銨油炸藥現(xiàn)場混裝車的構(gòu)造及安全性分析

潘先峰，于魏清，夏 光，楊宗玲

(中煤科工集團(tuán)淮北爆破技術(shù)研究院有限公司，安徽 淮北 235000)

1 現(xiàn)場混裝車的發(fā)展

工業(yè)炸藥傳統(tǒng)的使用模式是經(jīng)民爆生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)出成品炸藥，經(jīng)包裝、儲存、運(yùn)輸后配送到爆破作業(yè)現(xiàn)場，再進(jìn)行手工裝藥，實(shí)施爆破。在這個(gè)過程中，對炸藥的儲存穩(wěn)定性和安全性能要求很高。工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)將炸藥的生產(chǎn)工藝簡化為制藥、裝藥2個(gè)工藝，集原材料運(yùn)輸、炸藥現(xiàn)場混制、機(jī)械化裝藥于一體。在混制之前儲存和運(yùn)輸?shù)亩际窃牧?，不存在炸藥儲存穩(wěn)定性和安全性的問題，消除了炸藥生產(chǎn)、儲運(yùn)及裝藥過程中的諸多不安全因素。不僅安全性優(yōu)越，還降低了炸藥生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，減輕了勞動強(qiáng)度，使用方便。近年來，行業(yè)主管部門大力提倡與發(fā)展工業(yè)炸藥現(xiàn)場混裝作業(yè)模式。現(xiàn)場混裝炸藥在工業(yè)炸藥中占比由2010年的14.82%增加到2017年的24.18%[1]。2010～2017年，現(xiàn)場混裝炸藥產(chǎn)量由23.1萬 t上升到95.22萬 t，其中現(xiàn)場混裝銨油炸藥增長速度最快。

工信部和公安部均明確提出工業(yè)炸藥生產(chǎn)方式可由固定生產(chǎn)線向現(xiàn)場混裝作業(yè)方式發(fā)展，積極推廣混裝炸藥車作業(yè)系統(tǒng)和強(qiáng)化散裝炸藥流向信息化管理[2]。民用爆炸物品行業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃明確提出了優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，發(fā)展安全、高效產(chǎn)品；優(yōu)化產(chǎn)能布局，形成合理分布；優(yōu)化產(chǎn)業(yè)體系，推進(jìn)現(xiàn)場混裝生產(chǎn)方式和一體化服務(wù)的發(fā)展目標(biāo)[3-6]。因此，研制應(yīng)用銨油炸藥現(xiàn)場混裝車，對推進(jìn)民爆產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，提高產(chǎn)業(yè)集中度和本質(zhì)安全水平，確保爆破裝備與技術(shù)健康、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展，具有重大意義。

目前由中煤科工集團(tuán)淮北爆破技術(shù)研究院有限公司自主研發(fā)的銨油炸藥現(xiàn)場混裝車，料倉采用圓弧設(shè)計(jì)，料倉底部設(shè)置了氣動振動器，解決了硝酸銨在倉體內(nèi)的蓬料問題；箱體螺旋葉片外緣加裝非金屬耐磨材料，有效防止了葉片意外擦碰箱體產(chǎn)生火花的危險(xiǎn)；采用信號反饋控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了螺旋液壓馬達(dá)智能無極調(diào)速；柴油加入電液比例控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速與柴油流量的智能匹配；設(shè)有自動監(jiān)控、安全聯(lián)鎖裝置和緊急停車裝置以及采集、存儲現(xiàn)場作業(yè)視頻圖像的信息系統(tǒng)。其在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、自動化控制、安全聯(lián)鎖裝置和信息采集等方面具有創(chuàng)新性，成套技術(shù)裝備達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

2 銨油炸藥現(xiàn)場混裝車的構(gòu)造及檢測

2.1 工作原理及工藝流程

銨油炸藥現(xiàn)場混裝車結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由汽車底盤、硝酸銨儲存及輸送計(jì)量系統(tǒng)、柴油儲存及輸送計(jì)量系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等組成。

1.汽車底盤；2.電氣控制系統(tǒng)；3.液壓系統(tǒng)；4.柴油儲存、輸送計(jì)量系統(tǒng)；5.硝酸銨儲存、輸送計(jì)量系統(tǒng)；6.護(hù)欄、爬梯等安全附件圖1 銨油炸藥現(xiàn)場混裝車結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of on-site mixed loading vehicle for ANFO

與其配套的地面站，主要包括兩個(gè)部分，①多孔粒狀硝酸銨上料裝置，將多孔粒狀硝酸銨裝入車上料箱內(nèi)；②柴油貯罐及泵送裝置，將柴油泵送入車上柴油箱內(nèi)。

