某场平工程现场混装铵油炸药配比优化研究

陶铁军， 池恩安， 张建华， 赵明生， 康 强,3

(1. 贵州新联爆破工程集团有限公司， 贵阳 550002； 2. 武汉理工大学 资源与环境工程学院， 武汉 430070；3. 河海大学 土木与交通学院， 南京 210098)



某场平工程现场混装铵油炸药配比优化研究

陶铁军1,2， 池恩安1， 张建华2， 赵明生1， 康 强1,3

(1. 贵州新联爆破工程集团有限公司， 贵阳 550002； 2. 武汉理工大学 资源与环境工程学院， 武汉 430070；3. 河海大学 土木与交通学院， 南京 210098)

摘要：以遵义市新火车站场平工程为背景，进行了混装多孔粒状铵油炸药的组分配比优化现场试验。分析了不同直径下现场混装铵油炸药的柴油配比与爆速关系，对比了不同配比炸药的爆炸性能。结合理论研究和现场试验结果确定了炸药爆速最高、能量释放最为充分的最佳炸药配比：多孔粒状硝酸铵与柴油的配比为95∶5。现场工程试验表明，优化配比后的炸药在保证爆破效果的同时，炸药单耗降低了8%。

关键词：场平工程； 现场混装； 铵油炸药； 组分配比； 爆速

1引 言

炸药混装车是一种移动式的炸药系统，它集原材料运输、炸药混制、机械化装药于一体，具有生产成本低、生产效率高、使用安全可靠、爆破效果好等优点，已成为了当今民爆行业的一个主要发展方向〔1-4〕。炸药混装车根据生产炸药的品种不同可分为铵油炸药混装车、乳化炸药混装车、重铵油炸药混装车、多功能混装炸药车等，目前使用较多的是多孔粒状铵油炸药混装车和乳化炸药混装车。随着现场混装炸药车的不断推广使用，以及爆破精细化的发展，采用单一混装炸药配方已不能满足不同工程环境和地质条件下的爆破作业要求，需要根据爆破工程实际情况，通过调整优化混装炸药不同配方爆破性能现场检测试验，对混装炸药的组分配方进行优化，选取最佳配方，从而有效控制爆破工程的施工成本和，提高爆破效果，保证工程安全高效实施。以遵义市新火车站场平工程为背景，对现场混装多孔粒状铵油炸药的组分配比进行优化，并对爆炸性能进行了现场检测，确定了最佳的组分配方比，取得了良好的使用效果，为类似工程和研究提供了重要的参考依据。

2混装铵油炸药组分配比优化现场试验

2.1工程概况

遵义市新火车站场平工程位于遵义市新浦新区，整个工程南北长600m、东西宽550m，场平总方量800万m3。主要开挖方量在一座山包上，山包最大高程913.8m，开挖高差47m。山体主要为石灰岩，整个爆破开挖山体岩石普氏坚固系数f为6～10。从已开挖断面看，爆区岩石为薄至中厚层石灰岩，微风化，陡倾斜产出，走向北东，节理发育，泥质充填，局部风化严重有岩溶，从地表延伸数十米。断裂构造不发育，区域地块稳定性好。

2.2试验仪器与方法

爆速是爆轰波在炸药中的传播速度，是衡量炸药爆炸性能的重要指标之一，也是能够比较准确方便地测量的一个指标，因此，本次试验用爆速作为主要评价指标，采用了CA-5型五段爆速仪进行测量。试验的具体操作如下：①根据目标配比及一次配置的炸药量，预先计算添加柴油前后硝酸铵质量，量取相应质量硝酸铵，然后混合；②测量PP-R管探针间各段距离，精确到1mm；③将PP-R管安装探针的钻孔用胶布密封，用塑料布封堵PP-R管的非起爆端，装填倒入炸药，量测量取管内未装药部分长度，填装入起爆药包，然后即可穿入漆包线探针并缠绕结实；④根据准备测定的段数布设相应数量信号线，信号线之间不可交叉；在连接信号线与测速仪之后，按探头次序依次短接信号线，检查仪器是否可以正常工作；当确认一切无误后即可连接信号线与探针；试验现场情况见图1；图2为爆速测试试验布置示意图；⑤检查连线完毕后即可装入雷管和起爆药包，撤离人员并开始警戒，在具备安全起爆条件后起爆。爆后立即检测仪器，记录数据。

图1　测试药包Fig.1　Test charge

图2　爆速测试示意图Fig.2　Detonation velocity test diagram

2.3现场试验与结果

主要试验场地为遵义新蒲新区新火车站土石方工程二号山及站前广场填土区。该区域距离居民区较远，同时有较大区域在试验期间尚未施工，适合开展现场试验。

使用了92mm与102mm两种内径的PP-R管进行装药，炸药所用燃料油为标准0号柴油，其密度为0.85g/cm3，闪点40℃，十六烷值不低于57.7%，残炭不大于0.02%，硫含量低于0.2%，无机械杂质。柴油配比变化范围为4.0%～6.0%，以0.5%为步长改变配比。为保证密度一致，全部采用自然装药方式。试验结果见表1。

