乳化炸药现场混装系统的发展综述引言乳化炸药现场混装是十四五产业结构调整的重点推广生产方式乳化炸药现 场混装系统的研制自1979年至今已有40余年历史其按工艺路线可分成三类: 第一类是1979年开始研制的“plant-mixed"（以下简称为“地乳”）,即将地 面站乳化的基质装上混装车再泵送进炮孔，该混装系统称为PM地乳系统；第二 类是1979年同期研制的“site-mixed"（以下简称为“车乳”），基质在现场 混装车上完成后再泵送进炮孔，其混装系统称为SM车乳系统；第三类是2014 年开始研制的“borehole-mixing"（以下简称为“孔乳”），乳化直接在爆破 工地的炮孔内完成，其混装系统称为HM孔乳系统随着技术的发展，乳化炸药 混装系统越来越简单化，本文分别介绍了这三类混装系统的主要成就和现状可能上世纪八十、九十年代信息不通畅之故，许多文献遗漏了我国早期乳化 炸药混装系统研究历史实际上我国乳化炸药现场混装的研究与国际同步，其乳 化技术和自动控制等技术成果当时还领先于欧美（理由见正文分析）因此本文 对这些乳化炸药混装系统的研制历史试图补全另外，少有乳化炸药混装系统的论文言及混装系统爆炸危险性，许多文章认 为现场混装是本质安全的。
实际上，乳化炸药现场混装系统的基质生产、储存、 转运及炸药现场混装各环节，在历史上皆发生过爆炸事故，不完全统计共造成近 20人死亡，本文进行了例举对乳化炸药现场混装生产安全性进行的分析表明， 从SM车乳、到PM地乳、再到HM孔乳，随着技术的发展，乳化炸药混装系统越 来安全化，混装安全技术遵从了生产过程介质从炸药、到基质、再到硝酸镂水溶 液的不断降低爆炸属性，及生产设备爆炸危险性从高、到中、再到低的双重发展 方向目前市场主流乳化炸药混装车经过四十年来的发展，虽更加可靠易用，但却 始终存在高质量方面的不足，比如炸药威力较低（仅为包装型炸药的80%）,爆 破单耗较高（不能令爆破业者满意），产品的环保缺陷等对乳化炸药现场混装 生产高质量性进行的分析表明，混装质量技术从PM地乳、到SM车乳、再到HM 孔乳，随着基质储存的取消及乳化技术的提高，乳化炸药混装系统越来越高质量以上表明基质虽被列为氧化剂，但其爆炸属性仍较高因此，国际上也有国 家将现场混装基质归类炸药管理另外，基质破乳结块后，由于易造成泵吸空干 转、固态含油硝酸镂摩擦升温快及含油固态硝酸锈热分解温度降低，危险加大2. 2乳化炸药混装系统生产安全发展的技术进展生产的本质安全性包括介质爆炸属性和设备爆炸危险等级。
理论与实践表明: 硝酸钱溶液是一种比乳胶基质更弱、危害较小的氧化剂作为硝钱基炸药，其炸 药、基质、硝酸镂溶液的爆炸属性依次降低另外，我国相关标准把设备爆炸危 险等级分为0类、1类、2类民爆专用设备及非民爆专用设备，其设备爆炸危险 性依次从高到低关于现场混装乳化炸药介质爆炸属性，混装系统遵从了从炸药、到基质、再 到硝酸镂水溶液的发展经历如PM地乳系统从早期装炸药入炮孔，发展到目前 装基质入炮孔；SM车乳系统从早期装炸药入炮孔，发展到装硝酸镂溶液，过程 成基质后入炮孔；HM孔乳系统更直接装硝酸镂溶液入炮孔关于现场混装系统的设备本质安全性，经历了从民爆专用设备危险等级由高 到低、再到无民爆专用设备的过程如动态乳化器搅拌转速由2900rpm.到 900rpm^l500rpm,再到600rpin,更发展到HM孔乳系统的非民爆专用设备的静态 乳化器；敏化由动态搅拌发展到静态敏化；装药泵由单螺杆泵、到转子泵、再到 活塞泵、柱塞泵，更发展到Nobel公司SM混装车和成功公司HM混装车的无装药 泵3高质量发展主要技术经济指标的分析和技术进展综述高质量发展主要技术经济指标包括高质和量智能化信息化方面，前者如炸药 威力、爆破炸药单耗、炸药成本、能耗、可靠性、节能环保等，以下具体分析和 综述之。
