《工业炸药生产技术》-第八章

第八章粉状乳化炸药、煤矿许用乳化炸药第一节粉状乳化炸药第二节煤矿许用乳化炸药返回第一节粉状乳化炸药一、粉状乳化炸药的特点和组分１.粉状乳化炸药的特点粉状乳化炸药（ＰｏｗｄｅｒｙＥｍｕｌｓｉｏｎＥｘｐｌｏｓｉｖｅｓ，ＰＥＥ），是２０世纪８０年代开始发展起来的一种新型粉状工业炸药，它是以较低含水量的氧化剂溶液或熔融的氧化剂微细液滴为分散相，特定的碳质燃料与乳化剂组成的油相溶液为连续相，在一定工艺条件下通过强力剪切形成油包水型乳胶基质，通过喷雾制粉、旋转闪蒸或冷却固化后粉碎等方法制成的一种粉状硝铵炸药。下一页返回第一节粉状乳化炸药它突破了传统的乳化炸药的药体概念，其最终产品的外观不再是乳胶状，而是极薄油膜包覆的硝酸铵等氧化剂盐结晶的粉末状固体。兼有乳化炸药及粉状铵梯炸药的优点，同时组分中不含猛炸药，又具有无须气泡敏化，现场使用、装药方便，爆炸性能优良和储存性能稳定的优点。粉状乳化炸药是含水工业炸药家庭中的一员，其实质是乳化炸药。从外观上看乳化炸药有脂膏形态及固态，而固态中又可分为块状、粒状和粉状。因而，粉状乳化炸药具有以下几个特点：（１）属于含水工业炸药类。（２）其显微结构仍具有油包水型乳化炸药的结构特征。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药（３）由于乳化体系中氧化剂与可燃物具有高度的均匀性和紧密接触，粉状乳化炸药的原材料组分中虽然不含爆炸物作敏化剂，但其爆炸性能优良。（４）粉状乳化炸药具有较好的抗水性能和储存稳定性。（５）其生产线既可以生产普通乳化炸药，又可以生产粉状乳化炸药，且生产不受季节影响。２.粉状乳化炸药的组分及其作用在粉状乳化炸药的组分中既有形成乳胶基质的连续相和分散相的物质，还可能有促进固化结晶的物质。１）氧化剂上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药一般来说，它的分散相是由水和无机氧化剂盐类组成的，凡是能在爆炸环境下以较高的速率释放出足够量的氧的氧化剂均可满足这些要求。这些氧化剂包括：铵和碱金属及碱土金属的硝酸盐、氯酸盐和高氯酸盐等。在选择氧化剂相的组成时，要考虑其水溶液的晶析点。一方面，水溶液的晶析点高有利于氧化剂相的结晶，因为晶析点越高，由乳化温度降至晶析点所需的时间越短，变相所需时间也就越短、速度越快；另一方面，在制备乳胶基质时，晶析点高水相溶化所需时间长，从这个角度看晶析点应不宜太高，因此，晶析点要选择适当，不能顾此失彼。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药生产实践表明，不同厂家生产的硝酸铵因纯度、添加剂、水分、ｐＨ等有差异，从而造成硝酸铵晶型变化、晶变速度和晶析点不同，影响粉状乳化炸药氧化剂盐的结晶状态和乳胶基质的质量。因此，使用不同厂家的硝酸铵生产出的粉状乳化炸药在流散性、药卷密度和质量等方面存在差异。２）水常规乳化炸药要求其氧化剂相在冷却使用条件下不结晶或少结晶，因而氧化剂相中需要含有一定量的水以降低氧化剂相的溶解温度并有利于乳化，含水量一般为８％～１５％，有时甚至高达２０％。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药粉状乳化炸药则由于其终态为固态，反而要求氧化剂相结晶和固化，因此其含水量远低于常规乳化炸药，一般应低于炸药总质量的５％，甚至可以完全不含水。低的含水量不仅使氧化剂相的晶析点提高，有利于结晶和固化，而且还会使炸药少损失因在爆炸时水分的汽化而吸收的那部分能量，有利于粉状乳化炸药的起爆和提高爆炸威力。值得注意的是，水含量的减少在一定范围内会使炸药的变相速度加快，但太少会带来乳化时间长、乳化困难、乳化效果不好等不利因素，因此有一个最佳水含量，表８－１给出水含量对变相速度的影响。３）油相材料上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药油相材料和乳化剂一起构成粉状乳化炸药乳胶基质的连续相，为炸药提供可燃剂和敏化剂。一般来说，连续相的质量占炸药总质量的５％～１５％，最佳含量为８％～１０％，这种质量比例应主要受氧平衡的制约。这种连续相通常包括：柴油、石蜡油、石蜡、微晶蜡、蜂蜡、棕榈蜡、乳化剂等，必要时还可以加入一种或两种高分子聚合物，如聚异丁烯、聚乙烯、酚醛乙烯酯等。为了有利于乳化，油相材料在加热升温至一定温度时应形成流动性极好的流体，以保证氧化剂相能在乳化剂的作用下搅拌剪切形成高质量的乳胶，使氧化剂相与燃料相充分接触。乳胶基质经适当冷却后应迅速固化并较完整地将氧化剂相微晶粒子包裹其中，从而得到成品炸药。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药固化的油膜还应具有一定的抗拉强度，以阻止氧化剂相微晶粒突破油膜阻挡层连接成片（晶粒聚集）。因此，油相材料不仅在常温下要呈固态并具有一定的韧性，而且在加热升温时要容易形成黏度小的流体，冷却固化时也具有一定的流动性，以使油膜具有一定的自我修复能力，从而弥补氧化剂相微晶颗粒可能对油膜所产生的破坏作用。实践表明，油相材料中的微晶蜡、松香对于炸药在常温下的成型具有重要的作用，使用不当时容易出现药卷萎缩、药粉破乳等现象。因此，在生产过程中微晶蜡和松香使用稳定后，不宜轻易更换微晶蜡和松香的生产厂家。４）乳化剂上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药乳化剂对于形成优良的乳胶基质，尤其是在加入成粉剂或成核剂后仍能保证乳胶基质的高质量是必不可少的。与常规乳化炸药相比，粉状乳化炸药的油相与氧化剂的熔点均较高，所采用的乳化剂应具有良好的耐高温性能，以利于与油相材料一起构成包裹于氧化剂相微晶粒外并在常温下呈固态的高强度极薄油膜。通常选用高分子乳化剂或混合乳化剂作为粉状乳化炸药的乳化剂，如单聚异丁烯丁二酰亚胺、双聚异丁烯丁二酰亚胺以及聚异丁烯丁二酰亚胺与Ｓｐａｎ－８０的复配物等。具有大分子框架结构的乳化剂，以单分子溶解在油相中，形成单分子膜，吸附于界面.上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药在氧化剂相中加入一定量的水溶性表面活性剂不仅有利于乳化，而且可以防止固态油膜对氧化剂微晶粒包裹缺陷所引起的性能下降。尤其是对于粒度极细的粉状乳化炸药，可以防止和减少可能出现的黏结和吸潮现象，增加流散性。