多孔粒状混装铵油炸药爆炸性能试验研究.pdf

第2 8 卷第1 期 2 0 1 1 年3 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 8N o ．1 M a r ．2 0 l l D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 1 ．0 1 ．0 2 8 多孔粒状混装铵油炸药爆炸性能试验研究木 叶海旺，吴凯，王洋，田维目4 ，阚景文，杨琳，周登辉，黄林，石 立，张文博 武汉理工大学资源与环境工程学院，武汉4 3 0 0 7 0 摘要炸药性能直接影响到爆破的效果，为改善爆破效果，更好地利用炸药的爆炸能，通过现场试验测试 混装铵油炸药的爆速。得出现场混装铵油炸药最佳配比为柴油占5 ％，并在最佳配比的条件下，研究了混装 铵油炸药爆速随装药直径、装药密度及混合后存放时间的变化规律。结果表明，混装铵油炸药爆速随装药直 径的增加而增大。当装药直径达到一定值后，爆速趋于稳定值；混装铵油炸药爆速随装药密度的增加先增加 后逐渐减小。 关键词 混装铵油炸药；爆速；测时仪法；装药密度； 最佳配比 中图分类号T D 2 3 5 ．2 1 3文献标识码A 文章编号 1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 1 0 l 一0 1 0 0 0 4 E x p e r i m e n tR e s e a r c ho nE x p l o s i o nP e r f o r m a n c e o fM i x e dA N F OE x p l o s i v e Y EH a i w a n g ，W UK a i ，W A N G 地凡g ，T 1 A NW e i - 鲈昭，K A NJ i n g w e n ，Y A N GL i n ， Z H O U 眈昭一h u i ，H U A N GL i n ，S I - HL i ，Z H A N GW e n b o S c h o o lo fR e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g ，W u h a nU n i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y ，W u h a n4 3 0 0 7 0 ，C h i n a A b s t r a c t B l a s t i n gr e s u l t sa r ea f f e c t e db yt h ep e r f o r m a n c eo fe x p l o s i v ed i r e c t l y ．I no r d e rt oi m p r o v eb l a s t i n gr e s u i t sa n dm a k ef u l lu s eo fe x p l o s i o ne n e r g yo fe x p l o s i v e ，t h ev e l o c i t yo fd e t o n a t i o n V O D o fm i x e dA N F Oe x p l o s i v e W a st e s t e db yf i e l de x p e r i m e n t ，a n di t so p t i m u mm a t c h i n gc o e f f i c i e n t ，d i e s e li s5 ％，o fm i x e dA N F Oe x p l o s i v eW a s f o u n d ．O nt h ec o n d i t i o no fo p t i m u mm a t c h i n gc o e f f i c i e n t ，t h ec h a n g er u l eo fV O Do fm i x e dA N F Oe x p l o s i v eW a Sr e - s e a r c h e df o l l o w i n gt h ec h a r g ed i a m e t e r ，d e n s i t ya n ds t o r a g et i m ea f t e rm i x e ds u b s e q u e n t l y ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h e V O Do fm i x e dA N F Oe