國產復合油相生產重銨油炸藥的研究與應用

胡海云

（國家能源集團準能集團準能公司炸藥廠，內蒙古 鄂爾多斯 010300）

工業炸藥又稱民用炸藥，由氧化劑、可燃劑和其他添加劑等組分按照氧平衡的原理均勻混制而成的高能量密度含能材料。廣泛應用于礦山、鐵路、水利等工程爆破。黑岱溝露天煤礦隸屬于中國神華集團準格爾能源有限責任公司（以下簡稱準能公司），是國家“八五”計劃期間重點項目－準格爾項目一期工程三大主體工程之一，是我國自行設計、自行施工的特大型露天煤礦。該礦于1990年開工建設，1998年投入試生產，1999年正式移交生產，并于次年達產。2006年6月，經過擴能改造后的黑岱溝露天煤礦年原煤年產量可達2500萬噸。擴能改造拋擲爆破工程引進的是澳大利亞澳瑞凱公司拋擲爆破拉斗鏟－倒堆工藝，其中拋擲爆破使用的炸藥品種為重銨油炸藥。

1 研發背景

黑岱溝拋擲爆破從2007年年初開始應用至今，重銨油炸藥一直是拋擲爆破使用的常規炸藥品種，因其爆炸后氣體能較大，爆炸做功可以將更多的巖石拋擲采空區。生產重銨油炸藥的核心配方復合油相多年來一直依靠從國外進口，其采購周期長，價格居高不下，給炸藥生產組織帶來諸多不便。近年來，隨著國內民爆行業技術的發展進步，國內復合油相研究也在不斷深入，而且技術進步的也相當快。隨著企業生產工藝技術升級改造的加快推進，國產復合油相的應用范圍也在逐年擴大，使用量不斷增加。但是，國產復合油相一直沒有應用于重銨油炸藥的生產應用，主要考慮因素是拋擲爆破裝藥量較大，大的拋擲爆破裝藥量在2000噸以上，小的拋擲爆破的裝藥量也在千噸之上，改變炸藥配方勢必會對炸藥的爆炸性能產生一定的影響，而炸藥的性能又是保證拋擲爆破質量和效果的前提，同時也是保證爆破安全的基礎，所以改變炸藥配方對拋擲爆破的影響太大，所以一直保持原有的爆破設計方案和炸藥生產工藝配方。

近年隨著國家對技術創新的號召和鼓勵，很多企業在技術創新方面走在了時代的前沿。民爆行業因其行業管理的特殊性，是一個技術創新推進其來不容易的一個領域，盡管如此，這些年炸藥生產工藝技術進步也在悄然地發生變化。準能炸藥廠散裝炸藥地面站生產線是與黑岱溝露天煤礦拋擲爆破工藝配套引進的炸藥生產工藝技術。隨著這些年的發展，國產復合油相也在開始部分代替進口復合油相在乳化炸藥生產中開始應用，爆破效果相當。作為重銨油炸藥與乳化炸藥的區別，就是炸藥的組分及比例稍有區別，但相同的是都含有乳膠基質。而且國產復合油相生產制備的乳膠基質各項性能參數與進口復合油相生產制備的乳膠基質幾乎一樣，通過這些年的生產應用，爆破效果也未受影響。2018年年初，我廠提出利用國產復合油相代替進口復合油相制備重銨油炸藥研究應用項目，2018年年底完成了項目全部內容。

2 炸藥設計的氧平衡理論

工業炸藥屬于多種組分混合而成高能量密度材料，其爆炸過程屬于氧化還原反應，炸藥組分中的氧化劑與還原劑的相對含量直接與許多爆炸參數有關系，一般用氧平衡的概念來衡量炸藥中所含的氧將可燃元素完全氧化的程度。氧平衡有三種關系：正氧平衡、零氧平衡、負氧平衡。零氧平衡是炸藥設計遵循的原理。炸藥氧平衡的計算方法分為兩個步驟：

