膨化铵油炸药的研制与性能.pdf

膨化铵油炸药的研制与性能杨育蓉,刘建云,刘勋文,沈建军,张金敢(新疆天河化工有限公司,新疆 库车 842000)摘要:以液铵为原料,在膨化罐中制备出膨化硝酸铵,继而制备膨化铵油炸药。通过测试膨化硝酸铵的雷管感度、膨化铵油炸药的爆速、猛度和车载流动性等性能,探索了液铵膨化替代多孔粒硝酸铵制作现场混装炸药的技术可行性。关键词:液铵;铵油炸药;混装炸药;膨化硝酸铵;膨化铵油炸药中图分类号:TQ564 文献标志码:A 文章编号:1674-3970(2023)02-0005-03收稿日期:2022-10-18作者简介:杨育蓉(1972),女,甘肃静宁人,化工工程师,主要从事民用爆炸物品的生产、经营管理工作。E-mail:2315092329 。引用格式:杨育蓉,刘建云,刘勋文,等.膨化铵油炸药的研制与性能J.煤矿爆破,2023,41(2):5-7.YANG Yurong,LIU Jianyun,LIU Xunwen,et al.Development and performance of expanded ANFO explosiveJ.Coal Mine Blasting,2023,41(2):5-7.Development and performance of expanded ANFO explosiveYANG Yurong,LIU Jianyun,LIU Xunwen,SHEN Jianjun,ZHANG Jingan(Xinjiang Tianhe Chemical Co.,Ltd.,Kuche 842000,China)Abstract:Using liquid ammonium nitrate as raw material,expanded ammonium nitrate is prepared in an expansion tank,and then expanded ANFO explosive is prepared.The detonator sensitivity,detonation velocity,brisance,and vehicle fluidity of the expanded ANFO explosives are tested to evaluate the potential of using liquid ammonium instead of porous granular ammonium nitrate for on-site mixed explosives.Key words:liquid ammonium nitrate;ANFO explosive;mixed explosive;expanded ammonium nitrate;expanded ANFO explosive0 引言在现场混装炸药的发展中,多孔粒状铵油混装炸药、现场混装乳化炸药深受爆破现场工程技术人员的欢迎。在现场混装炸药的供应过程中,受原材料供应和运输影响,有时候难以保证现场混装炸药的及时供应与使用。虽然在 2012 年就有文献报道膨化炸药混装车,但是实际生产中并没有见到。膨化硝酸铵是以高浓度的液铵在膨化剂等添加物的作用下,经真空膨化工艺而得,因膨化内存一定气泡,气泡的存在大大增加了膨化硝酸铵的爆炸性,因此,要用膨化硝酸铵制备膨化铵油炸药,首先要保证膨化硝酸铵不具备雷管感度,以保障膨化硝酸铵制备过程中的安全性。