水胶炸药的发展现状与前景展望

摘 要：本文详细的介绍了水胶炸药的发展历程以及发展现状，同时，结合民爆行业的相关政策，对水胶炸药未来的发展前景进行了展望，对水胶炸药的相关技术路线提出了一些建议。

关键词：水胶炸药 发展现状 前景展望 技术路线

一、水胶炸药概述

含水炸药是20世纪50年代新兴起来的工业炸药。它包括浆状炸药、水胶炸药及乳化炸药[1]。

水胶炸药和浆状炸药的根本区别在于敏化剂的不同，前者用猛炸药敏化、而后者则用硝酸甲胺（MMAN）作为敏化剂。

水胶炸药是在浆状炸药的基础上发展起来的新产品。常温下无流动性，经化学交联形成网状结构的胶体，体系稳定性较好，水胶炸药能量较高，生产、使用都很安全，爆炸后产生的毒气少，耐水性较好。

水胶炸药主要由三相组成：一种悬浮的固体粒子相、两种连续相。即：氧化剂的水溶液和连续的凝胶体。这两种相互交织的连续相在体积上共同扩张的特性和连续的凝胶体的刚性使整个水胶炸药具有非牛顿型的水凝胶特性。连续凝胶由亲水性胶体（如田菁胶、古尔胶）连同约3～5倍的结合水或6～15倍的吸收水和交联剂（如硼酸盐离子）等所组成，悬浮的固体粒子被具有体型网状结构的凝胶所包覆，各相组分相对被固定。

二、水胶炸药的发展历程

谈到水胶炸药的发展历程，就不得不先介绍浆状炸药。

早期，工业炸药基本包括三大类，即：硝化甘油类炸药、铵梯炸药及安全炸药等，后来，铵油炸药、液体炸药及各种类型含水炸药迅速发展起来。20世纪50年代末，开始出现了浆状炸药，其基本特点是以水抗水，在炸药体系中加入一定量的水，却使产品的抗水性有了突破。浆状炸药的成功称之为工业炸药的一次革命，为新型工业炸药的研制开创了广阔的天地，为以后水胶炸药及乳化炸药的诞生奠定了基础，为工业炸药发展史揭开了新的一页。

浆状炸药是1956年由美国科学家M.A.Cook及加拿大的矿山技术人员H.E.Farman发明并开始应用的。它是以胶凝剂稠化的无机氧化盐类水溶液为连续相，燃料及敏化剂为分散相，通过交联剂形成网状结构的凝胶炸药。依靠这种结构的特性显著降低了无机盐在水中的溶解速率，从而使它具有较好的抗水性，可在水孔中爆破。它具有可塑性，装药密度大，提高了工业炸药的体积威力，从而改善了铵油炸药抗水性差及体积威力低的两大缺点。把水及敏化剂引入工业炸药体系的独特设计思想是对工业炸药不能含水的传统观念的突破，给工业炸药品种上增添了一个新系列。因此，Cook教授于1968年荣誉的就此获得了诺贝尔金奖。

初期的浆状炸药，粗粒的梯恩梯约占25%，硝酸铵及硝酸钠的混合物约占55%，水约占20%，用古尔胶（guar gum）进行粘稠化，梯恩梯是敏化剂兼可燃剂。

Cook教授随后发明了用加铝粉浆状炸药，即：用非炸药类物资代替象梯恩梯那样的炸药类物质作为爆炸性物质，这是浆状炸药的一个飞跃。

其后，世界上各炸药公司相继研究出了许可敏化剂来改善浆状炸药的性能。其中，以美国杜邦公司最具有代表性，该公司在上世纪70年代末，以无毒的甲胺硝酸盐（即MMAN）作为敏化剂，进一步使用和改进了化学交联的技术，生产出了可用普通雷管起爆的敏感炸药，即水胶炸药，这一发明使含水炸药又向前发展了一大步。

三、水胶炸药在我国的发展现状

我国从1980年，由安徽雷鸣科化股份有限公司（原淮北矿务局910厂）首次从美国杜邦公司引进了水胶炸药专利技术及全套生产线，并由原煤炭工业部沈阳设计院进行了工程设计，经过消化吸收和再创新，基本上实现了设备、工艺技术、原材料的国产化，为水胶炸药生产技术在国内的推广应用奠定了坚实的基础。

