第73卷第3期韦苕金属(矿山部分)2021年5月Doi：10.3969/j.issn.1671-4172.2021.03.020
地下现场混装乳化炸药技术装备在西藏的应用
田丰"，黄麟田惺哲1，2，张纪东1，2，袁永生1,2
(1.矿冶科技集团有限公司，北京100160；
2.北京北矿亿博科技有限责任公司，北京100160)
摘要：高海拔环境对地下采矿工程机械以及乳化炸药爆速性能会产生严重影响。介绍了BCJ-4I高原型地下乳化炸药混装车，对比不同海拔高度下现场混装乳化炸药的爆速性能，针对高海拔条件在混装车研发设计方面采取了功率补偿、换热补偿等一系列技术措施。该高原型混装车在海拔4490m的西藏甲玛铜矿进行了应用推广，可为同类高海拔地下炸药混装车的研发提供工程经验。
关键词：高海拔；乳化炸药；现场混装
中图分类号:TD235.44文献标志码：A文章编号：1671-4172(2021)03-0129-04
Application of underground on-site mixing emulsion explosive
technology and equipment in Tibet
TIAN Feng1'2,HUANG Lin1'2,TIAN Xingzhe1'2,ZHANG Jidong1'2,YUAN Yongsheng1'2
(1.BGRIMM Technology Group,Beijing100160,China；
2.BGRIMM Explosive&Blasting Technology Co., Ltd.,Beijing100160,China)
Abstract:High altitude environment will have a rious impact on the underground mining engineering machinery and the explosion performance of emulsion explosives.This paper introduced a BCJ-4I high-altitude underground on-site mixing emulsion explosive charging vehicle,compared the detonation speed performance of onsite mixed and packaged emulsion explosive at different altitudes«and adopted compensation measures of power and heat transfer for high altitude.The application effect of the explosive charging vehicle in Tibet Jiama copper mine at an altitude of4490m can provide engineering experience for the rearch and design of other high-altitude underground explosive charging vehicle.
二战时期Key words:high altitude；emulsion explosive；on-site mixing
我国西部省份的地下金属矿山常位于高海拔地区，随着海拔高度升高，大气压力和空气含氧量下降，
对地下采矿装备提出一系列特殊要求。同时，采用化学敏化的包装型乳化炸药，随海拔高度增加，炸药的爆速性能呈下降趋势，海拔高度对炸药性能有明显影响B。
为了实现高海拔地下矿自动化爆破装药，减轻高原缺氧环境下井工爆破的劳动强度，提高装药效率、改善爆破效果，矿冶科技集团、北京北矿亿博公司基于高海拔工程机械技术特点炉口，在现场混装乳
基金项目："十三五”国家重点研发计划项目(2018YFC0604402)
作者简介：田丰(1982-)，男，高级工程师，硕士研究生，采矿工程专业，研究方向为民用爆破器材。化炸药高海拔性能特点研究基础上，研发了BCJ-4I 高原型地下矿用乳化炸药混装车，并在海拔4490m 的西藏甲玛铜矿进行了应用推广，取得了良好的工程效果。
1地下炸药混装车
地下乳化炸药混装车由较接式矿用底盘、乳化炸药储存和输送系统、工作臂与送管器辅助系统、输药管自动卷筒、液压及电气控制系统等部分组成，如图1所示。
物料储存系统分别装载混装炸药半成品，即乳化基质和敏化剂，在爆破现场经过输药管末端安装的静态混合器进行静压力掺混，随后以喷射形式装
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图1高原型地下矿混装车(单位：mm)
