乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝技術(shù)在地下礦山的應(yīng)用實(shí)踐

張英杰 馬 平

(1.首鋼集團(tuán)有限公司礦業(yè)公司，河北 唐山 064404；2.礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160；3.北京北礦億博科技有限責(zé)任公司，北京100160)

深部高效開采是我國(guó)地下金屬礦采礦技術(shù)今后一個(gè)時(shí)期的三大主題之一，而傳統(tǒng)地下采礦裝備無法實(shí)現(xiàn)高效強(qiáng)化開采[1-2]。近年來，為實(shí)現(xiàn)高效采礦的目標(biāo)，國(guó)內(nèi)重點(diǎn)地下礦山使用更加先進(jìn)的地下礦用鑿巖臺(tái)車、鏟運(yùn)機(jī)等設(shè)備。但地下礦爆破中傳統(tǒng)的人工裝藥或壓氣裝藥方式效率低、安全性差，是制約采礦效率的瓶頸。而在國(guó)外礦業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，包括地下爆破的各類爆破中混裝炸藥用量已占到了80%以上。因此，實(shí)現(xiàn)地下礦山的炸藥機(jī)械化、自動(dòng)化裝填，特別是上向、中深孔的裝藥是提高采礦作業(yè)效率的關(guān)鍵技術(shù)之一。

礦冶科技集團(tuán)有限公司長(zhǎng)期致力于地下礦用乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝技術(shù)的研究[3-4]，針對(duì)目前地下礦山炸藥裝填中存在的問題，特別是上向大直徑深孔(Φ≥90 mm、深度≥30 m)的自動(dòng)裝填難題，成功研制了基于電液比例控制技術(shù)的BCJ-4(I)型地下礦用混裝乳化炸藥車[5-6]。該混裝車自動(dòng)化、信息化、智能化程度高，實(shí)現(xiàn)了上向40 m深孔的自動(dòng)化裝藥，該項(xiàng)技術(shù)與裝備已得到規(guī)模應(yīng)用。本文詳細(xì)介紹了BCJ-4(I)型混裝車與配套乳化基質(zhì)地面站共同組成的新一代地下礦用乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝技術(shù)，以及在首鋼杏山鐵礦的應(yīng)用實(shí)踐。

1 地下礦用乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝生產(chǎn)技術(shù)

1.1 乳化基質(zhì)地面站生產(chǎn)系統(tǒng)

1.1.1 乳化基質(zhì)地面制備站

乳化基質(zhì)是生產(chǎn)乳化炸藥的半產(chǎn)品，乳化基質(zhì)地面制備站是現(xiàn)場(chǎng)混裝車的配套設(shè)施。地面站采用集散控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，主要包括以下單元：氧化劑水溶液制備、油相制備、乳化、冷卻、儲(chǔ)存等。地面站通常采用連續(xù)乳化技術(shù)，小時(shí)產(chǎn)能3～15 t，生產(chǎn)系統(tǒng)在出現(xiàn)斷流、液位失調(diào)、高溫、高壓等情況下可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)單元停機(jī)或系統(tǒng)停機(jī)，也具備遠(yuǎn)程控制和即時(shí)操作功能。

基質(zhì)可在獨(dú)立的地下礦專用基質(zhì)地面站生產(chǎn)，也可通過合理的工藝設(shè)計(jì)，使地面站能同時(shí)實(shí)現(xiàn)露天、地下礦用乳化基質(zhì)的生產(chǎn)。圖1即是在同一地面站內(nèi)同時(shí)生產(chǎn)兩種乳化基質(zhì)的工藝流程。

1.1.2 地下礦用乳化基質(zhì)特點(diǎn)

上向垂直深孔(特別是含水孔)的裝填對(duì)于炸藥特性要求高。地下礦用乳化基質(zhì)既需要具有較好的流動(dòng)性滿足泵送要求，也需要有恰當(dāng)?shù)酿こ矶葷M足裝填要求。因此，地下礦用乳化基質(zhì)同露天礦用基質(zhì)有很大區(qū)別。比較典型的地下礦用乳化基質(zhì)配方如表1所示。

圖1 多品種乳化基質(zhì)地面制備站生產(chǎn)工藝流程Fig.1 Production process of fabricating plant for various emulsion matrix

表1 地下礦用乳化基質(zhì)配方Table 1 Formula of emulsion matrix for underground mining

地下礦用乳化基質(zhì)具有以下特點(diǎn)：

1)常溫下易于泵送，與添加劑混合后可實(shí)現(xiàn)快速敏化；

2)混裝后的乳化炸藥具有適宜黏度，裝填上向大直徑深孔不掉藥；

3)混裝后的乳化炸藥具有良好的爆炸性能，爆炸產(chǎn)生的有毒氣體少。

1.2 BCJ-4(I)型混裝車

1.2.1 混裝車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

BCJ-4(I)型混裝車(見圖2)采用鉸接式井下專用汽車底盤，主要包括四個(gè)部分：1)現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥各組分的儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)：包括基質(zhì)、添加劑和清洗水三種物料的儲(chǔ)罐，及相應(yīng)的泵、液壓組件、閥門、管路及控制器；2)輸藥管自動(dòng)送管系統(tǒng)：包括輸藥管卷筒、伸縮式機(jī)械臂、履帶式自動(dòng)送管器、配套電液比例控制系統(tǒng)；3)自動(dòng)控制系統(tǒng)：包括高壓配電、無線遙控操作系統(tǒng)、電液比例控制系統(tǒng)及生產(chǎn)信息動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)等；4)專用汽車底盤。

