CN108774097A - 一种高密度防潮铵油炸药及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高密度防潮铵油炸药及其制备方法。本发明提供的铵油炸药是由多孔硝酸铵颗粒、矿物油和乳胶基质，添加的所述乳胶基质在所述铵油炸药中的重量百分数为35‑36.4％，所述乳胶基质的密度为1.38‑1.40g/cm3。制备方法包括如下步骤：将乳胶基质、多孔硝酸铵颗粒和矿物油混合均匀，得到铵油炸药。本发明提供了一种高密度且防潮的铵油炸药及其制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种高密度防潮铵油炸药及其制备方法，属于工程爆破的技术领域。
背景技术
在工程爆破领域里，铵油类炸药主要用于抛掷爆破。除了爆破参数设计、装药结构、连线方式与起爆顺序、每次爆破量与炸药消耗量等诸多方面与松动爆破差异很大外，抛掷爆破选取合适的炸药类型作为抛掷爆破的主要用药显得尤为关键。
为了取得良好的抛掷爆破效果，根据炸药的爆炸波速与岩石的波速相匹配时，炸药的爆炸能量传递给爆破岩石的能量最多的原理，科学设计配方的铵油类炸药作为抛掷爆破的主要用药，其主要的组成成份为：氧化剂多孔硝酸铵和可燃剂轻柴油。绿色爆破主要要求生产的炸药爆炸后生成的有毒气体量最少，对环境污染最小，爆破量最大。为了达到这一要求，将工业炸药配方设计为零氧平衡，具体比例为：多孔粒状硝酸铵94.0±0.5％、轻柴油6.0±0.5％，此时铵油类炸药的做功能力也最大。负氧平衡条件下，容易生成一氧化碳，污染环境；正氧平衡条件下，造成硝酸铵燃烧，爆炸后冒黄烟，生成氮氧化物，做功能力低，达不到预期的做功效果。
然而，即使理想状态下按零氧平衡原理设计炸药爆炸，国内外诸多露天煤矿抛掷爆破的抛掷率也很难达到预期的爆破效果，给后面的诸多煤炭开采工序造成很大的困难，直接影响采煤成本。其根本原因为炸药爆炸爆速偏低，爆轰能力不够大，炸药爆炸猛度不够高，致使铵油类炸药的做功能力达不到要求。再加上全世界石油资源的紧缺和铵油类炸药生产量的逐年增加，生产铵油类炸药用的柴油的供求平衡关系受到了很大的冲击。
另外，由于抛掷爆破预装时间一般跨度为5-7天，部分已经装好的铵油炸药在爆破孔底潮湿的环境中很可能失去爆破能力而引发出的一系列安全生产问题，能否研究出一种高密度防潮铵油炸药作为抛掷爆破的主要用药以及新的矿物油代替轻柴油作为生产铵油类炸药的可燃剂这一系列问题一直是爆破行业专家们多年研究的问题，随着提高煤炭开采效率的高需求和柴油用量的低消耗的进一步优化，此项研究显得尤为迫切。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种高密度并且防潮的铵油炸药及其制备方法。
为了实现本发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
本发明第一方面提供了一种高密度防潮铵油炸药，所述铵油炸药由多孔硝酸铵颗粒、矿物油和乳胶基质，添加的所述乳胶基质在所述铵油炸药中的重量百分数为35-36.4％，所述乳胶基质的密度为1.38-1.40g/cm3。
本发明提供的铵油炸药中添加了具有负氧平衡的乳胶基质，乳胶基质是一种淡黄色油包水型粘稠状乳液，不溶于水，其密度为1.38-1.40g/cm3，与硝酸铵和矿物油溶合成为成品炸药后，防止了轻微水浸入到溶于水的多孔硝酸铵颗粒中，能够在短时间内起到防潮湿和轻微防水的作用。同时，本申请中提到的乳胶基质可以通过市售得到，比如：内蒙古生力集团生产的乳胶基质。但是，由于受到国家法律法规限制以及乳胶基质的危险性等级和环境温度的影响，乳胶基质在运输和购买过程比较复杂，因此，一般情况下炸药生产厂家选择自主生产，自主爆破。