Fig.1The high-altitude underground explosive
charging vehicle(unit:mm)
入炮孔，装药速率30~50kg/min o
工作臂与自动送管器是辅助装药设备，工作臂具备水平100。回转、垂直俯仰、伸缩等功能，水平作业半径6.3m、垂宜作业高度6m，在工作臂末端、送管器底部还有两个360°回转机构，可以使送管器出口对准巷道内任意位置、任意角度炮孔。
送管器将输药软管自动送入炮孔内，送管速度为12〜15m/min，并在送管过程中自动测量送入炮孔中的输药长度；退管时，基于PID控制的控制系统根据流量计计量的装药速率自动调节送管器的退管速度，从而控制装药密度。输药管外径30mm，管长50m，送管器可实现上向40m深孔自动送管。
装药混装车行走机构采用铉接式矿用底盘，以
柴油内燃机为动力，整车转弯半径3720mm（内）/ 5870mm（外），具有良好的井下巷道通过性。装药过程则采用外接电源作为动力，利用车载配电系统分别为液压系统、控制系统及辅助照明提供电源。
2高海拔混装炸药爆速特点
有学者研究表明E，包装型乳化炸药的爆速随
着海拔高度上升出现先增大后减小的趋势，如图2所示。通过电镜扫描分析得知，乳化炸药中起爆炸“热点”作用的微气泡随着外界气压的降低而迅速逃逸，导致爆炸反应中心点减少，因此爆速性能下降。
Fig.2The detonation speed of emulsion explosives
at different altitudes
游月陂
通过试验，对不同海拔高度下的现场混装乳化炸药进行了测试。如表1所示，将相同配方的混装乳化炸药分别在不同海拔高度的金属矿山进行实地爆速测试。结果表明：现场混装乳化炸药与包装型乳化炸药不同，随着海拔高度上升，其爆速衰减现象并不明显。
表1不同海拔高度混装乳化炸药爆速
Table1The detonation speed of on-site mixing emulsion explosives at different altitudes 测试地点海拔高度/m爆速1/(m•s-1)爆速2/(m•s-1)平均值/(m•s1)河北杏山铁矿50462347344678
甘肃镜铁山铁矿2650463246504641
西藏甲玛铜矿4490454551284836
分析其原因，现场混装乳化炸药与包装型乳化炸药虽然都采用化学敏化法，但混装炸药现场敏化发泡时间短，根据矿山生产组织，装药后约1〜2h 即连线起爆，大气压力变化未对敏化气泡“逃逸”产生明显作用；包装型乳化炸药在装药生产线上生产，整体暴露在大气环境中，受大气压力影响较大，而现场混装乳化炸药是在进入炮孔（测试用PVC管）后才开始进行发泡反应，仅有孔口部分与大气接触，受
第3期田丰等：地下现场混装乳化炸药技术装备在西藏的应用131
大气压力影响较小。
从井下实际爆破效果来看，不同海拔高度下混装乳化炸药的性能差异不大，影响井下爆破效果的主要是爆破设计和装药量。
3混装车高海拔应用特点
现场混装炸药在高海拔环境下的性能影响不明显，但混装炸药车在高原缺氧环境下出现一些特殊现象，为混装炸药车的研发制造提供了工程经验。
1）发动机实际输出功率下降
随着海拔高度上升，空气密度与含氧量下降，喷入发动机气缸的燃油没有足够氧气进行充分燃烧。因此造成功率下降，海拔每升高1000m下降功率约为10%阂。发动机选型时应根据所在高度进行功率补偿，优先选用燃油系统经过优化的发动机型，特别在海拔3000m以上应选用高海拔调校型发动机。
改进发动机进气系统也是适应高原缺氧环境的必要措施之一。炸药混装车长期在空气稀薄、粉尘大、通风条件差的地下矿作业，应采用大直径空滤器以增大发动机进气量，减少过滤器堵塞，减少发动机非正常磨损。
此外，青藏高原水的沸点可低至70〜80°C，水冷型发动机应注意防止冷却液蒸发和沸腾外溢，注意增大水箱盖蒸汽阀弹簧压力并加强冷却系统密封性。在日常保养中增加冷却液添加频率，缩短冷却液箱清理周期以及冷却液、密封件更换周期。
2）电动机实际输出功率下降
为减少尾气排放对井下人员健康影响，地下矿用工程机械大多采用外接电源，即电机驱动液压系统进而驱动钻孔、铲装和装药等设备。高海拔地区电气设备必须根据作业点海拔高度选择适当的高原型电机。
高海拔地区大气压力与空气密度降低，对电机产生的主要影响有:（1）外绝缘强度和耐击穿电压降低，需增大电机的电气间隙防止击穿；（2）空气冷却效应降低，需增强升温等级；（3）由于线圈导磁能力降低，实际功率有所降低。
高海拔工程机械在电机订购时，必须向电机厂家明确告知使用海拔和使用环境温度，由电机厂家计算功率补偿和绝缘温升需求，不能简单换用大功率电机。
3）加强电气系统防潮密封
