提高JWL-Ⅲ型高溫敏化乳化炸藥威力的研究

劉冬水

(江西吉安國泰特種化工有限責任公司)

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提高JWL-Ⅲ型高溫敏化乳化炸藥威力的研究

劉冬水

(江西吉安國泰特種化工有限責任公司)

通過增加管路預混器，調整配方中硝酸鈉及其水分含量、油水相溫度工藝參數，采用一體化復合油相材料等措施，經工程爆破試驗驗證，炸藥單耗和爆破成本均有不同程度的降低，且提高了JWL-Ⅲ型高溫敏化乳化炸藥威力。

JWL-Ⅲ型高溫敏化乳化炸藥 配方調整 爆破成本

JWL-Ⅲ型高溫敏化乳化炸藥采用預乳、靜態乳化、高溫快速敏化及高溫裝藥等工藝技術，由約94.0%的水相溶液與6.0%的復合油相乳化再化學敏化后制成。其中水相溶液的典型配方為：80%～81%的硝酸銨，9%～10%的硝酸鈉，11%～12%的水；復合油相為由復合蠟、凡士林、微晶蠟、礦物油、復合乳化劑等按一定比例組成，由生產廠家直接制造成型；高溫化學敏化劑配方外加，占0.25%～0.40% 。高溫下乳化炸藥流動性好，配套應用連續自動裝藥機及智能機器人包裝設備，實現了生產自動化、連續化，效率高、操作人員少，符合國家民用爆破器材行業技術進步指導意見的要求。該炸藥爆轟感度好，殉爆距離及爆速指標高于粉狀硝銨炸藥，但作功能力(威力)為270～280 mL，低于粉狀硝銨炸藥。江西吉安國泰特種化工有限責任公司2014年引進JWL-Ⅲ型高溫敏化乳化炸藥工藝技術，生產效率及技術水平等得到提升，但產品投放市場后，威力不夠，炸藥單耗高，導致爆破成本上升。對此需進行分析、改進，以提高其爆破能力。

1 提高乳化炸藥威力的試驗研究

1.1 提高炸藥爆炸威力的理論依據

乳化炸藥以可燃劑為連續相，以氧化劑水溶液為分散相，在乳化設備及乳化劑的作用下形成油包水型的乳膠體，再在敏化劑作用下形成具有雷管感度的乳化炸藥。理論上要提高炸藥威力，須提高炸藥爆炸時的爆熱及比容[1]。乳化炸藥爆熱及比容提高的方法有：①添加高能物質如鋁粉、單質猛炸藥或采用高能氧化劑如高氯酸銨，這些物質因為安全及經濟原因，國內已不使用；②按負氧接近零氧平衡設計，爆炸反應生成熱大，可增大反應熱；③降低炸藥配方中水分含量，減少因爆炸反應時水汽化消耗生成熱；④適當降低硝酸鈉用量，增大硝酸銨用量，可增大爆熱及比容[1]；⑤提高油包水乳化分散效果，使油包水粒子細小均勻，增加油水相接觸面積，使爆炸反應能量充分稀放；⑥油相材料選用含碳氫元素高的物質，乳化劑含羥基少，反應生成水少，有利于提高爆熱。

1.2 氧化劑水相溶液配方確定

氧化劑主要由硝酸銨、硝酸鈉組成，采用硝酸銨作單一氧化劑能有效提高炸藥威力，但單一硝酸銨作氧化劑時，水溶液析晶點高，乳化時易結晶析出，加入少量硝酸鈉，可降低氧化劑水溶液的析晶點，當硝酸鈉含量約7%時，對乳化炸藥的爆熱及比容有利[1]。理論上水含量3%也能制造出儲存期符合要求的乳化炸藥[2]，但水含量低，對乳化劑及油相材料要求高，乳化后氧化劑易破乳結晶析出，合適的水含量保持在9%～10%比較有利[1]。綜合理論與實踐經驗，將JWL-Ⅲ型乳化炸藥氧化劑水溶液配方進行了調整(表1)并進行試驗。

表1 調整后的JWL-Ⅲ型乳化炸藥氧化劑水溶液配方 %

1.3 水相晶形改性劑的確定

JWL-Ⅲ型乳化炸藥氧化劑水相溶液含水量為11%～12%，析晶點為77～79 ℃，調整后含水量減至9%，硝酸鈉從8%～9%減至6%～7%,經測定析晶點為86～88 ℃。析晶點提高后，可保證氧化劑乳化過程不結晶及炸藥儲存穩定性，外加少量晶形改性劑至水相溶液中，可有效控制硝酸銨等氧化劑的結晶及溶解平衡，抑制氧化劑過早結晶析出。實踐證明，外加0.1%～0.3%的非離子表面活性劑，如十二烷基硫酸鈉或十二烷基磺酸鈉，均可取得較好抑制效果[3]。本次實驗采用外加占氧化劑水溶液質量0.1%～0.3%的十二烷基硫酸鈉與氧化劑水溶液一起溶解混合備用。