这种高密度防潮铵油炸药不仅提高了铵油炸药的密度，而且也提高了炸药在爆破时的做功能力，尤其用在抛掷爆破中，使爆炸后的岩土层被抛的更远，本发明提供的高密度防潮铵油炸药爆速大于2800m/s，有利于提高爆破效率。
优选地，所述乳胶基质的含水量为20-22％，所述乳胶基质在温度为60-70℃时的粘度为2-2.4万厘泊；进一步优选，所述乳胶基质的含水量为20％，粘度为2.4万厘泊。
优选地，所述多孔硝酸铵颗粒在所述铵油炸药中的重量百分数为58-63％。
优选地，所述多孔硝酸铵颗粒的松密度为0.76-0.83g/cm3，吸油率≥7％，多孔硝酸铵颗粒的直径为0.5-2.5mm；进一步优选地，所述多孔硝酸铵颗粒的松密度为0.82g/cm3，吸油率8％-9％，多孔硝酸铵颗粒的直径为1.5mm。
优选地，所述矿物油为废弃的矿物油，所述废弃的矿物油为废机油、废润滑油、废液压油的一种或多种的混合液。废弃的矿物油可以是现代大型机械设备维修保养置换出来的废弃油，例如废机油、废弃润滑油、液压油等，其主要为铵油炸药的瞬时燃烧提供燃料。用废矿物油品类作为高密度防潮铵油炸药的可燃剂，用废油品类代替部分柴油，节省了柴油，降低了生产炸药成本。
本发明第二方面提供了制备上述高密度防潮铵油炸药的方法，将乳胶基质、多孔硝酸铵颗粒和矿物油混合均匀，得到铵油炸药。
优选地，乳胶基质、多孔硝酸铵颗粒和矿物油按照质量比35-36.4：58-63：3.74-3.86进行混合。
在具体地制备过程中，乳胶基质、多孔硝酸铵颗粒和矿物油通过现场混装炸药车控制各自流量来完成混合过程。在前期，通过对车载炸药生产系统的校准，得到泵每转能够带出多少质量的物料，再按比例计算出要输出的质量通过炸药生产系统的侧螺旋将上述三者混合均匀。
优选地，采用无雷管感度的乳胶基质。
优选地，所述乳胶基质采用如下方法制备，向液态硝酸铵中依次添加入柠檬酸、硫脲和碳酸钠并不断搅拌，得到氧化剂溶液，所述柠檬酸、硫脲和碳酸钠的质量比为10-15：14-15：2而后按照氧化剂溶液与复合油相的质量比为92：8-93：7的比例，将氧化剂溶液与复合油相混合搅拌，形成初乳，而后将初乳搅拌得到乳胶基质。上述制备乳胶基质的方法得到的乳胶基质为无雷管感度。
本发明所提到的复合油相是本领域公知概念，(具体由组分实施例)具体是指：采用复合蜡和复合乳化剂技术将石油产品如石蜡、微晶蜡、燃料油、凡士林、浙青和矿物油的一种或几种进行调和并添加各种添加剂复配而成的油状物。其可以在乳化炸药的生产中直接使用，适用于各种类型的膏状乳化炸药生产。
优选地，氧化剂溶液的pH值3.8-4.0，析晶点为59-61℃，所述氧化剂溶液的温度为65-75℃。将氧化剂溶液的温度控制在65-75℃之间，能够保证氧化剂与复合油相进行正常反应，有利于生成乳胶基质。
优选地，氧化剂溶液与复合油相进行混合搅拌时，所述复合油相的温度为45-55℃，搅拌的转速为600－650转/分。在混合搅拌前对复合油相适当的加热，不会使生成的乳胶基质破乳，得到的乳胶基质储存时间较长，粘度满足生产高密度铵油炸药。
采用上述的技术方案，具有如下的技术效果：
本发明通过在铵油炸药中添加乳胶基质，使得制备出的高密度防潮铵油炸药密度达到1.2±0.1g/cm3，提高了炸药的密度，使炸药的爆破后作功能力提高，能够有效提高抛掷率，达到设计要求，爆堆均匀松散，沉降形状理想，减少了拉斗铲倒堆的后续工作量，大大提高了煤炭开采能力。同时，本发明制备得到的高密度防潮铵油炸药能够在炮孔底潮湿的环境中保存10天左右，对爆破效果毫无影响，解决了潮湿环境中延期装药一次爆破的难题。
