引言

現(xiàn)場混裝炸藥技術(shù)是指裝藥設(shè)備裝載炸藥半成品或原材料進(jìn)入爆破作業(yè)現(xiàn)場,按照工藝配方要求,通過混合設(shè)備將各組分材料進(jìn)行物理摻混后,輸送至炮孔內(nèi)形成炸藥的工藝技術(shù)?，F(xiàn)場混裝技術(shù)提高了裝藥效率,降低了工人勞動強度,改善了現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境,更加有利于安全管理。2010年,我國現(xiàn)場混裝炸藥的年用量只占全國工業(yè)炸藥用量的15%左右[1],2018年我國現(xiàn)場混裝炸藥年產(chǎn)量已達(dá)108.14萬t,同比增加13.57%,占全國工業(yè)炸藥產(chǎn)量的25.3%。在我國"十三五"行業(yè)規(guī)劃中,更是提出了"2020年現(xiàn)場混裝炸藥比重占工業(yè)炸藥比重大于30%"的目標(biāo)。現(xiàn)場混裝炸藥及其相關(guān)的技術(shù)、設(shè)備正成為國內(nèi)露天、地下礦山爆破使用的主導(dǎo)技術(shù)產(chǎn)品。

雖然混裝設(shè)備在運輸、生產(chǎn)過程中裝載的不是炸藥,但是產(chǎn)品質(zhì)量無法有效控制,半成品原材料輸送過程中存在機(jī)械摩擦風(fēng)險,需要對設(shè)備及狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制,確保裝藥過程的安全性。本文通過對BCJ-3型現(xiàn)場混裝乳化炸藥車的安全聯(lián)鎖保護(hù)功能進(jìn)行分析,探討混裝設(shè)備的安全控制。

1BCJ-3型現(xiàn)場混裝乳化炸藥車

BCJ-3型現(xiàn)場混裝乳化炸藥車是由北京礦冶科技集團(tuán)有限公司研發(fā)的"BCJ系列中小直徑散裝乳化炸藥裝藥車"系列產(chǎn)品之一,廣泛適用于各種類型的露天礦山。該設(shè)備由重汽豪沃底盤以及上部裝藥系統(tǒng)組成,其中裝藥系統(tǒng)根據(jù)結(jié)構(gòu)功能,可分為自動控制部分、液壓系統(tǒng)、卷揚機(jī)構(gòu)、乳膠輸送系統(tǒng)、敏化液輸送系統(tǒng)五大部分,如圖1所示。

(1）自動控制部分:主要由混裝車控制系統(tǒng)和符合行業(yè)規(guī)定的"工業(yè)炸藥混裝車動態(tài)監(jiān)控信息系統(tǒng)"組成,包括操作終端、PLC核心控制器、信號采集儀表等電子元器件,能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備控制、裝藥量計量、記錄與打印、在線監(jiān)測生產(chǎn)參數(shù)等功能,并帶有完備的安全聯(lián)鎖保護(hù)功能。

(2）液壓系統(tǒng):由液壓油、液壓油泵、液壓馬達(dá)、液壓油冷卻器及進(jìn)出油支管、控制元件組成。通過發(fā)動機(jī)取力后,液壓油泵驅(qū)動各設(shè)備馬達(dá)工作,完成全車設(shè)備運行。

(3）卷揚機(jī)構(gòu):BCJ-3型混裝車標(biāo)配40m輸藥管,最長可延長至120m,通過卷揚機(jī)構(gòu)的卷筒,可以靈活控制輸藥管收放速度,節(jié)省工人勞動強度。

(4）乳膠輸送系統(tǒng):由乳化基質(zhì)箱體、電(氣）動蝶閥、螺桿泵、輸藥管組成。螺桿泵為全車核心設(shè)備,其轉(zhuǎn)速、工作壓力受到嚴(yán)格監(jiān)控。

(5）敏化液輸送系統(tǒng):由敏化液箱體、管路組成,同時兼有潤滑功能。

2安全風(fēng)險來源

(1）現(xiàn)場混裝車裝載半成品乳化基質(zhì)和敏化液到達(dá)作業(yè)現(xiàn)場,生產(chǎn)出的現(xiàn)場混裝乳化炸藥直接進(jìn)入炮孔,無法對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行檢測,因此需要對各組分進(jìn)行嚴(yán)格控制,確保爆破作業(yè)正常,不會產(chǎn)生爆破安全風(fēng)險。

(2）混裝車上所有的設(shè)備均為液壓驅(qū)動,液壓系統(tǒng)的油溫一般在30～60℃工作效率最高。液壓油發(fā)熱、溫度高,會造成作業(yè)不連續(xù)、工作壓力降低等故障,并增加液壓油泄露漏風(fēng)險。

(3）混裝車螺桿泵轉(zhuǎn)子在定子的緊密包裹下轉(zhuǎn)動,必然產(chǎn)生摩擦熱量。正常情況下,乳化基質(zhì)向泵出口輸送,不會造成熱量積累,不存在爆炸危險。但當(dāng)泵口堵料、斷料時,泵內(nèi)的物料不再向前輸送,而是在泵內(nèi)聚集,持續(xù)積累熱量,達(dá)到一定溫度時硝酸銨將熱分解,導(dǎo)致溫度急劇升高,導(dǎo)致乳化基質(zhì)自燃甚至發(fā)生爆炸。

(4）混裝車使用過程中,在礦山惡劣環(huán)境下長期顛簸會出現(xiàn)儀器儀表等傳感器連接線纜松動、斷開或傳感器損壞等情況,如果混裝車操作人員或管理人員沒有及時發(fā)現(xiàn),可能導(dǎo)致混裝車安全聯(lián)鎖保護(hù)功能失效。