1—汽車底盤；2—液壓系統(tǒng)；3—控制系統(tǒng)；4—儲(chǔ)存箱；5—工作臂；6—送管器；7—卷筒；8—輸送系統(tǒng)圖2 BCJ-4(I)型混裝車整車示意圖1—Automobile chassis；2—Hydraulic system；3—Control system；4—Storage tank；5—Working arm；6—Pipe feeder；7—Drum；8—Conveying systemFig.2 Schematic diagram of BCJ-4(I) mixed loading vehicle

1.2.2 混裝車技術(shù)特點(diǎn)與炸藥性能

1)混裝車技術(shù)特點(diǎn)

混裝車裝載的乳化基質(zhì)是炸藥的半成品，自身安全性高、不具備雷管感度?；煅b車各生產(chǎn)系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)在專用汽車底盤上面，載重量、裝藥速度等可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行配置，車載控制系統(tǒng)可精確實(shí)現(xiàn)炸藥裝填，并設(shè)有自動(dòng)保護(hù)與報(bào)警系統(tǒng)，確保裝藥過程安全?；煅b車配合專用基質(zhì)運(yùn)輸車(裝載量3～15 t)，可實(shí)現(xiàn)地下礦山的連續(xù)裝藥作業(yè)。混裝炸藥車主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 混裝炸藥車主要技術(shù)參數(shù)Table 2 The key technical parameters of mixed loading vehicle

2)混裝炸藥性能

與國(guó)外傳統(tǒng)地下礦裝藥車裝填成品炸藥不同，BCJ-4(I)型混裝車裝載的乳化基質(zhì)是炸藥半成品，通過采用獨(dú)特的“水環(huán)潤(rùn)滑、減阻輸送”技術(shù)，基質(zhì)輸送距離超過100 m。通過設(shè)置合適的工藝參數(shù)，基質(zhì)在進(jìn)入炮孔15～25 min后才最終敏化成為乳化炸藥。國(guó)家安全生產(chǎn)淮北民用爆破器材檢測(cè)檢驗(yàn)中心對(duì)炸藥的性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表3所示。

表3 地下礦用現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥性能測(cè)試結(jié)果Table 3 The performance test results of emulsion explosive for underground mine

測(cè)試結(jié)果表明，混裝乳化炸藥各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合GB 18095—2000和GB 28286—2012的要求。

BCJ-4(I)型混裝車可實(shí)現(xiàn)全方位炮孔的炸藥裝填，對(duì)于錯(cuò)位嚴(yán)重、孔壁變形的中深孔同樣實(shí)現(xiàn)了裝填不掉藥，并且作業(yè)效率高、裝藥耦合度好、爆后有毒氣體含量低、勞動(dòng)強(qiáng)度低，綜合技術(shù)優(yōu)勢(shì)十分明顯。

2 應(yīng)用實(shí)踐

BCJ-4(I)型混裝車與配套地面站組成的地下礦用炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝技術(shù)成功解決了地下礦用乳化基質(zhì)長(zhǎng)距離輸送及垂直中深孔自動(dòng)裝填的難題，在首鋼杏山鐵礦、酒鋼樺樹溝鐵礦等不同地質(zhì)條件的大型地下礦山得到應(yīng)用，效果良好(見圖3)。

2006年，首鋼杏山鐵礦由露天開采轉(zhuǎn)為地下開采。該礦的采礦方法為無底柱分段崩落法，分段高度34 m，最小巷道寬度4 m、最小巷道寬度高3.8 m，最小轉(zhuǎn)彎刷角3.5 m。炮孔孔徑80～90 mm，上向扇形布孔、采用孔底起爆法，一次裝藥爆破兩排炮孔，單次爆破藥量2 t。目前，杏山鐵礦有2臺(tái)BCJ-4(I)型混裝車在井下作業(yè)(見圖4)，采用新型地下礦用乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝技術(shù)裝填的炮孔最大孔徑90 mm，最大孔深45 m，徹底改善了以往返粉嚴(yán)重、爆破效果差、勞動(dòng)強(qiáng)度大、深孔裝填難、無法適于水孔的壓氣式裝填銨油炸藥的狀況。新的技術(shù)裝備為地下礦安全生產(chǎn)、減員增效帶來明顯效果，井下爆破作業(yè)人員減少50%、裝藥效率提高50%、炮孔利用率提高20%、爆破綜合成本降低30%。該項(xiàng)技術(shù)徹底解決了杏山鐵礦上向大直徑深孔炸藥裝填及爆堆上方第一排炮孔裝藥難等問題，并且裝藥不返藥，為礦山大規(guī)模、高強(qiáng)度開采提供了有力保障。

圖3 杏山鐵礦使用的BCJ-4(I)裝藥車Fig.3 The charging truck of the type BCJ-4(I) in Xingshan iron mine

圖4 杏山鐵礦地下裝藥作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)Fig.4 The charging site in Xingshan underground iron mine

3 結(jié)論

BCJ-4(I)型混裝車與配套乳化基質(zhì)地面站共同組成的地下礦用乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝技術(shù)安全、成熟、可靠，解決了地下采礦爆破對(duì)乳化基質(zhì)長(zhǎng)距離輸送、上向深孔自動(dòng)裝填的實(shí)際難題，并且制備的乳化炸藥性能良好，各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家及行業(yè)相關(guān)要求?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐也充分證明，以BCJ-4(I)型混裝車為代表的地下礦用炸藥混裝技術(shù)與裝備，實(shí)現(xiàn)了炸藥在復(fù)雜地下條件中全方位、中深孔的自動(dòng)化裝填，生產(chǎn)效率、爆破效果大幅提高，為地下采礦實(shí)現(xiàn) “機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”、優(yōu)化開采設(shè)計(jì)與生產(chǎn)組織提供了技術(shù)支撐，對(duì)我國(guó)地下礦山的高效開采具有重要實(shí)際意義。