５）成粉剂或成核剂乳胶基质在冷却结晶固化时，如果氧化剂相结晶速度太慢（尤其是在外围的油相已经固化时），会造成油膜很大程度上的破坏，从而容易造成大部分结晶微粒连接成片而形成固体阵列，导致粉状乳化炸药爆炸性能、防湿及抗水性能的下降。因此，为了加快氧化剂盐的结晶，有时还需要向乳胶中添加成粉剂或成核剂。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药这种物质在乳胶基质冷却时会加速氧化剂相的结晶，保证其可靠地固化，将氧化剂相微晶粒较完全地封闭于油膜中。同时，有助于乳胶的成粉（无论半流动的乳胶态还是已经固化的乳胶态），也增强粉体的流散性。成粉剂一般为惰性无机粉末（如碳酸钙、黏土、石英粉等）和燃料粉末（如炭黑、活性炭、金属粉末、硫黄粉等），也可以是在乳胶中就地形成的固体胶态粒子（如通过盐的分解或可溶性盐之间的复分解反应而得到的不溶性盐微粒）。成粉剂一般呈固体微粒状，最好是高度分散的胶态固体粒子，其成分可以是一种物质，也可以是几种微粒的混合物。它必须是不溶于乳胶的，但可与已制备好的乳胶相混合。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药总的来说，成粉剂必须具有以下几个条件：①应为不溶于水的复合物；②要越细越好；③要分散均匀；④要有足够的量，但当其增大到一定量后，结晶速度变化不大，炸药性能不再提高，反而下降，如表８－２所示。６）辅助燃料实践表明，向乳胶中添加一些固体辅助燃料也是非常有益的，可以用来提高粉状乳化炸药的爆炸性能。这种固体颗粒材料包括煤粉、石墨、炭黑、木粉、硫黄粉、铝粉、镁粉，以及它们的混合物等物质，都是优先选用的辅助燃料。一般来说，固体辅助燃料的添加量以不超过炸药总质量的５％为宜。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药添加方式有：加入到乳胶基质中，或分别加入到氧化剂相和油相中，还可以最后掺和。二、粉状乳化炸药的制备技术１.工艺流程粉状乳化炸药的生产过程包括制备油包水型乳胶基质和固化分散成微细结晶粉末两部分，因而，其生产工艺要分为两个阶段：第一阶段是制备乳胶基质，或不含水的燃料包熔化物；第二阶段是将所得的乳胶基质冷却粉化成微细的氧化剂盐结晶粉末，利用不同型号的装药机将其装填包装成不同直径的药卷产品，入库备用，也可以散装形式直接使用，工艺流程如图８－１所示。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药１）制备乳胶基质乳胶基质的制备与一般商品乳化炸药（小直径乳化炸药）工艺相同，可以是间断的，也可以是连续的，仅是配方及工艺参数有其特殊要求。在此过程中首先制备一种含水量小于最终混合炸药质量的５％的无机氧化剂盐过饱和溶液，通常是将硝酸铵等氧化剂盐和水一起加热形成水溶液。在生产中，要严格控制油水配比，这是由于油水配比不仅能影响乳胶基质质量，也影响制粉的顺利进行，决定着炸药性能和储存的稳定性。若油水配比失调，易造成质量事故。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药乳化是制备油包水型乳胶的关键步骤，又是获得高质量粉状乳化炸药的重要环节。从工艺步骤上讲，它与普通乳化炸药的乳化操作基本相同，只是操作时要更精心一些。即将已经制备好的两种混合溶液———氧化剂盐水溶液和燃料混合溶液（包括乳化剂）在控制一定的混合速率下，同时输入乳化器中，并使其停留一定的时间，以使在乳化剂的作用下，两种混合溶液混合得相当均匀，形成稳定的高质量乳胶基质。实践证明，那种似乳非乳的乳胶基质可获得性能优良的粉状产品。２）制粉工序乳胶冷却粉化过程的关键在于，既要加快氧化剂盐类结晶的形成，又要可靠地保证乳胶液滴之间的燃料阻拦层只有轻度的破裂，从而获得极薄油膜包覆的氧化剂盐微细结晶产品。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药主要采用三种成粉方法，即旋转闪蒸成粉法、喷雾成粉法和冷却机械成粉法，其中喷雾成粉法在工业化生产中得到了广泛的推广应用。喷雾成粉技术的基本原理是采用特殊的雾化器将物料雾化成细颗粒，在气流作用下，脱水干燥或低温冷风造型，制成最终产品，整个过程涉及乳胶基质输送、雾化、传热和传质以及气－固相分离等过程。物料的雾化是该技术的核心。目前，雾化技术主要有离心式、压力式、气流式三种形式。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药具体地讲，在喷雾制粉过程中，乳化机产出的乳胶基质通过螺杆泵输送至气流式雾化器———喷枪，同时利用干燥的压缩空气的高速气流在干燥塔内相遇，液滴被脱水、冷却固化成为粉状颗粒，落到干燥塔底，通过星形阀进入风管，由鼓风机提供的气流将药粉输送至主旋风分离器进行气固分离，同时药粉在管道内降温，经星形阀排出即为粉状乳化炸药产品。主旋风分离器尾风返回干燥塔，干燥塔尾气进入辅旋风分离器，气固分离，药粉颗粒被分离出来，经星形阀进入风管，尾气由湿法除尘器净化后经引风机及排风管排入室外大气中。该工艺对药粉输送气流的温度和湿度有相当严格的要求。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药为了不受气候和季节影响，配备一台除湿机，保证药粉输送气流的温度和湿度在一定的范围内，避免在药粉的输送过程中水分增加而影响产品性能。３）工艺参数的确定确定乳化工艺参数要从本质安全的角度出发，在满足乳化效果的基础上，应尽可能降低水、油相的温度。２.自动控制系统粉状乳化炸药的生产由一套完整的微机自动控制系统掌控，这套系统主要由工业控制机系统、流量自动控制系统、转速控制装置、参数显示屏，以及温度、流量、压力检测仪表，超限报警装置，仪表控制柜以及电视监测系统等组成。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药各个系统的主要功能为：工业控制机系统完成生产过程各参数的监测、生产设备的控制和生产数据的管理；流量自动控制系统用于自动控制水相和油相的流量；参数显示屏显示生产过程中的温度、流量和压力信号；转速控制装置则通过改变各工艺泵的转速达到调节流量的目的；超限报警装置可以在工艺参数超限时报警，并自动连锁停机；电视监测系统则可显示整个生产状况，使生产监测人员及时掌握生产运行情况。