断药导爆管传爆过程的高速摄影试验研究.pdf

第2 6 卷第1 期 2 0 0 9 年3 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 6 N o ．1 M 盯．2 0 0 9 文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 0 9 0 1 0 0 8 9 0 3 断药导爆管传爆过程的高速摄影试验研究宰 廖小翠，郭学彬 西南科技大学环境与资源学院，绵阳6 2 1 0 1 0 摘要通过对1 6 锄断药导爆管传爆过程的高速摄影试验的观察和分析，研究了断药的规整导爆管在传 爆过程中爆轰波的传播特征，并得到规整导爆管存在断药时的传爆速度随时间变化的规律。 关键词导爆管；断药；爆轰波；传爆；高速摄影 中图分类号T D2 3 5 ．1 2 文献标识码A E x p e r i m e n tS t u d yo fH i g h s p e e dP h o t o g r a p h yo nD e t o n a t i o n P r o p a g a t i n go fE x p l o s i v eF a u l t sN o n e l L I A OX i a o c u i ，G U OX u e b i n S c h o o lo fE n v i r o n m e n ta n dR e s o u r c e ，S o u t h w e s tU n i v e r s i t yo f S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，M i a n y a n g6 2 1 0 1 0 ，C h i n a A b s t r a c t A c c o r d i n gt oo b s e r v a t i o na n da n a l y s i so fh i s h s p e e dp h o t o g r a p h ye x p e r i m e n tf o rt h ed e t o n a t i o np r o p a - g a t i n go f1 6c me x p l o s i v ef a u l t sN o n e l ，p r o p a g a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fd e t o n a t i o nw a v ei nt h ed e t o n a t i o np r o p a g a t i n go f 畿洳e x p l o s i v ef a u l t sN o n e lw e r es t u d i e d ，t h e nl a wo ft h ev e l o c i t yo fd e t o n a t i o nt r a n s m i 髓i o nc h a n g ew i t ht i m ew 鹊 o b t a i n e d ． K e yw o r d s n o n e l ；e x p l o s i v ef a u l t s ；d e t o n a t i o nw a v e ；d e t o n a t i o nt r a n s m i s s i o n ；l l i g l l s p e e dp h o t o g r a p h y 引言 普通导爆管为内壁涂有黑索金 或奥克托金 及 铝粉等成分的聚乙烯空心管。起爆后，能量以爆轰波 的形式通过管道效应在管内稳定传播。导爆管在加 工、装配、运输和贮存过程中经受颠簸、振动等各种原 因可能导致管壁药粉不足或出现断药。导爆管在传 爆过程中若遇到断药时，管内爆轰波的能量将不断衰 减，断药长度较短时可能会引起爆速波动，使导爆管 不能正常传爆；断药长度过长时可能使爆轰中断，导 爆管出现断爆，使与其连接的起爆系统拒爆。通过对 1 6c m 断药长度的规整导爆管 导爆管仅有断药存在 收稿日期2 0 0 8 1 0 2 4 ． 作者简介廖小翠 1 9 8 5 一 ，女；绵阳西南科技大学环境与资源学 院硕士生． 基金项目西南科技大学大学生创新基金 S W U S T - C X 0 8 1 0 2 6 ． 而不出现其它损伤，如管壁压扁、管体不规则等 传爆 过程的高速摄影试验，观察规整导爆管出现断药时， 在传爆过程中爆轰波的传播特征，并分析整个传爆过 程中导爆管爆速随时间变化的规律。 1 一试验材料 试验的主要目的是为了观察规整导爆管出现断 药后整个传爆过程中爆轰波的传播特征及传爆速度 的变化情况，并分析断药后导爆管传爆速度的变化 规律。