x p l o s i v ei si n c r e a s i n ga l o n gw i t ht h ed i a m e t e ra n dt e n d st oas t e a d yv a l u e ；a n df i r s t l yi n c r e a s i n ga n dt h e nd e c r e a s i n gf o l l o w i n gt h ec h a r g ed e n s i t yc h a n g i n g ． K e yw o r d s m i x e dA N F Oe x p l o s i v e ；v e l o c i t yo fd e t o n a t i o n V O D ；V O Dm e t e r ；c h a r g ed e n s i t y ；o p t i m u m m a t c h i n g 为了更好地改善爆破效果，提高炸药的能量利 用率，针对现场不同的岩性和地质构造信息选用不 同爆炸性能的炸药，很有必要研究现场使用炸药的 爆炸特性。工业炸药的主要性能参数主要有爆速、 收稿日期2 0 1 0 1 2 1 6 作者简介叶海旺 1 9 7 1 一 ，男，安徽望江人，武汉理工大学资源与 环境工程学院，博士。副教授，从事爆破与岩土工程理论方 面研究， E m a i l y e h a i w a n 审6 9 h o t m a i l ．c o r n o 基金项目贵州科技计划项目 S Y 2 0 1 0 3 6 5 ；武汉理工大学大学生自 主创新项目 0 9 0 8 0 8 0 11 0 5 0 8 0 1 猛度、威力及殉爆距离等，而爆速是反映炸药爆炸性 能的最主要指标。爆速与炸药的组成成分、聚集状 态、装药尺寸和形状、装药密度、使用状况等密切相 关。选取贵州某实际爆破工程，通过现场试验来研 究混装铵油炸药成份配比、装药直径、装药密度和存 放时间等条件的改变对混装铵油炸药的爆炸性能的 影响‘1 ，2 1 。 万方数据 第2 8 卷第1 期叶海旺，吴凯，王洋，等多孔粒状混装铵油炸药爆炸性能试验研究 1 0 1 1 爆速测试方法 测定炸药爆速的方法主要分为3 大类旧’4J 。第 1 类导爆索法，这是一种古老而简便的对比测定方 法，又叫道特里士法，其原理是利用已知爆速的标准 导爆索同待测炸药卷相比较，求出待测炸药一段长 度内的平均爆速。导爆索法测爆速简便易行，但准 确度不高。 第2 类是测时仪法，该方法利用炸药爆轰时爆 轰波阵面的电离导电特性，测定爆轰波一次通过药 柱内各探针所需要的时间而求出爆速。测试工业炸 药爆速时，探针一般采用双股细漆包线。目前使用 比较广泛的测时仪有数字式测时仪，这种测时仪可 以将测到的时间间隔直接用数字显示出来，使用简 便，精度可高达0 ．1 斗s 。由于探针间距离是已知的， 故爆速可按下式计算 S ％2 百 式中勘。为爆速；S 为探针问的距离；f ，为在距离为S 的试样中爆轰波传播的时间。 第3 类为高速摄影法，它是利用高速摄影机，借 助于爆轰波面的发光现象将爆轰波沿装药传播过程 的轨迹连续地拍照下来，经分析运算即可测得爆速 值，因此这种方法可以测得爆轰波通过任一点的瞬 时速度“ ’6 1 。 本试验采用目前常用的测时仪测速法。试验使 用湖南湘西超仑爆破仪表厂生产的C A - 5 型爆速 仪，测试连续5 段距离的爆速。试验时将炸药装入 2m 长P V C 塑料管，管壁厚1 0m m 2m m 。在P V C 管上每隔3 0c m 钻对称的2 孔，共钻6 对；用细漆包 线对折成双根穿过2 孔，固定在管外壁，留出2 根接 头；剪断对折处，使漆包线成断路状态；用电线分别 将漆包线的接头导出，与6 根爆速仪的接线柱相连。 2 炸药配比对爆速的影响 经计算得混装铵油炸药的氧平衡配比为硝酸 铵9 4 ．4 8 ％，轻柴油5 ．5 2 ％，故试验时选择柴油配比 变化范围为4 ．0 ％- 6 ．0 ％，变化步长0 ．5 ％，测试混 装铵油炸药在不同配比下的爆速。 在同一场地，相似的气候条件下，装药直径分别 为9 2m i l l 和1 0 2m m ，炸药制备好之后马上装入 P V C 管以防止柴油挥发和吸湿变潮，试验所用P V C 管承受水压范围为1 ．2 1 ．6M P a 。为保持密度一 致，采取自然装药的方式。爆速测试结果见表1 。 表1多孔粒状铵油炸药爆速测试结果 2 组试验的测试数据变化曲线见图1 。 图1 爆速变化曲线图 由图1 可以看出，当柴油配比为5 ％时，装药直 径9 2n l i n 和1 0 2m I n 的铵油炸药爆速均达到最大 值，由此可确定该混装铵油炸药在自然装药条件下 的最佳配比为硝酸铵9 5 ％，轻柴油5 ％。