粉状乳化炸药的连续生产，大大减轻了生产工人的劳动强度，彻底取消了铵梯炸药的研磨、混药、人工装药等落后工艺，减少了安全隐患，提高了生产效率。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药粉状乳化炸药的制造工艺及设备是我国工业炸药的创新，经过１０余年的生产实践已经形成年产４０００ｔ、６０００ｔ和１００００ｔ的整套工艺设备，并已在２０多个省市推广。３.工艺运行安全措施粉状乳化炸药具有很好的安全性，但作为一种含能材料，其生产过程也会有一些危险的工艺点和设备。为此，在生产中采取了多种措施，以确保安全。（１）采用常压式连续乳化器制备乳胶基质，一次乳化成功。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药（２）乳胶基质输送泵也有多种安全措施，为了防止因断料引起的空转干磨和因堵料引起的泵内压力急剧升高，在反复摩擦下引起乳胶基质的燃烧、爆炸，设置了压力传感器，限定压力范围，当空转低压或堵料高压时都会因为压力超限而自动停机，从而保证输送过程的安全。（３）采用负压制粉系统，避免药粉在塔外的弥散；通过冷风使乳胶迅速降温脱水，并将药粉迅速带离制粉塔；通过控制空气湿度，抑制静电的产生和积聚；通过控制药粉颗粒，减少微细药粉的产生。（４）生产线实行在线检测连锁，对主要工序出现的超温、超压和断流进行报警并立即自动停机和连锁停车，以保证生产安全。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药（５）整个生产线实现计算机监控和在线检测显示，一旦生产中出现异常，中心监控室和巡视工人均可采取紧急措施，以保证生产安全。（６）在生产过程中除个别工序外，不设固定的岗位操作工，只设少量巡视工人，初步实现生产的无人操作。三、粉状乳化炸药的性能１.爆炸性能（１）依托北京矿冶研究总院的技术生产的粉状乳化炸药的爆炸性能。表８－８列出了ＢＧＲＩＭＭ粉状乳化炸药的爆炸性能，从表中可以看出，该炸药的爆炸性能优于一级岩石乳化炸药和２号岩石铵梯炸药。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药经测试，粉状乳化炸药爆炸后有毒气体生成量为４２Ｌ／ｋｇ，低于国家规定值。（２）南京理工大学研制的粉状乳化炸药的爆炸性能。表８－９列出并对比粉状乳化炸药、岩石乳化炸药和２号岩石铵梯炸药的爆炸性能。由表８－９可知，粉状乳化炸药的爆炸性能远远优于一级岩石乳化炸药的指标，除爆速略低外，其余爆炸性能已经达到或超过了二级岩石乳化炸药的性能指标，明显优于２号岩石铵梯炸药的性能指标。这是因为固态混合的粉状炸药各成分的颗粒尺寸较大，一般在几百微米大小，从而影响了氧化剂与可燃物的混合均匀性。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药而粉状乳化炸药的氧化剂相的粒度仅为３～５μｍ，且与油相可燃物紧密结合。这是粉状乳化炸药具有优良的爆轰性能的内存因素。（３）煤矿许用粉状乳化炸药的爆炸性能。陈志明报道的三级煤矿许用粉状乳化炸药的配方和爆炸性能见表８－１０、表８－１１。研究表明，随着消焰剂含量的增大，炸药的殉爆距离无显著变化。２.抗水性能粉状乳化炸药的抗水性能，通常用浸水后的殉爆距离或爆速等性能指标来检验，即将一定量的样品置于某一深度的水中，每隔一段时间，测试其殉爆距离或爆速，观察爆炸性能随着浸水时间的增加而下降的情况，以此来判断炸药的抗水性能。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药另外，溶损和吸湿性试验也可以用来判断其抗水性能的优劣，这两种方法都有可取之处。（１）以殉爆距离或爆速表示的抗水性能。依托北京矿冶研究总院技术生产的粉状乳化炸药的抗水性能测试结果见表８－１２。以南京理工大学技术生产的粉状乳化炸药的抗水性能测试结果如表８－１３所示，其具体操作是将粉状乳化炸药的药卷在１ｍ水深的条件下放置，定时测试其爆炸性能。（２）硝酸铵的溶损试验。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药通过测试炸药在水中浸泡一定时间后硝酸铵的溶损量也可以了解炸药的抗水性能，具体操作如下：在一定量的水中浸泡定量的样品，定时测试硝酸铵在水中的溶解量，并计算溶解量占原样品中硝酸铵含量的百分数，测试结果见表８－１４。（３）吸湿性试验。工业炸药的抗水性能与防湿性能是相关联的，即如果炸药具有良好的抗水性能，则其防潮性能也同样很好，不易吸湿，因而通过吸湿性试验也可以看出粉状乳化炸药的抗水性能。试验操作如下：将被测样品置于底部放有ＫＮＯ３饱和溶液的保干器中，再将保干器放入恒温５０℃的水浴烘箱内，定时用光学显微镜观察样品形状的变化。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药选用的样品有：分别用喷雾制粉工艺和机械搅拌成粉工艺制备的两种粉状乳化炸药和粉状硝酸铵。测试结果见表８－１５。３.储存稳定性实践表明，粉状乳化炸药具有优良的储存稳定性，是较传统脂膏状乳化炸药优越的一个重要方面。由胶体状态变为固体状态后，使系统由一种热力学不稳定体系变为一种较稳定的体系，这是粉状乳化炸药储存稳定性得到了明显提高的内在原因。下面给出几种不同配方和工艺生产的粉状乳化炸药的储存稳定性测试，分别见表８－１６、表８－１７。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药四、粉状乳化炸药的生产与使用安全性１.各种感度粉状乳化炸药就其组成成分与铵油类炸药大同小异，只是因加工工艺的不同，而使其氧化剂与可燃剂之间的接触更加均匀和紧密，故从理论上讲，其各种感度应比改性铵油炸药略高一些。粉状乳化炸药的撞击感度在标准试验条件下均为０，枪击感度在标准试验条件下均不爆不燃。试验表明，粉状乳化炸药的热感度和静电感度都是可以接受的，在此不再赘述。２.粉状乳化炸药生产过程中的安全影响因素上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药粉状乳化炸药生产过程中的安全影响因素主要包括：温度、过滤、乳化工序、螺杆泵泵送过程、除尘和超负荷生产等几个方面。（１）温度的影响。油相和水相制备过程中的溶解温度和输送管道温度是粉状乳化炸药生产过程中应该重点观测的工艺参数。油相、水相溶解和储备温度对生产安全的影响，已在第七章做了论述。