试验采用的普通塑料导爆管，爆速为 18 5 0 5 0 m ／s ，外径咖 3 ．0 - I - 0 ．1 m m ，内径咖 1 ．4 - I - 0 ．1 - 锄。试验中用已传爆过的规整导爆管代替断 药部分，并用内径比导爆管外径稍小的透明塑料套 管与强力透明胶布将正常导爆管与断药管端口相对 连接在一起，断药管两端为正常导爆管，以此组合成 一根完整的试验用断药导爆管。为了便于观察，将 万方数据 爆破2 0 0 9 年3 月 待测导爆管固定在木板上。试验中采用H G A 型脉 冲高压起爆器起爆导爆管。 2 高速摄影试验及试验结果分析 2 ．1 试验方法 试验采用U h i m aA P X R S 型高速相机进行断药导 爆管传爆试验的高速摄影，由I B MR 6 0 笔记本电脑记 录和显示拍摄图像信息，采用丹东丹美照明电器有限 公司生产1 3 1 2 1 1 0 0 0 W 的高效金属卤化物灯作拍摄光 源。试验时高速相机镜头正对导爆管进行拍摄，拍摄 距离4 ．9 7m ，依据光源强度选择的拍摄速度为3 00 0 0 f ／s ，每幅时间间隔1 1 3 0I n s 。为了提高试验的精确性， 试验中使用了同步设备进行控制，此设备可保证导爆 管起爆瞬间高速摄影仪正常启动，并拍摄到所需要的 全过程。高速摄影系统及装置如图1 。 同 步 器薹I B M R 6 0 言铿 笔记本P c l 光源l 起爆器 图1高速摄影观测系统示意图 试验中截取长1 6e m 的已起爆过的规整导爆管 作为断药管，用2 段长约3c m 的透明塑料软管为套 管，将断药管两端与2 段正常的导爆管同时插人套 管中对接起来，为保证接口的紧密性以及防止接口 被导爆管传爆时产生的爆轰波冲断，用多层强力透 明胶布缠绕接口处。根据拍摄与观测的需要，两端 正常的导爆管长度分别取为2m 。为了便于拍摄与 图像分析处理，将待测导爆管固定在平直木板上，木 板垂直地面放置，表面用黑布包裹，在其表面粘贴附 有标准刻度线的白纸，以便观测导爆管的传爆情况。 拍摄时高速摄像机镜头正对导爆管，镜头与木板 平行。 为了观测到较好的试验效果，试验前首先启动 光源，预热仪器。为了得到更全面的拍摄范围，注意 调节高速摄影仪焦距的大小与所使用镜头的长度， 以及合适的木板摆放位置，并将高速摄影仪的触发 方式设置为预触发模式。为了更准确的分析试验结 果，同一断药长度的导爆管进行了2 次试验。 2 ．2 试验结果 2 次断药长度为1 6c m 的规整导爆管都成功传 爆，传爆过程的高速摄影记录结果见图2 所示，根据 试验分析的需要，只截取了拍摄范围内中的1 3 幅图 像，而且拟定所截取的全部图片之前的1 幅图片作 为研究导爆管传爆过程的零时刻。 图2 给出了导爆管断药前段、断药部分及断药 后3 部分导爆管连续传爆过程的高速摄影照片。拍 摄图片中出现的不断向前推进的亮光区是导爆管传 爆过程中爆轰波的传播图像引，主要由空气冲击波 压缩区 头部亮区 ，炸药与空气形成的固一气相混合 物的化学反应区 较亮区 和反应完毕的爆轰产物 区 较暗区 3 部分组成口J 。对比以上2 图可以发 现，2 幅图的传爆效果大致相同，在l ／3 0 一l ／1 0m s 时间段内，导爆管正常传爆，爆轰波强度高，光区亮 度较亮；在2 ／1 5m s 时，导爆管传爆到断药部分，光 区亮度较上一时刻明显变暗，爆轰波强度也相应减 弱，随着导爆管在断药部分的继续传爆，爆轰波强度 越来越弱，光区亮度越来越暗；在1 ／3n l s 时刻，导爆 管又传爆到正常段，此为导爆管段断药后的部分，爆 轰波的强度逐渐增强，亮光也越来越强；在1 3 ／3 0 m s 时刻，爆轰波的强度又达到了正常水平，光区亮 度与断药前段拍摄到的光区亮度基本一致，这种变 化特征与之前学者研究的结果相一致⋯。 2 ．3 试验结果分析 利用所拍摄图片上的刻度线，对爆轰波的传播 过程进行分析。量测爆轰波在不同时刻的水平移动 距离，计算相邻两时刻之间的传播距离A S ，最后计 算出各相邻时刻间导爆管传爆的平均速度口，其结 果见表l 。根据表1 可以分别作出2 次断药试验 中，导爆管传爆速度与传爆时间之间的关系曲线，见 图3 。 表1断药1 6O l l l 的规整导爆管传爆过程的试验分析结果 从表1 与图3 可以看出断药导爆管传爆速度 随时间变化的规律在断药前爆轰波以一个稳定的 万方数据 第2 6 卷第1 期廖小翠等断药导爆管传爆过程的高速摄影试验研究‘ 9 1 彳、 ， 目 ≤ ▲ 魁 幽 蹬 啦 缸 赘 曲 图2 断药1 6e m 的规整导爆管传爆过程的高速摄影图 图3 断药1 6e m 的规整导爆管传爆速度与 传爆时间关系曲线 速度传播，在进入断药部分时，导爆管传爆速度逐渐 降低，最后在断药部分的末端降到一个最低的速度 值，爆轰波又传到正常导爆管段时，导爆管传爆速度 迅速回升，并且出现了一个高峰值，但很快又恢复到 正常导爆管的传爆速度，并以此速度稳定向前传爆。 