在隧道爆破中机械化装填重铵油炸药的应用前景(2000.02)

我国隧道爆破技术近年来已有较大发展，现已全面推广使用了非电导爆管雷管、抗水乳化炸药或水胶炸药等新技术产品，使隧道爆破安全性有很大提高，如秦岭隧道爆破施工创造了18．5 km长大隧道施工无爆破伤亡事故的优良成绩。我国隧道爆破技术与国外相比，在理论和设计方面并不落后，但机械化施工水平低，装药技术落后，爆破效率较低。在欧美先进国家，隧道爆破中有两种装药机械，一种是喷装铵油炸药的装药机，适合于无水炮孔的装药；另一种是喷装乳化炸药卷或泵送浆状炸药的装药机，适合于渗水炮孔的装药。无论哪种装药机，都使炮孔装药密度和炮孔装药饱满度增高，从而增大了延米炮孔利用率，爆破效率提高，爆破工序时程缩短。重铵油炸药有一定防水性，且价格便宜，具有广泛的应用前景。为赶超国外先进技术，本文提出了研制重铵油炸药装药机在隧道爆破中应用的设想。

隧道爆破炮眼装药有其自身的特殊性，在考虑机械化装药时必须重视以下4点：

①隧道爆破要求爆碴块度不能过大，受装碴设备限制，一般块径不能大于70?90 cm，同时因炮孔孔径较小(一般炮眼直径为38～48 mm)，所以隧道爆破钻孔间距也较小。并且因受隧道断面限制，一次循环进尺基本在5 m以内，故炮眼深度通常不超过5 m。这种小而浅的炮眼会影响机械装药效率，吹填返药率较高。

②隧道爆破的炮孔都为水平向，甚至拱顶周边为水平上斜孔，这使得装药机不可能借助重力使炸药流入孔内，而必须有较大推力将炸药送入孔底，保证送入炸药不会再流出。

③隧道中钻凿炮眼时都是用高压水冲出碎碴，所以钻孔内常有积水，而且当钻孔穿过节理、裂隙，常会遇到炮眼内渗水甚至流水现象，这就要求所装炸药至少在短时间内有良好的抗水性，而抗水炸药都有较大粘性，粘性炸药的输送较为困难，这给装药设备提出了更高要求。

④隧道内断面净空有限，要求装药机械设备不能过于庞大，机械装置尽可能简便。

由于隧道掌子面上不同位置的炮孔有不同的爆破目的，所以并非所有炮眼装药要求都相同。如掏槽眼、底板眼要求装药密度高，有较高的爆炸威力；扩槽眼的装药密度可以稍低；周边眼须作光面爆破，应装低密度炸药。因此要求装药设备能自动调节装药密度。另外隧道爆破中炮眼深度不大，所以装药后一定要在炮孔口堵塞炮泥，以提高爆破效率。

我国炸药工业经过长期的发展，现已能生产多种安全、可靠的工业炸药，几乎能满足各种工程爆破的要求。通常将民用工业炸药分为：高威力炸药和爆破剂两种。

高威力炸药常用的有胶质炸药(国外称Dynamite)、水胶炸药或浆状炸药(Watergel，SlurTy)、乳化炸药(Emulsion)，以及粉状铵梯炸药，这类炸药可用8号雷管直接起爆。胶质炸药因其感度高、危险性大，已较少使用；水胶炸药和乳化炸药抗水性好，威力大，使用较广，但因其粘性或流塑性，其成品不便机械装填，国外通常由混装车直接配置，并在半成品阶段呈流塑状态时很快泵送人炮孔内，然后炸药在炮孔内胶结、冷却、成形，其装药机械设备较复杂、昂贵。粉状铵梯炸药因其抗水性差、炮烟毒气重，在隧道内已限制使用。

爆破剂在非约束条件下不能被8号雷管引爆，必须用起爆药柱或起爆弹才能引爆。铵油炸药(ANFO)是一种广泛应用的爆破剂，它价格便宜，加工简单，呈颗粒状，方便机械喷装。国外开发的多种隧道爆破装药器或装药车大多数用来喷装铵油炸药。铵油炸药机械化喷装过程中，还可通过调节喷射压力来改变炮眼内装药密度(密度变化从900kg／m³至1 200 kg／m³。)，另外在周边眼装药时，可用机械装置加入适量的粒状膨胀聚苯乙烯，使炸药密度降低，生成一种低威力混合炸药，适合周边眼光面爆破，因此铵油炸药机械化喷装完全可以满足隧道爆破的不同装药要求。尽管铵油炸药经济、易装填，但其抗水性差，遇水容易溶解失效。

