水泥庫(kù)清庫(kù)中的爆破技術(shù)應(yīng)用

水泥廠的生料庫(kù)和水泥庫(kù)在使用一定時(shí)間后，因庫(kù)內(nèi)物料被壓實(shí)和板結(jié)會(huì)造成下料不暢，嚴(yán)重時(shí)將影響正常生產(chǎn)，并直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，必須經(jīng)常清庫(kù)。但清庫(kù)機(jī)和人工直接清庫(kù)都有一定的適用條件，德通鋼板倉(cāng)公司的經(jīng)驗(yàn)是：當(dāng)庫(kù)內(nèi)料位較高且?guī)毂?、?kù)底及分料錐體入料口被壓實(shí)和板結(jié)而堵塞時(shí)，采用爆破作業(yè)進(jìn)行先期疏通。這樣既可提高勞動(dòng)效率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，又可避免清庫(kù)時(shí)可能發(fā)生的危險(xiǎn)情況。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，就清庫(kù)中的爆破技術(shù)進(jìn)行初步探討。

一、幾個(gè)基本假設(shè)

（１） 爆破的介質(zhì)（生料粉和水泥）為均質(zhì)非彈性物料。

（２） 爆破是在半密閉和近似密閉的生料庫(kù)或水泥庫(kù)內(nèi)這一外部環(huán)境條件下進(jìn)行，因此，爆破能量的傳播滿足質(zhì)量守恒方程和動(dòng)量守恒方程。

質(zhì)量守恒方程： ρ０Ｄ＝ρＨ（Ｄ－ｕＨ）

動(dòng)量守恒方程： ρ０Ｄ ｕＨ ＝ＰＨ－Ｐ０

上述二式中：

ρ０——初始炸藥密度；

ρＨ——反應(yīng)區(qū)物質(zhì)密度；

ＰＨ——爆轟壓力；

Ｐ０——初始?jí)毫Γ?/p>

Ｄ——炸藥爆速；

ｕＨ——爆炸生成氣體氣流速度。

 （３） 假設(shè)爆破介質(zhì)的物料顆粒在爆破能傳遞的瞬間僅獲得一定的初速而來(lái)不及發(fā)生位移，即可把爆炸作用看成是爆炸氣體的能量瞬間直接傳遞給爆破介質(zhì)。

 （４）庫(kù)內(nèi)物料的壓實(shí)和板結(jié)僅發(fā)生在庫(kù)壁、庫(kù)底及分料錐體入料口附近，而內(nèi)部物料具有良好的流動(dòng)性。

２ 爆破作用機(jī)理

 爆破清庫(kù)主要是利用炸藥爆破瞬間形成的高溫高壓氣體的膨脹推力和沖擊波引起的應(yīng)力波共同作用于板結(jié)或壓實(shí)的物料上來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其爆破機(jī)理如下。

 （１） 因?yàn)槲锪项w粒間的結(jié)合力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于巖石質(zhì)點(diǎn)間的結(jié)合力，所以爆破能量一部分用于克服壓實(shí)和板結(jié)物料顆粒間的內(nèi)摩擦力，使顆粒產(chǎn)生位移，促使板結(jié)面產(chǎn)生微裂隙并使裂隙“尖劈”進(jìn)一步發(fā)展，從而造成介質(zhì)膨脹破壞和位移，使原壓實(shí)和板結(jié)的硬殼被破壞而產(chǎn)生楔形裂口，上部流散物料在重力和庫(kù)底壓縮空氣的作用下從此口流出；爆轟能量的另一部分則傳遞給周圍介質(zhì)（可能是物料或空氣），用于拋起庫(kù)側(cè)和庫(kù)底壓實(shí)和板結(jié)的物料。

 （２） 由于物料顆粒間的結(jié)合力不夠，其密實(shí)程度較低，使顆粒間的間隙較大，因此，爆轟能量對(duì)物料的作用基本不用于破壞物料質(zhì)點(diǎn)間的結(jié)合力，反而高溫高壓的爆轟氣體所產(chǎn)生的爆轟波對(duì)周圍物料再次產(chǎn)生壓實(shí)作用。當(dāng)爆破完成后，爆轟波迅速衰竭，高壓急劇釋放，壓實(shí)過(guò)程中的支撐力迅速消失，造成物料的塌落，使楔形裂口擴(kuò)展和板結(jié)物料片落，進(jìn)一步加快壓實(shí)和板結(jié)硬殼的破壞，從而達(dá)到清除堵塞的目的。

３ 爆破參數(shù)

爆破參數(shù)的計(jì)算與選擇是保證爆破安全和爆破效果的關(guān)鍵。清庫(kù)爆破技術(shù)其爆破參數(shù)主要有：藥包位置、藥包間距、藥包形狀和裝藥量。