从图3 上还可以看出第1 次试验与第2 次试验的试 验结果大致相同，导爆管传爆速度所呈现的规律为 稳定 正常段 一逐渐下降 断药段 一迅速上升 正 常段 一突跃 正常段 一稳定 正常段 ，这也与直 接从图像上观察到的结果基本一致。这说明断药的 规则导爆管的爆速变化具有一定的规律性，试验结 果比较准确。 根据导爆管的传爆机理，可以分析导爆管传爆 速度呈现此规律的原因。导爆管受到一定强度冲击 波形式的激发能量作用后，管内壁上粘附的混合药 粉受到爆轰波中前沿冲击波阵面上的高温和一定大 小的压力作用后，首先在炸药表面上发生化学反应。 反应中间产物迅速向管内扩散，反应放热一部分用 来维持管内的压力和温度，另一部分则使余下的炸 药粒子继续反应。扩散到管腔的中间产物与空气混 合后还将继续发生剧烈的爆炸变化，爆炸时放出的 热和气体将迅速膨胀来支持前沿冲击波前移而不致 衰减，同时前移的冲击波还将继续使未反应的管内 下转第9 5 页 万方数据 第2 6 卷第1 期蔡建德等硐室爆破时高温硐室装药的安全防护试验研究 9 5 p 越 赠 图8 高温硐通风时间与温度变化关系图 硐口暂不堵塞，并保持通风，在起爆的当天前5h 再 进行堵塞。 安全防护措施实施后，通过即时监测硐内温度 表明，在装药通风过程和装药后通风过程中高温硐 室内温度均不超过7 0 ℃。2 0 0 7 年1 2 月2 0 日上午 1 1 时3 0 分准时起爆，爆后检查发现高温硐室的爆 破效果达到预期要求，高温硐未出现盲炮和早爆 现象。 5 结论 在高温硐室装药安全防护研究过程中，通过现 场试验发现沙袋的隔热效果非常明显，高温硐端头 和硐内断层裂隙采用沙袋堵塞后，高温硐内温度明 显降低，同时隔热板的使用，装药堵塞时间的控制以 及持续通风措施在保证高温硐装药安全和爆破效果 时起到了关键性的作用。此次大爆破的高温硐室在 试验研究的基础上应用一系列的安全防护技术，使 工人在高温硐室装药过程中做到心中有数，保证了 大爆破的成功，其方法在国内外均值得借鉴。 参考文献 [ 1 ] 刘殿中，杨仕春．工程爆破实用手册[ M ] ．2 版．北京 冶金工业出版社，2 0 0 3 ． [ 2 ] 汪旭光．中国典型爆破工程与技术[ M ] ．北京冶金工 业出版社，2 0 0 6 ． [ 3 ] 高贫，刘大斌．炸药安定性试验方法的进展[ J ] ．爆 破器材，2 0 0 7 ，3 6 4 1 0 1 2 ． [ 4 ] 楚士晋．炸药热分析[ M ] ．北京科学出版社，1 9 9 4 ． [ 5 ]胡庆贤．炸药热安定性的讨论[ J ] ．四川兵工学报， 2 0 0 0 ，2 1 4 2 2 - 2 5 ． [ 6 ]杨国满，胡晓棉．时间温度效应与塑料粘结炸药的力 学性能[ J ] ．火炸药学报，2 0 0 4 ，2 7 1 5 - l O ． 上接第9 1 页 壁炸药开始反应，化学反应中用于支持冲击波传播 的能量逐渐趋向稳定，最终形成稳定的爆轰波在管 腔中传播。这个过程的循环就是导爆管内的稳定传 爆‘2 1 。 在断药前的正常导爆管段，导爆管内的爆轰波 稳定传播，导爆管以稳定的速度向前传爆；当爆轰波 传播到断药部分时，由于缺乏管壁炸药化学反应释 放的爆热来加强超前空气冲击波的能量，空气冲击 波在向前传播时不断衰减，导致导爆管传爆速度不 断下降，随着冲击波的强度降到最低时，导爆管的传 爆速度也达到了最低；前沿空气冲击波突然又进入 正常导爆管时，炸药在冲击波的作用下又开始发生 化学反应，冲击波的能量得到补充，强度迅速增强， 于是出现一个峰值，但由于冲击波速度增大，要维持 其稳定传播就要有较高的能量支持，然而具有一定 爆速的导爆管所对应的有效爆热是无法提高的，因 此前沿冲击波速度逐渐降低，直至管壁炸药化学反 应所放出的能量支持下形成稳定传爆，导爆管传爆 速度又出现稳定。 3 结论 本试验利用高速摄影仪拍摄的断药1 6c m 时的 规整导爆管传爆过程的图像较清晰，通过对断药导 爆管传爆过程的分析，得出在断药长度为1 6c m 时， 规整导爆管传爆速度随时间变化呈现稳定 正常 段 一逐渐下降 断药段 一迅速上升 正常段 一突 跃 正常段 稳定 正常段 的规律。这对进一步 研究各种有缺陷 如断药、损伤等 的导爆管传爆速 度随时间变化的规律以及导爆管起爆系统传爆的可 靠性具有重要的意义。 参考文献 [ 1 ] 范钦文，高耀林，陈嘉琨．塑料导爆管稳定传爆的物理 模型[ J ] ．爆破器材，1 9 8 4 2 8 - 1 0 ． [ 2 ] 陈嘉琨，范钦文，高耀林．塑料导爆管[ M ] ．北京国防 工业出版社，1 9 8 7 ． [ 3 ] 魏伴云，赵建勤，朱建平．模拟导爆管传爆过程的高速 纹影摄影与分析[ J ] ．爆破器材，1 9 8 5 3 3 - 5 ． 万方数据