（1）查表或計算各組分氧平衡。

（2）以各組分氧平衡分別乘以組分質量分數，并加和。

式中，a1，a2，an為工業炸藥各組分的氧平衡；x1，x2，xn為工業炸藥各組分的質量分數。

3 炸藥設計普遍遵循的原則

3.1 配方設計與生產工藝整體結合

實踐表明，炸藥配方改版不僅影響炸藥性能，而且也會影響生產工藝條件，該研究只是在組分上作了調整，并未影響炸藥生產工藝條件，仍然通過現場混裝炸藥車實現工業化生產，不會太多增加生產研發成果的轉化難度。

3.2 性能、成本和爆破統籌兼顧

炸藥配方設計過程中炸藥的性能固然重要，但原材料成本和生產成本對企業的效益產生很大影響。所以設計時要同時兼顧性能、成本、爆破使用對象。

3.3 提高安全性和減少環境污染

安全是炸藥使用的前提，也是炸藥設計和生產工藝首要考慮的因素，無論是提高炸藥性能還是降低炸藥性能，不應提高炸藥的感度，降低炸藥的安全性。同時，還要考慮到爆炸后產生有毒有害氣體的量，盡量降低對環境的污染。

4 重銨油炸藥的理化實驗

4.1 實驗過程原材料選擇及其指標

（1）國產復合油相。目前，國內研發復合油相的廠家較多，產品性能差參差不齊，比較了國內多家復合油相，其中北京億博研發的復合油相在我廠乳膠基質生產線應用制備的乳膠基質各項性能指標滿足工藝要求。表1為國產復合油相的參數指標。表2為多孔粒狀硝酸銨的參數指標。

表1 國產復合油相的參數指標

表2 多孔粒狀硝酸銨的參數指標

（2）硝酸銨水溶液。硝酸銨水溶液采用的是九鼎化工廠生產的溶液，采用硝酸銨水溶液罐車直接注入乳膠基質生產線中的硝酸銨水溶液儲罐進行調配制備成氧化溶液。其標準參數要求由我廠根據綜合因素確定。其參數指標范圍如表3。

表3 硝酸銨水溶液的參數指標

（3）柴油。我廠使用的柴油為神東煤制油柴油，其質量標準我廠未對其進行規定，也沒有指定相應的檢測標準，所以柴油參數指標不進行二次檢測。

4.2 實驗過程乳膠基質制備

（1）工藝流程。乳膠基質制備過程主要分為4個主要生產工序：硝酸銨水溶液調配成氧化溶液制備、國產復合油相準備、乳化、基質儲存。其工藝流程如圖1。

圖1 乳膠基質生產工藝流程圖

（2）工藝參數控制。上述乳膠基質制備工序中，氧化溶液的調配有對溶液、循環熱水溫度的控制要求以及化工原料添加比例的工藝標準要求，復合油相準備有溫度的控制要求，乳化工序控制的參數指標相對較多，主要包括流量控制、生產速率控制乳膠基質黏度控制等（如圖4）。主要控制工藝參數控制如表4。

圖4 乳膠基質黏度測試

表4 乳膠制備過程主要工藝參數控制

（3）乳膠基質制備過程。采用乳膠基質制備系統1號生產系統（如圖2）。將生產工藝參數控制在表5-4范圍內。向攪拌罐內注入56秒國產復合油相（如圖3），攪拌轉速調至400轉左右，再注入32秒氧化溶液，攪拌3分鐘左右，調整攪拌速度至600r/min。進入連續化生產狀態。乳化工藝過程實際參數見表5。乳膠基質成品如圖5。