而对油相、水相及乳胶基质输送管道的温度来说，若温度过低，容易产生物料堆砌、堵塞，不能保证正常生产；若温度过高，一方面影响安全生产，另一方面又增加了冷却工序的负担。（２）过滤。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药水相、油相物料进入储存罐时必须经过０.８３３ｍｍ（２０目）、０.３７０ｍｍ（４０目）、０.２４６ｍｍ（６０目）三层滤网过滤。过滤对生产安全性的影响与普通乳化炸药相同。（３）乳化工序。乳化过程是粉状乳化炸药生产过程中最重要的一环。乳化机内部不能摩擦与碰撞，如果有杂质进入与高速运转的部件发生撞击和摩擦，轻则损坏设备，重则引发事故，这点与胶状乳化炸药乳化过程的安全性是一样的。人们依据实践经验和安全事故的考验，总结得出：当出现下列情况之一时，应立刻停机检查：①乳化机安装松动，发现异响；上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药②乳化过程中冷却系统断流；③乳化过程中发生乳化机断料空转；④乳化过程中乳化机排出的基质含有大量的气泡，或密度较低、感度较高；⑤乳化机排出的乳胶基质温度超过１４５℃；⑥乳化过程中突然断电造成停机现象；⑦在产能不变的情况下乳化机电动机突然出现负载电流过高或过低等异常现象。（４）螺杆泵泵送过程。螺杆泵在试运转和生产过程中严禁干磨和高速运转。断料干磨有三种情况：①泵速过快造成乳胶基质料斗内空料；②料斗内有乳胶基质，但乳胶基质黏度过高或泵体漏气；③乳化结束后料斗内乳胶基质被排空，螺杆泵内因仅留残留基质而无法输送造成断料干磨。上一页下一页返回第一节粉状乳化炸药出现干磨情况时都应立刻停机，查明具体原因，排除故障后再开机。螺杆泵内严禁落入异物，为清除泵内残留基质，螺杆泵在送料前必须用热水回流循环预热。螺杆泵输送压力不能超过额定值，禁止出现螺杆泵前端发生堵塞。为保证安全，工艺上一般采用低压、超压自动停车的安全技术，同时安装泄压阀。（５）除尘。对于粉状乳化炸药来说，除尘不仅仅是个环保问题，更是一个不容忽视的安全问题。因此要定期对除尘系统进行检查，确保其始终处于完好运行状态。（６）超负荷生产。正如第七章所述，与普通乳化炸药一样，粉状乳化炸药的生产设备也应该严禁超负荷运行。上一页返回第二节煤矿许用乳化炸药一、煤矿许用乳化炸药的特点、分级和主要品种１.煤矿许用乳化炸药的特点煤矿许用乳化炸药应具备以下特点：（１）炸药本身的能量应有一定的限制，爆热、爆温、爆压均不能太高，以保证炸药爆炸后不致造成矿井混合气体局部升温到发火点。（２）煤矿许用炸药本身应有较高的爆轰敏感度和较好的传爆能力，以保证炸药爆轰的完全和传爆的稳定，从而杜绝炽热固体微粒的形成，消除矿井沼气被直接点燃的条件。下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药（３）煤矿许用炸药应保持零氧平衡或接近零氧平衡，以避免产生爆炸产物的二次火焰特别要避免生成氮氧化物，因为氮氧化物不仅毒性很大，而且对沼气氧化反应起催化作用。（４）煤矿许用炸药不能含有金属粉末等，以避免爆炸后生成炽热的粒子。２.我国煤矿许用乳化炸药的分级煤矿许用炸药的分级是基于煤矿矿井沼气等级来确定的。煤矿矿井沼气等级，是按照平均日产１ｔ煤涌出沼气量和沼气涌出形式的不同来划分的。我国煤矿矿井沼气等级的划分标准是：低沼气矿井：１０ｍ３及其以下；上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药高沼气矿井：１０ｍ３及以上；煤尘与沼气突出矿井（即双突矿井）。根据上述矿井安全等级的要求，我国ＭＴ６１—１９８２标准和《煤矿炸药管理条例》规定，煤矿许用乳化炸药划分为五个等级，即：一级煤矿许用乳化炸药、二级煤矿许用乳化炸药、三级煤矿许用乳化炸药、四级煤矿许用乳化炸药和五级煤矿许用乳化炸药。上述分级的依据，主要根据当时我国煤矿炸药发展水平，一级和二级分别对应于２号和３号铵梯炸药，三级基于引进的ＰＴ４７３和ＰＴ５０５水胶炸药，四级基于由被筒炸药衍生的当量炸药，五级则是以离子交换炸药为基础的。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药一般来说，一级和二级煤矿许用乳化炸药是适用于低瓦斯矿井的煤层采掘工作面和半煤岩掘进工作面，三级煤矿许用乳化炸药适用于高瓦斯矿井、低瓦斯矿井的高瓦斯区域和有瓦斯突出危险的工作面，四、五级煤矿许用乳化炸药则适用于某些特殊要求或更高安全度要求的煤矿矿井。在ＭＴ６１—１９８２标准中，各级炸药的具体分级标准见表８－１８，表中安全等级越高适用的范围越广，如五级煤矿许用乳化炸药能适用于其他级别煤矿许用乳化炸药的使用范围。二、瓦斯煤尘的爆炸原理和煤矿许用乳化炸药的安全作用１.瓦斯煤尘的爆炸原理上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药一般来说，煤矿矿井的大气特征是含有瓦斯和悬浮状态的煤尘。作为煤矿井下特有气体，瓦斯一般泛指甲烷及其他低级烷烃、可燃气体与空气的混合物，主要成分为甲烷，其可燃气体包括氢气、硫化氢、一氧化碳、二氧化硫等。甲烷属于易燃易爆气体，在煤矿矿井下，甲烷或煤尘达到一定浓度后，与空气形成的混合气体具有强烈的爆炸性，火焰、电火花、炽热的微粒或其他热源等都可能是起爆源。通常情况下甲烷的引燃温度为６５０℃～７５０℃，爆炸上下限浓度为５.０％～１６.０％，最易引爆浓度为９.０％左右。但是甲烷的这些特性是随外界条件的变化而变化的，尤其是各种气体的混入对其爆炸有重要影响。具体地讲，有如下三种情况：上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药（１）氧气。从图８－７可以看出氧气浓度与甲烷爆炸界限的关系。当甲烷混合气体中氧气浓度下降到１２％以下时不能再引起爆炸；在瓦斯和空气混合物的爆炸下限时有过剩的氧没有参与反应，只起到一种“镇热气”作用，由于氧和氮的热性质几乎相同，用氧代替氮实际上对下限不发生作用。就是说瓦斯与空气或者与氧气混合，它们的爆炸下限数值特别相近。但是在爆炸上限缺氧，此时用氧气代替空气里的氮，将爆炸上限扩展，并能增加瓦斯的引爆感度。（２）惰性气体的混入。瓦斯混合气体中每增加１％的二氧化碳，其爆炸下限提高０.０３３％，上限下降０.２６％，当二氧化碳增至２２.８％时，即不能被引爆。