根据文献资料1表述:膨化剂含量对膨化硝酸铵的雷管感度影响较大,实验室研究结果表明,膨化剂含量低于 0.12%,雷管起爆率小于 17%;降低膨化硝酸铵温度可降低雷管感度;膨化硝酸铵装填密度低于 0.35 g/cm3时,对雷管不敏感。膨化工艺在技术方面比较成熟,过去以固态硝酸铵为原料,现在则以液铵为原5第 41 卷 第 2 期2023 年 6 月Coal Mine BlastingVol.41 No.2Jun.2023料,采用连续膨化、出料的自动控制生产工艺连续化生产,提高了生产效率,提升了膨化炸药生产的本质安全水平2。借鉴多孔粒状铵油炸药的现场混装生产工艺,采用膨化硝酸铵制备膨化铵油炸药,不但是开发现场混装炸药新品种的有益尝试,而且为保证爆破工程现场混装炸药供应开辟了一种新途径。1 试验1)试验材料:液铵(93%固含量,130 保温)、膨化剂;2)制备膨化硝酸铵:采用硝酸铵单元膨化机制备,取一定量的液铵,分别按质量百分比为 0.10%、0.04%、0.07%比例添加固体膨化剂,搅拌均匀,保持膨化工艺要求的温度、真空度和时间后,出料、粉碎,膨化硝酸铵样品颗粒过 40 目筛,水的质量分数0.2%。试验样品分别标记为 a、b、c。3)制备膨化铵油炸药:分别将 a、b、c 膨化硝酸铵与柴油按照 94.5 5.5 混合,得到对应的膨化铵油炸药,试验样品分别标记为 a、b、c。4)测试爆炸性能:雷管敏感度,按照 GB/T 215822018危险品雷管敏感度试验方法测试;爆速按照 GB/T 132282015工业炸药爆速测定方法中的多段爆速仪测试方法;密度按照 WJ/T 9056.22006工业炸药密度测定方法第 2 部分炸药密度测试;炸药猛度按照 GB 124401990炸药猛度试验 铅柱压缩法测试。2 结果与讨论2.1 膨化硝酸铵的形状试验制备的膨化硝酸铵样品,外观蓬松易碎,呈多孔状结构,颗粒表面粗糙,流动性稍差,长时间静置,易吸湿。2.2 雷管敏感度试验膨化硝酸铵雷管敏感度随着膨化剂含量的减少呈下降趋势,因此,采用添加膨化剂质量分数小于 0.10%的 3 组膨化硝酸铵进行试验,雷管试验情况如图 1、图 2 和表 1 所示。(a)膨化硝酸铵 a 组(b)膨化硝酸铵 b 组图 1 膨化硝酸铵的雷管敏感度试验情况(a)多孔粒状铵油炸药(b)膨化铵油炸药图 2 铵油炸药雷管敏感度试验情况表 1 膨化硝酸铵及其铵油炸药的雷管敏感度情况统计试验编号0aabbcc雷管敏感度否3/0否3/0有3/3否3/0有3/3否3/0有3/3 注:0 表示多孔粒状铵油炸药 以上数据表明,在本试验内,膨化硝酸铵没有雷管感度,而对应的膨化铵油炸药却具有雷管感度。添加膨化剂的质量分数低于 0.10%时,生产的膨化硝酸铵 3 组试验均无雷管感度,说明添加少量的膨化剂,硝酸铵内部产生的气泡或空隙不足以成为雷管冲击波诱发膨化硝酸铵起爆的敏化点。膨化硝酸铵通过人工方式按照质量比(94.5 5.5)混合柴油后得到膨化铵油炸药,试验后 3 组均有雷管感度,而多孔粒状铵油炸药无雷管感度,说明膨化硝酸铵的雷管感度比多孔粒硝酸铵高。2.3 其他危险感度情况受试验条件限制,未检测不同添加比例生产的膨化硝酸铵的撞击感度、摩擦感度,根据文献3所述,膨化硝酸铵的危险感度(热感度、火焰感度、撞击感度、摩擦感度)与普通硝酸铵相比,具有相同量级或稍有增高的趋势,但变化幅度不大,基本属于同一级别。6Vol.41 No.2Jun.2023Coal Mine Blasting第 41 卷 第 2 期2023 年 6 月2.4 膨化铵油炸药性质上述试验表明,膨化剂添加量低于 0.10%所制备的膨化硝酸铵,不具有雷管感度,以膨化硝酸铵为原料配制膨化铵油炸药,按照相应标准,对膨化硝酸铵及其铵油炸药进行测试,具体数据见表 2。