炸藥垂直輸送系統(tǒng)在謙比希銅礦東南礦體的應(yīng)用*

蔣先堯，胡國(guó)斌，盧二偉，姚松

(中色非洲礦業(yè)有限公司， 贊比亞 基特韋 22592)

0 引言

乳化炸藥是以無(wú)機(jī)含氧酸鹽水溶液為分散相，以不溶于水的可液化的碳質(zhì)燃料為連續(xù)相，借助乳化劑的乳化作用形成乳膠基質(zhì)，再與敏化劑進(jìn)行混合反應(yīng)，經(jīng)過(guò)敏化作用而制成的一種油包水型乳脂狀混合炸藥[1-6]。因其具有優(yōu)良的爆轟性能和良好的抗水性能，并且加工工藝和組分簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低和不含敏感物質(zhì)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于礦山或其他工程爆破中[1-6]。

謙比希銅礦位于贊比亞剛果銅礦帶中部謙比希盆地北部邊沿。東南礦體為謙比希銅礦的一個(gè)新建礦山，生產(chǎn)水平最深超過(guò)1000 m，設(shè)計(jì)采選能力為10 000 t/d，使用乳化炸藥爆破，達(dá)產(chǎn)后每月所需乳化炸藥約為200 t。

與斜坡道運(yùn)輸相比，采用罐籠下放乳化炸藥不僅效率低、成本高，而且勞動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較高，但是東南礦體無(wú)通達(dá)地表的斜坡道，為實(shí)現(xiàn)炸藥的安全高效運(yùn)輸，謙比希銅礦東南礦體通過(guò)在軟件、設(shè)備、系統(tǒng)等方面的投入，采用炸藥垂直輸送系統(tǒng)將乳膠基質(zhì)與敏化劑垂直輸送至井下，提高了乳化炸藥的運(yùn)輸能力。該系統(tǒng)自2020年3月投入使用以來(lái)，很好地保證了東南礦體炸藥運(yùn)輸?shù)陌踩裕?jié)省了時(shí)間，降低了成本，更好地保障了生產(chǎn)對(duì)炸藥的需求，取得了非常明顯的效益。

1 工藝流程與主要系統(tǒng)

1.1 炸藥垂直輸送工藝流程

炸藥垂直下放系統(tǒng)主要由地面炸藥轉(zhuǎn)送站、垂直下放管路和地下炸藥儲(chǔ)存站組成，通過(guò)該系統(tǒng)將炸藥的乳膠基質(zhì)與敏化劑分別輸送至井下的炸藥儲(chǔ)存站，通過(guò)裝藥車將乳膠基質(zhì)與敏化劑運(yùn)輸至爆破作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)裝藥管將其混裝入炮孔內(nèi)，在炮孔內(nèi)完成敏化，形成乳化炸藥[6]，其基本工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 炸藥垂直輸送工藝流程

1.2 炸藥垂直輸送系統(tǒng)

根據(jù)東南礦體一期開(kāi)采范圍南、北采區(qū)主要生產(chǎn)、運(yùn)輸水平，乳膠基質(zhì)、敏化劑通過(guò)地表轉(zhuǎn)運(yùn)站垂直下放至680水平，到達(dá)680水平后，通過(guò)閥門控制與泄壓裝置，繼續(xù)下放至980水平。

（1）數(shù)字化、可視化炸藥垂直輸送管理系統(tǒng)。通過(guò)簡(jiǎn)單易懂的人機(jī)界面（簡(jiǎn)稱HMI）（見(jiàn)圖2），可以掌握整個(gè)炸藥垂直輸送系統(tǒng)的整體狀況。HMI包括系統(tǒng)簡(jiǎn)介、乳膠基質(zhì)與敏化劑輸送狀態(tài)與控制界面、井下轉(zhuǎn)運(yùn)站監(jiān)測(cè)監(jiān)控界面、問(wèn)題診斷界面等，通過(guò)簡(jiǎn)單易懂的圖標(biāo)、按鈕實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的清晰簡(jiǎn)單的監(jiān)測(cè)監(jiān)控。

