液混式膨化硝铵炸药工艺设备的炸药制备及监控

刘勋文，邓红峰，刘晓虎，高潮，何文 (新疆天河化工有限公司，新疆 库车 842000)

1 液混式膨化硝铵炸药工艺设备的主要技术特点

（1）自动化、连续化进料、结晶、出料，单套结晶机产能可达3.0 t/h，同时充分保证了制药工房定量小于1.5 t，装药包装工房定量小于1 t，配合自动化全线控制，悬挂输送、自动包装和机器人装车，生产线已达到民爆行业技术指导意见三期目标的相关要求。

（2）自主创新研发设计制作的50～120 m³液态硝酸铵储存罐具备自动温控、内循环混合系统、液位监控、温度监控联锁和消防雨淋安全联锁安全系统，在公司生产线已经成功应用10年，进一步减少作业人员。

（3）氧化剂硝酸铵、可燃剂油相与膨化剂通过液液相混合，所得炸药的爆炸性能及抗水性能明显提高。

（4） 采用真空干燥结晶工艺，配合出料螺旋主动式出料，采用上下料仓串接，实现连续进料、小批量间断出料，延长了单位体积物料的干燥时间，确保了炸药中的水分含量低，产品质量稳定，出料过程顺畅可靠，后续物料定量稳定。

2 液混式膨化硝铵炸药工艺设备的炸药制备

2.1 配料

2.1.1 水相配料及其工艺参数

水相配料原料包括硝酸铵溶液、固态硝酸铵、扩散剂。生产线采用外购液态硝酸铵，直接储存在液态硝酸铵储存罐中，根据生产需要随时放到水相罐中备用；固态硝酸铵备用，用于调整水相密度；水相暂存罐硝酸铵溶液密度符合要求后，加入扩散剂，水相配制完毕；

硝酸铵溶液储罐溶液温度：115～130 ℃；浓度：92%～94%；

硝酸铵溶液暂存罐浓度：92%～94%；

硝酸铵溶液暂存罐温度：120～130 ℃；密度：1.415～1.425 g/cm³；

2.1.2 油相配料及其工艺参数

油相配料包括一体化油相、专用脂和膨化剂。油相根据配方要求购买原材料进行自行配制或采购一体化油相，溶解备用。

油相熔化罐温度：85～105 ℃；密度：0.83～0.86 g/cm³；重量：≤900 kg

油相暂存罐温度：75～95 ℃；重量：≤450 kg

2.2 制药

2.2.1 水相、油相混合、泵送

混合器由驱动电机、罐体、搅拌装置和保温装置四个部分组成，采用敞开、立式结构设计，水、油相按一定比例从混合器进口连续进入混合器后，通过搅拌浆的机械搅拌、剪切和混合作用，对水相、油相进行均匀混合，制得一种乳浊液，经出料口自流至螺杆泵接料漏斗，再通过螺杆泵送至结晶机结晶[1]。

2.2.2 结晶

膨化结晶机由罐体、结晶盘、主轴驱动系统、出料螺旋系统、真空系统及下料仓装置六部分组成。采用立式结构设计。水油相混合物料经螺杆泵输送至罐体，经出料口产生细流均匀喷洒于膨化结晶机结晶盘上，在一定的真空条件下瞬间膨化结晶形成均匀、细小、松散的膨化硝铵炸药制品[2]。瞬间膨化结晶的膨化炸药制品随结晶盘旋转一周充分排水结晶，再经出料螺旋输送并落入下料仓，通过上下料仓交替在自重的作用下完成出料，从而实现连续结晶及出料。

2.2.3 工艺参数

水相泵输出压力：≤0.6 MPa；油相泵输出压力：≤0.25 MPa；

混合器轴位移：≤500 μm；温度：≤133 ℃；

螺 杆 泵 压 力：≤0.4 MPa；温 度：≤133℃；空 载：≤0.05 MPa；

膨化结晶机膨化温度：≤95 ℃；冷凝器温度：≤100 ℃；膨化结晶机正常结晶真空度不得低于-0.090 MPa，瞬间不得低于-0.088 MPa；各上料仓进料交替时间不得超过1 min；

木粉定量输送螺旋木粉温度：≤80 ℃；水分：≤2%；应确保单罐进料水相流量:≥1 022 kg/h，≤3 067 kg/h。

干燥输送螺旋蒸汽压力：0.15～0.40 MPa；

无木粉膨化半成品药水分：0.10%～0.12%；

有木粉膨化半成品药密度：0.45～0.65 g/cm³；水分：≤0.18%；密度：0.4～0.6 g/cm³；

悬挂输送系统每斗接料：≤500 kg

2.2.4 装药包装、成品装车

经过筛药、降温冷却，进入到自动装药生产线，即送袋机、装袋机、缝袋机；装药完成后，经皮带输送机组到成品暂存库，由机器人装车。

装药温度：≤55℃；

大包装药机压力：0.45～0.6 MPa；

大包药水分：≤0.22%；密度：0.5～0.7 g/cm³

3 炸药制备的监控

采用自动控制及全线视频监控系统，对膨混生产全过程实现远程操作控制、在线修改功能，可根据需要随时调节产能，具有查询、存储、统计、打印、操作授权等功能，对生产过程中的流量、温度、真空度、电机电流、泵送压力等参数进行在线实时显示、监控，并设置了可靠的温度、压力、电机保护、消防等安全联锁设施。生产现场自动控制系统配合全线视频监控系统，确保了生产现场更加安全。