由于高海拔地区空气稀薄、自然散热效率降低，电气设备在运行过程中升温较快，设备断电后由于高
原井下环境温度较低，在快速冷却过程中极易形成冷凝水流入线路，在下一次通电时造成短路。地下炸药混装车应特别重视电气系统防潮密封。
消防培训温差造成的冷凝水短路通常发生在设备检修过程中，特别是地下嗣室内进行设备检修。由于地下嗣室内环境湿度较高，长时间通电检修后，应注意在配电柜、控制柜内放置干燥剂。股权合作协议
此外，由于高海拔地区室外紫外线强烈、空气干燥，使橡胶、毛毡等材质的电器柜密封条、密封胶等老化加速，应加强气密性检查，及时更换失效密封件。
4）冷却换热补偿桔子怎么读
随着海拔高度上升，空气密度与大气压力下降，对电器和液压系统的冷却散热产生影响。地下混装车液压控制系统、配电系统电源开关等设备均采用风冷式散热。在工程上，可参考温升修正系数（表2）虹z）对海拔高度进行当量温度补偿，从而对冷却器选型进行简化估算⑷。
表2高海拔温升修正系数表
Table2The coefficient for temperature correction
for high-altitude
海拔z/m轴流风扇自然对流
梦见自己头发白了0 1.00 1.00
1500 1.16 1.10
3000 1.35 1.21
4500 1.58 1.33
6000 1.86 1.48
以液压系统的风冷却器为例，通常采用换热功率法选型。查询冷却器选型手册，根据液压系统排量和对应海拔温升修正系数，将高海拔换热功率折算为低海拔当量换热功率，并增加10%安全余量。4装药爆破效果
中国黄金集团甲玛铜矿位于西藏自治区墨竹工卡县，矿区平均海拔4780m，最低处海拔4000m，最高处海拔5360m，空气含氧量仅为低海拔平原地区的40%〜60%。甲玛铜矿采用中深孔分段崩落分层矿房嗣后充填采矿法，上向孔最大孔深25~30m。此前一-直采用人工压气式装药，装填粉状改性钱油炸药。
BCJ-4I高原型地下矿乳化炸药混装车在甲玛铜矿进行了井下装药爆破应用（图3），先后在4420水平、4440水平、4490水平累计装药30余t。
1）实现遥控自动化装药、劳动强度显著降低
多自由度机械臂、送管器等自动化装药辅助设备实现了高海拔金属矿井下自动化装药，替代了以往多人、高强度手工送管装药的落后模式，显著降低了劳动强度，爆破现场作业人员由过去的6〜8人减少为3〜5人。
132常苞金爲(矿山部分〉第73卷
图3BCJ-4I高原型混装车在西藏甲玛铜矿井下装药Fig.3The BCJ-4I chaining vehicle working in the Tibet Jiama
copper mine
混装乳化炸药耦合自动化装药，解决了粉状炸药返粉率高以及装药密度低、安全性差、环境污染等一系列问题，有利于井下爆破安全生产。
2)爆破效果显著改善
与以往钱油炸药人工装药相比，使用现场混装乳化炸药自动化装药虽然炸药单耗上升了约15%，但爆后大块率显著下降，矿石块度均匀性较好，利于铲运出矿。个别采场顶部区域甚至发生超挖现象，在矿体较破碎的采场实施装药爆破后，发生后两排相邻炮孔被振坏的现象。反映出现场混装炸药性能较好，爆破设计参数需要根据炸药性能相应调整，钻孔与炸药成本也有望进一步降低。现场爆破效果见图4。
图4现场燥破效果
Fig.4The blasting effect
3)能够满足高海拔特殊工况要求
混装车底盘动力系统功率在1月份的冬季依然比较充沛，从乳化基质倒装区至4490坑口连续上坡转弯、海拔上升590m，平均行驶速度为3.8km/h，且没有发生高海拔地区常见的工程机械冬季发动机启动难问题。
在装药寻孔送管过程中，混装车液压动力系统能提供稳定压力确保工作臂各关节运动平稳、准确，送管器能有效克服输药软管与孔壁间的摩擦阻力，实现垂直上向30m深孔稳定送管。在装药过程中，系统可提供稳定流量确保装药系统、输药管卷筒、自动送管器在比例联动状态下，实现40〜50kg/min自动装药与调速收退管。
5经验与总结
言情肉肉1)现场混装乳化炸药爆速性能受海拔高度、气压变化影响较小。但对于习惯使用包装型乳化炸药的高海拔地下矿山，应根据炸药性能变化及时调整爆破设计。
车补2)由于高原地区空气稀薄、含氧量低，对底盘发动机、电动机、冷却换热系统的实际功率有明显影响，压力阀设定值等与沸点相关的设置应相应调整，并做好井下低温环境下电气设备防凝水短路。
3)通过连续井下装药生产证明，地下混装炸药车机械臂自动寻孔、上向深孔自动送管装药，显著减少人员劳动强度和现场岗位定员。此外，还要充分考虑减少维修保养时的劳动强度，做到易损件易于拆解更换，不在狭小密闭空间内对设备检修。
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