（2）地表轉(zhuǎn)運(yùn)站。通過(guò)乳化炸藥地表運(yùn)輸車將乳膠基質(zhì)與敏化劑泵送至地表乳膠基質(zhì)儲(chǔ)存罐與敏化劑儲(chǔ)存罐內(nèi)，其中乳膠基質(zhì)儲(chǔ)存罐容量為30 t，敏化劑儲(chǔ)存罐容量為2000 L。

圖2 炸藥垂直輸送系統(tǒng)可視化管理界面

（3）乳膠基質(zhì)與敏化劑的垂直輸送。研究表明，乳膠基質(zhì)屬于流動(dòng)性較差的賓漢姆流體，為了獲得穩(wěn)定的流動(dòng)性，露天礦的乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝車一般采用“水環(huán)潤(rùn)滑減阻技術(shù)”，以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離輸送[7-9]。東南礦體與乳化炸藥供應(yīng)商的合作，通過(guò)調(diào)整乳膠基質(zhì)的制備配方，同時(shí)在地表提高乳膠基質(zhì)的溫度至45℃～70℃，增強(qiáng)其流動(dòng)性。通過(guò)在乳膠基質(zhì)儲(chǔ)存罐底部安裝轉(zhuǎn)子泵，不僅可以加強(qiáng)其流動(dòng)性，穩(wěn)定輸送壓力，并且可以通過(guò)配合流量計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)控乳膠基質(zhì)的輸送量。而敏化劑的流動(dòng)性好，可通過(guò)自流的方式輸送至井下。

（4）井下炸藥儲(chǔ)存。通過(guò)地表至井下輸送管路，乳膠基質(zhì)與敏化劑分別儲(chǔ)存在680水平與980水平轉(zhuǎn)運(yùn)站的儲(chǔ)存罐中，每個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站乳膠基質(zhì)儲(chǔ)存罐的容量為20 t。敏化劑儲(chǔ)存罐的容量為1000 L。

（5）井下運(yùn)輸。謙比希銅礦東南礦體掘進(jìn)、中深孔采場(chǎng)的裝藥爆破作業(yè)采用裝藥車裝藥。通過(guò)裝藥車將轉(zhuǎn)運(yùn)站的乳膠基質(zhì)與敏化劑運(yùn)輸至作業(yè)面開(kāi)展爆破作業(yè)。

2 炸藥垂直輸送安全管理

謙比希銅礦在東南礦體炸藥垂直輸送系統(tǒng)的應(yīng)用中，總結(jié)出很多具有指導(dǎo)意義的現(xiàn)場(chǎng)安全管理經(jīng)驗(yàn)。

（1）不同用戶不同權(quán)限與安全確認(rèn)機(jī)制。針對(duì)不同層級(jí)的用戶設(shè)定不同的使用、修改和調(diào)節(jié)權(quán)限，不同層級(jí)用戶的許可權(quán)限見(jiàn)表1。

（2）確認(rèn)操作的安全機(jī)制。炸藥垂直輸送系統(tǒng)屬于特種運(yùn)輸?shù)囊环N，需要在設(shè)計(jì)系統(tǒng)之初充分考慮每一個(gè)步驟執(zhí)行的安全性。操作員在執(zhí)行每一步的操作后，所選擇的操作不會(huì)立即執(zhí)行，而是系統(tǒng)會(huì)彈出一個(gè)確認(rèn)窗口，需要操作員再三確認(rèn)，點(diǎn)擊執(zhí)行按鈕后，所選擇的操作才會(huì)被執(zhí)行。該安全確認(rèn)機(jī)制借鑒了通信領(lǐng)域的確認(rèn)字符機(jī)制，以期排除客觀因素干擾，排除人為誤操作造成的安全事故，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