３．１ 藥包位置

清庫(kù)爆破中，藥包位置一般有下部位置和上部位置兩種，應(yīng)根據(jù)清庫(kù)工作的進(jìn)程來(lái)選擇。通常，在清庫(kù)的初始階段藥包采用下部位置（也稱介質(zhì)外藥包），而在中后期階段，藥包應(yīng)采用上部位置（也稱介質(zhì)內(nèi)藥包）。

（１） 下部位置藥包（介質(zhì)外藥包）。根據(jù)前文假設(shè)（４）可知，在清庫(kù)剛開(kāi)始時(shí)間，由于壓實(shí)和板結(jié)作用造成的物料堵塞，多發(fā)生在庫(kù)底分料錐體入料口處。由于庫(kù)內(nèi)料位較高，無(wú)法直接進(jìn)入庫(kù)內(nèi)作業(yè)，因此宜采用從庫(kù)底出料口直接塞入藥包進(jìn)行爆破的方法來(lái)消除堵塞。因?yàn)樗幇鼜南虏咳?，且在物料下部，所以稱下部位置藥包。此時(shí)庫(kù)底分料錐體內(nèi)并無(wú)物料，放入錐體內(nèi)的藥包處于物料之外，故也稱介質(zhì)外藥包。其主要作用是通過(guò)爆轟波破壞壓實(shí)和板結(jié)物料的硬殼，產(chǎn)生楔形裂口，為內(nèi)部流散物料打通下料通道，恢復(fù)部分下料作業(yè)，降低庫(kù)內(nèi)料位高度，為下一步清庫(kù)創(chuàng)造條件。

 （２）上部位置藥包（介質(zhì)內(nèi)藥包）。清庫(kù)進(jìn)入中后期階段時(shí)，庫(kù)內(nèi)側(cè)壁及其他部位壓實(shí)和板結(jié)的物料塊由于料位降低，支撐力消失而坍塌，并隨流散物料流到分料錐體入口再次形成堵塞，若此時(shí)仍無(wú)法從上部放入藥包，應(yīng)繼續(xù)采用下部爆破方法。如果此時(shí)可以從上部人孔門進(jìn)入，在確保安全的前提下，可挖一定深度將藥包埋于物料中進(jìn)行爆破。因?yàn)樗幇菑纳喜柯袢?，且藥包底部有一定厚度物料（一般為１．５ｍ～２ｍ），故稱為上部位置藥包，又因?yàn)槠渎裼谖锪现?，也稱介質(zhì)內(nèi)藥包。其作用是通過(guò)爆轟波在物料內(nèi)至上而下的傳播，破壞壓實(shí)和板結(jié)物料所形成的平衡拱，同時(shí)將周圍其它物料拋起。

３．２ 藥包間距及形狀

 （１） 間距。清庫(kù)爆破中，藥包間距的確定以相鄰兩藥包爆破相互作用時(shí)，在其應(yīng)力波交匯處剛好能使壓實(shí)和板結(jié)物料產(chǎn)生裂隙并形成楔形裂口，最大限度地破壞壓實(shí)和板結(jié)物料為原則。實(shí)際工作中壓實(shí)和板結(jié)部位并不完全滿足理論公式，一般壓碎區(qū)半徑Ｒ的取值范圍為２ｍ～４ｍ。

 （２） 形狀。因?yàn)?a href="http://m.zhuchengliang11.com.cn/product/product.php?id=52">清庫(kù)爆破的爆轟波作用方向與爆轟氣體產(chǎn)物的作用方向完全一致，都從爆轟中心向四周傳播，因此，采用藥包長(zhǎng)度小于其直徑４倍的球狀藥包特別適合。這樣有利于獲得足夠大的爆炸能量，并可減少一次藥包的重量。在清庫(kù)爆破中，球狀藥包的集中系數(shù)η采用如下公式計(jì)算：

η ＝

式中：

ＶＰ——藥包的體積，ｍ３；

Ｒｍ——藥包中心到表面最遠(yuǎn)點(diǎn)的距離，ｍ。

３．３ 裝藥量

 藥量計(jì)算的基本原則是盡可能大地破壞壓實(shí)和板結(jié)物料，并使上部流散的物料流出，同時(shí)要保證庫(kù)內(nèi)設(shè)備（斜槽、分料錐體、庫(kù)壁、庫(kù)底等）安全。

 （１） 爆破漏斗的形狀。我們?cè)?a href="http://m.zhuchengliang11.com.cn/product/product.php?id=52">清庫(kù)爆破過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于爆破介質(zhì)是粉狀物料及其壓實(shí)體和板結(jié)塊，介質(zhì)的這一特性決定了其爆破漏斗不是倒圓錐體而是呈拋物體　，其拋物面ＭＯＮ滿足方程ｙ＝ａｘ２。因ａ＝Ｗｒ２，所以有：