目前，我国水胶炸药的生产厂家主要有安徽雷鸣科化股份有限公司、淮南舜泰化工有限责任公司、阜新圣诺化工有限责任公司、青海海西东诺化工有限公司、山西江阳兴安民爆有限公司等为数不多的几个厂家。

但是，从目前国内的水胶炸药生产线的现状来看，尚没有一家企业实现整个生产工艺过程的全连续自动化，这给水胶炸药生产的本质安全带来了一定的隐患。因此，实现水胶炸药生产线全连续自动化应是今后一段时间水胶炸药的发展目标。

四、前景展望及建议

结合目前国内水胶炸药的发展现状来看， 要实现水胶炸药生产线的全连续自动化，首要解决的问题应该是硝酸甲胺中和工序的连续化和自动化，这是目前的技术难点所在。

因为，中和反应的过程中会放出大量的热，由此带来中和溶液的整体温升，若控制不当，则会导致爆炸事故，根据国内外有关技术资料表明，硝酸甲胺中和工序是水胶炸药生产中最具危险性的工序。

由于目前国内大部分生产厂家的硝酸甲胺生产工艺仍采用人工控制的间断式生产工艺，存在着极大的安全隐患，若一旦发生爆炸，则后果不堪设想。为推动民爆行业技术进步，保障安全生产，工业和信息化部于2010年下发了工信部安[2010]227号文件《工业和信息化部关于民用爆炸物品行业技术进步的指导意见》，文件中明确提出：自2015年1月1日起，限制现场人工控制的水胶炸药甲胺中和工艺[2]。

因此，淘汰原有人工控制生产工艺，实现中和工序无人操作的自动化工艺，是行业发展的大势所趋。

笔者结合有关水胶炸药生产线的工程设计，查阅了大量资料，提出了几点建议，以供大家参考。

1.对于中和反应中温度的控制

（1）应保证合适的加料速度，这一点需要通过相关实验研究得出一个最佳的加料速度；（2）应避免反应过程的热量积聚，同时增强冷却效果，黄士良等人研制的硝酸甲胺中和工房凉水机在实际生产使用过程中具有良好的冷却效果，值得推广[3]；（3）为避免在甲胺布料管内发生中和反应，产生局部温度的剧烈升高，中和工序在加一甲胺之前，可以用水、氮气等将进入一甲胺管内的硝酸赶出管外，实践证明，用水的效果较好[4]。

2.对于中和工序控制系统的改造

（1）建议参照乳化炸药生产线的自动控制系统，采用可编程控制器（PLC）技术，同时采用气、电结合的方式，即：电气闭锁、气动执行、自动保护的控制方案，即可避免单一方式的弊端。控制部分可采用冗余设计，保证系统的高可靠性。

（2）从工程设计的角度，在生产线总平面布置时，将控制室镶嵌在防护土堤的外侧，大大提高了本质安全性。

五、结语

水胶炸药以其优良的综合性能，已经成为含水炸药的主流分支之一，在我国被广泛用于矿山建设、隧道掘进、煤矿采掘生产等各个领域，尤其是在高瓦斯煤矿的采掘生产中较之于其它炸药品种显示出较高的优越性[5]，随着化工行业的快速发展，水胶炸药所需要的各种原材料（如硝酸、无水一甲胺等）成本的逐步降低，同时，通过技术进步，使水胶炸药生产线实现连续化自动化生产，我们有足够的理由相信，水胶炸药必将在我国炸药产品市场占有重要的一席之地。

参考文献

[1]吕春绪，刘祖亮，倪欧琪.工业炸药，兵器工业出版社，1994.

[2]工业和信息化部.工业和信息化部关于民用爆炸物品行业技术进步的指导意见[R].北京：工信部安[2010]227号，2010.

[3]黄世良，葛贵伟.硝酸甲胺制造工房凉水机：中国，200820014680[P].2008-08-08.

[4] 邵甲宇.硝酸甲胺中和反应工序爆炸机理探讨[J]. 煤矿爆破，2008，82（3）：4-5.

[5] 冯昶，张书华，车美玲.提高化学发泡型水胶炸药贮存稳定性的研究[J].煤矿爆破，2011，95（4）：23-25.

作者介绍：葛贵伟（1983-），男，工程师，学士，2005年毕业于安徽理工大学弹药工程与爆炸技术专业，现在中煤国际工程集团沈阳设计研究院民爆工程设计所工作。