銨油炸藥現(xiàn)場混裝車的工作原理如圖2所示，工藝流程如圖3所示。所需原材料均裝車后，現(xiàn)場混裝炸藥車駛?cè)氡片F(xiàn)場，首先啟動車上動力設(shè)備，底螺旋將定量的多孔粒狀硝酸銨輸送至混裝車尾部，再由尾部的斜螺旋提升到一定高度，在斜螺旋與側(cè)螺旋的連接處，與輸送計(jì)量泵定量輸送的柴油一起進(jìn)入側(cè)螺旋，然后在側(cè)螺旋充分混拌均勻后，由側(cè)螺旋出料口快速定量輸送至炮孔中，完成裝藥工作。

1.干料箱；2.柴油箱；3.濾油器；4.柴油泵；5.單向閥；6.柴油計(jì)量器；7.輸送螺旋系統(tǒng)；8.炮孔(干孔)圖2 銨油炸藥現(xiàn)場混裝車工作原理Fig.2 Working principle of on-site mixed loading vehicle for ANFO

圖3 銨油炸藥現(xiàn)場混裝車工藝流程Fig.3 Process flow of on-site mixed loading vehicle for ANFO

2.2 主要系統(tǒng)

1)多孔粒狀硝銨儲存及輸送系統(tǒng)。該系統(tǒng)由多孔粒硝銨箱、主螺旋、斜螺旋、側(cè)螺旋及計(jì)量裝置等組成。三個(gè)螺旋的驅(qū)動動力均為液壓馬達(dá)，工作平穩(wěn)，安全可靠。

2)柴油儲存輸送計(jì)量系統(tǒng)。主要有柴油箱、過濾器、柴油泵、流量計(jì)、霧化噴嘴及耐油膠管組成。工作時(shí)，柴油泵在液壓馬達(dá)的驅(qū)動下將柴油從柴油箱抽出過濾后，經(jīng)流量計(jì)按一定比例泵入側(cè)螺旋中與一定量的多孔粒狀硝酸銨混合，最后裝入炮孔。其流量通過流量計(jì)、PLC、閥組、液壓馬達(dá)形成閉環(huán)控制，保證柴油和多孔粒狀硝酸銨配比的準(zhǔn)確性，從而保證炸藥的質(zhì)量。

3)液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)采用變排量液壓泵作為整車工作系統(tǒng)的驅(qū)動單元，驅(qū)動箱體有螺旋馬達(dá)、斜螺旋馬達(dá)、側(cè)螺旋馬達(dá)、柴油泵馬達(dá)、風(fēng)扇馬達(dá)等液壓馬達(dá)，以及旋轉(zhuǎn)油缸和提升油缸等液壓缸。為保證工作系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)自動跟蹤配比，風(fēng)扇馬達(dá)使用開關(guān)閥及流控閥聯(lián)合調(diào)整的控制方式，其余各馬達(dá)均用比例閥控制，精準(zhǔn)控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速，按工藝參數(shù)精確控制各配比輸出。

4)控制系統(tǒng)。以可編程邏輯控制器(PLC)和工業(yè)控制屏為核心，包括柴油液位、液壓油溫度、液壓系統(tǒng)壓力、柴油流量、主螺旋轉(zhuǎn)速、斜螺旋轉(zhuǎn)速、側(cè)螺旋轉(zhuǎn)速檢測及控制等部分。通過PLC遠(yuǎn)程控制各單元執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對設(shè)備啟停、輸送、配比等各機(jī)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)監(jiān)控、調(diào)節(jié)、超限報(bào)警、故障聯(lián)鎖停機(jī)及系統(tǒng)故障自診斷等工作，保證了炸藥制作過程的安全性和可靠性。

5)安全附件。主要包括現(xiàn)場混裝炸藥車車頂護(hù)欄、防滑踏板、安全扶梯、車頂操作人員安全帶、混裝車排煙管防火罩、車輛尾端和兩側(cè)防撞護(hù)欄等。

2.3 生產(chǎn)及性能檢測

按照試生產(chǎn)工作計(jì)劃，分為兩個(gè)階段進(jìn)行，第一階段是將現(xiàn)場混裝炸藥車開到試生產(chǎn)合作廠家投料、標(biāo)定、試制工業(yè)炸藥并進(jìn)行炸藥性能測試。性能檢測合格后，進(jìn)入第二階段，即現(xiàn)場混裝炸藥爆破試驗(yàn)。性能檢測結(jié)果表明，符合《工業(yè)炸藥通用技術(shù)條件》GB 28286-2012[7]要求，數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 取樣性能檢測結(jié)果

