低爆速混合炸药配方的优化研究.pdf

第 “卷第期 “ “ 年月 爆破 “ ,0 3 ; 0 5 * 0 I J G , G E , K , H I E A K O G 8 I C I , H ’ MG A A H P A I ；’ MG A A H；J K E A L E ’ I ； E A K O A 收稿日期 “ “ - “ 2 - 2 作者简介 王为 （ 2 6 -） ， 男； 南京 南京工程兵学院外训教研室硕 士 前言 工程爆破中， 为了取得理想的爆破效果并有效 控制各类爆破危害因素的影响， 除应对爆破参数加 以精心设计外， 采用合适的炸药也是至关重要的。 尤其在矿山工程爆破中的软岩光面预裂爆破和石材 保护性开采爆破方面， 要求待爆岩体按预定的分离 面开裂， 甚至不允许开裂面上残留的半圆炮孔壁出 现裂缝， 减少超挖和超爆， 这就对爆破所有炸药的性 能提出了新的要求。此外， 在爆炸焊接方面， 炸药的 爆速是根据被焊接材料的声速来选择的， 对于低声 速材料则要求相应的较低爆速的炸药， 这样才能有 效消除焊接残余应力， 改善焊接质量。显然， 常用炸 药已满足不了这些要求。 为满足上述爆破工程的要求， 本研究在借鉴国 内外现有低爆速炸药配方的基础上， 运用优化试验 方法， 建立并完成一种全新的低爆速混合炸药配方。 低爆速炸药的有关性能要求 炸药的爆速是衡量一种炸药主要性能的重要参 数， 它的高低在很大程度上也影响并决定了其它性 能指标的强弱。控制并降低爆速应作为低爆速炸药 研究的一种有效手段和突破口。配方优化研究始终 以爆速作为衡量指标， 以获取最低爆速作为优化研 究建立最佳配方的最终目的。在具体指标上， 要求 低爆速炸药的爆速须达到6 “ “ 5 “ “K／ 。 此外， 对于低爆速炸药， 要求其猛度为0 “ K K， 爆轰感应满足实际应用所需的发/ “雷管爆 炸可以引爆的感度， 作功能力小于 / 5K ’。 配方设计原理及炸药组分 配方设计思想是通过密度调节剂和低爆速组分 对于猛炸药的双重稀释来降低猛炸药爆速， 从而获 万方数据 得一种低爆速的混合炸药。其中， 密度调节剂为轻 质微粉颗粒， 低爆速组分则由氧化剂和可燃剂组成。 经试验筛选， 猛炸药采用黑索金， 密度调节剂选用膨 胀珍珠岩粉， 低爆速组分则分别由氧 、 燃 组成， 以上组分颗粒度均为过“ 目标准筛。本文研 究低爆速炸药是以黑索金、 膨胀珍珠岩粉、 氧 、 燃 组成混合炸药。 配方的优化试验研究 优化试验方案 本研究的低爆速炸药配方是采用四组分配方形 式， 此种形式的配方在原料来源、 配制工艺及设计的 独特性方面具有一定的优越性。然而， 各组分不同 的配比， 其炸药爆速等性能相差较大， 而最佳配比如 何确定， 也即各组分含量应如何加以合理地组合、 搭 配， 才能得到低爆速炸药的最佳配方， 必须通过正交 试验来进行优化。 选择四因数 （黑索金、 氧 、 燃 ， 岩粉） 三 水平的优化试验方案。而各因素水平值的选取则是 根据配方常规研究成果， 以有利于确保炸药稳定爆 轰和低爆速来进行的。其参数值如表所示。 根据正交试验原理， 对于三水平的试验方案， 共 有组试验配方。 表组分配化表 列号黑索金 ／’氧／’燃 ／’岩粉 ／’ * * * * * 根据表， 将各因素的水平值对应的列号填入 正交表中， 并对每一序号中的各因素数值相加后分 别进行百分比计算， 最后得出组优化试验配方， 如 表所示。 表配方优化试验方案 序号黑索金 ／’氧／’燃／’岩粉 ／’ “ , “ - , “ * , - “ * “ , , * - “ * * , , 优化试验及分析 对上述组配方分别进行各组分的人工均匀混 合以制得四组分混合炸药， 装药直径为 . .， 发 “ 电雷管起爆。混合炸药密度和爆速如表 所示。 表试验数据表 序号配方 ／/ 0 . ／.1 “ 2 2 , 2 * - “- 2 “ 2 2 * * - - 2 2 , 2 “ * * “ 2 2 2 * , * * 2 2 , 2 - , - - “ 2 * 2 “ 2 * -, “ “ , , 2 2 * 2 - - “ “ “ * 2 2 * 2 * , , 2 , 2 2 - - , - , 注 配方为黑索金、 氧、 燃、 岩粉 对上述试验结果， 再综合表 “ 中的参数及其 排列， 采用算术平均的方法得到正交试验结果的各 因素在不同水平时爆速值， 如表所示。 表各因素在不同水平时的爆速值 因素参数 ／’ ／.1 黑索金 * * - “ - * “ 氧 , “ “ * * 燃 * * , , “ - “ “ 岩粉 * , , - , 通过分析正交试验结果， 可以得出如下结论 （） 黑索金含量大于 ’时对炸药爆速的影响 较为显著， 而小于 ’时， 其炸药爆速的影响 （降 低） 高度显著。 （） 氧 含量大于 ’时对炸药爆速的影响 （降低） 较为显著； （） 燃 含量小于 ’时对炸药爆速的影响 不明显， 而大于 ’时， 其对炸药爆速的影响 （降 低） 较为显著； （） 珍珠岩粉含量大于 * ’时对炸药爆速的影 响较为显著， 而小于 * ’时， 其对炸药爆速的影响 爆破 年月 万方数据 （降低） 高度显著； （） 从低爆速和低黑索金含量两种指标综合考 察， 得到的优化配方为 黑索金“氧 “燃 “岩 石 “ ’ ’ “ “ 。 ’ * 最佳配方的确立 从正交试验分析结果看出， 优化配方只能是已 实施的试验方案点， 正交试验所得到的优化配方不 一定就是最佳配方， 而最佳配方则是从正交试验分 析结果得出的对应于最低爆速和最低黑索金含量的 各因素的水平值。 前面通过正交试验结果分析， 已得出的最佳配 比方案为 “ ’ “ “ ， 也即最佳配方应为 , “ ’ “ , “ ,。然而， 此最佳方案只是理论推测之配方， 能 否作为本文最终确立的低爆速炸药配方， 还需经过 爆轰稳定性的测试， 只有能够稳定爆轰的配方， 才是 所需的低爆速炸药配方。为此， 对 , “ ’ “ , “ ,的 配方进行爆速测试， 结果为半爆， 这表明该配方炸药 的爆轰是不稳定爆轰， 因此， 实际爆轰证明该配方还 不能作为低爆速炸药的最佳配方。为进一步探索低 爆速炸药的最佳配方， 采用配比逼近试验的方法， 在 上述配方的基础上， 对下列可能的最佳配方进行爆 速测试。测试采用导爆索法， 装药直径为* - -， 发 电雷管起爆， 测试结果如表所示。 表最佳配方逼近重复试验结果 配方 ／. / -0 * ／-1 0 * , “ ’ “ , “ 000 , “ ’ “ 2 “ 0, 0 “ ’ “ , “ 000 “ ’ “ , “ ’, ’00 “ ’ ’ “ “ , , * , * , 2 从表可以看出， 在 , “ ’ “ , “ ,配方的基础 上通过适当降低珍珠岩粉含量和增加黑索金含量得 到的上述种配方中， 除 “ ’ ’ “ “ 外， 爆轰均呈 不稳定状态或完全拒爆。其中 , “ ’ “ 2 “ 配方， 虽 爆速很低， 但爆轰不稳定， 而配方 “ ’ ’ “ “ ， 因 其爆轰的稳定性和较低的爆速， 最终确定为低爆速 炸药的最佳配方。各组分颗粒度均小于 - - （ 目） ’ ’ 最佳配方低爆速炸药的性能指标 低爆速炸药的性能指标主要有密度、 爆速、 猛 度、 作功能力和殉爆距离等。对各项性能指标采用 实验方法进行测试， 其中猛度和作功能力的测试分 别采用铅柱压缩法和铅铸膨胀法， 殉爆距离的测试 采用装药直径为* - -的两装药管的殉爆法。测 得本低爆速爆炸药主要性能指标 密度为 , .／ / - ， 爆速为, * - ／ 1， 殉爆距离为- -， 猛度为’ - - （塑料杯） ， - - （钢外壳） ， 作功能力为 - 3。 从测试结果可以看出， 最佳配方低爆速炸药的 主要性能指标均满足低爆速炸药的性能要求， 尤其 在爆速、 猛度和作功能力等基本性能方面具备一定 的优势， 达到了一个较好的低爆速炸药性能值水平。 为进一步检验本文最佳配方低爆速炸药的直径 效应， 对其在装药直径分别为 - -、 - -和’ - -时的爆速进行测试。测试采用导爆速法，发 电雷管起爆。 对测试结果进行多项式逼近拟合得到低爆速炸 药爆速随装药直径变化的曲线， 如图。 装药直径 ／- - 图低爆速炸药爆速随装药直径变化的曲线 由多项式平方求得的数学关系式 “ ’ ’’ ’2 ； “ 2 2 2 从图中可以看出， 低爆速炸药爆速在一定的 装药直径范围内与之成正比关系， 且在实际工程常 用的上述几个装药直径段上均能保持稳定爆轰。尤 其在装药直径为 - -时， 本低爆速炸药的爆速极 低， 这对于诸如要求小直径装药的软岩光面爆破和 岩石保护性开采爆破等方面具有较好的应用价值。 参考文献 ［］ 姚先音4小直径低爆速管装药及其在石材开采中的应 用 ［5］ 4爆破， 2 2 ， （） 4 ［］ 关月玲4一种新型燃烧剂 ［5］ 4火工品， 2 2 （’） ［*］ 郭素云4三低炸药的研制 ［6］ 4中国民爆器材学会第 三次年会暨学术交流会论文集 ［7］ ， 2 4 ［’］ 张金堂4低爆速炸药的研究及其在光面爆破中的应用 ［6］ 4爆破器材应用学术交流会文集 ［7］ ， 2 , 4 ［］ 吴腾芳4爆破材料与起爆技术 ［8］ 4南京 工程兵工程 学院， 2 2 4 ［,］ 潘功配4烟火学 ［8］ 4北京 北京理工大学出版社， 2 2 4 2 第 卷第期王为等低爆速混合炸药配方的优化研究 万方数据