表5 乳膠制備過程主要工藝參數控制

圖2 乳膠基質生產操作

圖3 攪拌罐形成初乳

圖5 乳膠基質成品

4.3 重銨油炸藥理化樣品實驗

（1）混制樣品。將稱量好的多孔硝酸裝入不銹鋼桶、將稱量好的柴油緩慢注入，手工不斷混合直至均勻，再按比例加入乳膠基質，混合直至均勻。重銨油炸藥的組分比例如表6。

表6 重銨油炸藥組分比例

（2）爆速測試。分別制作12個平行樣，每三個一組進行炸藥性能對比測試，即爆速、儲存穩定性實驗測試。儲存穩定性實驗內容包括分別儲存7天、15天、30天的樣品的外觀、內部藥體變化情況及對應的爆速測試實驗。表7為爆炸性能測試數據統計，表8為儲存穩定性實驗爆速測試，表9為儲存期內外觀、內部藥體變化情況。

表7 重銨油炸藥爆速

表8 重銨油炸藥儲存穩定性爆速

表9 儲存期內外觀、內部藥體變化情況

實驗結論：通過理化實驗對國產復合油相制備的重銨油炸藥的爆速、儲存穩定性進行實驗，從實驗數據上可以看出：炸藥性能與我廠工藝技術標準要求沒有太大的差別，可以在拋擲爆破中裝入少量重銨油進行現場爆破實驗。

4.4 重銨油炸藥拋擲爆破實驗

（1）爆破設計。為了驗證國產油相替代進口油相生產的重銨油炸藥在拋擲爆破中應用的效果與之前爆破是否存在差異，2018年10月22日～10月29月在黑岱溝露天煤礦選取18南8次拋擲區進行爆破試驗，炮區1-20列裝進口復合油相生產的重銨油炸藥，21-35列裝國產復合油相重銨油炸藥。炸藥裝藥位置見圖6。

圖6 不同油相重銨油炸藥裝藥位置圖

（2）爆破實驗數據及效果分析。8-20列為進口復合油相生產的重銨油炸藥裝藥區，有效拋擲率為35%，松動系數1.22，爆破平均沉降高度15.7米，圖7為拋擲爆破后拋擲率分析統計。

圖7 8-20列平均有效拋擲率

21-33列為國產復合油相重銨油炸藥裝藥區，有效拋擲率為35%，松動系數為1.19。爆破平均沉降高度16.1米，

圖8 為拋擲爆破后拋擲率分析統計。

圖8 21-33列平均有效拋擲率

國產復合油相生產的重銨油炸藥通過在拋擲爆破中試驗以及對試驗數據進行統計分析，結果如表10得出：國產、進口油相制備重銨油炸藥在拋擲爆破中應用的效果相當。

表10 拋擲爆破基本數據對比表

根據上述試驗數據得出試驗結論：國產、進口復合油相生產重銨油炸藥在拋擲爆破中應用的效果相當。

5 結語

本文主要討論了一個源于企業內部生產經營需求自發提出的創新項目即國產復合生產重銨油炸藥的研究與應用，旨在解決生產組織更加便捷和靈活，減少生產操作流程，降低職工的勞動量，同時因為國產復合油相與進口復合油相在價格上有每噸近萬元價格優勢，所以增加國產復合油相的使用量會降低企業的生產成本。

該項目從重銨油炸藥樣品試驗開始研究，難點一就是在樣品手工試驗的過程中的安全風險。對于改變炸藥配方、調整生產工藝及設備在炸藥生產管理過程中會出現諸多難以預見的風險，必須予以重視。難點二就是在黑岱溝露天煤礦拋擲爆破中的應用，拋擲爆破裝藥量相對較大，炸藥性能對拋擲爆破的影響也十分巨大，如果因為炸藥的性能影響了爆破質量，嚴重的會出現爆破事故，輕則也對增加爆破成本。同時，因為炸藥的變化會導致爆破設計等一系列變化，給爆破工程設計、施工都帶來了一定影響。該項目在研究和應用的過程中，在諸多努力下，項目順利完成，而且在拋擲爆破工程中應用，爆破效果也相當，可以推廣應用。