1.4 乳化劑及油相材料選擇

乳化劑及油相材料在爆炸反應中起還原劑作用，選擇含碳氫元素多的一體化復合油相，主要由復合蠟、礦物油、高分子復合乳化劑及少量微晶蠟搭配組成。其中高分子復合乳化劑含酯類結構，由聚稀烴與多種化合物合成，適用于制造高威力乳化炸藥[4]。

1.5 增加管路預混工藝

JWL-Ⅲ型乳化炸藥乳化工藝為：預乳﹢靜態乳化。水相及油相分別通過泵送管路進入預乳罐攪拌再進入靜態乳化器乳化，該工藝預乳時基質表面可看見白色斑點，這是少量硝酸銨結晶析出的表現。為提高乳化效果，使油包水粒子細小均勻，增強油水相接觸面積，使爆炸時化學反應更充分，在油相及水相進入預乳罐前增加一段50 cm長的管路預混，使油水相在管路中先混合，再預乳+靜態乳化。實踐證明，增加管路預混后，預乳時基質表面白色斑點消失，乳化基體更透明，乳化質量明顯提高。管路預混器內部結構如圖1所示。

圖1 管路預混器內部結構

1.6 工藝參數調整及氧平衡設計

由于減少了氧化劑溶液水含量，為保證乳化效果，適當調高油相及水相溶液溫度，水相溫度定為100～105 ℃，油相溫度為95～100 ℃。其他參數執行JWL-Ⅲ型乳化炸藥原有要求。為使爆炸反應充分，能量最大化，通過對氧化劑及可燃劑進行氧平衡計算，根據不同配方微調油水相比例。

2 試驗結果分析

通過綜上分析及工藝、參數調整，確定5個配方(表2)進行試驗，試驗時水油相配比通過計算機設定自動調節并連續輸出。油相質量流量計型號為8OE08-3NQ3/0,輸出極限公差±0.2%；水相質量流量計型號為8OE25-4T71/10, 輸出極限公差±0.2%。對各配方測試初始爆轟性能及儲存180 d后性能，結果見表3。

表2 JWL-Ⅲ型高威力乳化炸藥配方及水油相配比

表3 各配方炸藥爆轟性能

注：作功能力按《炸藥作功能力試驗鉛鑄法》(GB12436)測試，測試結果為鉛鑄擴孔體積減去8#引爆雷管擴張量體積22 mL。

表3中，配方3、4中硝酸鈉含量分別為7%及6%，并外加晶形改性劑。這兩個配方炸藥作功能力較高，儲存期內性能穩定，180d后作功能力仍超過310mL，比普通乳化炸藥作功能力280mL高10%以上。配方5由于未加晶形改性劑,儲存180d后藥卷周邊有破乳痕跡。

3 工程爆破應用

改進的高威力乳化炸藥與JWL-Ⅲ型普通乳化炸藥在某花崗巖路塹爆破中進行使用對比。該工程采用深孔臺階爆破, 方形布孔,爆破面積15 m×10 m,底盤抵抗線2.5 m,臺階高度10 m，每孔裝藥量28 kg,填塞長度3 m。其爆破參數及效果見表4。

表4 深孔臺階爆破參數及使用效果

由表4可以看出，使用JWL-Ⅲ型高威力乳化炸藥,相同爆破面積,在爆孔間距適當增加的情況下, 可減少鉆孔數目，減少總裝藥量，但爆破效果相同,炸藥單耗下降,爆破成本下降明顯。

4 結 論

通過將JWL-Ⅲ型乳化炸藥的預乳+靜態乳化工藝調整為管路預混+預乳+靜態乳化；調整氧化劑配方水含量至9.0%，硝酸鈉含量6%～7%，外加0.25%的十二烷基硫酸鈉與氧化劑水溶液一起溶解混合備用；水相溫度設定為100～105 ℃，油相溫度為95～100 ℃；選擇含碳氫元素多的一體化復合油相作可燃劑等改進措施，提高了JWL-Ⅲ型乳化炸藥威力，降低了爆破成本。

[1] 陸 明.工業炸藥配方設計[M].北京:北京理工大學出版社,2002.

[2] 王鼎聰,吳 穎,姜春華，等.LRH-A型乳化炸藥專用復合劑性能的研究[J].爆破器材,2000(4):13-14.

[3] 汪旭光.乳化炸藥[M].北京:冶金工業出版社，1993.

[4] 孫德勇.一種新型高威力乳化炸藥的研究[J].爆破器材,2009(2):17.

Study on the Improving method of the Power of JWL-type III High Temperature Sensitive Emulsion Explosive

Liu Dongshui

(Jiangxi Ji'an Guotai Special Chemical Co.,Ltd.)

In order to improving the power of JWL-type III high temperature sensitive emulsion explosive,the flowing measures are adopted,they are adding pipeline premixer,adjusting the content of sodium nitrate and water of the formula,adjusting the technical parameters of oil-water phase temperature,using integration of complex oil phase material.The engineering blasting results show that the power of JWL-type III high temperature sensitive emulsion explosive is improved effectively,the explosive consumption and blasting cost are reduced.

JWL-type III high temperature sensitive emulsion explosive,Formula adjustment,Blasting cost

2016-06-16)

劉冬水(1968—)，男，高級工程師，343136 江西省吉安縣安塘鄉。