能量增强剂在铵油炸药生产中的应用探讨

王建雄  薛占山

（国家能源集团准能集团炸药厂，内蒙古  鄂尔多斯  010300）

摘  要：以柴油和固体多孔硝酸铵颗粒生产铵油炸药在国内外爆破过程中比较常见，因为铵油炸药有着原料来源丰富、生产工艺相对简单科学、价格相对低廉等优点。能否在现有铵油炸药生产工艺的基础上进一步拓宽思路，降低生产成本，适应现代化炸药生产中降本增效的理念。本文就介绍了以一种新型能量增强剂为原料代替部门柴油生产铵油炸药，从前期设计，可行性研究，到现场混装生产工艺，到炸药产品性能对比，进一步验证了新型能量增强剂在铵油炸药生产中的可行性，对同行业中有一定的借鉴意义。

关键词：铵油炸药; 能量增强剂; 炸药性能; 零氧平衡

引言

随着煤炭市场出现下滑，准能集团公司煤炭效益受到严重冲击。集团领导班子在这种大环境下提出了如何通过节省吨煤生产成本来维持微弱的盈利模式，从洗煤的角度考虑如何提高块煤的产出率，块煤销售价格较细煤每吨高30元，从剥离和挖掘考虑采用半连续化生产工艺，即合理调用工作设备来降低设备故障率，从延长大型设备保养周期来降低运输设备维护保养费用。而炸药厂通过提出了试图应用一种新型能量增强剂代替部分柴油生产铵油炸药的新思路，目的是减少炸药生产成本。这意味着降低了吨煤的生产成本，基于柴油和固体颗粒多孔硝酸铵工业化制备技术成熟的前提下，开发出一种可替代部分柴油的能量增强添加剂，用于工业炸药生产。该工艺具有生产成本低、安全性能高、爆破性能优良的特点，不仅拓宽铵油的原料供应领域，同时降低了工业炸药的生产成本，通过原材料分析，炸药的爆炸性能也取得了预期的效果。

1 新型铵油炸药原材料及其特性

铵油炸药的主要配方原料为：多孔粒状硝酸铵、工艺用燃料。其原料主要由碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)四种元素构成。炸药反应机理是碳原子、氢原子以及氮原子与氧分子之间的直接或间接反应，生成一氧化碳、二氧化氮、水分子等氧化物。

多孔粒状硝酸铵特性介绍：属于强氧化剂，易潮湿、易结块，常温下，非常安定。当将其加热到100℃以上，保持较长时间，也没有明显的蒸发分解等现象。说明纯硝酸铵颗粒在100℃高温下，十分安定。再次试验，当加热过程中加入纤维素等有机物，100℃则表现为不稳定，当加热到120℃时，分解比较明显。硝酸铵与有机可燃物粉末混合能发生激烈反应，甚至会引起爆炸。受强烈的机械撞击也可能发生爆炸。与还原剂、有机物、部分无机物如硫、磷或金属镁、铝等粉末混合，也可能形成爆炸性混合物。

能量增强剂：淡蓝色、稍有气味，对动物无毒性，人类无致死性，能与水互溶，不属于危险品，经闭口闪点在70°无闪燃，不属于第三类易燃，无毒和传染性物质，无放射性，无腐蚀性，经过鉴定无任何危险性。

2 比例计算和可行性试验

根据零氧平衡原理。炸药的激烈氧化还原反应实质是氧元素与碳、氢、氮等元素发生的氧化还原反应。产物是二氧化碳、一氧化碳，氧化物以及生成水。炸药各原料中分别含有一定数目的碳、氢、氧等元素，快速的化学反应。如果反应完全，就会全部生成二氧化碳，不会生产一氧化碳产生，所以氢原子完全氧化生成水。此时氧元素也完全耗尽。大量的爆破试验表明，炸药接近零氧平衡的反应状态，爆炸威力最大，爆破效果最好。根据氧平衡原理设计出铵油炸药由多孔粒状硝酸铵（94.5%）和柴油（5.5%）两种组分组成。要想使爆炸威力不改变，多孔硝酸铵原理无法改变。为降低炸药成本，准能集团炸药厂一直致力于新型工业炸药的研发。根据零氧平衡原理，计算出新型铵油炸药各组分比例为，多孔粒状硝酸铵：柴油：新型能量增强剂的使用比例为93.5%：4.5%：2%。实验室按93.5%：4.5%：2%的比例，称取9.35kg的多孔硝酸铵，0.45kg的轻柴油和0.2kg的能量增强剂，用木棍玻璃棒等充分搅拌，混合均匀，以达到理想的混合程度。

3 新型铵油炸药生产过程介绍

添加增强剂控制系统，由现场安装的防爆控制箱（包含触摸屏，PLC控制系统等）及现场的流量计，电磁阀，离心泵，雷达液位计及磁翻板液位计等组成。

操作流程介绍：定量加水：设置好水量，按下自来水添加按钮，阀门开启，水泵运行，通过电磁流量计进行计量，显示瞬时流量并进行流量累计，到达设定值后，阀门关闭，水泵同时停止运行。

