乳化炸药抗静压性能的实验方法研究.pdf

第2 7 卷第1 期 爆破 V o l 2 7N o ．1 2 0 1 0 年3 月 B L A S T I N G M a r ．2 0 1 0 m,,lmlI II II I 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 0 ．0 1 ．0 0 5 乳化炸药抗静压性能的实验方法研究木 刘磊1 ，汪旭光2 ，杨溢1 ，栾龙发1 ，常朝朝1 1 ．昆明理工大学国土资源学院，昆明6 5 0 0 9 3 ；2 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 4 4 摘要水下装药受到的总压力是静水表面的大气压和静水压力之和。利用此原理设计的2 套实验装置分 别用来测试炸药在受压状态时的爆速和猛度；研究乳化炸药的抗静压性能，可为水下爆破施工、露天深孔爆 破和乳化炸药的研制提供理论依据。经过一系列的试验最终确定用耐压为1 ．0M P a ，规格为 b6 3 3 姗的 P V C 管组成的系统测试受压状态炸药的爆速；用耐压为1 ．0M P a ，规格为西7 5 3 ．6m m 的P V C 管组成的系 统测试受压状态炸药的猛度。实践表明。该方法是一种行之有效的实验方法。 关键词水下爆破；乳化炸药；静压；实验装置 中图分类号T D 2 3 5 ．2 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 - 4 8 7 X 2 0 1 0 0 1 0 0 2 3 - 0 3 E x p e r i m e n t a lR e s e a r c ho nC o m p r e s s i o n R e s i s t a n c eo fE m u l s i o nE x p l o s i v e s L I UL e i l ，W A N GX u - g u a n 9 2 ，Y A N GK 1 ，L U A N 幻增扣1 ，C H A N GZ h a o - z h a o ’ 1 ．F a c u l t yo fL a n dR e s o u r c eE n g i n e e r i n g ，K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ，K u n m i n g6 5 0 0 9 3 ，C h i n a ； 2 ．B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h et o t a lp r e s s u r eo nu n d e r w a t e rc h a r g ei sc o n s i s to fw a t e rs u r f a c ea t m o s p h e r i cp r e s s u r ea n dt h eh y - d r o s t a t i cp r e s s u r e ．T w oe x p e r i m e n t a le q u i p m e n t sd e v i s e da c c o r d i n gt Ot h i sp r i n c i p l ew e r eu s e dt om e a s u r ed e t o n a t i o n v e l o c i t ya n db r i s a n c eo fe m u l s i o ne x p l o s i v e sr e s p e c t i v e l yo nh y d r o s t a t i cp r e s s u r e ；t h es t u d y0 1 1c o m p r e s s i o nr e s i s t a n c e o fe m u l s i o ne x p l o s i v e sC a np r o v i d eat h e o r e t i c a lb a s i sf o ru n d e r w a t e re x p l o s i o na n dd e e ph o l eb a s t i n ga n dd e v e l o p - m e n to fe m u l s i o ne x p l o s i v e s ．