本发明利用大型机械设备维修保养置换出来的废弃油，由于继续使用会减少机械寿命，直接排放会污染环境，利用废矿物油来生产高密度防潮铵油炸药，既能达到变废为宝，又能代替柴油高昂的价格，节约能源的同时避免了污染环境，有利于环境保护，符合绿色生产。
附图说明
图1：利用本发明方法制备得到的铵油炸药的外观图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容。
一、下述各例中采用以下方法检测：
1、铵油炸药密度的检测方法
(1)准备容积为1升的圆柱体不锈钢杯，杯子质量控制在1000克左右，上底开口，下底密封；一把不锈钢刮尺，一台最小克度为1克，最大克度为2000克的电子称，每次测量前称量空杯重量为m1；
(2)用圆柱体不锈钢杯从铵油炸药出口处接满成品铵油炸药(此铵油炸药大于杯子的容积)，在木制实验台上轻轻磕3至5下，使炸药尽快充满整个不锈钢杯；
(3)用不锈钢刮尺沿圆柱体不锈钢杯上从一侧向另一侧刮去，刮去多余的炸药，再称量炸药和空杯重量的总和，为m2；
铵油炸药密度的计算方法为：(单位为g/cm3)
ρ＝(m2－m1)÷1000
——m1为测量前空密度杯的重量，单位为克；
——m2接满铵油炸药时，铵油炸药和密度杯的总重量，单位为克。
2、防潮性的测试方法
(1)在爆破试验场内的炸药临时存储间内设置一个潮湿环境：用加湿器将存储间内的湿度持续控制在90％-100％之间，温度在15-25℃之间；
(2)将同批铵油炸药分成7份，每份5kg作为试样，无任何覆盖物地放置在潮湿的储存间；
(3)分别在1天，2天，3天，5天，7天，10天，15天对每个试样进行爆速检测；
(4)记录各时间段炸药爆速性能参数。
本发明中提到的检测乳胶基质、铵油炸药的方法均采用的是本领域的熟知技术，在此不再赘述。
二、下述各例中原料来源及仪器设备信息：
(1)多孔硝酸铵颗粒：山西天脊化工集团股份有限公司，纯度含量(干基)≧99.5％，吸油率≥8％；
(2)废弃的矿物油：神华准格尔能源有限责任公司设备维修中心卡车保养置换出的废弃齿轮油，液压油，废机油等；
(3)柠檬酸：潍坊英轩实业有限公司生产的一水柠檬酸(食品添加剂)(干粉)
(4)硫脲：山东潍坊青州市光大化工有限公司生产的工业硫脲(干粉)；
(5)碳酸钠：天津渤化永利化工股份有限公司生产的红三角牌工业纯碱，批号：L0072(干粉)；
(6)乳胶基质：含水量在20-22％；温度为60～70℃时的粘度为2.0-3.5万厘泊，无雷管感度；
(7)复合油相：澳大利亚，澳瑞凯公司；北京北矿亿博科技有限责任公司。
实施例1
(1)制备无雷管感度乳胶基质
将液态硝酸铵30.5吨(浓度为88％－92％、温度为110－130℃、pH值5.5－6.5)输送到液铵溶液配制罐，加入软化水3.8吨，依次添加柠檬酸10.5kg、硫脲14kg、碳酸钠2kg，添加间隔为十分钟，不断搅拌后得到氧化剂溶液34.4吨；上述氧化剂溶液的pH值为3.9、析晶点为60℃、温度为72℃；
将配好氧化剂溶液以184kg/min和温度为46℃的由北京北矿亿博科技有限公司生产的复合油相按照质量比为92：8的比例混合，并以16kg/min的速度连续输入到乳化搅拌罐内搅拌，搅拌的转速为600－650转/分，形成初乳，经螺杆泵泵送通过静态乳化器生产出无雷管感度的乳胶基质37.4吨。经检测，制备得到的乳胶基质密度为1.38g/cm3。
(2)制备高密度防潮铵油炸药
现场混装炸药车将9.5吨多孔硝酸铵颗粒、0.6吨废弃柴油和5.5吨上述步骤1)中制备的乳胶基质以下述的进料速度装入独立的料箱内，将原料在车载制药系统中混合，制备得到高密度铵油炸药；多孔硝酸铵颗粒的进料速度为226.88kg/min，废弃柴油的进料速度为14.25kg/min，乳胶基质的进料速度为133.87kg/min。
