在炮孔中产生浆液/颗粒炸药的方法及制作的产品

本发明是关于一种在炮孔中能产生高密度的浆液/颗粒炸药的方法的，特别是有关于这种产品的制造的，该产品是用松装的硝酸铵（AN）药粒和含无机氧化盐（如硝酸铵AN水溶液）的含水制品的敏化混合物做成的。本发明还涉及到特别适用于本方法用作为原料材料的某些混合物，以及用该方法制造的产品。

含水炸药包含一种无机氧化盐，主要是水溶液当中的AN、燃料及敏化剂组分。在这类通常属于水胶炸药中，水盐溶液是一种增稠或胶凝了的连续相。在已知的如像乳化炸药的类型中，水盐溶液是不连续相，或是油包水乳浊液的分散相，乳浊液的连续相是一种油料，它是一种燃料组分。含水炸药以包装形式装入炮眼，像袋装、纸卷，也可以用松装方法装填，纸卷放入炮眼后用装填棒推入底部，同时用压缩空气将松装药泵入纸卷。

近年来，人们一直在研制含有AN颗粒和油包水油乳浊液的混合炸药〔参阅美国专利号4，111，727，4，181，546和4，555，278（Cescon    and    Millet）〕。在美国专利4.111，727中叙述了这种混合物，这种混合物含有以结晶或片状AN代替球状颗粒AN，并称之为类胶泥材料，这种材料在很大程度上是固体。专利中公开的浆液组分含量为10～40%，据认为20～35%较好，实际应用中采用30～40%含量比较好。中文还提到螺旋装药方法，美国专利4，181，546谈到了从40/60/40乳胶/AN混合物，当这种混合物干组分比例太高时就无法用普通泵泵入炮孔。此 专利还说到像干的ANFO一样的方式向炮孔进行螺旋装药。美国专利4，555，278描述了药粒重量含量高达50%的可泵混合物，以及药粒重量含量高达70%的螺装混合物装入袋中的情况。

美国专利4，294，633（clay）叙述了一种爆破剂，其中一种无水浆液组分（一种甲醇或乙二醇中的硝酸铵溶液）部分地充入裂缝空隙及毛细孔之中以及AN颗粒之间，形成塑态固块，从而能用螺旋运送或其它运送方式通过导管进行输送。

我们的共同未决的美国申请编号为No710542专利中，叙述了贮存安全性炸药的组分，这种组分含有敏化的固体颗粒无机硝酸盐（最好是AN或ANFO药粒）和水浆悬浮液的混合物，该水浆悬浮液是一种增稠的无机氧化盐水溶液（以AN的水溶液为好），该混合物的组分在后面的专利申请部分中谈到了。药粒重量含量为约75%或多于75%的混合物认为基本上是以含浆液的AN颗粒的可流动的粒团形式存在的，这种含浆液AN颗粒比单一的AN药粒具有较高的体积密度和爆破能量。而这种粒状产品对爆破手使用来说无疑是很有价值的，高装填密度的粒状产品具有很大的优点，特别是当可以采用快速装填方法生产时更是这样。包括有颗粒状的可自由流动的含浆药粒在内的浆液/颗粒炸药是一种混合产品，加工处理及环境条件等等对这种混合物研究什么影响是难以预料的。不管颗粒/浆液之比多高，含水组分也不如忽视，这从产品加工处理角度考虑，是一个难以控制的因素。究竟浆液组分水胶还是乳浊液状态，混合物的物理结构怎样，以及混合物在给定一条件下的性能怎样，在很大程度上取决于浆液的物理结构和药粒的物理结构。这些混合物的特征量由于如下事实而难以预料，即当浆液与药粒接触时，浆液中的溶液相态可能发生变化。

多年来人们已经知道，干的ANFO药粒可以用压缩空气装进炮眼。但迄今为止还没有人谈过或提出过以可自由流动的流散粒子形式装填的 浆液/药粒混合物，只是曾有人提出过螺旋输送和泵输送方法把药粒混合物产品装填炮眼。