膨化铵油炸药的性能变化有一定规律性,具体为多孔粒硝酸铵的堆积密度和吸油率最大,分别为0.51 g/cm3和 28.5%;膨化剂含量最小(0.04%)的膨化硝酸铵对应的膨化铵油炸药,其堆积密度和吸油率最小,分别为 0.38 g/cm3和 12%;以此制得的铵油炸药的炸药密度与膨化剂的添加量呈正相关。表 2 膨化硝酸铵及其铵油炸药的性能样品编号堆积密度/(gcm-3)装药密度/(gcm-3)吸油率/%00.86a0.5128.5a0.8b0.523b0.77c0.3812c0.682.5 膨化铵油炸药的爆轰性能与常规的多孔粒状铵油炸药相比,用钢管约束的膨化铵油炸药的爆速和猛度比多孔粒状铵油炸药大,尤其是猛度,达到 2 倍以上。说明膨化硝酸铵的颗粒度细小,与柴油混合均匀,使得爆炸反应的爆轰波阵面的推移速度加快,爆轰速度加大。另外,从测试的堆积密度可以看出,膨化硝酸铵低于多孔粒状硝酸铵,这说明与多孔粒状硝酸铵相比,膨化硝酸铵的孔隙率高,膨化硝酸铵颗粒的孔隙丰富是影响爆速和猛度的积极因素4。多孔粒状铵油炸药、膨化硝酸铵炸药及膨化铵油炸药性能对比情况见表 3。影响膨化炸药性能的因素很多5-6,本文仅讨论纸质和钢管包装的包装形式对膨化铵油炸药的性能影响。以纸质为药卷的膨化铵油炸药,其猛度与多孔粒状铵油炸药相当,略低一些,但爆速比多孔粒状铵油炸药高。这说明膨化铵油炸药的微观结构的多孔性和超细特征,对炸药的爆轰性能有着显著的积极影响。从另一个方面来说,超细特征使其比表面积大,负载的能量也大,这种表面能是炸药爆轰能量的一部分,提升了膨化铵油炸药的爆轰性能。表 3 膨化铵油炸药爆轰性能对比试验样品猛度/mm爆速/(ms-1)钢管包装纸质包装钢管包装纸质包装015.42 950112.53 337a24.784 0933 145b12.183 070c23.6811.513 052 注:0 表示多孔粒状铵油炸药;1 表示膨化炸药;钢管为50 mm;纸筒为 35 mm。3 利用现场混装粒状铵油炸药车进行输送试验3.1 膨化硝酸铵输送试验采用现场混装粒状铵油炸药车对 600 kg 膨化硝酸铵试样进行输送性能试验。混装车螺旋可将一部分膨化硝酸铵输送至输送螺旋末端,但存在料仓堵料情况,说明膨化硝酸铵流散性不佳。分析原因,可能是膨化硝酸铵的粒度细小且比较容易吸潮,使得粉体流动时的黏滞性较大。3.2 膨化铵油炸药输送试验按一定比例添加柴油并混合均匀后,使用混装车螺旋输送,存在一定的余料,说明膨化铵油炸药的流散性不好。这可能是膨化硝酸铵的粒度过细和过于蓬松,由于螺旋输送时存在一定压力,粉体受到压缩,加上粉体本身流动性差,致使受压后结块倾向加重,存在残料,因此,膨化铵油替代多孔粒状硝酸铵应用在现场混装多孔粒状铵油车中,还存在一些技术和应用问题需要解决。4 结论1)通过试验表明,以膨化结晶罐制备的膨化硝酸铵,作为混装炸药组分制备的现场混装膨化铵油炸药的爆轰性能,相比多孔粒状铵油炸药具有优势,生产工艺比较简单;在多孔粒状硝酸铵临时缺货的情况下,探索其作为备选方案具有一定的实际意义。(下转第 16 页)7第 41 卷 第 2 期2023 年 6 月Coal Mine BlastingVol.41 No.2Jun.2023示正常,具备起爆能力但是起爆失败的现象;部分电子雷管虽然外观完好无损,但是电流、电阻值显示异常,重新接线不能成功起爆的质量问题,主要表现为对杂散电流过于敏感导致的起爆失败;孔网参数及延期时间设计不合理会导致电子雷管因受到爆炸冲击波或岩石中应力波的作用而受损,经检测,电流、电阻值异常且失去起爆能力。