3.1 炸药威力炸药爆炸威力取决于爆炸反应绝对能量和能量利用率如钱油炸药虽然绝对 能量高，但由于氧化剂和可燃剂间的接触均匀性较低，导致其能量利用率较低， 炸药实际作功能力不太高；乳化炸药虽然含水，但由于氧化剂和可燃剂间的接触 均匀性较高，乳化炸药的能量利用率高笔者对比发现：依据爆炸反应方程式和热化学参数（爆热Q、气体生成量n）, 利用新合成炸药的作功能力估算公式（CUP = 9.7 + 0. 00263nQ, AV = 3.938 （CUP） -86）,理论估算的乳化炸药作功能力4V与实测结果基本相符，说明采 用该方法理论计算乳化炸药威力是可行的大量的计算结果表明：非含能材料 （NaNO3、水、油相）对乳化炸药作功能力的损害较明显,约1.9%NaN03、0. 33% 的油相与1%水的耗能相当，降低的作功能力值约为6. 2nd关于混装乳化炸药作功能力，遵从了降低甚至取消非含能材料的发展过程1）目前三种混装乳化炸药基本都取消了辅助氧化剂NaN03；2）降低炸药中油相含量一般地乳基质的储存期要求在2个月以上，故PM 地乳的油相比例一般在6. 5%以上，个别在7. 5%左右但当混装乳化炸药从地乳 改为现乳现用时一，由于现场乳化物的稳定性一般超过预装药时限，故现乳现用无 需考虑基质储存稳定性问题，相应油比可明显减少，如SM、州混装车的典型油 比分别为5. 5%、4. 8% （当然，上述数值也取决于所在混装车的临界油比和乳化 剂质量）。
配方中水相水含量17%相同时，PM地乳混装车、SM车乳混装车、HM 孔乳混装车上述油比的炸药作功能力分别为223ml、252ml、269mlo可见PM地 乳混装车为满足基质储存期要求，明显付出了炸药威力损失15%左右的较高代价3）为满足基质归类氧化剂条件，PM混装基质的水含量一般在17%以上，但 单独的低水含量硝酸镀溶液属氧化剂，故HM混装车的炸药可将其水含量降低到 9%,此时作功能力增加到317ml,接近1号包装岩石乳化炸药水平，其将PM典 型乳化炸药作功能力提高了 42%o关于混装乳化炸药作功能力，还遵从了改进乳化装置，不断降低乳化物胶滴 平均粒径的发展历程，如动态乳化器胶滴2~3 Rm、到半静态乳化胶滴1.1 um、 再到HM静态乳化的胶滴0. 38 P m,这提高了混装乳化炸药的爆炸能量利用率3.2 炸药单耗影响炸药单耗的3个主要因素是炸药的威力、爆速、密度关于降低爆破的 炸药单耗，遵从了 “降低负氧到零氧平衡、降低炸药密度、提高炸药爆速”的发 展历程1）降低负氧到零氧平衡是依靠降低油比实现的，如上文所述PM、SM、HM三 种混装车的油比自6. 5%、5. 5%、4. 8%依次下降，炸药氧平衡自-5%、-2. 2%> -0. 1% 依次减负，结果炸药威力自223ml、252ml、269nli依次提升，这相应降低了爆破 的炸药单耗。
虽然节理裂隙发育的岩石、软岩等爆破需要较低爆速炸药，但一般采用混装 车大规模爆破的矿体结构较为稳定，依据炸药波阻抗匹配岩石波阻抗的理论，此 时炸药爆速越高，炸药波阻抗越大，爆破效果越好，相应对降低爆破的炸药单耗 贡献越大SM混装车由于泵前敏化，故其炸药爆速较低，一般在4300〜4800m/s PM混装车、HM混装车泵后敏化，气泡未遭破坏，故爆速较高，其中PM混装乳化 炸药的爆速5000〜5500m/s, HM混装车由于敏化射流强度更高达15m/s〜25m/s, 气泡更微小，故HM混装乳化炸药的爆速达5800〜6500m/s2）炸药密度大将造成装药高度变小，易产生顶部大块国内有炸药工作者 在SM混装车实践中测得，孔底炸药气泡将被压死一部分，孔底炸药密度高出孔 上炸药密度10〜20虬笔者分析这是SM乳化炸药采用粘度较低的柴油，炸药自身 固泡性不好，再加上泵送和30余米装药软管的摩擦外力破坏内外双重原因造成 的PM混装车的敏化相对比较复杂，主要在于2个变数：一是基质温度不太高 且不确定，二是因为基质储存期需要，其水相PH值不能过低（过低导致基质储 存期缩短）这导致了基质敏化产气速度的不确定，温度过低、基质水相PH值 偏高导致敏化反应速度慢，炸药密度偏高，此时导致爆破单耗增加。
