粉状乳化炸药作功能力测试方法的研究.pdf

2 0 0 7 年8 月粉状乳化炸药作功能力测试方法的研究王肇中等 粉状乳化炸药作功能力测试方法的研究 王肇中汪旭光 北京矿冶研究总院 北京，1 0 0 0 4 4 夏斌 煤科总院爆破技术研究所 安徽准北，2 3 5 0 3 9 [ 摘要] 设计了一种评价粉状炸药作功能力的新方法弹道抛掷法。将待测炸药试样放在一端封闭钢制圆筒 内，简上盖有已知质量的圆形钢盖，引爆炸药后，钢盖在爆炸气体冲击作用下按弹道轨迹抛出，测出钢盖被抛出的 水平距离．据此距离来表征一定质量炸药的作功能力，并利用该方法对粉状乳化炸药的作功能力进行了测试。实验 结果表明，弹道抛掷法测试结果与铅蟠法测试结果相比，具有很好的相关性，该方法简便、快速、准确，其相对标准 偏差为O ．2 4 ～0 ．4 0 m 。 [ 关键词] 测试方法作功能力弹道抛掷法粉状乳化炸药 [ 分类号] T D 2 3 5 ．2 1T Q l 7 2 ．1 6 粉状乳化炸药是在乳化炸药基础上发展起来的 一种新型工业炸药[ 1 “] ，对粉状乳化炸药作功能力 进行系统分析与探讨，具有重要的实际意义“3 。我国 检验机构目前仍采用单一的铅蟠法测试粉状乳化炸 药作功能力口．5 ] ，尽管该方法简单、直观、测试方便， 但是由于铅持材料及浇注工艺条件的影响，铅持本 身的物理性能差异较大，同时由于试样的量小，从而 造成检验结果误差较大，因此建立一种简单、可靠、 准确的炸药作功能力测试方法很有必要”8 ] 。本文设 计了一种弹道抛掷测试粉状乳化炸药作功能力的检 测装置，以期对粉状乳化炸药作功能力测试新方法 进行探索。 1 弹道抛掷装置设计 1 ．1 测试原理、装置与材料 将待测炸药试样放在一端封闭钢制圆筒内，筒 身固定在混凝土基座上，筒轴线与地平面成“角 常 为4 5 。 ，筒上盖有已知质量的圆形钢盖。引爆炸药 后，钢盖在爆炸气体冲击下抛出。测出钢盖被抛出的 水平距离，据距离、抛射角、钢盖质量和按能量守恒 定律即可计算出一定质量炸药对钢盖所做的功。 由于钢盖运动速度低 1 0 ～2 0 m ／s ，钢盖在飞 行过程中受到空气阻力影响较小，可以忽略不计，钢 盖的运动轨迹可近似为理想状态下斜抛物体的运动 轨迹。盖子的能量 用E 表示 、初始速度 用矾表 示 和射程 用L 表示 三者之间的关系为 L 仇2 s i n 2 口／g 1 E 一1 ／2 m 口0 2 一m g L ／2 s i n 2 a 2 式中m 盖子的质量 通常为2 0 0 k g ； g 重力加速度 9 ．8 1 m s - 2 } 基金项目t 民爆器材专项技术基础科研项目 科工爆[ 2 0 0 6 ] 2 9 1 。 L 水平射程，m 。 试验装置主要由炮筒、圆形钢盖、圆筒底座和钢 筋混凝土基础等四部分构成，其装置和弹道抛掷示 意如图l 所示。所用材料为8 号工业雷管、待测炸药、 棉纱、毛刷等。 b 1 一钢盖I2 一雷管引线；3 一炸药试样； 4 一炮簿；5 一钢制底座i 6 一钢筋混凝土 图1 测试装置和弹道抛掷示意 1 ．2 弹道抛掷装置的主要参数与作用 炮筒容积为1 3 0 L ，材质为4 2 c r M o 合金钢，外设 电保温夹套，是测试试样的爆炸室。圆筒盖为螺钉形 的圆盖，伸人圆筒中的部分厚度为1 5 m m ，直径为 5 0 0 m m ，材质为4 2 C r M o 合金钢。圆筒盖的质量为 2 0 0 k g ，用它的射程表征炸药作功能力。圆筒底座为 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第3 6 卷第4 期 固定在钢筋混凝土中钢制支座，以支撑炸药爆炸瞬 间对炮筒后坐产生的强大冲击力。钢筋混凝土基础 主要用来加固炮筒，增加设备的使用寿命。 测试装置容积较大，试样置于炮筒中央，不与器 壁直接接触，因此，炸药爆炸时在瞬间产生的高温高 压气体不直接对器壁作用，经过空气间隙的缓冲作 用之后，器壁所受的破坏作用已经大大减小。炮筒材 质选用硬度高、耐磨性好、抗接触载荷能力强的合金 钢，即使在红热的高温下，其硬度仍保持不变，这两 方面的原因使得试验装置的使用寿命大大延长。 此外，还有一些其他辅助设备，如电动起重机、 起爆电源、天平 感量o ．1 9 、卷尺。 1 ．3 测试方法 称取试样量3 0 0 9 ，用牛皮纸卷成壁厚为三层、 直径为5 0 m m 纸筒，装成密度为1 ．o g ／c m 3 的药卷， 将药卷放在￡型木支架上，置于炮筒中轴线中心位 置，插入8 号雷管，引出雷管线，盖上圆筒盖，接上电 源起爆，钢盖在炸药爆炸气体的作用下，沿抛物线轨 迹飞出，落于地面。用卷尺测出钢盖落地点与钢盖初 始重心的水平距离工。按同样方法再做一个平行试 样，计算两次的算术平均值，把该值作为粉状乳化炸 药作功能力值。 