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药在正常的瓦斯空气混合气体中，氮每增加１％，爆炸下限提高０.０１７％，上限下降０.５４％，如果增加量超过８１.６９％时混合气体即不能引爆。此外，二氧化碳、氮气的混入使瓦斯引火延迟时间增长，且不易引爆。（３）可燃气体的混入。乙烷、乙烯、氢气、一氧化碳和硫化氢等可燃气体，在空气中含有一定浓度时，都具有爆炸性，因此它们都有各自的爆炸界限，由于各种气体的爆炸界限不同，它们的混入会使甲烷空气混合气体的爆炸界限发生变化，并影响中火延迟时间。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药因此，对于煤矿瓦斯而言，其安全度检测在我国有关标准中除了规定其甲烷含量外，其他气体（可燃气体、惰性气体）也应明确规定，因其直接影响到检验结果。否则，易造成各检测单位检验时掌握的标准尺度不一致。对于矿井来说，瓦斯等级越高，发生爆炸等灾害的危险性也越大。因此，不同等级的瓦斯矿井对爆破器材的要求也是不相同的。最易发生爆炸的沼气－空气混合物约需１０ｓ的诱导时间。温度越高，诱导时间越短，爆炸危险性也越大，表８－１９的数据显示了这种关系。而压力、瓦斯浓度、氧气浓度和杂质等的不同都足以影响它的引燃温度和延迟时间。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药试验证明，当温度一定时，随着压力的增加，延迟时间相应地减少；当温度和压力不变时，在瓦斯浓度为９％±０.３％的情况下，其半数引火量最小，随着浓度的升高或降低，半数引火量都增大；当氧气的浓度增加时，瓦斯的引燃温度急剧降低；而杂质对瓦斯的燃烧和爆炸的影响有两方面，有的杂质能够降低引燃温度和缩短延迟时间，起到催化作用；有的杂质正好相反，可以起到阻化作用。瓦斯的燃烧和爆炸过程基本上是沼气的氧化反应，其反应式如下：上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药２.引起煤矿井下瓦斯煤尘爆炸的原因煤矿井下爆破引起可燃气体及煤尘爆炸主要有以下三个原因：①炸药爆炸时形成的空气冲击波的绝热压缩；②炸药爆炸时生成的炽热的或燃烧着的固体颗粒的点火作用；③炸药爆炸时生成的高温气态爆炸物及“二次火焰”的直接加热。另外，炸药的爆燃也可能引起瓦斯煤尘的爆炸。炸药的爆燃指的是在爆破作业时由于爆轰波的衰减而引起的炸药燃烧现象，而炸药本身具有抑制发生爆燃现象的能力，即抗爆燃能力。爆燃具有很大的危险性，尤其在易燃易爆介质中往往导致意外事故发生。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药３.煤矿许用乳化炸药的安全作用１）碱金属盐类的消焰作用为了达到上述安全要求，在设计煤矿安全型炸药时都要添加一定含量的消焰剂。瓦斯燃烧试验证明，大多数碱金属盐类是典型的消焰剂，能使瓦斯的引燃温度增高，延迟时间增长，对瓦斯的燃烧和爆炸起到抑制作用。比较常用的食盐等消焰剂，是一类热容量大的物质，在炸药发生爆炸的一瞬间，在高温作用下食盐气化变成气体，气化时吸收一部分爆热，使爆温有所降低，形成的火焰小且持续时间短暂，这样便能防止矿井混合气体局部温升过高；上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药但能够起消焰作用更重要的是其化学性质，它能抑制沼气－空气混合气体的氧化还原反应进行的速度，起负催化剂的作用，即破坏沼气氧化燃烧的连锁反应过程中所产生的活化中心———游离基（或称自由基），使反应过程中断，从而阻止混合气体的爆炸。消焰剂种类很多，如氯化钠、氯化钾、氯化铵，甚至硝酸钠和硝酸钾等含有碱金属的盐及卤元素类和磷系化合物均可起到抑制瓦斯爆炸的作用。但不同的消焰剂，因其本身的化学性质、性能参数和特性不同，抑制瓦斯爆炸的效果和对炸药爆炸性能的影响程度也不同。表８－２０是几种消焰剂的性能参数，表８－２１是各种消焰剂对瓦斯引火的延迟时间的测试数据。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药由表８－２０可以看出，硝酸钠和硝酸钾的热容值较大，单位质量的能量贡献为负值，同时它们的碱金属含量相对较低，不含卤元素。因此，硝酸钠和硝酸钾的瓦斯抑爆效果明显低于氯化钠和氯化钾，且加入后炸药爆炸性能的下降幅度较大。试验结果表明，此种炸药每增加１％硝酸钠，爆速要降低１～５０ｍ／ｓ。因此，在保证水相溶液晶析点不超过一定值的情况下，应尽量少加或不加硝酸钠和硝酸钾，而采用氯化钠或氯化钾作消焰剂。另外，由表８－２０还可看出，单位质量的氯化钾的键断裂能小于单位质量氯化钠的键断裂能约２０％，而氯化钠的热容值要大于氯化钾的热容值约２０％。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药由此可见，采用相同含量的氯化钠和氯化钾作消焰剂，前者造成炸药爆炸性能降低的幅度要明显高于后者。试验结果表明，其殉爆距离相差２～７ｃｍ，爆速相差２００～４００ｍ／ｓ。倘若考虑到氯化钾的瓦斯抑爆效果优于氯化钠的４３％，那么，在条件许可的情况下，采用氯化钾作消焰剂就可在安全性达标的情况下研制出威力足够大的高安全煤矿许用型炸药品种。表８－２１中的数据表明，在同一温度下，不同的消焰剂对瓦斯引火延迟时间的影响有很大差别，延迟时间越长，表明其消焰作用越大。２）煤矿许用乳化炸药的优越性上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药在煤矿井下使用的煤矿许用粉状铵梯炸药，虽然在某种程度上能防止引爆井下的可燃气体及煤尘，但当爆破作业中炮孔装药密度过高或雷管起爆能力不足时，该炸药的安全度就大大低于煤矿许用乳化炸药，这与其组成及结构等特点有相当的关系。就完全爆炸而言，乳化炸药相对于粉状铵梯炸药的安全等级要高出许多，这是由于膏状体的乳化炸药的爆炸不会产生固体颗粒，通常情况下也不会因为爆炸不完全而继续燃烧产生明火，形成引爆瓦斯的客观条件。为了对比煤矿许用乳化炸药和煤矿许用铵梯炸药的差别，表８－２２给出了用化学发光敏化的三级煤矿许用乳化炸药和３号煤矿铵梯炸药的主要性能，后者的瓦斯安全必为二级。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药一般煤矿许用炸药中的消焰剂含量越高，其瓦斯安全性越好。