表1　配比-爆速试验数据

3试验数据分析

3.1φ92mmPP-R管装药试验数据分析

φ92mmPP-R管装药试验的数据关系趋势线如图3所示，92mm装药直径下铵油配比与炸药平均爆速的关系如图4所示。由图4可以看出柴油配比为5.0%时多孔粒状铵油炸药爆速最高。

图3　92mm装药直径下配比-爆速趋势Fig.3　Ratio-detonation velocity trend of 92mm-diameter charge

图4　92mm装药直径下配比-平均爆速关系曲线Fig.4　Ratio-average detonation velocity relation curve of 92mm-diameter charge

3.2φ102mmPP-R管装药试验数据分析

φ102mmPP-R管装药组分配比-爆速关系趋势线如图5所示，可以看出：当柴油配比为5%时，混装多孔粒状铵油炸药的爆速最高。102 mm装箱直径下配比-平均爆速关系如图6所示，也可以看出，当柴油占比为5%时，混装多孔粒状铵油炸药的爆速最高，最高平均爆速为3 440.7m/s。

图5　102mm装药直径下配比-爆速趋势线Fig.5　Ratio-detonation velocity trend of 102mm-diameter charge

图6　102mm装药直径下配比-平均爆速关系曲线Fig.6　Ratio-average detonation velocity relation curve of 102mm-diameter charge

4最佳配比与优化措施

4.1最佳炸药配比

燃料油的配比直接影响铵油炸药的爆炸性能和爆轰产物的组成，适量组分的柴油配比可以使爆炸反应进行得最为完全。根据工业炸药的零氧平衡设计原则，理论计算出的零氧平衡最佳配比为：硝酸铵94.48%、轻柴油5.52%，此时，炸药反应最为完全，能量释放最为充分。相关试验的研究结果表明〔5-7〕：当柴油含量为5.5%～6.0%时，铵油炸药的爆炸效果最好，爆速最高，随着柴油含量的增大，铵油炸药的敏感度降低，当柴油配比达到10%时，铵油炸药失去雷管起爆感度。

本次试验中92mm装药直径和102mm装药直径条件下混装多孔粒状铵油炸药不同组分配比现场爆炸性能的检测结果都显示，多孔粒状硝酸铵与柴油的配比为95︰5时，炸药爆速最高。该结果与理论计算值有差据，但也在预计之中，这是由于理论结果是在纯理想化的条件下计算的，而实际情况是工业硝酸铵或多或少含有杂质或水分，尤其是在贵州这样的南方地区，潮湿的空气容易吸湿。同时，本试验也说明了采用同一炸药配方显然无法满足不同环境条件爆破工程的要求的道理，应针对爆破工程实际情况采用不同的炸药配方。

4.2优化措施

为达到最佳效果，该场平工程除了采用上述最佳组分配比之外，还采取了以下措施控制炸药质量：

(1)严把原材料质量关。原材料的质量好坏直接影响炸药的爆轰性能，特别是多孔粒状硝酸铵是否受潮变质等；

(2)提高现场实际流量控制精度，采用更有效的计量手段；

(3)严格按照工艺规程进行操作，以消除可能因为工艺操作原因造成炸药质量不稳定的因素。

4.3优化效果

对比不同工况条件下的炸药配比与爆破效果分析，在保证爆破效果达到设计要求的同时，采用了上述优化措施和最佳配方之后，炸药单耗降低了8%。

5结 语

(1)在φ92mm和φ102mm装药直径下进行多孔粒状硝酸铵与柴油不同配比爆速测试，配比为95︰5时，爆速最高。

(2)工程实践表明：采用如上配方后，在保证爆破效果的情况下，炸药单耗降低8%。

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Optimization research of site mixed ANFO in a leveling project

TAO Tie-jun1,2， CHI En-an1， ZHANG Jian-hua2， ZHAO Ming-sheng1， KANG Qiang1,3

(1. Guizhou Xinlian Blasting Engineering Group Limited Company, Guiyang 550002, China；2. School of Resources and Environmental Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China；3. College of Civil and Traffic Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, Jiangsu, China)

ABSTRACT：The mixed porous granular ANFO composition optimization was tested in new railway station site leveling project in Zunyi city. The relationship of proportioning of explosives and detonation velocity under different apertures was examined and the explosive performance of different proportion were compared. Through theoretical research and field test results, the maximum velocity of explosive was determined. To release the most fully optimal ratio of explosive energy，the ratio of porous granular ammonium nitrate and diesel oil was 95∶5. The field engineering test showed that optimum proportion of explosives could ensure the blasting effect and the explosive consumption was reduced 8%.

KEY WORDS:Leveling project； Site mixed； ANFO； Component ratio； Detonation velocity

文章编号：1006-7051(2016)02-0085-04

收稿日期：2015-06-23

基金项目：贵州省优秀青年科技人才培养项目：黔科合人字[2013(30)]

作者简介：陶铁军(1984-)，男，博士，主要从事爆破与安全机理研究。E-mail: 290729639@qq.com

中图分类号：TD235

文献标识码：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.02.019