T h r o l _ c , has e r i e so fe x p e r i m e n t s ，o n es y s t e mW a su s e dt Om e a s u r ed e t o n a t i o nv e l o c i t y ， w h i c hi sm a i n l yc o m p o s e do f 击6 3 3m mP V C p i p ea n dc o m p r e s s i o nr e s i s t a n c eo f1 ．0M P a ；t h eo t h e r o l l ew a f tu s e d t om e a s u r eb r i s a n e e 。w h i c hi sm a i n l yc o m p o s e do f 咖7 5 3 ．6m mP V Cp i p ea n dc o m p r e s s i o nr e s i s t a n c eo f1 ．0M P a ． T h er e s u l t ss h o wt h a tt h i sm e t h o di sa ne f f e c t i v ee x p e r i m e n t a lm e t h o d ． K e yw o r d s u n d e r w a t e re x p l o s i o n ；e m u l s i o ne x p l o s i v e ；h y d r o s t a t i cp r e s s u r e ；e x p e r i m e n t a le q u i p m e n t 0引言 在水下爆破或深孔被爆破中，由于静水压力的 作用或炸药自重的影响，炸药的爆速和猛度都会下 降，不仅如此，还会使炸药密度变大，炸药起爆感度 收稿日期2 0 0 9 一1 2 2 9 作者简介刘磊 1 9 8 1 一 ，男，博士研究生，研究方向工业炸药， E ．m a i l l i u l e i ．6 6 3 7 4 4 3 s o h u ．c o m 。 基金项目国家自然科学基金项目 5 0 6 7 4 0 4 9 和传爆感度都会降低；近年来乳化炸药被广泛的用 于水下爆破和深孔爆破中，因此研究乳化炸药的抗 静压性能，对于水下爆破施工、深孔爆破、乳化炸药 的研制都有一定的指导意义。 国内外炸药工作者对炸药抗静压性能进行了大 量的研究工作。米悉尔、德米西、让比古尔设计的 静压爆炸装置可以获得炸药拒爆时的压力值n 】，但 是该装置的加压系统较复杂，两端密封性能不好；松 本荣、田中雅夫设计的爆炸装置的优点是可以重复 万方数据 2 4 爆破 2 0 1 0 年3 月 使用，并可以定量的测试炸药在受压状态起爆时的 爆速[ 2 】，但该装置设计复杂，价格昂贵，操作复杂， 炸药试样的药量也仅仅控制在1 0 0g ；解立峰、刘学 强等设计的水压爆炸装置口圳，加压系统复杂，由于 是钢管，爆炸时要在爆炸碉堡进行，利用该装置只考 察了乳化炸药的拒爆压力点。张立设计的爆炸球罐 装置能很好的模拟深水装药环境∞J ，但是该装置只 能对几g 炸药或雷管的爆炸性能进行相关实验，最 高工作压力只有2 ．0M P a 。 ． 研究炸药的抗静压性能一般从炸药的复原性和 受压状态时测试炸药爆炸性能两方面人手，本文也 从这2 方面进行了实验方法研究。 1复原性实验研究 一般情况下，静压复原性实验指将炸药加压到爆 轰临界压力值以上并维持一定时间，再回复到常压，继 续放置一段时问，然后测试其性能变化。如果乳化炸 药复原性较差，则研究乳化炸药在深水压力下的抗压 性能就可以脱离深水环境，给实验研究带来极大的方 便；但如果乳化炸药有很好的复原性，则研究乳化炸药 在深水压力下的抗压性能就不能脱离深水环境。 一般情况下，水下爆破施工水深一般不超过6 0 m 。因此研究乳化炸药的复原性时，压力值的选择 并不一定大于每一炸药的爆轰临界压力值。再结合 抗水实验装置的设计压力，本文选择压力点为1 ．