由表８－２２可出看出，乳化炸药比铵梯炸药的消焰剂含量少很多，但乳化炸药的瓦斯安全性达到了三级，而铵梯炸药的瓦斯安全性只有二级。究其原因，主要是两种炸药具有不同的结构特征。铵梯炸药是粉状的，消焰剂也有一定粒度，颗粒较大，比表面积就越小；颗粒状的消焰剂随爆炸产物抛入井下空气中，与瓦斯的接触面积是有限的。乳化炸药中的消焰剂主要溶解在氧化剂水溶液中，在爆炸过程中形成微小晶粒，具有较大的比表面积；同时，乳化炸药含有的氯化铵和硝酸钠在爆炸反应过程中发生离子交换反应，能生成分子状态的消焰剂，分散均匀。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药三、煤矿许用乳化炸药与煤矿许用铵梯炸药可燃气安全度比较１.两类炸药的爆温、爆热比较二级、三级煤矿许用乳化炸药与２号煤矿许用铵梯炸药、３号抗水煤矿许用铵梯炸药的爆温、爆热比较见表８－２３。从表中可以看出，乳化炸药的爆温和爆热都低于铵梯炸药。原因主要有：①乳化炸药中含有１０％～１２％的水，在炸药爆炸过程中产生的高温将水汽化，消耗一部分能量，这样可使炸药爆炸时所产生的热量降低２３０ｋＪ／ｋｇ。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药值得注意的是，水汽的生成，还可以起到消焰、消尘的效果，降低了煤尘的浓度；②煤矿许用乳化炸药中含有氯化铵、硝酸钠等无机盐，在炸药爆炸过程中将会发生离子交换反应：反应物中的氯化钠正是煤矿许用炸药中所需要的消焰剂，而且在反应瞬间呈分子状态，分散均匀，这样就可以使炸药爆炸时形成的火焰小而且持续时间短，防止可燃气体局部温升过高。另外，由于氯化钠的生成，使爆炸产物的热容量增大，从而降低了炸药的爆温。２.两类炸药爆炸后残渣生成量的比较上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药如前所述，炸药爆炸后所产生的炽热固体颗粒是引燃井下可燃气体的条件之一，因此炸药爆炸后生成的残渣量多少影响着炸药可燃气体安全度的高低。爆炸反应不完全，残渣生成量多，在炸药爆炸过程中形成的炽热固体颗粒就多，其可燃气体安全度就差。表８－２４中列出了不同品种炸药悬吊在直径３.７ｍ的中空抛光钢球中爆炸后的残渣量。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药从表中看出，乳化炸药爆炸后生成的残渣量明显低于铵梯炸药，造成此现象的主要原因是铵梯炸药的加工制造系固体机械混合，炸药各组分的细度及混合均匀性都很差，在爆炸过程中难免有反应不完全的炽热颗粒向四周飞散，因此收集到的残渣量就多；而乳化炸药的加工制备是在液相中通过机械混合而成，组分中的氧化剂与可燃剂以近似分子状态彼此紧密接触，有利于爆炸反应的充分进行，因此残渣的生成量就少。３.两类炸药的可燃性倾向比较上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药炸药爆炸后所产生的气态产物在爆炸瞬间可被加热到１８００℃～３０００℃，这大大超过了可燃气体的点火温度，也可以认为它是引起井下可燃气体和煤尘爆炸的主要根源，但是当炸药出现燃烧或爆燃时，就会更容易引起可燃气体和煤尘的燃烧和爆炸。这是因为（１）炸药燃烧时的分解产物（ＮＨ３、ＮＯ２等）是可燃气体燃烧或爆炸的有效催化剂。（２）可燃气体点火温度与延滞时间的经验关系式：上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药实际爆破中，造成炸药发生爆燃或燃烧的原因很多。业已知道，当粉状铵梯炸药的水分增大、药卷密度过高或过低、炸药变质时，其爆轰感度就相应降低，在爆破过程中发生爆燃和燃烧的可能性就增加。对乳化炸药而言，尽管炸药组分中含有水，但由于其具有特殊的物理结构和敏化方式，使炸药具有较好的爆轰感度，因此基本上不会发生爆燃或燃烧，以下试验可以证明这一结论。①喷灯的灼烧试验。各称取２号煤矿铵梯炸药和二级煤矿乳化炸药５０ｇ，铺成条状。用喷灯燃烧时，乳化炸药首先是水分被蒸发，呈流变状态，继续灼烧时则出现冒烟，移走喷灯后，火焰自动熄灭。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药而铵梯炸药表面则很快被点燃。②电热板的加热试验。各称取５ｇ三级煤矿许用乳化炸药和３号抗水煤矿许用铵梯炸药，在５００Ｗ的电加热板上铺成薄条状，通电后观察分解温度、着火时间和变化过程，结果见表８－２５。从表中可以看出，乳化炸药的热感度明显低于铵梯炸药。４.雷管爆炸碎片试验将二级煤矿许用乳化炸药和３号抗水煤矿许用铵梯炸药的药卷放在一个直径７０ｍｍ的钢管中，周围用煤粉包围；一部分试验将金属壳雷管在距炸药药卷一定距离处起爆，用雷管爆炸后的金属碎片冲击炸药药卷的一端；另一部分试验将纸壳雷管插入药卷的一端起爆，观察受热受试炸药的爆燃和燃烧倾向，结果见表８－２６。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药从表中数据可看出，金属雷管爆炸后的金属碎片在一定距离内可以引起铵梯炸药发生爆燃或燃烧，但对乳化炸药，金属碎片只能扎入药卷，炸药无变化；用“半爆”纸壳雷管引爆时，铵梯炸药会发生爆燃或燃烧现象，而乳化炸药只能是药卷被炸散，不被引燃。５.可燃气体安全度比较煤矿许用炸药的可燃气体安全度是指炸药在有可燃气体或煤尘爆炸危险的煤矿井下使用的安全程度。为了比较煤矿许用乳化炸药和煤矿许用铵梯炸药的可燃气体安全度，其试验方法是参照有关标准在试验巷道内进行，安全度用半数引火量Ｍ５０表示，结果见表８－２７。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药由表中数据可知，二级和三级煤矿许用乳化炸药的可燃气体安全度都高于曾经在高甲烷矿井中普通使用的３号抗水煤矿许用铵梯炸药。６.爆炸性能比较一、二、三级煤矿许用乳化炸药和１号、２号、３号煤矿许用铵梯炸药爆炸性能的比较见表８－２８。四、煤矿许用乳化炸药的组分、配方及制备工艺煤矿许用乳化炸药的配方设计在考虑零氧平衡的前提下，必须着重考虑消焰剂的含量和种类，另外配方中合适的含水量和如何提高炸药的稳定性都是非常重要的。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药１.煤矿许用乳化炸药的组分煤矿许用乳化炸药既有一般乳化炸药的组分，又有它的特有组分，通常是由下述几个部分组成。