经检测，得到的铵油炸药的密度为1.19g/cm3。
在温度为21℃，湿度在96％的环境中，对得到高密度铵油炸药的防潮性进行检测：储存期为1-7天的炸药能够有效防潮，炸药的爆速为2800m/s，炸药爆炸效果良好，防潮性能较好；储存期为8-10天的炸药已受潮湿影响，炸药的爆速下降为2300m/s，炸药爆炸效果差；储存期为15天以上的炸药因失去爆炸能力，而发生了拒爆现象。
实施例2
(1)制备无雷管感度乳胶基质
将液态硝酸铵32.5吨(浓度为88％－92％、温度为110－130℃、pH值5.5－6.5)输送到液铵溶液配制罐，加入软化水4.8吨，依次添加柠檬酸11.5kg、硫脲14.5kg、碳酸钠3kg，添加间隔为十分钟，不断减半后得到氧化剂溶液37.3吨；上述氧化剂溶液的pH值为3.9、析晶点为61℃、温度74℃；
将配好氧化剂溶液以184kg/min和温度为48℃的复合油相按照质量比为92：8的比例混合，并以16kg/min的速度连续输入到乳化搅拌罐内搅拌，搅拌的转速为600－650转/分，形成初乳，经螺杆泵泵送通过静态乳化器生产出无雷管感度的乳胶基质40.5吨。经检测，制备得到的乳胶基质密度为1.39g/cm3。
(2)制备高密度防潮铵油炸药
现场混装炸药车将9.6吨多孔硝酸铵颗粒、0.3吨废弃柴油、0.3吨废弃机油和5.6吨步骤(1)中制备的乳胶基质分别装入独立的料箱内，将原料在车载制药系统中混合，制备得到高密度铵油炸药；多孔硝酸铵颗粒的进料速度为226.88kg/min，废弃柴油与机油的进料速度为14.25kg/min，乳胶基质的进料速度为133.87kg/min。
经检测，得到铵油炸药密度为1.20g/cm3。
在温度为18℃，湿度在96％的环境中，对得到高密度铵油炸药的防潮性进行检测：储存期为1-7天的炸药能够有效防潮，炸药的爆速为3100m/s，炸药爆炸效果良好，防潮性能较好；储存期为10-12天的炸药已受潮湿影响，炸药的爆速下降为2300m/s，炸药爆炸效果十分差；储存期为15天以上的炸药因失去爆炸能力，而发生了拒爆现象。
实施例3
(1)制备无雷管感度乳胶基质
将液态硝酸铵32.5吨(浓度为88％－92％、温度为110－130℃、pH值5.5－6.5)输送到液铵溶液配制罐，加入软化水3.6吨，依次添加柠檬酸11.5kg、硫脲14.5kg、碳酸钠3kg，添加间隔为十分钟，不断减半后得到氧化剂溶液36.1吨；上述氧化剂溶液的pH值为3.9、析晶点为61℃、温度74℃；
将配好氧化剂溶液以184kg/min和温度为48℃的复合油相按照质量比为92：8的比例混合，并以16kg/min的速度连续输入到乳化搅拌罐内搅拌，搅拌的转速为600－650转/分，形成初乳，经螺杆泵泵送通过静态乳化器生产出无雷管感度的乳胶基质39.2吨。经检测，制备得到的乳胶基质密度为1.40g/cm3。
(2)制备高密度防潮铵油炸药
现场混装炸药车将10吨多孔硝酸铵颗粒、0.8吨废弃柴油和5.5吨上述步骤1)中制备的乳胶基质以下述的进料速度装入独立的料箱内，将原料在车载制药系统中混合，制备得到高密度铵油炸药；多孔硝酸铵颗粒的进料速度为226.88kg/min，废弃柴油的进料速度为14.25kg/min，乳胶基质的进料速度为133.87kg/min。
经检测，得到的铵油炸药密度为1.21g/cm3。
在温度为24℃，湿度在100％的环境中，对得到高密度铵油炸药的防潮性进行检测：储存期为1-7天的炸药能够有效防潮，炸药的爆速为3500m/s，炸药爆炸效果良好，防潮性能较好；储存期为10-12天的炸药已受潮湿影响，炸药的爆速下降为2300m/s，炸药爆炸效果十分差；储存期为15天以上的炸药因失去爆炸能力，而发生了拒爆现象。