O M P a ，加压时间大约2h ，然后释放压力，大约1h 后 测试炸药的性能，研究乳化炸药复原性利用的实验 装置如图1 中的 a 、 b 所示，主要由筒体、法兰、 封头、密封脚垫、高压针型阀、压力表等组成，实验数 据及处理结果见表l 所示。 1 0 a 装置示意图 b 装置实物图 1 一充气嘴 泄气嘴 ；2 一截气阀；3 一塑胶垫； 4 一高压容器；5 一压力表；6 一截气阀；7 一法兰封头； 8 ～法兰；9 一压缩空气；l O 一自来水 图1研究乳化炸药复原性的实验装置图 表l 乳化炸药复原性实验数据处理结果 炸药加压前 压力释放后数据处理 塑耋旦丝2丝翌旦 1 。49 3 5 1 9 ．0 647 4 71 7 ．8 63 ．8 1 ％6 ．3 0 ％ 2 。37 8 91 4 ．3 335 8 91 3 ．1 65 ．2 8 ％8 ．1 6 ％ 3 ’ 53 9 71 9 ．6 752 4 51 8 ．6 92 ．8 2 ％4 ．9 8 ％ 注表中的“l ’、2 ’、3 “’炸药分别指化学敏化的乳化炸 药、珍珠岩敏化的乳化炸药、玻璃微球敏化得乳化炸药，3 种 炸药的乳化基质相同；表中的“D ”指爆速平均值，m ／s ，“日” 猛度平均值，r a m ；“竹”指压力释放前后爆速下降百分比，“p ” 指压力释放前后猛度下降百分比。 由实验结果及数据分析可知，在0 1 ．0M P a 范 围内，加压2h 然后释放，3 种炸药都有很好的复原 性。3 种敏化方式的乳化炸药在压力释放后，它们 的爆轰性能都回复到9 0 ％以上，因此研究乳化炸药 抗深水压力的性能时，不能脱离深水环境，必须在加 压状态测试其性能。 2 受压状态炸药爆炸性能实验研究 在前人实验装置的基础上经过一系列的实验研 究，最终设计了2 套测试乳化炸药抗压性能的简易 装置，一个用来测试炸药受压时的爆速，一个用来测 试炸药受压时的猛度。 2 ．1 实验原理 水下装药受到的总压力是静水表面的大气压和 静水压力之和，本实验就是通过改变静水表面的压 力来模拟深水装药环境。例如，当水深l O m ，在静水 表面加2 个大气压，此时水下装药相当于受到3 0 m 水柱的压力。本文就是通过改变静水表面的压力， 来模拟深水装药环境。 2 ．2 实验装置的研究 本装置主要由带螺纹的钢管、P V C 法兰、P V C 管、P V C 封头、钢法兰、橡胶垫等组成，实验装置如 图2 中的 a 、 b 所示，经过一系列的实验研究最 终确定了实验装置比较合理的各个参数。 a 爆速装置实物图 b 猛度实验装置实物图 图2 实验装置实物图 2 ．2 ．1 P V C 管的选择 市场上普通P V C 管主要分为P V C 排水用管和 万方数据 第2 7 卷第1 期刘磊，汪旭光，杨溢，等乳化炸药抗静压性能的实验方法研究 2 5 P V C 给水用管，P V C 排水管耐压性比较差，不能满 足实验要求。考虑到实验的实际需要和实验费用， 选择耐压为1 ．0M P a 的P V C 给水管，若经实验其耐 压性能和密封性不能满足实验要求，再考虑性耐压 性能更高的P V C 管。当然P V C 法兰和封头的选择 都要和P V C 给水管相配套。 2 ．2 ．2 实验装置耐压性和气密性实验 钢法兰和带螺纹的钢管之间是焊接的，只要焊 缝里没有砂眼，一般不会漏气。P V C 法兰、P V C 管、 P V C 封头之间的连接效果直接影响爆炸装置的气 密性。P V C 法兰内侧、P V C 管两端的外侧、P V C 封 头的内侧都用砂纸适当的打磨，使其表面粗糙些，用 抹布把打磨下的碎屑清理干净，然后用专用胶水粘 结，粘结时把部件适当的旋转，把气泡挤出。对爆速 实验装置、猛度实验装置进行了气密性实验。对2 装置进行了气密性和抗压性能实验，都加压到0 ．8 M P a 。加压后，用肥皂水检查各个连接处是否有明 显的漏气，3 0r a i n 后压力表的示数几乎没有变化，可 见2 套装置都有较好的气密性和耐压性能。 2 ．2 ．3 实验装置参数的确定 实验装置参数的确定核心是P V C 管内径的确 定。P V C 管内径若太小，可能对实验结果产生影 响；若P V C 管内径若太大，实验费用会大大提高。 因此，选择适当的P V C 管内径很重要。初步定3 种 规格的P V C 管咖6 3 3m m 、咖7 5 3 ．