4 结论1)数码电子雷管组网更加安全可靠,可以在起爆前进行网路检测,避免因漏连或雷管装药过程损坏而产生盲炮;在复杂环境下能够安全可靠起爆。2)在小断面隧道使用数码电子雷管通过微差减振爆破技术可以将最大爆破振速降低。3)数码电子雷管在隧道工程中的成功应用,说明该电子雷管在隧道爆破中有着良好的应用前景,可为数码电子雷管在隧道工程的实际应用提供实例参考。参考文献 1 陈文基 陈姗姗 杜华善.数码电子雷管电子引火元件发火可靠性影响因素研究 J.煤矿爆破 2021 39 3 15-18.2 端家荣 陶培培 韩震 等.一种低感度点火药头在电子数码雷管中的应用 J.煤矿爆破 2021 39 3 32-34.3 李治国.数码电子雷管装配生产线的实践 J.煤矿爆破 2021 39 1 35-38.4 吴国群.环境温度对数码电子雷管延期时间的影响研究 J.煤矿爆破 2020 38 1 26-28.5 孟小伟 黄明利 谭忠盛 等.数码电子雷管在城镇浅埋隧道减振爆破中的应用 J.工程爆破 2012 18 1 28-32.6 廖韧 邓友祥.数码电子雷管在矿山中的运用 J.煤矿爆破 2019 37 2 18-19.7 卜天宇 周海文 孙中富.隧道爆破未爆残药影响因素分析 J.工程爆破 2019 25 6 61-65.8 张勋 黄楠.复杂环境下矿山爆破振动及成本有效控制 J.煤矿爆破 2021 39 1 31-34.9 徐叶勤 李梅 姚俊伟 等.爆破荷载对含软弱夹层隧道围岩稳定性和变形破坏特征的影响 J.爆破 2020 37 2 35-41.10 张建国 张营 陈允斌 等.基于 FLAC 3D 在不同断面形状下隧道围岩的稳定性分析 J.建筑技术开发 2021 48 6 136-138.11 梁书锋 凌天龙 李晨.高铁长城站小净距隧道爆破振动效应研究 J.爆破 2021 38 1 116-123.12 任泰昌.浅谈电子雷管生产过程中的安全问题 J.煤矿爆破 2021 39 1 23-26.13 高文乐 罗衍涛 周奥博 等.新型延时起爆控制系统的应用研究 J.火工品 2016 1 33-36.(上接第 7 页)2)膨化铵油炸药替代多孔粒状铵油炸药进行实际应用,还有许多工作要做:安全方面,由于膨化铵油炸药有雷管感度,存在现场加工安全风险;应用方面,在目前的混装车结构下,输送螺旋存在堵料,在技术层面尚需解决;管理方面,工业炸药新产品、新技术的使用,必须经过新产品技术鉴定、安全评价等一系列安全认可程序方可投入应用。参考文献 1 王子亮 庞海波 牛天良 等.一种膨化硝铵炸药新配方的探讨 J.煤矿爆破 2012 30 2 17-18.2 张军 田园.液混式膨化硝铵炸药工艺控制因素浅析 J.煤矿爆破 2018 36 2 23-26.3 吕春绪.膨化硝铵炸药 M.北京 兵器工业出版社 2001.4 陶腾飞.膨化剂含量对膨化炸药性能影响探讨 J.煤矿爆破 2018 36 1 30-31.5 陈如水.膨化硝铵炸药的性能影响因素和控制措施的探讨 J.煤矿爆破 2017 35 6 27-29.6 王万勇.提高膨化硝铵炸药抗水性及流散性的实验研究 J.煤矿爆破 2015 33 3 13-15.61Vol.41 No.2Jun.2023Coal Mine Blasting第 41 卷 第 2 期2023 年 6 月