小型現場混裝乳化炸藥裝藥器的研制開發

張小勇，安振偉

（中國葛洲壩集團易普力股份有限公司，重慶 401121）

0 引言

近年來，隨著現場混裝乳化炸藥技術進一步發展，國際上陸續出現了可以在中小型礦山及地下礦山進行現場混裝爆破裝藥工作的小型裝藥設備。例如：ORICA公司開發的MCU2000系列移動裝藥單元設備，即可在適應地下環境的通用底盤裝備上進行現場混裝裝藥，又可方便移植更換底盤在基建工程、露天小型礦山進行現場混裝裝藥；再如南非AEL公司開發的MCU系列移動裝藥單元設備[1]，同樣也是按需求配置靈活、高效、安全、多樣化的現場混裝設備進行個性化、差異化爆破服務。當前，國內大型露天礦山的工業炸藥需求已逐步趨于飽和且呈逐年下降趨勢，且隨著露天資源開采的減少，露天開采也在逐步轉為地下開采[2]；同時，“一帶一路”的基礎設施建設市場越來越多，中小型爆破市場的工業炸藥需求逐年加大，而國內民爆行業因一體化服務的發展不足[3-4]，現在還未有適應這些市場存量大，但存在道路崎嶇、工作面狹窄、單次用藥量相對較小的基建項目、小型礦山及地采項目的配套裝備。因此，亟需針對國內“小、零、散”項目的特性[5]，研制系列化、輕量化混裝設備及小型化便攜式裝藥設備。

1 小型現場混裝乳化炸藥裝藥器技術要點

小型現場混裝乳化炸藥裝藥器（以下簡稱“小型裝藥器”）不含行走機構，將整個裝藥系統安裝在一個鋼支架上，輕便、移動性好，既可單獨作業，也可裝在其他帶行走機構的汽車或臺車上使用；不用電做動力來源，采用壓縮空氣作為動力來源，直接驅動執行機構進行裝藥作業，省去了電纜收放的麻煩，提高了裝藥機的安全性；小型裝藥器采用V型密封實現動態密封[6-7]，泵送性能穩定可靠；采用水環潤滑和末端敏化技術，將敏化劑和乳化基質分層輸送，敏化劑在輸藥膠管內壁形成一層薄膜，避免乳化基質和管壁接觸，減小了乳化基質的輸送壓力[8]。在膠管出料口再將敏化劑和乳化基質混合，乳化基質進入炮孔后再快速敏化，形成炸藥；小型裝藥器將乳化基質輸送泵和敏化劑輸送泵聯動控制，以乳化基質的輸送量決定敏化劑泵的輸送量，使二者嚴格按比例輸送，保證了工藝配方的穩定性和一致性。

2 小型裝藥器工作原理和結構

小型裝藥器主要由底架、基質料箱、敏化劑箱、水箱、泵送系統及控制系統等組成，見圖1。

小型裝藥器的乳化基質泵和敏化劑泵采用進口不銹鋼往復式活塞泵和進口氣動馬達，每分鐘往復運動次數可在0～60次間調節，氣壓0.3～0.7 MPa，最大輸藥壓力為1.2 MPa。在裝藥現場，將壓縮空氣管和設備連接，壓縮氣體驅動泵送系統的氣動馬達，氣動馬達同時驅動基質泵和敏化劑泵，利用敏化劑潤滑，將乳化基質和敏化劑泵入輸藥管并經輸藥管盡頭的靜態混合器混合后泵入炮孔內。

3 聯動裝置

在現場混裝乳化炸藥的泵送過程中，要求乳化基質與敏化劑配比精確，才可制成質量合格的乳化炸藥。為保證小型裝藥器工作可靠，開發了一種可無級調整配比的乳化炸藥泵送聯動機構，其示意圖如圖2所示。

圖2 聯動裝置Fig. 2 Linkage device

當馬達軸向上移動時，通過銷軸帶動連桿，因連桿一端與滑槽支架的滑槽相連，故連桿的左端隨馬達軸向上移動，右端在滑槽內水平滑動，同時通過連桿的滑槽帶動敏化劑泵活塞桿向上移動；馬達軸向下移動時，帶動連桿的左端隨馬達軸向下移動，連桿的右端在水平槽內向右滑動，同時帶動敏化劑泵活塞桿向下移動，完成一個回合泵送。當需要調整乳化基質與敏化劑的配比時，則按需求將敏化劑泵在敏化劑泵支架的長孔內進行調整。需增大敏化劑量時，將敏化劑泵向左調整并固定；當需減少敏化劑用量時，將敏化劑泵向右調整并固定。如此可實現乳化基質與敏化劑配比的無極調整。

3.1 靜態敏化

靜態敏化工藝主要是通過一定的方式向乳化炸藥中引入比較微小的氣泡，利用一些方法使這些微小氣泡按數量和大小均勻分布，并且保持穩定分布，不出現氣泡的聚堆和離散[9]。敏化工藝對炸藥的正常爆轟起著至關重要的作用，是乳化炸藥生產中十分重要的一個環節，考慮到現場混裝乳化炸藥的輸送安全，小型裝藥器采用了輸藥軟管末端靜態敏化敏化工藝方式。小型裝藥器在爆破現場進行現場混裝乳化炸藥裝藥作業時，敏化劑與乳化基質輸送到輸藥管末端后，經安裝在輸藥膠管出料口靜態混合器，將敏化劑加入到乳化基質中，乳化基質和敏化劑在出料口快速敏化，在炮孔內形成乳化炸藥。根據上述特點，利用計算機流體模擬仿真軟件模擬敏化混合效果（如圖3）與敏化試驗過程中敏化速度（如圖4）對比分析，確定了現場混裝的末端敏化結構類型。

3.2 裝備安全性

圖3 靜態敏化單元仿真模擬Fig. 3 Simulation of static sensitization unit

圖4 靜態敏化工藝試驗Fig. 4 Static sensitization process test

小型裝藥器工作時，活塞與腔體不產生金屬之間摩擦，僅限于密封（UHMWPE）與腔體之間的摩擦；由于采用大容積、大行程、低頻率的工作模式，每分鐘往復工作次數為30～45次，有效的防止工作過程中產生的機械摩擦熱累積，保證了安全運行；選用非金屬的高分子改性材料作為閥座，且活塞式容積泵的介質流體通道大（如圖5），使泵體工作時單向閥體上下運動的撞擊不產生火花和熱量，同時改性材料可在溫度達到120℃即發生嚴重變形[10]，從而使單向閥失去密封作用而泄壓。避免泵體高溫發生危險。

圖5 活塞定量容積泵Fig. 5 Piston quantitative volume pump

4 結論

小型裝藥器的研制開發為我國分布眾多、類型多樣、項目分散、狹窄工作面的中小型爆破工程，提供了一種安全、可靠、靈活、適應性強的現場混裝設備，該裝備突破施工現場對現場混裝炸藥車運輸、作業部位的限制，解決人工方式裝填成品炸藥勞動強度大、危險程度高的現狀，為突破混裝炸藥應用瓶頸，推動行業發展使現場混裝炸藥占比突破30%的目標奠定了堅實的技術與應用基礎，具有重大的推廣應用價值。