3BCJ-3型現(xiàn)場混裝乳化炸藥車安全聯(lián)鎖保護(hù)功能

BCJ-3型混裝車具備完備的安全聯(lián)鎖保護(hù)功能,包括敏化液斷流保護(hù),液壓溫度保護(hù),螺桿泵輸送壓力、轉(zhuǎn)速保護(hù),乳膠溫度保護(hù),系統(tǒng)自檢等。

(1）敏化液斷流保護(hù)功能。敏化液既作為炸藥化學(xué)敏化組分,又起到形成水環(huán)潤滑輸藥管道的作用。BCJ-3型混裝車在敏化液輸送管道出口安裝有電磁渦輪流量計。根據(jù)工藝配方,敏化液應(yīng)輸出3%為最佳,控制在2.5%～3.5%為宜。當(dāng)敏化液低于控制值時,觸發(fā)斷流報警,系統(tǒng)發(fā)出聲光報警提示,當(dāng)連續(xù)報警時間達(dá)到斷流延時值時,生產(chǎn)設(shè)備停止工作。

(2）液壓溫度保護(hù)功能。液壓油箱安裝有溫度計,系統(tǒng)通過控制液壓油冷卻器啟停來確保液壓系統(tǒng)工作溫度保持在一定范圍內(nèi),控制參數(shù)在夏天時設(shè)置較低,以便冷卻器提前啟動:冬天環(huán)境溫度較低,可適當(dāng)調(diào)高參數(shù)。當(dāng)溫度異常,超過超溫報警值時除冷卻器外所有生產(chǎn)設(shè)備停止工作,溫度低于報警溫度后方可再次啟動。

（3）螺桿泵輸送壓力、轉(zhuǎn)速保護(hù)功能。BCJ-3型混裝車在螺桿泵出口安裝有壓力表,馬達(dá)內(nèi)部安裝有轉(zhuǎn)速計數(shù)器,監(jiān)控乳膠輸送壓力和螺桿泵轉(zhuǎn)速:當(dāng)出現(xiàn)出口堵料情況時,螺桿泵轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動產(chǎn)生高壓:當(dāng)出現(xiàn)進(jìn)口斷料情況時,螺桿泵腔體出現(xiàn)吸空出口無物料產(chǎn)生低壓:螺桿泵轉(zhuǎn)速超過規(guī)定轉(zhuǎn)速。以上情況均會發(fā)出系統(tǒng)聲光報警,連續(xù)報警達(dá)到壓力延時值時生產(chǎn)設(shè)備停止工作。

（4）乳膠溫度保護(hù)功能。螺桿泵發(fā)生堵料、斷料情況時,定子、轉(zhuǎn)子互相摩擦?xí)e累熱量通過螺桿泵出口溫度計測量輸送的乳化基質(zhì)溫度,超過設(shè)定值將會立即停止所有生產(chǎn)設(shè)備工作。

（5）系統(tǒng)自檢功能。系統(tǒng)每次啟動時,會自動檢測液壓油溫度計、轉(zhuǎn)速計數(shù)器、壓力表、敏化流量計、乳膠溫度計在線狀態(tài),當(dāng)檢測不到某臺儀表時,無法啟動控制系統(tǒng)。

（6）多次報警停機(jī)功能。系統(tǒng)報警保護(hù)并觸發(fā)停機(jī)后可再啟動2次,當(dāng)連續(xù)3次報警停機(jī)時,系統(tǒng)強制停機(jī)5min,連續(xù)觸發(fā)4次報警停機(jī),系統(tǒng)鎖定操作屏幕彈出系統(tǒng)鎖定碼,現(xiàn)場操作人員需與廠家技術(shù)人員聯(lián)系,確定排除設(shè)備故障后,由廠家技術(shù)人員授予解鎖碼解除系統(tǒng)鎖定。

（7）企業(yè)管理平臺功能。研發(fā)單位搭建了企業(yè)管理平臺,混裝車生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵參數(shù)、報警信息等可隨動態(tài)監(jiān)控信息系統(tǒng)傳輸至該平臺,技術(shù)人員可對設(shè)備故障進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷,協(xié)助企業(yè)處理故障。

4優(yōu)化方案

（1）當(dāng)螺桿泵出現(xiàn)堵料、斷料問題時,具有極大的安全風(fēng)險?，F(xiàn)有車輛的監(jiān)控報警是基于出現(xiàn)問題時壓力的變化來間接判定故障,具有一定的不準(zhǔn)確性。可效仿同為該公司的地下礦用乳化炸藥混裝車在螺桿泵出口安裝乳膠流量計直接測量乳膠流量,既可以準(zhǔn)確判斷物流流動情況,又提高了計量精度,確保了工藝配比的準(zhǔn)確性。

（2）乳膠溫度測量為單點固定位置測量而乳膠出現(xiàn)熱量聚集狀況時,其發(fā)熱區(qū)域、輸送到監(jiān)測點時所處的位置都是不固定的因此具有測量誤差,可通過增加溫度傳感器數(shù)量或改為安裝測溫環(huán),多點測量溫度,更為安全可靠。

5結(jié)語

綜上所述BCJ-3型現(xiàn)場混裝乳化炸藥車具有完善全面的安全聯(lián)鎖保護(hù)功能,并能夠通過遠(yuǎn)程故障診斷加強混裝車的安全管理,通過優(yōu)化設(shè)計將能夠進(jìn)一步增強設(shè)備的安全性。