露天硫化礦用現場混裝乳化炸藥技術在城門山銅礦中的應用

張 鑫，田惺哲

（1.北京礦冶科技集團有限公司，北京 100160；2.北京北礦億博科技有限責任公司，北京 100160）

礦石自燃是硫化礦床開采過程中的重大災害之一，我國大約有30%的有色金屬礦山、10%的硫鐵礦礦山存在礦石自燃隱患。在對這些礦床進行爆破開采時，炸藥存在自爆的風險，尤其是隨著現場混裝技術的推廣，炸藥與硫化礦石直接接觸，應用現場混裝乳化炸藥時藥溫最高可達65℃[1]，風險性更高，嚴重影響了礦山的安全和生產。城門山銅礦是一座以銅、硫為主的大型綜合性礦床，該礦山引進了北京北礦億博科技有限責任公司研發的露天硫化礦用現場混裝乳化炸藥技術，配套相應的油相材料及生產設備，解決了上述問題。

1 露天硫化礦用現場混裝乳化炸藥技術

北京北礦億博科技有限責任公司研發的露天硫化礦用現場混裝乳化炸藥技術，通過對混裝乳化炸藥“三相四組份”空間架構及裝藥制備方式的研究，采用物理阻隔和化學抑制相結合的方法，即采用界面膜結構韌性強、敏化組份更易滲透的油相材料，一方面加強隔離效果，另一方面提高現場混裝敏化速率；又在水相材料中添加高效抑制劑和較少敏化調節劑阻斷炸藥與礦石成分的反應。

（1）專用復合油相材料。專用復合油相材料可在常壓、低溫（氧化溶液溫度70℃～75℃，油相30℃～40℃）、低轉速（500轉/分）實現連續乳化，并且能直接與水相混合生產，可滿足靜態乳化系統或封閉式乳化系統的連續工業化生產。通過在傳統復合油相中加入富含親水基團的高分子組份，改變乳化基質油水相界面性質，一方面提高敏化液傳質滲透效率，增快敏化反應速率，減少了敏化組份與礦巖的接觸；另一方面增強了油膜厚度和界面膜強度，有效隔絕水相組份硝酸銨與礦巖的接觸。同時，水相可以不添加或者只添加微量的酸促進劑，大幅降低了水相的酸度。從三個方面有效抑制自燃反應需要的條件。

（2）專用抑制劑。硫化礦床中的硫化物與炸藥組分會發生反應，使溫度不斷積累、升高，引起炸藥燃燒，最終導致起爆器材（雷管），并起爆未燃炸藥。若炸藥中沒有起爆材料，有兩種情況可能發生，一是炸藥燃燒而不爆炸；二是燃燒區可能形成高溫高壓則轉為爆炸。專用抑制劑是乳化炸藥配方中的重要元素，該抑制劑對炮孔內反應進行抑制。但因抑制劑為負氧有機物，過多的添加會導致炸藥氧平衡偏負，降低炸藥爆破效果，對于一般含硫礦山，其添加量在2%～6%。在乳化銨油炸藥組分中使用的乳化基質，其添加量可達到10%。

（3）低溫敏化技術。硫化礦爆破使用的起爆器材，在炮孔內受高溫的影響，結構性能將發生變化，感度提高，在溫度超過爆炸材料的臨界溫度時會發生爆炸事故或者因性能變化使拒爆率提高，給爆破安全工作帶來嚴重威脅。北京北礦億博科技有限責任公司的露天硫化礦用現場混裝乳化炸藥采用低溫敏化技術，地面站生產出的乳化基質經過冷卻溫度低于60℃，將起爆器材置于混裝藥內，可降低意外爆破的風險。

2 炸藥生產工藝

圖1 乳化炸藥地面站生產工藝流程圖

城門山銅礦采用MEF移動式乳化基質地面站技術方案。該技術將主體生產設備小型化、高效集成，安裝在2臺標準的半掛車箱體內，1號原料車為油、水相溶液制備輸送系統，完成硝酸銨的破碎、水相溶液的制備、儲存、水相溶液的計量泵送；同時也完成油相溶液的制備、油相溶液的計量、泵送等功能。2號乳化車主要完成油、水相的連續乳化和乳化基質冷卻、泵送等功能，以及制備站生產所需的熱力系統。兩臺車之間安裝有人行平臺，便于兩車之間的操作聯系。

利用先進的自動化控制系統，采用連續化生產技術，通過車載設備將溶化、乳化、冷卻等主要工序連成一體，完成從進料至乳化基質形成的連續化生產。

3 乳化炸藥現場混裝車

城門山銅礦采用了BCJ-3型乳化炸藥現場混裝車進行裝藥。該車采用中小直徑輸藥軟管（φ38mm～40m）進行現場裝藥，應用專有的水環減阻技術和即時靜態敏化技術，可實現乳化基質低阻力、長距離輸送，裝藥靈活方便，可以裝填φ55mm以上的各種工況條件下的露天礦山炮孔；具備乳化基質輸送時的超壓、斷流保護、報警、權限啟停、緊急停車等一系列控制功能，安全性高；實現了全系統電-液閉環控制。乳化基質、敏化液和潤滑水環的流量通過比例液壓閥實現閉環隨動控制。裝藥工只需在觸摸屏上鍵入指令，裝藥操作將由PLC自動控制完成，全面實現一鍵操作，而且裝藥精度更高，自動化水平遠遠超出國內同類。BCJ系列裝藥車在出廠時均安裝了符合民爆行業和公安要求的混裝車遠程動態監控信息系統。該系統使用穩定、品牌質量可靠，保證了裝藥控制和數據上傳。

4 現場應用情況

城門山銅礦2012年12月引進了該技術。通過MEF移動式地面站生產的低溫乳化基質裝入BCJ-3行乳化炸藥混裝車后，駛入作業現場，通過螺桿泵輸送和靜態混合器后進入炮孔敏化，按照操作規程進行起爆。起爆后大塊率低，爆破效果良好[2]。

圖2 BCJ-3型乳化炸藥現場混裝車現場應用

5 結語

北京北礦億博科技有限責任公司研發的露天硫化礦用現場混裝乳化炸藥技術，常溫下易于泵送，具有較好的儲存穩定性，敏化劑易摻混且能夠快速發泡，敏化后有合適的爆轟性能，游離的硝酸銨和亞硝酸鈉少，體系酸值小。無論在實驗室檢測還是工業化應用上，都顯示出了優良的性能，克服了裝藥在炮孔內自燃自爆、冒黃煙、裝藥膨脹等問題，具有良好的爆轟性能。城門山銅礦自2012年應用該技術以來，未發生1例炸藥自燃自爆安全事故，解決了硫化礦山現場混裝炸藥爆破的技術難題。