2 测试结果的分析与讨论 2 ．1 装药密度的影响 分别称取3 0 0g 同一厂家的岩石粉状乳化炸 药，考察装药密度对岩石粉状乳化炸药作功能力的 影响，结果如表1 所示。 表1 装药密度对炸药作功能力的影响 密度／ g c m 叫 射程／m 1 ．0 2 1 ．0 0 0 ．8 8 0 ．8 4 0 ．8 1 3 2 ．8 5 3 5 ．3 2 3 3 ．3 8 3 3 ．3 0 3 3 ．1 5 实验表明，装药密度对炸药的作功能力有影响， 炸药的作功能力随着装药密度的增加呈上升趋势， 但达到一定值时又会下降，也表明炸药作功能力的 最大值对应一个最佳密度。因此，选用装药密度为 1 ．O O g ／c m 3 。 2 ．2 装药量的影响 分别取同一厂家的岩石粉状乳化炸药5 0 骱1 5 0 g 、2 0 0g 、3 0 0g 和3 5 0 9 ，按实验方法测试其作功能 力，结果如表2 所示。 实验表明，随着药量的增加，钢盖的射程也增 大。在实验条件下，5 0 ～3 5 0g 药量范围内，钢盖的 表2 粉状乳化炸药药量对其作功能力的影响 药量／g抛掷的距离／m 5 0 1 5 0 2 0 0 3 0 0 3 5 0 6 ．9 4 1 7 ．0 0 Z 2 ．6 4 3 3 ．2 4 4 0 ．0 0 射程和药量呈良好线性关系。为延长试验设备的使 用寿命，选用试样质量为3 0 0 9 。 2 ．3 粒度对炸药作功能力的影响 称取一定量的三级煤矿许用粉状乳化炸药，分 别将试样经过2 0 且、4 0 目和6 0 目的筛筛分，取2 0 ～4 0 目、4 0 ～6 0 目、6 0 目筛下分别作为试样，这样 制备的试样，未改变其本质安全性，实验结果具有可 比性。测试各样品的作功能力，其结果如表3 所示。 表3 药粉粒度对炸药作功能力的影响 药粉粒度／目射程／m 未筛分 一2 0 ～ 4 0 4 0 ～ 6 0 6 0 2 8 ．8 6 2 9 ．5 0 2 9 ．2 0 2 9 ．3 5 实验结果表明，处于非理想爆轰时，粉状乳化炸 药的作功能力，不仅取决于药粉本身的化学性质、药 卷的装药密度等因素，还取决于药粉的粒度。其它条 件一定时，炸药的粒径减小，即颗粒尺寸减小，可使 炸药的爆炸性能有所提高。 经过筛分以后，分离出来的具有更加均匀、细小 颗粒的各个试验样品，氧化剂和可燃剂之间的接触 面积越来越大，更加有利于爆轰反应的激发和传播， 这是粉状乳化炸药爆轰性能随着粒径减小而增加的 一个重要原因。但随着其粒度的减小，装药密度也会 变小，将影响其爆轰性能。 2 ．4 测试方法的精密度 为了考察测试方法的精密度，按测试方法对两 种不同厂家的岩石型粉状乳化炸药试样进行了6 次 重复测试，对射程测定的平均值、相对标准偏差进行 了统计计算，结果见表4 。 表4 测试方法的精密度试验 结果表明，该试验方法的测试结果具有较好的 万方数据 2 0 0 7 年8 月粉状乳化炸药作功能力测试方法的研究王肇中等 精密度，在试验条件下，相对标准偏整小于o ．5 m 。 2 ．5 测试方法的准确度 为了检测弹道抛掷法试验数值与铅埔法试验数 值之间是否存在一定关系，进行了一系列精心设计 的试验，使用同期内同一批炸药进行试验，用于试验 的铅持出自同一炉。按照标准的方法进行铅蟠法试 验，并且为了提高试验的可靠性和消除各次试验的 偏差，每种炸药的弹道抛掷法试验和铅埔法试验都 取两次试验的平均值。 表5 弹道抛掷法试验扣铅踌法比较试验 品种弹道抛掷法，m铅烯法／m 1 采用回归分析法所得直线方程为，一o ．0 6 6 7 z l o ．3 0 ，弹道抛掷法试验数值与铅埒法试验数值对 比见图2 。 { 甥 惯 幂 粥 箍 霉 捌 枯 铅持法* 4 试值／m l 图2 弹道抛掷法测试值与 铅埔法测试值对应美系 从分析结果可以清楚地看出，弹道抛掷法试验 数值与铅埔法试验数值之间有很好的线性对应关 系，其能量相关系数为o ．9 6 。这表明弹道抛掷法试验 数值与铅蠕值之间有密切的相关性。 3 结论 弹道抛掷试验方法用钢盖射程来评价一定质量 粉状乳化炸药的作功能力，其优点是试样的药量大， 适用范围广，比较符合爆破实际，不需要复杂的仪 器，也不需要特种炸药作标准，简化了试验步骤，因 而，是一种简单、准确、可靠的实验方法。弹道抛掷试 验方法是一种测试工业炸药作功能力的新方法，可 用于粉状乳化炸药作功能力的测试，并取得了较为 满意的效果。 参考文献 [ 1 ] 汪旭光．乳化炸药[ M ] ．北京冶金工业出版社， 1 9 9 3 ． [ 2 ] M ．A ．库克．工业炸药学[ M ] ．陈正街，孙姣花译．北 京煤炭工业出版社，1 9 8 7 ．1 5 2 ～1 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