乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裴設(shè)備安全聯(lián)鎖保護(hù)功能探討

引言

現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng),按照工藝配方要求,通過(guò)混合設(shè)備將各組分材料進(jìn)行物理?yè)交旌?輸送至炮孔內(nèi)形成炸藥的工藝技術(shù)。現(xiàn)場(chǎng)混裝技術(shù)提高了裝藥效率,降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度,改善了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境,更加有利于安全管理。2010年,我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥的年用量只占全國(guó)工業(yè)炸藥用量的15%左右[1],2018年我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥年產(chǎn)量已達(dá)108.14萬(wàn)t,同比增加13.57%,占全國(guó)工業(yè)炸藥產(chǎn)量的25.3%。在我國(guó)"十三五"行業(yè)規(guī)劃中,更是提出了"2020年現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥比重占工業(yè)炸藥比重大于30%"的目標(biāo)?，F(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥及其相關(guān)的技術(shù)、設(shè)備正成為國(guó)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(yùn)輸、生產(chǎn)過(guò)程中裝載的不是炸藥,但是產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法有效控制,半成品原材料輸送過(guò)程中存在機(jī)械摩擦風(fēng)險(xiǎn),需要對(duì)設(shè)備及狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制,確保裝藥過(guò)程的安全性。本文通過(guò)對(duì)BCJ-3型現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)混裝乳化炸藥車

BCJ-3型現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)控制部分、液壓系統(tǒng)、卷?yè)P(yáng)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(dòng)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(dòng)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(hào)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(jì)量、記錄與打印、在線監(jiān)測(cè)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(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)取力后,液壓油泵驅(qū)動(dòng)各設(shè)備馬達(dá)工作,完成全車設(shè)備運(yùn)行。

(3）卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu):BCJ-3型混裝車標(biāo)配40m輸藥管,最長(zhǎng)可延長(zhǎng)至120m,通過(guò)卷?yè)P(yáng)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(dòng)強(qiáng)度。

(4）乳膠輸送系統(tǒng):由乳化基質(zhì)箱體、電(氣）動(dòng)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(shí)兼有潤(rùn)滑功能。

2安全風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源

(1）現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng),生產(chǎn)出的現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥直接進(jìn)入炮孔,無(wú)法對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè),因此需要對(duì)各組分進(jìn)行嚴(yán)格控制,確保爆破作業(yè)正常,不會(huì)產(chǎn)生爆破安全風(fēng)險(xiǎn)。

(2）混裝車上所有的設(shè)備均為液壓驅(qū)動(dòng),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(huì)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(xiǎn)。

(3）混裝車螺桿泵轉(zhuǎn)子在定子的緊密包裹下轉(zhuǎn)動(dòng),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(huì)造成熱量積累,不存在爆炸危險(xiǎn)。但當(dāng)泵口堵料、斷料時(shí),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(shí)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(guò)程中,在礦山惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期顛簸會(huì)出現(xiàn)儀器儀表等傳感器連接線纜松動(dòng)、斷開(kāi)或傳感器損壞等情況,如果混裝車操作人員或管理人員沒(méi)有及時(shí)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(chǎng)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(rùn)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(jì)。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(shí),觸發(fā)斷流報(bào)警,系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警提示,當(dāng)連續(xù)報(bào)警時(shí)間達(dá)到斷流延時(shí)值時(shí),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(jì),系統(tǒng)通過(guò)控制液壓油冷卻器啟停來(lái)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(shí)設(shè)置較低,以便冷卻器提前啟動(dòng):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(guò)超溫報(bào)警值時(shí)除冷卻器外所有生產(chǎn)設(shè)備停止工作,溫度低于報(bào)警溫度后方可再次啟動(dòng)。

（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(jì)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(shí),螺桿泵轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生高壓:當(dāng)出現(xiàn)進(jìn)口斷料情況時(shí),螺桿泵腔體出現(xiàn)吸空出口無(wú)物料產(chǎn)生低壓:螺桿泵轉(zhuǎn)速超過(guò)規(guī)定轉(zhuǎn)速。以上情況均會(huì)發(fā)出系統(tǒng)聲光報(bào)警,連續(xù)報(bào)警達(dá)到壓力延時(shí)值時(shí)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(shí),定子、轉(zhuǎn)子互相摩擦?xí)e累熱量通過(guò)螺桿泵出口溫度計(jì)測(cè)量輸送的乳化基質(zhì)溫度,超過(guò)設(shè)定值將會(huì)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(dòng)時(shí),會(huì)自動(dòng)檢測(cè)液壓油溫度計(jì)、轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)器、壓力表、敏化流量計(jì)、乳膠溫度計(jì)在線狀態(tài),當(dāng)檢測(cè)不到某臺(tái)儀表時(shí),無(wú)法啟動(dòng)控制系統(tǒng)。

（6）多次報(bào)警停機(jī)功能。系統(tǒng)報(bào)警保護(hù)并觸發(fā)停機(jī)后可再啟動(dòng)2次,當(dāng)連續(xù)3次報(bào)警停機(jī)時(shí),系統(tǒng)強(qiáng)制停機(jī)5min,連續(xù)觸發(fā)4次報(bào)警停機(jī),系統(tǒng)鎖定操作屏幕彈出系統(tǒng)鎖定碼,現(xiàn)場(chǎng)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(tái)功能。研發(fā)單位搭建了企業(yè)管理平臺(tái),混裝車生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)、報(bào)警信息等可隨動(dòng)態(tài)監(jiān)控信息系統(tǒng)傳輸至該平臺(tái),技術(shù)人員可對(duì)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(wèn)題時(shí),具有極大的安全風(fēng)險(xiǎn)。現(xiàn)有車輛的監(jiān)控報(bào)警是基于出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)壓力的變化來(lái)間接判定故障,具有一定的不準(zhǔn)確性?？尚Х峦瑸樵摴镜牡叵碌V用乳化炸藥混裝車在螺桿泵出口安裝乳膠流量計(jì)直接測(cè)量乳膠流量,既可以準(zhǔn)確判斷物流流動(dòng)情況,又提高了計(jì)量精度,確保了工藝配比的準(zhǔn)確性。

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

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述BCJ-3型現(xiàn)場(chǎng)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(guò)遠(yuǎn)程故障診斷加強(qiáng)混裝車的安全管理,通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)將能夠進(jìn)一步增強(qiáng)設(shè)備的安全性。