工业炸药能量测试方法的分析.pdf

爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第4 2 卷第1 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 8 3 5 2 ．2 0 1 3 ．0 1 ．0 0 5 工业炸药能量测试方法的分析 徐森①张兴明①潘峰①张建新② ①南京理工大学化工学院 江苏南京，2 1 0 0 9 4 ②国家民用爆破器材质量监督检验中心 江苏南京，2 1 0 0 9 4 [ 摘要]为了研究不同能量测试方法对工业炸药能量测试结果的影响，分别采用爆热、铅墙法和水下爆炸法测 量了几种典型工业炸药样品的能量。结果表明3 种测试方法都能用于评价炸药的能量水平，其中爆热和水下爆炸 法能直接得到样品的能量值，水下爆炸法适用于大药量样品的能量测试要求。水下爆炸试验结果表明，参比T N T 药柱的总能量为3 ．4 1 0 m J ／k g ，粉状乳化炸药的总能量为3 ．7 5 8 m J ／k g ，1 号和2 号岩石乳化炸药的总能量分别为 3 ．4 1 1 m J ／k g 和3 ．1 8 2 m J ／k g ，二级和三级煤矿许用乳化炸药的总能量分别为3 ．0 2 1 m J ／k g 和2 。9 4 7 m J ／k g ，这5 种工 业炸药的，I N T 当量分别为1 ．1 0 、1 ．0 0 、0 ．9 3 3 、0 ．8 8 6 和0 ．8 6 4 。水下爆炸测得的5 种工业炸药能量为爆热测量值的 7 6 ．1 ％一7 8 。8 ％。 [ 关键词]爆炸力学水下爆炸冲击波超压气泡脉动 [ 分类号] T J 5 50 3 8 2 引言 能量是衡量炸药作功能力的重要参数。军用炸 药的能量通常采用爆热来测量，国内工业炸药的作 功能力通常采用铅堵法来测量。由于爆热和铅墙法 试验药量较小，仅为几十克级 爆热药量通常为2 0 一5 0 9 ，铅墙法为l O g ，且铅培法测量结果受铅墙制 造工艺的影响较大，仅能得到能量的间接表征值 扩孔值 。随着工业炸药临界直径的增加，爆热和 铅培法已不能满足大临界直径工业炸药的能量测试 要求，国外研究机构普遍采用水下爆炸法来测量工 业炸药的能量，与铅墙法相比，水下爆炸具有试验药 量大，试验条件稳定可控，结果重复性好等优点。水 下爆炸法是通过测量炸药在水下爆炸时的冲击波参 数和气泡脉动周期，根据水下爆炸的经典理论，计算 得到炸药的冲击波能和气泡能引。由于冲击波能 和气泡能的理论计算公式是基于无限水域导出的， 而大量水下爆炸试验都是在有限水域中进行，导致 边界效应对水下爆炸试验结果具有较大影响。确定 合适的试验条件，对试验结果进行修正，使试验条件 接近无限水域，是屏蔽边界效应的有效方法⋯，王 建灵口3 等人研究了试样入水深度对水下爆炸结果 的影响，确定了合适的试样入水深度；苏华∞1 等人 针对传感器几何尺寸的影响对冲击波能的计算方法 进行了修正；饶国宁l 刊等人对小水池中测量炸药的 输出能量受到的边界夔廑的影响进行了修正。本文 同时采用铅埔法、爆热和水下爆炸法坤‘9 ‘研究了几种 典型工业炸药的能量水平，比较分析这3 种测试方 法试验结果，探讨工业炸药能量评价方法的适用性。 l 试验 1 ．1 试验装置 爆炸水池的直径和深度都为8 m ，池壁和底部由 钢板焊接而成，并固定在钢筋混凝土底座上，压力传 感器为P C BW 1 3 8 A 1 0 。试验测试装置示意见图1 。 