１）氧化剂水溶液该类炸药的氧化剂水溶液是由硝酸铵、硝酸钠、消焰剂、水和其他水溶性的添加剂组成的。在煤矿许用乳化炸药中，水是不可缺少的组分之一。适量水可以使煤矿许用乳化炸药达到比较理想的爆轰感度和爆炸威力。此外，还能降低爆温，提高该类炸药的安全度。２）油相材料上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药煤矿许用乳化炸药的油相材料由油、蜡、乳化剂和其他油溶性材料所组成。有时还添加适量的地蜡、凡士林等，以增强乳胶基质的黏度和油膜强度。乳化剂仍是制备煤矿许用乳化炸药的关键组分。随着乳化炸药的发展，乳化剂已从单一的Ｓｐａｎ－８０逐渐向复合型乳化剂发展。３）消焰剂根据不同安全度的要求，在煤矿许用乳化炸药中可适量添加消焰剂。消焰剂的种类多为氯化钠、氯化铵和氯化钾，均能够在乳化炸药爆炸时降低其爆温和爆热，缩短爆炸火焰的长度和保持时间，从而保证其可燃气体安全度。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药无疑，适量消焰剂可以保证煤矿许用乳化炸药的安全度，但过量又会使爆轰感度和爆炸威力降低，因此消焰剂的添加量应以满足煤矿许用乳化炸药的安全性为准。张现亭等人采用不同的敏化方式对不同含量的消焰剂进行了比较深入地考察，结果列于表８－３０和表８－３１中。试验数据表明，消焰剂含量与沼气安全性（以半数引火量表示）和爆速、爆力之间均不是线性关系，它们的关系是随着消焰剂含量的增加其半数引火量呈上升趋势，爆速和爆炸威力呈下降趋势。结果表明，三级煤矿许用乳化炸药适宜的消焰剂含量应在６％～８.５％。４）密度调节剂上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药煤矿许用乳化炸药和其他乳化炸药一样，在炸药中应该含有足够量的敏化气泡，才能用雷管引爆。敏化气泡的加入，一方面可以调节炸药密度，同时又提高炸药起爆感度和爆炸性能。目前，国内煤矿许用乳化炸药调节密度的方法有两种：一种是加入气泡载体来达到敏化炸药的目的。最常用的气泡载体有憎水膨胀珍珠岩、空心树脂微球、空心玻璃微球和其他空心微球。另一种是加入能分解产生气体或两种及两种以上反应能放出气体的物质，以达到调节密度和敏化炸药的目的。通常加入亚硝酸钠等无机盐，有机发泡剂也被采用。近年来，快速化学发泡技术已经在煤矿许用乳化炸药中获得应用，即加入一种或一种以上的有机物，在几分钟内即完成发泡的全过程。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药常用的快速化学发泡剂有ＤＴＰＡ、ＡＣ、ＰＡＰＩ、磷酸铬等，这种发泡工艺简单、成本低，是一种很有前景的敏化方法。２.煤矿许用乳化炸药的配方１）氧平衡实践表明，将煤矿许用乳化炸药的氧平衡值设计成负氧平衡比较好，且负氧平衡数值在２％～４％为最佳配方，具有较好的安全性，既不会产生灼热的碳粒，也不会产生较多的氧化氮，能量适中，爆轰稳定。２）典型配方上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药煤矿许用乳化炸药配方很多，各个厂家的配方均有差异，但总的来说其组成大同小异，基本组成都相同，氧化剂均为硝酸铵和硝酸钠混合氧化剂，油相材料多以蜡为主，有的加入机油或其他油类，乳化剂则为单一Ｓｐａｎ－８０或复合乳化剂。消焰剂多为氯化钠、氯化钾氯化铵，现将几组典型配方（质量分数）列于表８－３２中。表８－３３给出一级、二级、三级煤矿许用乳化炸药的配方组分（质量分数）和氧平衡值。３.煤矿许用乳化炸药的制备工艺流程煤矿许用乳化炸药的制备工艺流程如图８－８所示，其制备过程大致可分如下几个步骤：上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药（１）水相制备。将水溶性物质（如硝酸铵、硝酸钠、尿素等）加入水相制备罐中，在不断搅拌下，加热升温使其全部溶解于水中，并保温备用。水相罐的大小则根据生产规模予以确定，其容积一般为４～５ｍ３。（２）油相制备。将油、蜡等油相材料加入油相制备罐中，加热搅拌使其熔化。等油、蜡等全部熔化后，及时加入乳化剂，搅拌混合均匀后备用。（３）乳化。遵循水入油的原则，即先将油相材料加入乳化器中，在强烈搅拌下缓慢地将水相加入油相中，很快形成油包水型乳胶体。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药如果采用连续乳化器，水相与油相分别计量，连续不断地按比例同时进入乳化器，形成乳胶后进入冷却工序。（４）冷却。冷却工艺和设备与岩石型乳化炸药相同。（５）混拌（捏合或称敏化）。煤矿许用乳化炸药的特性注定了在混拌过程中不能掺入金属粉末（如铝粉）或硫黄粉，在这里只完成炸药的敏化过程，即引入敏化气泡，形成“热点”。也就是说，添加无机或有机发泡剂，快速分解形成微小气泡敏化的目的。也可采用快速化学泡的方法。（６）装药与中包装箱。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药煤矿许用乳化炸药通常都是弹塑态的，可使用不同的药卷装药机将其装填成不同直径的药卷，然后中包装箱入库备用。消焰剂加入方式综合起来有３种，即：与水相材料同时加入进行溶化；在敏化工序前后以固体的形式掺入乳胶体中；部分在溶化时与水相材料同时加入，另一部分掺入乳胶体中。概括地讲，第一种方式能提高消焰剂的利用率和产品的混合均匀性；第二种方式能使消焰剂的加入量大大增加，且工艺操作简单，但产品储存期较短，爆炸性能较差；第三种方式综合了前两种方式的优点，但工艺操作复杂，产品储存期也较短。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药一般来说，不同工厂或不同品种的煤矿许用乳化炸药的制备工艺是不相同的，工艺参数也随之而异。现仅以抚顺煤炭研究所研制的煤矿许用乳化炸药的工艺参数作为实例予以说明，见表８－３４。４.煤矿许用乳化炸药的半成品与成品检验煤矿许用乳化炸药的半成品与成品检验各工厂不尽相同，特别是半成品检验没有标准的检测项目和方法，而成品检测通常各工厂只做殉爆距离检验，定期测试爆速、猛度和安全性。表８－３５列举的检测仪器只供研究和生产煤矿许用乳化炸药时参考。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药５.