注：表中所列數(shù)據(jù)由國家民用爆破器材質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心提供。

現(xiàn)場爆破試驗(yàn)效果如圖4所示，爆破作業(yè)面瞬間坍塌，經(jīng)觀察爆破的前沖距離穩(wěn)定，后沖塌落線明顯，爆區(qū)形狀規(guī)整、連續(xù)，爆破巖石塊度均勻，大塊率低，爆破效果良好，未出現(xiàn)半爆、拒爆現(xiàn)象。從制藥、裝藥和爆破等環(huán)節(jié)來看，銨油炸藥現(xiàn)場混裝車具有操作簡單、控制精準(zhǔn)、孔位移動靈活可靠、裝藥效率高等特點(diǎn)，大大降低了施工的勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，達(dá)到施工要求。

圖4 爆破效果Fig.4 Blasting effect

3 安全性因素分析

3.1 硬件設(shè)計(jì)

料倉頂部設(shè)計(jì)了操作人員的安全帶，操作人員到料倉頂部操作時(shí)如果不系安全帶，系統(tǒng)會發(fā)出聲光報(bào)警，提高了操作過程的安全性。多孔粒狀硝酸銨料倉底部設(shè)置了氣動振動器，裝藥前啟動，用于處理硝酸銨在倉體內(nèi)的蓬料問題，無需操作人員進(jìn)入料倉作業(yè)，且硝酸銨料倉進(jìn)料口采用了密封設(shè)計(jì)，防止硝酸銨與空氣中的水分接觸吸潮結(jié)塊，降低了蓬料的幾率。箱體螺旋葉片邊緣增加了一段聚四氟乙烯耐磨片，避免了金屬與金屬之間摩擦產(chǎn)生高溫和火花的危險(xiǎn)，提高了系統(tǒng)的安全性。側(cè)螺旋靠近出料口位置設(shè)置有螺旋筒體緊固機(jī)構(gòu)，除夾緊油缸作用之外，還可防止車輛行駛過程中側(cè)螺旋被甩出?，F(xiàn)場混裝炸藥車車頂配置有網(wǎng)格的聚四氟乙烯防滑踏板，防止多孔粒狀硝酸銨掉落在踏板上引起操作人員的滑倒?，F(xiàn)場混裝炸藥車車頂設(shè)置有800 mm高的氣動護(hù)欄，爬梯下面設(shè)置有啟動開關(guān)，人員進(jìn)行車頂操作之前啟動開關(guān)。現(xiàn)場混裝炸藥車的排氣管設(shè)置在車輛的前端，避免了排氣管排出的高溫氣體和排氣管本身的熱量對料倉和物料產(chǎn)生影響。車輛在發(fā)生碰撞后自動打開雙閃燈，并增設(shè)了警示燈，與雙閃同時(shí)開啟?，F(xiàn)場混裝炸藥車駕駛室內(nèi)設(shè)置有2個(gè)攝像頭，用于觀察操作人員的操作，督促操作人員按規(guī)程操作。這些措施為混裝車的安全運(yùn)行提供了充分的前提條件。

3.2 控制系統(tǒng)

銨油炸藥現(xiàn)場混裝車與工藝相關(guān)的電氣連鎖主要由程序控制。通過采集現(xiàn)場儀器與儀表的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來進(jìn)行電氣設(shè)備安全保護(hù)。設(shè)置了液壓油溫度檢測裝置，提高液壓泵和液壓馬達(dá)的保護(hù)，防止溫度過高和過低影響設(shè)備工作，當(dāng)溫度異常時(shí)自動報(bào)警停機(jī)，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。液壓系統(tǒng)中安裝壓力傳感器，當(dāng)壓力超限時(shí)，系統(tǒng)自動報(bào)警停機(jī)。 柴油箱體安裝了液位檢測裝置，當(dāng)柴油液位低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)自動報(bào)警停機(jī)。柴油流量過低、過高時(shí)自動報(bào)警。在現(xiàn)場混裝炸藥車的關(guān)鍵位置和控制臺均設(shè)有急停按鈕，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)緊急故障，可立即采取緊急停機(jī)，保證生產(chǎn)和人員的安全，這些措施大大提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。