为了克服铵油炸药抗水性差的缺点，国内外正在大力推广使用重铵油炸药(Emulan)，它是铵油炸药与乳化炸药混合的复合产品，在混合过程中铵油炸药的颗粒间隙被抗水性较好的乳化炸充满，从而使铵油颗粒与水隔开，因此重铵油炸药有更好的抗水性。另外，由于铵油炸药的空隙间充满了乳化炸药，其密度大大提高，内能明显增加，因此装填重铵油炸药时，最小抵抗线和炮孔间距可增大20％。从这个意义上讲，重铵油炸药比铵油炸药更为经济、有效。所以重铵油炸药取代铵油炸药势在必行，它将成为世界民用工业炸药的主流，然而重铵油炸药要在隧道中推广使用必须依靠专用的机械装药设备才能实现。

通过以上炸药工业现状和隧道爆破中装药特点和要求的分析，在选择隧道爆破中机械化装药的炸药类型时，应遵循以下原则：

①炸药必须适合喷装要求，返药率低。而泵送的流塑性炸药不适合水平向炮眼的装填，流塑性炸药容易从水平孔中流出。

③炸药能通过改变喷装压力或加入惰性材料混合喷装来调整装填密度，从而满足不同的爆破要求。

根据以上几条原则，重铵油炸药为首选的炸药类型。它既经济、易加工，原料来源广，又能抗水，其抗水性可通过调整乳化炸药的配比，满足不同抗水要求，还可通过添加膨胀聚苯乙烯颗粒来降低炸药密度和威力，满足周边眼光面爆破的要求。重铵油炸药基本呈颗粒状，适合喷装工艺，而其他防水性炸药呈流塑性、糊状，主要适合泵送法机械装药，在水平向炮孔内装填比较困难，也不方便调整装药密度，使得周边炮孔仍需手工装填专用光爆炸药，不能完全实现隧道爆破自动装药的目的。因此若能研制开发新型专用机械设备，将重铵油炸药方便地装入炮眼，必将对隧道爆破技术的发展起到极其重要的推动作用。

调节重铵油炸药中乳胶基质和铵油炸药的不同掺合比将得到重铵油炸药的不同性质，其性能参数见下表。

项目	组分重量比例
乳胶基质(．)6) ANFO(％)	O lO 20 30 40 50 60 70 80 90 100 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
密度(kg／m3)	850 1 000 1 100 l 220 l 310 1 420 l 370 l 350 1 320 l 310 l 300
爆速(1n／8) 药包直径127 mm	3 800 3 800 3 800 3 900 4 200 4 500 4 700 5 000 5 200 5 500C’ 5 600
膨胀功(J／g)	3 802 3 756 3 710 3 668 3 609 3 542 3 450 3 366 3 282 3 215 3 661
相对重量威力	100 99 98 96 95 93 91 89 86 85 83
相对体积威力	100 116 127 138 146 155 147 141 133 13l 127
抗水性	无同一天内可起爆在无约束包装下，可保持3 d起爆无包装保持3 d

目前散装炸药的喷装设备主要采用风动力吹送，风动装药设备从工作原理上分为压人式和虹吸式。压人式是通过给密闭药桶内的散装炸药施加气压，使炸药沿输药软管压入炮眼，压入式装药器非常适合颗粒状铵油炸药的喷装；虹吸式是通过药桶下部开口处的高速气流形成负压，将炸药吸入输送软管并吹进炮眼，虹吸式一般用于粉状炸药喷装。最近铁科院已成功地试制了新型装药器，试验证明新型装药器可装填有一定粘性的重铵油炸药。当输药管内径为25 mm时，可装入低配比乳胶基质的重铵油炸药(乳胶基质≤20％)；当输药管内径为35 mm时，可装入较高配比乳胶基质的重铵油炸药(乳胶基质≤35％)。

我国机械化装药技术与国外相比差距较远，发展我国机械化装药技术全部依靠进口是行不通的，必须充分吸收国外先进经验，尽快研制适合中国国情的自动装药设备，下面提出几点设想供大家参考。

①当前世界先进国家正在大力推进重铵油炸药的开发应用，国外正在积极发展重铵油炸药装药设备。因此发展国产装药设备应有高起点，一开始就要瞄准世界最新发展动向，应把研制方便装填重铵油炸药的机械设备作为主攻方向。这样才能使我国隧道爆破机械化装药技术追赶上世界先进水平，并使我国隧道爆破技术跃上新台阶。

②当前我国机械工业整体水平还比较落后，劳动力成本相对较低，因此我们的装药设备暂时不必追求高度自动化，这样会大大增加设备购制成本和维修保养费用。现在迫切需要一些轻便、易操作的装药设备，首先在保证安全的条件下，使重铵油炸药方便快速地装入炮眼，这是发展我国隧道爆破机械化装药技术的首要任务。

③待装药器关键技术成熟后，逐步完善配套有多种辅助功能的装药车。比如使装药车兼有炸药拌制功能、自动装入雷管和起爆体功能、自动堵封炮泥功能等等，并在装药车上装有多自由度机械臂及遥控装置，以改善操作人员的环境条件和安全性。