定量加乙二醇：设置好水量，按下乙二醇添加按钮，阀门开启，乙二醇泵运行，通过质量流量计进行计量，显示瞬时流量并进行流量累计，到达设定值后，阀门关闭，乙二醇泵同时停止运行。

定量加能量增强剂：设置好水量，按下能量增强剂添加按钮，阀门开启，能量增强剂泵运行，通过质量流量计进行计量，显示瞬时流量并进行流量累计，到达设定值后，阀门关闭，能量增强剂泵同时停止运行。

按照配方进行加料：首先设定好需要的各个物料的量，然后点击配方控制添加按钮，即可启动按配方添加。系统会按照顺序依次加入能量增强剂、水及乙二醇。每种物料达到设定值后，自动切换到下一种物料。全部物料添加完成后，系统自动停止。能量增强剂现场配制如图1：

图1：能量增强剂现场配制图

4 成品炸药性能测试

4.1 成品炸药爆速测试简介

炸药爆炸会产生高速的爆轰波，爆轰波在炸药中的传播速度叫做爆速。爆速是衡量炸药爆轰性能的一项重要指标，爆速的大小直接影响爆轰压的大小，获得爆速就可以估算出炸药其他的爆轰参数，对炸药的生产、研发以及应用有着重要的参考价值。爆速就是炸药在炸药稳定爆轰时，前沿冲击波与化学反应区一起构成爆轰波，并以同一速度沿着炸药传播。能量增强剂铵油炸药是以铵油炸药为基础，其爆速特征、工艺配方等指标可对比铵油炸药，需要通过开展对比进行爆速检测，来确定爆速特征。测试用圆柱体PVC筒作为装药容器，容器形状为直径110mm、高为1500mm、壁厚3mm，底端有端盖作为支撑。在炮筒接近底部100mm和300mm设置两个平面，两个平面之间的距离为200mm作为靶距，上下平面各打两个孔，且上下两个孔的连线分别与两个水平面垂直，每个平面的两个孔穿过圆心。测试时两根靶距信号线插入到孔中，通过信号线与实验室的爆速检测仪相连接。在爆速仪上设定好相关参数，对数码雷管进行扫描编程，将雷管插入到起爆具内再竖直擦入药卷炸药炸药中，做好呼应后，随即按下起爆器起爆。起爆后通过查看爆速测试仪上显示的数据，打印测试结果。同样的方法再测试同样的一批次样，将两次得到的数据进行分析，爆速偏差小于300m/s，且数据在合理的范围内，说明该批次测试数据有效。否则，数据无效，应重新取样测试。新型铵油炸药普通铵油炸药爆破性能测试结果统计如表1：

表1：新型铵油炸药普通铵油炸药爆破性能测试结果统计

通过上述数据可得出：新型铵油炸药较普通铵油炸药爆炸威力更强，稳定性也较好，在满足连续性生产工艺的前提下，可以代替部分柴油生产铵油炸药，爆破同样的岩土，将使用较之前铵油炸药更少的炸药，同样能满足露天煤矿爆破需求。

4.2 成品炸药猛度及测试过程

炸药的猛度也是衡量炸药爆炸性能参数的一个重要指标。炸药爆炸的一瞬间会生成大量的气体产物，这些气体产物会沿着爆轰波的传播方向破碎与其接触的介质面，接触的固体物质将受到强烈的冲击，其破碎程度也即是猛度。在一定的范围内，炸药的猛度会随着密度和爆速的增加而增大。猛度也取决于炸药类型和爆炸产物，在实际的爆破作业中，应根据岩石和待剥离层的地质性质和用户的要求来选用不同猛度的炸药，因此炸药的猛度对于爆破工程具有重要的参考意义。

试验中，将质量合格的钢制底座放在相对结实的地上，从下到上依次放置铅柱、钢片以及炸药药卷包，将装置固定在钢制底座上，取出炸药试样中心孔内的雷管壳，将其换成8#雷管，然后进行起爆。

图2  猛度测试装置（左）爆炸压缩后的铅柱（右）

通过实验数据测得能量增强剂代替部分柴油生产出来的铵油炸药猛度略有提高，但总体上区别不明显，仍然能满足爆破要求。

5 成果及展望

新型能量增强剂在铵油炸药生产过程中的成功应用，使铵油炸药生产成本降低了近20%，有效的缓解了因原油短缺造成柴油供应不足的能源问题，能量增强剂结合柴油代替铵油炸药的燃料部分，将铵油炸药的部分性能指标也提高了不少，这意味着爆破同样的土方剥离量，炸药单耗有所下降，节省了吨煤生产成本，从而实现了降本增效的目的，进一步拓宽了提质增效思路，拓宽了铵油的原料供应领域，也适应现代化炸药生产中降本增效的理念。在将来的规模化生产中，将体现的更加明显，将进一步实现经济效益，社会效益和综合效益。

参考文献

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作者简介：王建雄（1989.07.25-），男，内蒙古鄂尔多斯人，助理工程师，2011 年毕业于内蒙古机电职业技术学院，专科 学历，2015年9月-2018年7月在山东大学通过专业网络教育（函授）专科升本科学习。就职于国家能源集团准能炸药厂，从事炸 药制造及性能研究等相关工作。