以上结论 与理论值相比，爆速达到峰值时多孔粒状铵油炸药 中柴油的实际配比比理论计算结果偏低。同时亦可 发现，在不同配比条件下，装药直径1 0 2m m 的爆速 比装药直径为9 2m m 的都要高。 3 装药直径对爆速的影响 炸药的临界直径和极限直径是工业炸药的重要 性能指标，尤其是对实际爆破生产的指导作用明显。 此处在固定配比 柴油占5 ％ 前提下，通过改变混 装铵油炸药的装药直径，试验时装药方式为自然装 药，寻求炸药爆速随装药直径变化的变化规律。试 验测试数据如表2 、图2 所示。 由表2 和图2 可以看出，柴油配比5 ％的多孔 粒状混装铵油炸药，存放时间为2h ，装药密度为 0 ．8 2 ～0 ．8 3g ／c m 3 左右时，当装药直径超过9 0m m 时，炸药爆速变化幅度减小，并且炸药爆速在装药直 径1 0 2m m 左右时接近最大值，再增大装药直径时， 爆速变化幅度非常小。 万方数据 爆破2 0 1 1 年3 月 表2 不同装药直径与爆速的关系 f ， 邑 谪 蹬 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 0 0 0 9 0 0 8 0 0 图2 装药直径与爆速关系 4 装药密度对爆速的影响 同样，在固定配比 柴油占5 ％ 前提下，装药直 径为9 2m m ，通过改变混装铵油炸药的装药密度，测 试其爆速的变化情况，测试数据如表3 所示。 表3 爆速与装药密度关系数据表 由表3 可知，随着装药密度的增大，爆速逐渐增 大，在装药密度为0 ．8 7 9g ／c m 3 时爆速达到最大值，继 而有下降的趋势。这表明在装药直径一定时 咖9 2m m ，炸药的爆速先随密度增大而增加，在达到 极限值后，再增加密度爆速反而会降低，如图3 所示。 工业炸药出现上述现象的原因，是由于爆轰反 应属于混合反应。一方面爆速随密度的增加而增 加；另一方面，当密度过大时装药结构密实，妨碍了 各组分分解产物的渗透扩散混合，使化学反应速度 降低，反应区拉长，从而引起临界直径增大，相应地 降低爆速。如果增大装药直径，爆速仍可继续随着 密度的增大而增大。 f 曼 痢 袋 7 0 0 6 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 0 ．8 0l0 ．8 0 90 ．8 5l0 ．8 5 8 0 ．8 6 2 0 ．8 7 00 ．8 7 l0 ．8 7 2 装药密度， g e m - 3 图3 装药密度与爆速关系 5 存放时间对爆速的影响 硝酸铵属于亲水性物质；轻柴油属于憎水性物 质，化学意义上，这两者之间不能或难以稳定混合。 虽然，多孔粒状铵油炸药的多微孔大大改善了两者 的混合效果，但是固液两相混合很难做到完全均质。 同时，受工艺条件限制，混制炸药不可能做到完全均 匀，且微孔对柴油的吸附属于微观渗透，反应速度较 慢。对混制完成后不同存放时间的铵油炸药爆速进 行测试，试验选取柴油含量为5 ％的混装铵油炸药， 装药直径为1 0 2m m ，密实装药，炸药密封存放，试验 数据如表4 所示。 表4 不同存放时间与爆速的关系 由表4 和图4 可以看出，在铵油炸药混制后的 0 3h 内，炸药爆速随着存放时间的增大而增大， 3h i 2 后直至4 8h ，爆速相对比较稳定，变化较小。 f ， 旦 蔼 璜 图4 存放时间与爆速的关系 万方数据 第2 8 卷第l 期叶海旺，吴凯，王洋，等多孔粒状混装铵油炸药爆炸性能试验研究 1 0 3 6 结语 通过现场实测混装铵油炸药在不同条件下的爆 速，可得到如下结论 1 对于爆破现场混制的铵油炸药，在装药直径 为9 0m m 和1 0 2m m 、自然装药的条件下，其最佳的 配比为柴油含量为5 ．0 ％。 2 在柴油含量为5 ．0 ％的前提下，自然装药，混 装铵油炸药的爆速随装药直径的增加而增大，装药 直径达到一定值后，炸药爆速变化微小。 3 在柴油含量为5 ．0 ％的前提下，自然装药，装 药直径为9 2m m 时，混装铵油炸药的爆速先随装药 密度的增大而增大，当装药密度达到一定值后，炸药 爆速慢慢减小。 4 在柴油含量为5 ．0 ％，密实装药时，密封存 放，混制铵油炸药存放时间小于3h ，炸药爆速随存 放时间的增加而增大；存放时间超过3h ，混制铵油 炸药爆速趋于稳定，变化很小。 参考文献 R e f e r e n c e s 吕春绪，刘祖亮，倪欧琪．工业炸药[ M ] ．北京兵器工 业出版社，1 9 9 4 ． 赵海霞，胡双启，张少明，等．