表1 不同層級(jí)用戶的許可權(quán)限

（3）炸藥系統(tǒng)的安全互鎖。在緊急情況下或者系統(tǒng)故障出現(xiàn)的情況下，通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安全互鎖，可以起到保護(hù)作用。安全互鎖在緊急情況下可以關(guān)閉輸送泵、馬達(dá)等，系統(tǒng)的運(yùn)行必須在確認(rèn)故障、排除故障，確保系統(tǒng)可繼續(xù)正常運(yùn)行才能恢復(fù)到正常狀態(tài)。

（4）定期安全培訓(xùn)。炸藥垂直輸送屬于特種材料的運(yùn)輸范疇，謙比希銅礦通過(guò)加強(qiáng)安全培訓(xùn)，普及安全生產(chǎn)知識(shí)，對(duì)相關(guān)的安全法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行強(qiáng)化教育，通過(guò)對(duì)整個(gè)炸藥垂直系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)操作流程加以培訓(xùn)，保證了操作員按照規(guī)范、要求進(jìn)行輸送作業(yè)，做到了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定與安全。

3 炸藥垂直輸送系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

（1）提高炸藥下放效率。東南礦體無(wú)斜坡道通達(dá)地表，在炸藥垂直輸送系統(tǒng)投用之前，主要使用特制的炸藥罐，通過(guò)副井罐籠運(yùn)輸至井下。雖然在2019年12月通過(guò)改裝使用更大的炸藥罐，但是效率依然很低。東南礦體僅有一個(gè)下放人員、設(shè)備和材料的副井，副井運(yùn)行壓力很大。而通過(guò)副井下放炸藥效率低、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，無(wú)法滿足每月200 t的炸藥供應(yīng)。隨著炸藥垂直輸送系統(tǒng)的投入使用，并經(jīng)過(guò)調(diào)試優(yōu)化、改進(jìn)操作流程，炸藥下放效率得到明顯提升。

圖3為2019年11月—2020年6月的裝藥下放記錄，可以看出2020年3月炸藥垂直輸送系統(tǒng)投用后，炸藥下放效率顯著提高。

（2）保障乳化炸藥質(zhì)量。在未采用炸藥垂直輸送系統(tǒng)之前，東南礦體采用地表炸藥運(yùn)輸車泵送乳膠基質(zhì)與敏化劑至乳膠基質(zhì)儲(chǔ)存罐與敏化劑罐中，再將其通過(guò)井筒罐籠運(yùn)輸至井下，在此過(guò)程中，乳膠基質(zhì)儲(chǔ)存罐容易受到地表?yè)P(yáng)塵、井筒滲水、井底車場(chǎng)環(huán)境等因素的污染，進(jìn)而影響炸藥質(zhì)量。而炸藥垂直輸送系統(tǒng)相對(duì)封閉，輸送系統(tǒng)與豎井井筒相互獨(dú)立，互不影響，排除了環(huán)境因素對(duì)乳膠基質(zhì)、敏化劑的影響，保證了混裝炸藥的質(zhì)量。

圖3 謙比希銅礦東南礦體炸藥輸送效率

（3）提高安全性。通過(guò)總結(jié)現(xiàn)場(chǎng)安全管理經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了炸藥垂直輸送系統(tǒng)的安全運(yùn)行。同時(shí)整個(gè)輸送系統(tǒng)安裝有流量計(jì)、壓力傳感器、溫度傳感器等檢測(cè)監(jiān)控裝置，可以實(shí)時(shí)掌控輸送狀態(tài)。乳膠基質(zhì)與敏化劑獨(dú)立輸送，避免在裝藥作業(yè)前的混合反應(yīng)，安全性高。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合炸藥垂直輸送系統(tǒng)在謙比希銅礦的應(yīng)用，總結(jié)炸藥垂直輸送系統(tǒng)的安全管理以及炸藥垂直輸送系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)踐表明，該系統(tǒng)具有炸藥輸送效率高、炸藥質(zhì)量有保障、安全性高的明顯優(yōu)勢(shì)，可供其他類似大型礦山參考借鑒。