本发明提供一种在炮眼中生成高密度浆液/药粒炸药的方法。这种方法归纳如下：

（a）把基本上可自由流动的着浆硝酸铵（AN）药粒（如ANFO药粒装入压力容器，包覆药粒的浆状物是至少含有一种无机氧化物盐（主要是水溶液状态的AN）的水浆悬浮液，在粒团当中浆液的重量含量大约25%或少一些，最好为20%左右或少些。

（b）在至少为约200kpa，最好至少约为300kpa的压力下用空气通过装填软管把着浆药粒从容器输送过炮眼中，借助这种压缩空气的压力把整个炸药压紧并把含浆药粒压入炮眼底部。

着浆颗粒一般浇注密度范围为约0.85至1.3克/厘米3而产品的装填密度比普通浇注密度至少高约5～10%，往往高约20%甚至更多。

虽然“浆液”这一术语比较普遍地用在含水炸药产品中，在这些炸药中无机氧化物盐水溶液是一种连续相（如在水胶中，包括把油分散或悬浮在连续的含水相当的水胶），但是为方便起见，在这里我们也用“浆液”这一术语表示油包水乳胶产品。

“着浆药粒”是指用在本发明方法中所用的粒团物质中，含水成份或浆液成份被保持物理分离状态药粒所携带或支持。这与那种液体填充物包覆药粒的产品正好相反。

本发明还提供一种适合于用本方法装填炮眼的炸药配方，配方包括基本上可自由流动的乳胶硝酸铵（AN）的粒团，它包含重量含量约18%或更少的乳浊液，这种乳浊液含有（a）形成连续相的含碳液体燃料，（b）形成不连续相的无机氧化盐水溶液并以液滴分散在所述连续相中，（c）一种乳化剂，最好的组分是非离子型乳化剂并且是连续乳液相极性。

用本发明的方法形成的产品是在炮孔中形成的，它是一大块整体的和压入着浆液AN药粒形成高密度的药包，也就是说这种密度一般高于约1.00克/厘米3，往往高于约1.10克/厘米3，在最佳的装填条件和设备情况下，密度可以达到甚至超过1.30克/厘米3。这是一种不寻常的高密度颗粒产品，因为它具有很高的体积爆破能量而具有很大的优点。

本发明的方法中，在一种水胶（如上面定义的）含量多达25%的混合物当中的AN颗粒，是采用气流装入炮眼的。令人惊奇的是，在浆液/颗粒混合物中含水组分的存在，在气动设备中产品的性能没受到不利的影响。然而，出乎意料的发现，当干燥的AN球形颗粒用气动装填时出现的密度增大现象却很显著。往往很有意义的是，在此过程中，着浆AN颗粒的装填密度要比浇注密度高10%或更高。这种密度的增加量大约用干燥的AN颗粒时通常观察到的密度增加量的两倍。因此，与ANFO相比，除了着浆药粒（per    se）所造成的高浇注密度这一优点之外，炮眼中着浆颗粒粒团的高装填密度，由于其具有较高的体积爆炸能量（每单位体积的能量）而具有很大的效益。

本方法适用于含有大量粒团的密实AN颗粒炸药，它携带或附着着含有至少一种无机氧化盐（在水溶液中AN为主要组分）的水胶。具体而言，这种浆液是一种增稠的无机氧化盐水溶液及AN颗粒所组成的混合物，正如上述共同未决的申请报告中所叙述的那样。这类浆液可以是per    se）炸药，或者，正像上面所说的，是一种由于AN颗粒中有空隙而敏化了的那种浆液。其披露情况已编入参考资料中了。一种情况是，这类浆液含有一种起乳化作用的油，它被分散在含水相之中，当羟基丙酯爪耳胶作为含水相的一种增稠剂时就出现这种情况。另一种情况是，浆液为一种油包水的乳浊液，正像在美国专利号3，447，978（Bluhm）或4，287，010（owen）中所描述的那种情况。

为了达到对于气动装药很重要的着浆颗粒能自由流动的特性，颗粒 粒粒团的含浆重量含量应为约25%或不大于25%。在油包水乳浊液类型的浆液情况，浆液的重量含量不应超过约18%。使用较多的液浆，颗粒将表现较大的结块倾向，从而形成非粒状产品，就不适合于气动装填了。