利用本发明方法制备得到的铵油炸药的密度在1.19-1.21g/cm3；同时，相较于现有技术中的铵油炸药在2小时之内爆破效果良好，2-4小时爆炸效果减弱，4小时后失去爆破能力而言，本发明得到的铵油炸药在7天之内爆破效果良好，爆速能够达到2800-3500m/s，爆破做功能力高，大大地降低了综合采煤过程中的成本。
Claims (10)
1.一种高密度防潮铵油炸药，其特征在于：所述铵油炸药由多孔硝酸铵颗粒、矿物油和乳胶基质组成，添加的所述乳胶基质在所述铵油炸药中的重量百分数为35-36.4％，所述乳胶基质的密度为1.38-1.40g/cm3。
2.根据权利要求1所述的高密度防潮铵油炸药，其特征在于：所述乳胶基质的含水量为20-22％，所述乳胶基质在温度为60-70℃时的粘度为2-2.4万厘泊。
3.根据权利要求2所述的高密度防潮铵油炸药，其特征在于：所述多孔硝酸铵颗粒在所述铵油炸药中的重量百分数为58-63％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的高密度防潮铵油炸药，其特征在于：所述多孔硝酸铵颗粒的松密度为0.76-0.83g/cm3，吸油率≥7％，多孔硝酸铵颗粒的直径为0.5-2.5mm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的高密度防潮铵油炸药，其特征在于：所述矿物油为废弃的矿物油，所述废弃的矿物油为废机油、废润滑油、废液压油中一种或多种的混合液。
6.权利要求1-5任一项所述的高密度防潮铵油炸药的制备方法，其特征在于：将乳胶基质、多孔硝酸铵颗粒和矿物油混合均匀，得到铵油炸药。
7.根据权利要求6所述的高密度防潮铵油炸药的制备方法，其特征在于：所述乳胶基质、多孔硝酸铵颗粒与矿物油的质量比为35-36.4:58-63：3.74-3.86。
8.根据权利要求6所述的高密度防潮铵油炸药的制备方法，其特征在于：采用无雷管感度的乳胶基质。
9.根据权利要求7所述的高密度防潮铵油炸药的制备方法，其特征在于：所述乳胶基质采用如下方法制备，向液态硝酸铵中依次添加入柠檬酸、硫脲和碳酸钠并不断搅拌，得到氧化剂溶液，所述液态硝酸铵与所述氧化剂溶液的质量比为0.87-0.90，所述柠檬酸、硫脲和碳酸钠的质量比为10-15：14-15：2而后按照氧化剂溶液与复合油相的质量比为92：8-93：7的比例，将氧化剂溶液与复合油相混合搅拌，形成初乳，而后将初乳搅拌得到乳胶基质。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述氧化剂溶液与复合油相进行混合搅拌时，所述复合油相的温度为45-55℃，搅拌的转速为600－650转/分，所述氧化剂溶液的pH值3.8-4.0，析晶点为59-61℃，所述氧化剂溶液的温度为65-75℃。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN110183294A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-08-30 | 抚顺隆烨化工南杂木有限公司 | 一种长保质期的多孔粒铵油炸药配方 |
| CN114907175A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-08-16 | 北方爆破科技有限公司 | 一种全废机油型铵油炸药及其制备方法 |
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