煤矿许用乳化炸药的使用效果三级煤矿许用乳化炸药的生产与使用，解决了我国煤矿井下长期使用炸药的不合理局面，提高了煤矿井下开采的安全性和作业效率，发挥了煤矿许用铵梯炸药不可比拟的优势。五、煤矿许用粉状乳化炸药１.煤矿许用粉状乳化炸药的配方设计１）煤矿许用粉状乳化炸药的配方设计原则配方设计是煤矿许用粉状乳化炸药研制过程中的关键，是不是具有煤矿使用安全性首先取决于炸药的配方设计，在此过程中必须遵循两个基本原则：最大安全原则和能量适中原则。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药前已述及，在煤矿井下爆破作业中，能够引起瓦斯煤尘燃烧和爆炸的原因，主要有三个方面：炸药爆炸时形成的空气冲击波的绝热压缩；灼热或燃着的固体颗粒的点火作用；生成的气态爆轰产物及二次火焰的直接加热。因而，在设计煤矿许用粉状乳化炸药时要充分考虑这些因素。具体地说就是，为避免爆炸气体生成二次火焰和产生有毒气体，煤矿许用炸药的氧平衡值应接近于零，同时能够降低爆温和减少灼热固体颗粒的生成，以保证煤矿井下使用的安全；性能与作业对象相匹配，在保证安全的前提下炸药本身还要保持足够的爆炸能量，能够顺利完成爆破作业；另外，还要考虑性能价格比和生产工艺、环境污染等多个方面。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药相对于零氧平衡的工业炸药而言，正氧平衡或负氧平衡工业炸药的氧化剂或可燃剂的含量分别过高，在炸药爆炸瞬间，氧化剂或可燃剂未被充分利用，既造成了资源浪费，爆炸性能下降，又使得有毒气体产生量明显高于零氧平衡的炸药，给使用安全带来隐患。因此，在煤矿许用炸药中，配方的氧平衡既关系到炸药的爆炸性能，又关系到使用安全。具体地讲，正氧平衡的炸药爆炸后有毒气体中氮氧化物的含量较高，虽然氮氧化物的存在有利于降低炸药的爆温，但爆炸后有毒气体的总量大大增加，对井下作业人员的伤害增大；负氧平衡的炸药爆炸后有毒气体中ＣＯ的含量较高，容易造成作业人员窒息，且未发生反应的可燃残留物多，易引燃井下瓦斯。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药因此零氧平衡的设计原则，对保证煤矿许用炸药在井下的使用安全至关重要，煤矿许用粉状乳化炸药配方宜采用零氧平衡设计。２）煤矿许用粉状乳化炸药组分的选取各组分的选取有以下原则：（１）氧化剂的选择。硝酸铵是硝酸盐中最常用的氧化剂，虽然有效氧含量不高，但来源广泛、价格低廉、性能稳定。硝酸铵本身也是一种钝感炸药，爆炸时的生成物全为气态。用它制造的炸药感度适中，生产和使用的安全性高，做功能力较大，因此被广泛地应用于工业炸药的制造。常温下硝酸盐固体或水溶液比较稳定，除了在酸性介质条件下，其水溶液几乎没有氧化性。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药基于上述性质，选用硝酸铵做煤矿许用粉状乳化炸药的主要氧化剂，以硝酸钠、硝酸钾等硝酸盐为辅助氧化剂，既保证了生产的安全性，同时又考虑了经济性。（２）可燃剂的选择。为了满足制粉工艺要求，可燃剂油相以熔点较高的固态复合蜡为主，配以相应的乳化剂。固态蜡类多为化学性能稳定的烷烃，具有较高的韧性和较小的透湿性，熔化后黏度较低，对油相具有良好的黏度调节作用。因此选用固态复合蜡，既有利于乳化，又有利于制粉，适宜于制造煤矿许用粉状乳化炸药。在使用固态复合蜡的同时，应考虑油相的附着力和成膜强度。（３）消焰剂的选择。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药消焰剂是煤矿许用炸药的重要成分，主要分为两类：一类是能够降低炸药爆温的物质，避免火焰形成，主要以惰性有机物质为主；另一类主要是盐类，它能够使瓦斯的引燃温度增高，延迟时间增长，对瓦斯的燃爆起阻化作用，从而降低二次火焰的形成，增强消焰效果。比较理想的情况是，选用常用的碱金属盐类为主要消焰剂，惰性有机物质为辅助消焰剂。３）煤矿许用粉状乳化炸药的配方举例（１）以南京理工大学为主设计的煤矿许用粉状乳化炸药。通过大量试验和分析，最终确定了一、二、三级煤矿许用粉状乳化炸药的配方（质量分数），见表８－３８。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药该组配方呈微负氧平衡，组分简单，爆炸性能良好，安全性能优良，原料成本低，工艺适应性好，适用于工业化生产。（２）北京矿冶研究总院研究开发的煤矿许用粉状乳化炸药。氧化剂和可燃剂的选择如上所述，关键是消焰剂的选择。在选择消焰剂时主要考虑了消焰剂的种类和含量对氧化剂相晶析点和炸药爆炸性能的影响。在拟定的水相中加入不同类型及含量的消焰剂，测量氧化剂水溶液与消焰剂共溶物的晶析点，以探求消焰剂对水相溶液晶析点的影响。试验结果如图８－９所示。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药由图８－９可知，随着水相中消焰剂含量的增加，水相的晶析点先是逐渐下降，到一定程度后又逐渐上升，可见就水相的晶析点而言，消焰剂的含量存在一个最佳值，对于不同种类的消焰剂必须经过多次试验来确定其最佳含量。不同消焰剂含量对煤矿许用粉状乳化炸药性能的影响，试验研究结果如图８－１０、图８－１１所示。就炸药的爆速和猛度两个性能指标而言，随着消焰剂含量的增大都呈下降趋势，因而，消焰剂的含量必须控制在一定的范围之内，使得炸药具有适当的爆炸性能。表８－３９是该院研发的煤矿许用粉状乳化炸药的配方。２.煤矿许用粉状乳化炸药的生产工艺上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药炸药的性能不仅取决于炸药的配方，而且与炸药的生产工艺密切相关。煤矿许用粉状乳化炸药生产工艺过程与一般粉状乳化炸药基本相似，不同的是在制备过程中需要加入适量的消焰剂。配方和工艺上的综合作用，增强了煤矿安全炸药的使用安全性，满足煤矿许用炸药可燃气检测一、二、三级的指标要求。图８－１２是北京矿冶研究总院的二、三级煤矿许用粉状乳化炸药的生产工艺流程。由图８－１２可以看出，煤矿许用粉状乳化炸药的生产工艺是将制备好的油水相连续乳化、连续雾化成粉、流化干燥、高效回收，形成一个完整的进料和出药系统。上一页下一页返回第二节煤矿许用乳化炸药该生产工艺不仅具备连续化和自动化程度高、产品质量稳定、产能大等优点，还具有药粉的回收率高、不产生或很少产生微细的药粉，有利于对环境保护，以及成品药卷的储存性能好，在储存期不