这里可用的乳胶/AN混合物包括了油包水乳浊液具有极性连续相的物质，例如像三梨糖醇酐单油酸盐之类的非离子型乳化剂。虽然我们不想使我们的发明受理论考虑的局限，但我们确信，在具有极性连续相的、油包乳浊液不连续含水相当中，盐的结晶化倾向会更快出现，这对在低乳胶含量（约在18%或更低）的混合物中形成AN药粒的光滑包覆层，使包覆乳胶的药粒保持流动性是非常有益的。

在本发明的方法中所用的以及在本发明产品中所提出的球形药粒是AN药粒，ANFO药粒，或者是它们的混合物。ANFO药粒要更好些。AN药粒与浆液一块使用，这样就供给足够的添加燃料使AN药粒达到氧平衡。在本发方法中使用的着浆AN药粒粒团的浇注密度取决于所使用的AN或ANFO药粒的体积密度及具体的浆液/颗粒的重量比。根据药粒的体积密度在约0.70～0.85克/厘米3范围以及浆液重量含量为5～25%，着浆药粒粒团的浇注密度的范围为0.85～1.3克/厘米3。成型产品的装填密度略微依赖于药粒的质量及其完整性，并且取决于所采用的具体气动装药机，以及诸如空气压力、装药软管的直径和长度、炮孔直径，及装药软管出口端到药粒存放点之间的注射距离等之类的装药条件。通常装填密度要比浇注密度至少高约5～10%，甚至往往高出约20%或更多一些。

以本发明方法装入炮孔中的着浆药粒的敏感度，即用通用起爆器材起爆装填产品的能力，主要地是药粒成份、基本上起提高密度作用的浆液的函数。所以，当浆液本身可作为敏化条件时，例如它是一种水胶或乳胺炸药时，炸药浆就不再需要了，因为药粒间的空穴体积对混合物产品而言就成了一种敏化剂。因此，per    se浆液不需要含有化学敏化剂或 一定量的起敏化作用的分散的气泡或空穴。但是，为确保足够敏感的混合物，所用的AN或ANFO药粒当单独用作为爆破剂时应正常发挥效用。作为典型，这类药粒具有1.35～1.52克/厘米3的颗粒密度，10～18.5%的药粒空穴体积，以及0.70～0.85克/厘米3的浇注密度。

现有各种型号的气动炮孔装药机可用来把ANFO炸药装入炮孔，其中任何一种都可在本方法中用来向炮孔中输送着浆药粒。一般说来，这些装药机都有一个圆筒形的不锈钢罐，通过其顶部的进料口可将罐充满。当装满料后，将进料关闭并向罐内用空气充压。罐的底部为锥角形，譬如45°角或更大一些，它与卸料的球形阀相连。一个压力调节器通过初级阀装置用来控制进入罐中的压力，次级阀用来在卸料肘管底部造成文杜里（Venturi）效应，以便帮助推动炸药药粒通过装药软管装入炮孔中。

与ANFO相比，由于着浆药粒具有较高的密度，以及由于采用了某种型号装药机，而又碰到高浆液/药粒比使药柱流动性减小的情况，在这种过程中所需要的空气压力要比装填ANFO药粒时所惯用的压力更高。虽然低到约200Kqa的压力，特别是装填那种浆液含量很低（如只有约5%）的着浆药粒时，也还是可以用的，但是，一般说来至少300Kqa的压力是更合适的，因为装填密度愈高，得到的结果愈好。接近多种装药机能力极限的高达约700Kqa的压力也是可以采用的。在装填ANFO炸药时一般应避免压力超出常用压力范围，这是因为这样做会出现产品返吹情况，这是地下采矿当中不希望出现的情况。

正如前面所说，产品的装药密度不仅仅决定于空气压力，而且还与这样一些变量如炮眼孔直径、装药软管的长度和直径、浆液/颗粒比、及装药软管出料口与孔中圆柱装药的注射距离等有关。装药密度的最佳值需要找到这些变量的恰当组合，也就是说，如果在一定直径的炮孔中，装填一定的浆液/颗粒比的混合物时，欲得到较大的密度，则要减少软 管的长度和/或直径，或者缩短注射距离。

