φ90mm塑模取出手工裝入Φ32 mm紙筒,測(cè)試爆速和殉爆,都有雷管感度。

    2.6 武岡云峰水泥廠采石場(chǎng)進(jìn)行露天深孔裝藥試驗(yàn)

    在武岡云峰水泥廠采石場(chǎng)進(jìn)行露天深孔裝藥試驗(yàn),裝藥過(guò)程順利,爆破效果良好,達(dá)到甚至超過(guò)預(yù)期目標(biāo)要求。

    2.6.1 裝藥參數(shù)

    按每個(gè)炮孔裝100kg藥量,敏化前密度1.32 g/cm3、發(fā)泡后密度1.1g/cm3,計(jì)算出不同孔徑對(duì)應(yīng)的裝藥高度見(jiàn)表11。

    表11 裝藥高度

    裝藥器現(xiàn)場(chǎng)裝藥2050kg;爆破巖石有效體積4590m3,炸藥單耗q=0.45kg/m3。

    2.6.2 爆炸效果

    由于實(shí)現(xiàn)了連續(xù)耦合裝藥[6],獲得了較高的裝藥密度,裝藥高度較小,單孔炸藥能量遠(yuǎn)高于不耦合裝藥,爆破效果超出目標(biāo)要求。

    3 結(jié) 論

    (1)裝藥器輸送乳膠基質(zhì)的工作壓力為0.1~3 MPa,屬于中低壓輸送。

    (2)裝藥器裝藥過(guò)程安全,沒(méi)有燃燒、爆炸事故發(fā)生。

    (3)經(jīng)裝藥器裝到炮孔中的乳化炸藥沒(méi)有破乳,性能達(dá)到要求,爆破效果良好。

    (4)螺桿泵運(yùn)轉(zhuǎn)中的摩擦集熱有可能引爆乳膠基質(zhì),所以裝藥器在工作過(guò)程中要特別注意減少、消除摩擦,并及時(shí)有效地將產(chǎn)生的熱量散失出去。

    [1] 汪旭光.乳化炸藥[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2008.

    [2] 宋錦泉.乳化炸藥爆轟特性研究[D].北京:北京科技大學(xué),2000.

    [3] 熊代余,李國(guó)仲,史良文,等.BCJ系列乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝車的研制與應(yīng)用[J].爆破器材,2004,33(6):12-16.

    [4] 付啟先,李悟初.乳化炸藥化學(xué)發(fā)泡技術(shù)及其改進(jìn)[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā),1997,17(4):61-63.

    [5] 查傳鈺.多孔介質(zhì)中液體的擴(kuò)散系數(shù)及其測(cè)量方法[J].地理物理學(xué)進(jìn)展,1998,13(2).

    [6] 唐曉麗,冉隆文,黃寅生.乳化炸藥節(jié)能型工藝探索[J].爆破器材,2007,36(5):8-12.

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