ｙ＝Ｗｒ２?。?。

 （２） 裝藥量公式的建立。根據(jù)前文的假設(shè)，清庫(kù)爆破中，爆轟能量Ａ主要用于克服物料顆粒間內(nèi)摩擦力作功和拋擲物料作功，即：Ａ＝Ｕ＋Ｐ（式中：Ｕ為物料顆粒間的內(nèi)能；Ｐ為拋擲物料做功）。這樣，計(jì)算裝藥量ＱＪ須滿足：

ＱＪ＝ＱＵ＋ＱＰ （１）

式中：ＱＵ——克服內(nèi)能所需裝藥量，ｋｇ；

ＱＰ為拋擲物料所需裝藥量，ｋｇ

　　其中ＱＵ和ＱＰ可按下式計(jì)算：

ＱＵ＝ｄｋ３φｑ （２）

ＱＰ＝ＫＶ （３）

 （２）式中：φ為單位內(nèi)能系數(shù)；ｄｋ為藥包爆破剛好破壞物料壓實(shí)厚度的臨界距離（在清庫(kù)爆破中，?。洌耄剑祝埃煟?；ｑ為爆破時(shí)使壓實(shí)和板結(jié)物料的裂隙擴(kuò)展速度達(dá)到極限所需的單耗藥量ｑ＝０．１２５δ／４２７Ｑ δ為介質(zhì)的波阻抗，介質(zhì)不同其波阻抗不同；Ｑ為炸藥的爆熱對(duì)硝銨炸藥，Ｑ＝１２２４．７×４．１８ｋＪｋｇ　。 則（２）式變?yōu)椋?/p>

ＱＵ＝０．１２５ｄｋ３φδ４２７Ｑ＝ ０．１２５Ｗ３φδ４２７Ｑ （４）

 （３）式中： Ｋ為不同介質(zhì)集中藥包單位用藥量修正系數(shù)， ｋｇｍ３；Ｖ為拋起物料的體積。因爆破漏斗為拋物體，由此可求得Ｖ＝πｒ４２Ｗ；又因?yàn)楸谱饔弥笖?shù)ｎ＝ｒＷ，即ｒ＝ｎＷ，所以Ｖ＝πｎ４Ｗ３　２。

則（３）式變?yōu)椋?/p>

ＱＰ＝Ｋπｎ４Ｗ３　２ （５）

綜合（１）、（４）和（５）式可得：

ＱＪ＝０．１２５φδ４２７Ｑ＋Ｋπｎ４２?。祝?nbsp;（６）

令Ｋ１＝０．１２５φδ４２７Ｑ＋Ｋπｎ４２

則有：

ＱＪ＝Ｋ１Ｗ３ （７）

 式中，Ｋ１為單位炸藥消耗量ｋｇｍ３。影響Ｋ１值的因素很多，如介質(zhì)的各種強(qiáng)度、容量、摩擦力、重力作用、炸藥的性能（單位能量、猛度、爆壓、爆速、爆溫等）、庫(kù)的幾何形狀和尺寸等。我們?cè)趯?shí)際清庫(kù)爆破時(shí)的Ｋ１取值見(jiàn)表１。

同時(shí)，按（７）式所計(jì)算的裝藥量還要滿足最大安全裝藥量Ｑｍ的要求即ＱＪ≤Ｑｍ

Ｑｍ＝ＲαｖＫ２ （８）

 式中，Ｒ為最小安全距離，ｍ；ｖ為地震波安全速度ｍｓ；Ｋ２、α為與爆點(diǎn)外部條件和介質(zhì)壓實(shí)和板結(jié)的程度有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，取值見(jiàn)表１。

按（７）式計(jì)算并滿足（８）式的裝藥量，在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的爆破效果。但由于清庫(kù)工作的安全要求高、介質(zhì)變化情況較復(fù)雜，因此，在進(jìn)行藥包位置選擇和裝藥量計(jì)算時(shí)，應(yīng)視具體情況分別對(duì)待。一般單段爆破藥量仍需控制在０．７５ｋｇ～１．５ｋｇ范圍內(nèi)，且每次爆破起爆的藥包數(shù)量宜控制在６個(gè)以內(nèi)；下部位置藥包以一個(gè)為宜；必要時(shí)要進(jìn)行不同藥量條件下的試爆。

4 結(jié)束語(yǔ)

 在清庫(kù)中應(yīng)用爆破技術(shù)可將清庫(kù)作業(yè)效率提高５～６倍，進(jìn)而獲得較明顯的經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)極大地縮短人員進(jìn)入庫(kù)內(nèi)作業(yè)的時(shí)間，保證了清庫(kù)人員的人身安全。但清庫(kù)爆破的介質(zhì)特性和環(huán)境特點(diǎn)還需進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐探索，以進(jìn)一步研究爆破機(jī)理、建立理論公式、提高清庫(kù)爆破技術(shù)水平。

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