国外采取既 加热基质，又设置敏化补偿系统，引入催化剂泵送系统，根据温度不同自动添加 不同量的催化剂的双重办法，实施精细敏化我国PH混装车将上述措施取消， 结果敏化速度偏慢（一般20分钟左右），炸药密度过高，增加了爆破炸药单耗 HM混装车敏化反应温度达80度左右，敏化产气速度在2分钟以内，且炸药密度 可降至1.10以下，这对降低炸药单耗有利3.3 炸药成本炸药成本包括原材料成本、能耗、设备维护更换成本等1）关于炸药原材料成本，现场混装乳化炸药遵从了从昂贵乳化剂到廉价乳 化剂、从高油比到低油比的发展途径PM混装乳化炸药因为基质有储存期要求， 故其需要采用较昂贵的高分子乳化剂及较多的油相量，如此炸药成本相对较高 （也有一些混装系统用户降低乳化剂质量要求和降低油相比例的，当然其基质储 存期缩短）SM乳化炸药由于基质现场现做现用，故油相比例相对降低了 15%（从6. 5%降到5.5%）,且乳化剂改用了廉价的斯盘80乳化剂HM乳化炸药沿 用了 SM乳化炸药现做现用、降低成本的方法，而且由于HM孔乳系统乳化力相比 SM车乳系统更高，故HM乳化炸药油相用量在SM炸药基础上再降低15%左右（从 5.5%降到4.0%~4.8%）。
另外，同等炸药威力下，川乳化炸药水含量可提高4%, 这进一步降低了现场混装乳化炸药的成本（按2021年10月原材料市价，其较 PM炸药节约原材料成本费用约300元/吨炸药）2）能耗关于产能，混装系统遵从了由低到高的发展思路，PM、SM、HM三 系统的乳化产能分别为10t / h、16. 8t / h、27t / h,装药产能由PM、SM的16. 8t /h发展到27t/h关于装机容量，乳化炸药现场混装遵从了从长流程到短流程 的发展之路，装机容量由大到小，PM、SM、HM三系统的乳化敏化炸药装机功率 由3L5kw、28kw降低到12kw（PM、SM二系统皆为长流程，故上述装机容量相当） 由此，系统能耗遵从由大到小发展思路，PM、SM、HM三系统的乳化敏化炸药装 机单位产能能耗由2. 66、1.67降低到0.44,可见短流程较长流程节能显著3）关于设备维护更换成本关于生产主要设备，遵从了一条由高爆炸危险 设备向低爆炸危险设备，再无民爆专用设备；及高转速设备向低转速设备，再到 静态装置；转动设备数量由多到少的发展之路如乳化由高速搅拌（0类民爆专 用设备）、到中速搅拌（1类民爆专用设备）、再到HM孔乳系统的静态乳化（非 民爆专用设备），敏化由中速搅拌再到静态敏化，基质泵由单螺杆泵、到转子泵、 再到柱塞泵，装药从炸药泵送、到基质泵送、再到原料一泵到底。
显然，全静态 乳化敏化的混装系统，使用维护更换成本更低些3.4 乳化可靠性与乳化质量连续乳化技术遵从了一条从正常油比、到富油、再到超级富油的可靠性由低 到高发展思路，基质从胶滴平均粒径数微米、到1微米、再到0. 5微米以下的质 量越来越高发展思路动态乳化器中，敞开式粗乳罐一直沿用至今的一个重要原因是开机时先加入 部分油相，再加入水相，如此形成了 “开机时的超级富油乳化”，在形成 100~150L容积乳化罐必要的可持续乳种后，再开动精乳，并形成连续乳化而其他密闭式乳化器，只能是正常油比乳化（即使开机富油，也因为容积小，由于 容积不大于5L,形成不了粗乳罐似的持续连续乳种）这也是笔者前文所言“我 国第一台SM混装车乳化优于美国SM混装车乳化”的原因（二者分别采用敞开式 乳化罐、密闭小容积卧式乳化器）连续静态乳化器的发展，更准确反映了可靠性乳化技术中“超级富油”形成 持续乳种的必要性可以说,连续静态乳化的近40年发展历史就是不断探求“超 级富油形成持续乳种。