6m m 、咖9 0 4 ．3I n m ，第1 个数字是公称直径，第2 个数字是指 壁厚。3 种管子的长度都是4m ，根据实验的实际需 要把P V C 管截成2 5e m 。用3 种管径的爆炸装置进 行了实验。实验装置都是在有水无压的条件下进 行，实验测试结果见表2 。 表2P v c 管径对实验影响的测试结果 管子规格 爆速猛度 D ID 2D 3 D H 1岛也H 击6 3 3n l i n 50 5 150 0 048 5 449 6 81 9 ．1 71 8 ．7 41 9 ．“1 9 ．1 8 击7 5 3 ．6i n m49 5 148 5 449 0 249 0 21 8 ．5 91 9 ．4 71 9 ．3 81 9 ．1 5 西9 0 4 ．3m n l 50 0 049 0 248 5 449 1 91 9 ．3 51 8 ．5 4 1 9 ．2 2 1 9 ．0 4 注表中的“D 。”、“D ”、“D 3 ”指爆速实测值，m ／s ；⋯D 指爆速平均值，m ／s ；表中的“％”、“马”、“日3 ”指猛度实测值； “日”猛度平均值，咖。 由爆速测试结果看，P V C 管径对爆速的影响很小， 从节省实验费用的角度出发，选用规格为咖6 3 - 3m m 的P V C 管来测试炸药的爆速。由猛度测试结果看， P V C 管径对测试结果有一定的影响。在用规格为西6 3 3I l l l n 的P V C 管组成的爆炸装置进行实验时，压缩后 的铅柱边缘明显的高于其中心，给测量带来不便，可能 由于铅柱离管壁太近，铅柱周边压缩时受到一定的约 束。在另外2 种规格的P V C 管中测试的猛度值相差不 大，铅柱被压缩面也比较平整，综合考虑实验效果和实 验费用选用规格为吊7 5 3 ．6m i l l 的P V C 管进行炸药 的猛度实验。其它组件都和管径相配套。最终确定的 2 种爆炸装置的参数如表3 所示。 表3 爆炸装置最终参数 爆速装置组件猛度装置组件 P V C 管长度 P V C 管规格 带螺纹钢管 节气阀 P V C 法兰 钢法兰 橡胶垫片 2 5c l n 外径6 3I i l r f l 壁厚3m i l l 耐压1 ．0M P a 外径2 2m i l l 内径1 5m i l l 内径1 5m i l l 内径6 3i I l r l l 耐压1 ．0M P a 内径6 3m i l l 内径5 7m m 2 5c m 外径7 5t r i m 壁厚3 ．6n l m 耐压1 ．0M P a 外径2 2m i l l 内径1 5 姗 内径1 5 咖 内径7 5m i r a 耐压1 ．0M P a 内径7 5m m 内径6 8m m 压力表量程0 1 ．6M P a 0 1 ．6M P a 2 ．2 ．4 实验装置的优缺点 设计的2 套抗压实验装置的优点可以定量的 测试炸药在深水压力作用下的性能；2 装置的主体 材料都是P V C 材料，爆炸时对周围环境影响较少；2 套装置中的钢法兰大都可以重复利用多次，可以大 大降低实验费用；测试猛度的实验装置，只要把尺寸 适当放大就可以测试7 0m m 、9 0m m 、1 1 0m m 等大 药卷加压状态的爆速，不受炸药量的限制，但实验费 用相应的增加。2 套实验装置的缺点实验费用虽 得到很大程度的降低，但倘若进行系统的实验研究， 实验材料费用还是较高。 冰2 5 U 姜2 0 鐾1 5 ∞g - - 1 0 ∞ 萋s 蹬 00 ．1O ．20 ．30 ．40 ．5 压力／M P a 图3 玻璃微球敏化的乳化炸药受压后 爆炸性能下降曲线图 下转第4 3 页 万方数据 第2 7 卷第l 期 黄宁，谢建林，熊新宇，等银盘水电站二期开挖爆破试验成果分析及应用 4 3 基岩影响深度约0 ．5m ，保护层预裂爆破的基岩影 响深度约0 ．7 1m 。 4 试验成果在正式开挖爆破中的应用 银盘水电站左岸二期坝肩及边坡土石方明挖工 程中应用了前期爆破试验成果。台阶爆破根据岩性 比照试验参数来确定单位耗药量、孔排距等爆破参 数。保护层开挖爆破方法根据现场实际条件和施工 机具情况选定。 柔性垫层保护层开挖，具有钻孔方便，施工速度 快的特点，但要对每个孔的孑L 底高程进行严格控制，。 