4 炸药成品的爆破效果观察

4.1 和乳化炸药性能比较

液混式膨化硝铵炸药工艺设备生产的炸药其爆力强，爆速、猛度弱，密度小，相关检验数据如表1所示。

表1 液混式膨化硝铵炸药和乳化炸药性能比较

4.2 爆破实地观察

（1）无水孔膨化硝铵占优势：单耗低、装药快、安全。

到使用本炸药的A厂进行实地走访，该厂孔网参数：台阶高度L14 m，孔径φ140 mm，孔深H16～16.5 m(含超深h2～2.5 m)，装药长度Lb12～12.5 m，填塞长度L14 m，炮孔孔排距a*b为6*5 m，三角形布孔，布三排孔；每孔装4箱乳化炸药和3袋膨化大药，炸药单耗经计算为0.18 kg/t。

和现场爆破负责人交流得知他们喜欢用膨化硝铵炸药，认为其比乳化炸药好装药，爆破效果亦不比乳化炸药差，目前不全部用膨化炸药主要原因有二：一是春夏季炮孔有水[3]；二是目前购买炸药审批流程至少得提前一天定好购买炸药规格和数量，如果全部购买膨化炸药后，第二天下雨，炮孔集水则不能使用膨化炸药。张工表示如果能做到当天购买炸药后早上就能送到爆破工地，无雨天他肯定选择全部使用膨化硝铵炸药。

(2)有水孔乳化炸药占优势；坚硬岩石膨化硝铵炸药无优势，会出现冲孔和“压死”现象

走访位于江西的一家地下开采钨矿的公司，该公司原来使用乳化炸药进行洞采，第一次使用本产品膨化炸药，有十几个工作面，有地下采场和巷道掘进采面，孔径约40 mm，孔深约2 m，孔距约20 cm，梅花布孔，孔向斜上，反向起爆。该矿反映所有工作面使用膨化不够力，爆破后残留根底，如果以距孔底第2根药为起爆药，第1根药范围内岩石炸不开；如果以第3根药为起爆药，前2根药范围岩石炸不开；我们亲自下到地下约100 m一个工作面，矿区所说情况属实，我们也发现地下岩石很坚硬，打炮眼钻工也说这是最硬岩石了，根据以上情况，我们认为岩石太硬，导致孔底膨化炸药爆炸时可能出现两种情况：一是膨化炸药燥速不高，在坚硬岩石引起缝隙过少，爆炸能外泄导致岩石炸不开；二是可能孔底膨化炸药因孔底岩石过硬药卷受压导致“压死”现象，炸药性能未充分释放（这种可能性相对小），经过讨论，我们建议用户将乳化小药和膨化小药搭配混用，孔底起爆药用乳化小药，其它用膨化小药，膨化小药优势在于密度小，作功能力强，一个炮孔可省约20%药量（其它矿区经验）。

4.3 结果总结

（1）膨化硝铵炸药较乳化炸药密度低，爆力强，装同样炮孔单耗更小，在爆破中低等硬度岩石爆破效果更好，如新丰石灰岩石场；

（2）膨化硝铵炸药较乳化炸药好装药入孔，快速安全。实际爆破作业中炮工用绳索挂乳化炸药入孔，炮孔深时容易出现药卷卡孔或者脱落堵孔，处理堵塞炮孔耗时，特别有些定时爆破作业不得不延时爆破，耽误工期；

（3）由韶化公司本系统生产的液混式膨化硝铵炸药较其它硝铵类粉状炸药爆速更高，抗水性更好，潮湿炮孔爆破有优势；

（4）爆破理论和试验表明：工业炸药的威力取决于其冲量大小，而不在于其脉冲压力大小，前者取决于炸药爆破能量大小和作用时间长短，后者取决于爆速，工业炸药有用机械功的能量取决于炸药的爆热和比容，膨化硝铵炸药比乳化炸药做功能力更强，爆速适中。

（5）为提高炸药使用效果，和用户一起努力尽快缩短膨化硝铵炸药到爆破工地时间，争取用膨化硝铵炸药装填无水孔爆破；用户有时反馈膨化硝铵炸药大包药出现结块、硬化现象，需向用户说明这种现象的产生原因有二：

库存一星期大包药结块、硬化：生产质量控制出问题，用户可提出退货。

热天库存一、二个月结块、硬化：存在假结块现象，由于膨化硝铵炸药微粉尘多，库房环境温度高，大包药受压后微粉尘起到粘结作用，造成结块现象，尤其堆垛底部大包药结块明显，以致于认为大包药硬化。建议用户采取两种处理方式：膨化硝铵炸药热天少库存；假结块炸药用力晃动后结块药自然散开，不影响装药和炸药性能，切忌直接倒药入孔导致堵孔。

5 结语

综上，液混式膨化硝铵炸药较其它硝铵类粉状炸药爆速更高，抗水性更好，对潮湿炮孔爆破有优势；推广膨化硝铵炸药到岩石硬度较高爆破作业场所，如钨矿、花岗岩矿，需对现场爆破情况作充分了解，建议用户混搭乳化炸药使用，可以在保证同样爆破效果下，降低用户成本，操作方便，值得推广。