下面所说的例子，其百分比和份数是按重量计。

例一

制备以下组成的浆液（水溶胶）：

组成    份数＊

AN    16.7

SN    34.2

MMAN    35.1

水    9.3    爪耳胶/水＝0.18

爪耳树胶＊＊    1.73

珍珠岩    1.0

乙二醇    2.0

＊每100份浆液

＊＊0.6份的4603（一种纤烷丝产品）和1.1份的“245-D”半乳糖酶胶一种延缓增稠作用的Henkel产品

将爪耳树胶与16%的SN混合物加入到装有50～55℃的70%MMAN水溶液和乙二醇混合物的容器中进行混合。搅拌持续约3分钟，直到观察出稠化现象。然后依次混入珍珠岩粒子、剩余的SN和AN（2＃粒度）。所形成溶胶粘度为110泊，粘度是用布氏粘度计（在25℃时，带有每分钟20转的6号主轴）测量的。其密度为1.21克/厘米3。

炸药溶胶包装在直径为12.7厘米的低密度聚乙烯袋中，储存约24小时，使之完成水合作用，然后将溶胶倒进水泥混合器内的ANFO颗粒中，并与之掺合成浆液/ANFO15/85的混合物。混合物之前， ANFO粒子为0.83克/厘米3的浇注密度，混合后的产物，其浇注密度为0.92克/厘米3，呈干粒状，它包含有基本上能自由流动（可浇注的）分散粒子。

混合物包装在一直径为12.7厘米低密度聚乙烯袋中，并在环境温度（-18℃到-6℃）下储存，然后用一容量为50公斤的Teledyne    ANFO装料器，在420千帕空气压力下，通过内径为1.9厘米长为15米的装料软管，将它装入到3米长的钢管中。装料器带有一圆锥形底的槽，其圆锥角为45°，它与一3.8厘米的球形阀相连，混合物在该处排出。装药密度和爆速如下（用12号电雷管起爆）：

4.1厘米直径管子    3.5厘米直径管子

混合物    装药密度    爆速    装药密度    爆速

寿命 克/厘米3米/秒 克/厘米3米/秒

1天    0.98    3097    1.02    3097

3星期    1.10    3300    1.06    2870

5星期    1.07    3848    1.12    3298

当混合的产品以同一方法装填到地下矿面上4.4厘米直径的炮眼中，经历6～15天时间的掺合后，27～36炮眼的平均装药密度为1.03、1.14、1.14、1.11、1.17、1.14和1.15克/厘米3（每一值代表在给定日期所装填炮孔的平均值）。获得的破碎作用超过了单独使用ANFO时所通常达到的效果。

当用同样的ANFO（浇注密度0.83克/厘米3）时，常常制成以上的混合物，在上述装药条件下，装入4.1厘米直径的管中，一般达到的装药密度约为0.95克/厘米3，这仅仅是约14%的密度增量，而近乎 相同的条件下，装填附着浆液的珍珠岩粒子时，密度增加高达27%。

例二

制备一种油包水的乳浊液，其中80%AN水溶液作为分散相分散在连续相的油中。乳浊液含有88.28%AN、10.06%油（“Rando”油）和1.66%山梨糖醇酐单油酸（SMO），它是一种乳化剂。将70%的AN溶液，SMO和1/3的油加入到转速为每分钟200转的涡轮搅拌混合器中。PH值为5.0。剩余的油按30秒的间隔逐渐加入。关掉搅拌器1.5分钟，然后以每分200转的转速重新开动，于是形成了乳浊液。其密度为1.34克/厘米3，粘度为1700泊。乳浊液在5℃时装入直径为15厘米的钢管内，一天以后，用0.45公斤的注装起爆药起爆，没有引起爆轰。

钝感的乳浊液和ANFO颗粒，在水泥混合器中形成乳胶/ANFO15/85粒状混合物，它具有0.91克/厘米3的浇注密度。这些附着乳浊液的ANFO颗粒，存放一星期后，用例一所说的相同装药条件，装入一内径为50毫米，长为3米的钢管中。装药密度为1.07克/厘米3（即增大17.5%），当用12号电雷管起爆时，此装药产品以3970米/秒的速度爆轰。

存放6星期后，在上述规定的条件下，将产品装入同样直径的钢管中，装药密度仍是1.07克/厘米3，爆速为3628米/秒。