爆后平整度难控制，主要应用于沟槽下部、渗水部位 或空间上不便钻水平孑L 的部位；水平和斜坡预裂法 爆除保护层，虽然钻孔困难，但爆后建基面平整度较 好，对建基面的爆破影响满足设计要求，现已大规模 用于水平和斜坡保护层的开挖施工。 施工期实测爆破质点振动速度见表2 。各重点部 位实测爆破质点振动速度峰值均在设计要求的安全允 许范围内，爆破未对周围建 构 筑物造成不利影响。 表2 实测爆破质点振动速度峰值表 5 结语 生产实践证明，银盘左岸二期工程岩石开挖爆 破试验确定的爆破方案是合适的，试验成果在施工 中的应用提高开挖爆破质量，加快保护层开挖进度。 但是，开挖部位在不断变化，岩性和岩石结构也随之 发生变化，因此，在开挖中对试验得出的爆破参数不 能盲目的直接套用，一定要结台实际情况采用。 参考文献 [ 1 ]D L ／T 5 3 8 9 2 0 0 r 7 水工建筑物岩石基础开挖工程施 工技术规范[ S ] ．北京中国标准出版社，2 0 0 7 ． [ 2 ]祝文化，宋成梓．复杂环境下地铁车站基坑爆破振动 效应的试验研究[ J ] ．爆破，2 0 0 9 ，2 6 2 9 9 - 1 0 1 ． [ 3 】刘立新，刘晓军．紧邻高坝坝趾基岩开挖爆破试验 [ J ] ．水利水电快报，2 0 0 7 ，2 8 1 6 1 9 - 2 1 ． 上接第2 5 页． 3实验过程 采用设计的实验装置进行乳化炸药受压状态的 猛度实验时，大致流程如下用肥皂水检查装置的气 密性，气密性良好的装置才可进行猛度的测试；把炸 药试样放到爆炸装置中，按照国标准标操作；向装置 中加人一定量的自来水，以浸没炸药试样为准；再次 检装置的气密性，同时注意保护雷管脚线，若漏气检 查原因；把装置加到额定的压力，并把节气阀关闭， 并卸下加压装置；在猛度测试场起爆爆炸装置。测 试爆速的实验步骤同猛度的测试步骤大致相同，不 再赘述。由于实验是在自行设计的爆炸容器中进 行，在测试爆速、猛度除按照国标要求进行，还要注 意以下几点①雷管要进行防水处理；②测试爆速时 药卷要反向起爆，靶线尾都要从爆炸装置中引出；③ 测试猛度时，把铅柱、钢片、炸药试样用胶布处理，确 保3 者中心在同一直线上，并尽量把铅柱放到爆炸 装置中心。利用2 套装置对1 种乳化炸药进行了测 试，测试结果及数据分析见表4 和图3 所示。 4 结论 由于乳化炸药有优良的复原性，因此研究乳化 炸药的抗静压性能必须在受压状态进行研究；在水 下爆破或深孔爆破中，直接测试炸药在受压状态的 爆炸性能比较困难，实践证明，本文设计的2 套试验 装置能很好的测试乳化炸药在受压状态的爆炸性 能，为研究炸药的抗静压性能提供了新思路。 表4 玻璃微球敏化的乳化炸药受压后爆炸性能变化 压力／M P a D ／ m 8 ‘1 H ／m m 町／％ O ／％ O ．O53 9 71 9 ．6 70 ．0 0 0 ．0 0 O ．247 6 31 6 ．1 41 1 ．7 51 7 ．9 5 0 ．445 8 71 5 ．3 71 5 ．O l 2 1 ．8 6 参考文献 [ 1 ] W I E T A N DM S ．C o m p a r a t i v eS e n s i t i v i t yo fP e r m i t t e dE x - p l o s i v e sa g a i l l s tD y n a m i cP r e s s u r eD e s e n s i t i z a t i o n [ J ] ． E x p l o s i v eM a t e r i a l s ，1 9 8 7 ，1 6 2 3 3 - 3 6 ． [ 2 ][ 日] 松本荣，田中雅夫．关于含水炸药在加压下的爆 轰及复原性研究[ J ] ．韩学波，译．爆破器材，1 9 8 7 1 3 6 ．3 9 ． [ 3 ]刘学强．乳化炸药静压下的爆轰和复原性研究[ c ] ∥ 全国工程爆破第五届学术会议论文．武汉中国地质 大学出版社，1 9 9 3 3 1 9 - 3 2 1 ． [ 4 ] 缛立峰．乳化炸药受压钝化问题的探讨[ J ] ．爆破器 材，1 9 9 l 2 6 - 9 ． [ 5 ]钟帅．模拟深水爆炸装药输出能量的研究[ D ] ．安徽 理工大学，2 0 0 7 1 - 3 ． 万方数据