装药直径和约束条件对 小直径装药爆速影响研究[ J ] ．弹箭与制导学报， 2 0 1 0 ，3 0 I 9 5 - 9 6 ． 徐森，唐双凌，刘大斌．用连续爆速法测定工业炸药 爆速[ J ] ．含能材料，2 0 0 9 ，1 7 4 4 6 7 ．4 6 9 ． 王玉杰．爆破工程[ M ] ．武汉武汉理工大学出版社， 2 0 a r 7 ． 廖小翠，郭学彬．断药导爆管传爆过程的高速摄影试 验研究[ J ] ．爆破，2 0 0 9 ，2 6 I 8 9 - 9 1 ． 李显寅，郭学彬，蒲传金，等．A P X R S 型高速相机在爆 破方面的应用[ J ] ．爆破，2 0 1 0 ，2 7 2 8 4 8 7 ． 简讯一大连开发区地标建筑金马大厦成功爆破 2 0 1 1 年1 月1 0 日上午l O 时0 9 分，随着起爆倒计时完 毕，执行爆破任务的人员按下了电钮，瞬时发出两声低沉的 响声，只见上下爆破缺口两道闪光过后，金马大厦的腰部首 先被“折断”，大厦中间楼层迅速垮塌。几乎是在同时，大厦 的I ～4 层也发生爆炸。紧接着，1 2 层以上楼层“腾空坐 地”，而后向北侧倒塌。伴随而来的，是爆破后形成的滚滚粉 尘。在强劲的风力下，粉尘形成了云团状的尘雾，随后又在 空中飘散。就这样这座2 8 层、9 4 ．3m 的大厦就在1 3s 后完 全倒塌。经现场勘察，大厦周围建筑物完好无损，爆破取得 圆满成功。 据了解，这次爆破拆除由大连开盛爆破拆迁工程有限公 司执行。创下了“难度全国第一、中国第二高”的纪录，即在 全国范围内，截至目前所有爆破拆除的高楼中金马大厦以其 2 8 层、9 4 ．3m 的高度成为“第二高”，第一个采用异向延时 折叠倒塌实施爆破的高楼。为了将金马大厦这个庞然大物 爆破拆除，开盛爆破拆迁工程有限公司李文全、王吉顺、金骥 良、陈美铃、严成浩、高浩等爆破专家多次现场勘测、反复磋 商，最终兼顾各方面要素确定了爆破方案。采取“断柱、切 粱、破结点、重点预拆除、加强性防护、异向折叠延时倒塌”等 爆破方法，使大厦按至上而下依次延时异向折叠倒塌的方式 倒下，即呈‘之’字形折叠倒塌，爆破飞石控制在1 5m 以内， 爆破振动控制在I ．0e m ／s 以下。整座大厦共打孔I8 0 0 多 个，爆破使用炸药9 0 0 多k g ，雷管38 0 0 余发。另外，金马大 厦距离交通繁忙的金马路仅4 6m ，为了防止飞石对周边的 工商企业造成危害，本次爆破采用了加强型防护。由于精心 的设计和充分的准备，爆破圆满成功。大连电视台、开发区 电视台等多家媒体都给予了高度的评介和报导。本次爆破 由王明林、何庆志、李开进、李晓杰、孙俊鹏等爆破专家评估 论证，在此表示感谢。 简讯二s 2 0 5 线赤峰市北大桥成功爆破拆除 2 0 1 1 年1 月1 0 日1 0 时，爆破总指挥下达了起爆命令， 随着一声闷响，在短短5 7 7m s 内，位于赤峰市境内 2 0 5 线 上的赤峰市北大桥，从中间向两端依次解体崩塌落入河底， 尘埃过后爆破指挥部掌声一片。起爆后现场查看，桥拱、桥 墩、桥台原地塌落破碎，解体充分，两岸个别飞石控制在3 0m 以内，附近建筑物完好无损，爆破取得圆满成功。 赤峰北大桥始建于1 9 6 9 年，1 9 7 2 年正式投入使用，桥梁 结构为双曲拱桥，全长3 3 6m ，桥面宽1 2m ，其中车行部9m ， 两边人行道为1 ．5m ，桥的纵向7 个拱跨，周边环境较为复 杂。赤峰市通缘爆破有限公司中标后，由高级爆破工程师张 悦、孙庆虎、蒋金玉精心设计，并经爆破专家对方案评估论 证，确定爆破采用“切断拱顶、拱脚、炸塌桥墩 台 、分区延 时起爆”的爆破方法使桥梁彻底解体。同时采用深孔9 0I n I n 孔径与浅孔4 5r n i n 孔径相结合的混合布孔形式，拱顶与拱 脚采用了4 5I n l n 孔径，桥墩、桥台采用了9 0m i l l 孔径，运用 毫秒微差控制技术。本次爆破时间紧任务重，从现场勘察、 设计、论证、评估、打孔、预处理、装药、联网、防护、等全部时 间仅用7 天完成。爆破共钻孔1 3 9 5 个 其中大孔径7 2 个， 小孔径I3 2 3 个 ，使用炸药8 7 0k g ，导爆管51 8 5 余枚。起 爆网络分9 个爆区依次延时起爆，每个爆区起爆时差相差 7 5m 8 ，由于精心的设计和充分的准备，爆破圆满成功。赤峰 市电视台、内蒙古电视台等多家媒体都给予了高度的评价和 报导。本次爆破校核了相关爆破参数，为桥梁拆除爆破采用 深孔大孔径钻孔积累了实践经验。 中国爆破协会特约通信员付武 65 0 6 6 部队助理爆破工程师王健 1 J 1 J 1 l - 1 J 1 J 1 J n 心 口 H b № 万方数据