3.3 現(xiàn)場管理

在現(xiàn)場施工過程中，施工安全管理措施是基礎(chǔ)，不僅是對操作人員生命及設(shè)備的有力保障，還對現(xiàn)場施工的正常運(yùn)行有很好的幫助。駕駛員駕車前認(rèn)真檢查車輛，在進(jìn)行裝卸作業(yè)開始前，要檢查裝卸料閥門、管路等有無松脫、滲漏等現(xiàn)象。裝卸作業(yè)完畢后，要立即關(guān)閉緊急切斷裝置，并確保其在除裝卸工作之外的所有情況下均處于關(guān)閉狀態(tài)。駕駛危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛前，要提前規(guī)劃行駛路線，注意繞行危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛限制通行區(qū)域。合理安排作息，拒絕疲勞駕駛，駕車時(shí)如出現(xiàn)車輛故障等緊急情況，要根據(jù)危險(xiǎn)品特性，按照相應(yīng)的應(yīng)急處置預(yù)案和操作規(guī)程妥善處置，對這些方面采取一定的措施，降低安全事故發(fā)生的概率，進(jìn)而保障人員的生命安全。

由于作業(yè)現(xiàn)場比較復(fù)雜，車輛在行駛過程中要注意保持安全車速行駛，駕駛員要嚴(yán)格遵守車輛安全管理規(guī)定，謹(jǐn)慎駕駛。遇到惡劣天氣時(shí)應(yīng)立即停止作業(yè)，把現(xiàn)場混裝炸藥車停放到安全區(qū)域，必要時(shí)安排人員撤離。駕駛員要熟悉爆破作業(yè)面的特殊環(huán)境，復(fù)雜環(huán)境時(shí)必須有專人指揮，不得盲目移動車輛，移動車輛時(shí)要清理路線周邊的爆破器材，避免破壞爆破網(wǎng)路或造成安全事故?，F(xiàn)場混裝炸藥車裝藥時(shí)，不要停放在靠近邊坡或臺階邊緣，防止因邊坡不穩(wěn)定造成人員和設(shè)備的傷害；最好不要在斜坡上作業(yè)，因現(xiàn)場環(huán)境的限制確需停放的，要采取阻車措施?，F(xiàn)場混裝炸藥車在爆區(qū)作業(yè)或?？繒r(shí)，車頭應(yīng)朝向駛離爆區(qū)的方向，這樣可以確保在緊急情況下可以快速撤離危險(xiǎn)區(qū)域。計(jì)量要定期標(biāo)定，避免裝藥量過大造成爆破飛石傷人事故，或因裝藥量過小影響爆破質(zhì)量。

3.4 其他方面對安全性的影響

為保障員工生命及企業(yè)財(cái)產(chǎn)的安全，必須貫徹“安全第一、預(yù)防為主”的安全生產(chǎn)方針。混裝炸藥車應(yīng)建立安全生產(chǎn)責(zé)任制和安全操作規(guī)程，操作人員應(yīng)嚴(yán)格按照《安全操作規(guī)程》、《車輛的使用說明書》、《爆破安全規(guī)程》及相關(guān)的安全管理制度執(zhí)行。生產(chǎn)作業(yè)時(shí)應(yīng)配備專職人員，負(fù)責(zé)試驗(yàn)場地周邊的巡視工作，閑雜人員不得進(jìn)入生產(chǎn)場地。操作人員必須經(jīng)過三級安全教育和培訓(xùn)，掌握所在崗位所接觸物料的特性、操作方法及應(yīng)急處理方案，持證上崗；非本車人員不得搭乘現(xiàn)場混裝炸藥車。嚴(yán)禁攜帶火種或明火進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場，生產(chǎn)現(xiàn)場嚴(yán)禁吸煙；停車檢修需要動火時(shí)，車上和場內(nèi)易燃、易爆品必須提前清除。生產(chǎn)過程中配備專職消防人員，配備足夠的消防器材。當(dāng)混裝炸藥生產(chǎn)發(fā)生事故時(shí)，應(yīng)迅速切斷動力源，待查明事故原因，處理完畢后方可進(jìn)行操作。

4 結(jié)語

由中煤科工集團(tuán)淮北爆破技術(shù)研究院有限公司自主研發(fā)的銨油炸藥現(xiàn)場混裝車，采用側(cè)螺旋輸藥系統(tǒng)，全電腦操作控制，單人即可完成裝藥作業(yè)，自動化程度高，整車技術(shù)性能和本質(zhì)安全水平達(dá)到國際先進(jìn)水平，已在多家爆破公司應(yīng)用。該研究成果對推進(jìn)工業(yè)炸藥生產(chǎn)、銷售與爆破服務(wù)一體化，提高民爆生產(chǎn)和爆破作業(yè)水平，具有重要意義。