1 一安装传感器用钢丝绳；2 一吊试样用钢丝绳；3 一钢架； 4 一信号传输线；5 一信号放大器；6 一数据采集仪；7 一电源； 8 一重锤；9 一传感器；1 0 一炸药试样； 图1 水中爆炸测试示意图 F i g ．1D i a g r a m m a t i cs k e t c ho fu n d e r w a t e re x p l o s i o n t e s t i n gs y s t e m 1 ．2 试验样品和试验条件 试验样品为不同配方的典型制式工业炸药，见 表1 。将2 只制式药卷 药卷规格直径为3 2 m m ，长 度为2 0 0 m m ，药量为2 0 0 9 对半切断后装入纸壳容 收稿日期2 0 1 2 1 0 - 2 9 作者简介徐森 1 9 8 1 一 ，男，博士。研究方向爆炸品性能测试分析。E - m a i l x u n3 4 5 s o h u ．c o r n 万方数据 2 0 1 3 年2 月工业炸药能量测试方法的分析徐森等 1 9 器内，并用胶带进行固定和防水处理。 表1 试验样品 T a b ．1T e s ts a m p l e s 选用压装“ 盯药柱作为水下爆炸试验的参比， 药柱长径比l 1 ，药量为1 6 0 9 ，压药密度为1 ．5 6 g ／c m 3 ；爆热试验用的样品质量为3 0 9 ，爆热参比采 用耵盯理论爆热们，为4 ．5 5 2m J ／k g ；铅墙试验的 参比样品为粉状’I 耵压装而成的药柱，药量为1 0 9 ， 压药密度为1 ．0 9 ／e m 3 。 水下爆炸试验的条件爆炸深度为0 ．5 H H 为 水池深度 ，测量距爆心3 m 处的冲击波参数和气泡 脉动周期，计算样品能量。所有试验均平行测定2 次有效数据。 2 结果及讨论 水下爆炸试验中的典型冲击波超压和气泡脉动 周期的测试曲线见图2 和图3 ，样品的试验结果见 表2 ，表2 中所有试验结果均为2 次有效试验的平 均值。 9 ．2 8 ．0 7 ．0 芒6 ．0 芝5 ．0 苦4 ．0 3 ．0 2 ．0 1 ．0 O 图2 冲击波超压测试曲线 F i g ．2 T e s tc u r v eo fs h o c k w a v eo v e r p r e s s u r e 图3 气泡脉动周期测试图谱 F i g ．3 T e s tc u r v eo fB u b b l ep u l s a t i n gc y c l e 根据水下爆炸的冲击波能计算公式和样品冲击 波超压衰减曲线，由表2 的数据可知，5 种工业炸药 的冲击波能都比“ 盯低。粉状乳化炸药的冲击波 能和气泡能是5 种工业炸药中最高的，其气泡能高 于，I ．N T ，达到3 ．1 0 5 m J ／k g ，粉状乳化炸药的总能量 为3 ．7 5 8 彬k g ，T N T 总能量为3 ．4 1 m J ／k g ，粉状乳化 炸药的T N T 当量达到1 ．1 0 ；煤矿许用乳化炸药的能 量相对较低，其中三级和二级煤矿许用乳化炸药的 总能量分别为2 ．9 4 7 m J ／k g 和3 ．0 2 1 m J ／k g ；2 号和1 号岩石乳化炸药的总能量分别为3 ．1 8 2 m J ／k g 和 3 ．4 1 l m J ／k g 。在水下爆炸试验中，试验结果与样品 药量密切相关 试验药量越大，能量测量值越高 。 在本文的试验过程中，工业炸药的药量为4 0 0 9 ，而 耵盯药柱为1 6 0 9 ，会使工业炸药的T N T 当量略高， 但样品能量的变化趋势是一致的。 由表2 中样品总能量与爆热的比值可知，’I N T 药柱和试验样品水下爆炸测得的总能量约为爆热的 7 5 ％左右，这主要是因为表2 中的．I N T 爆热为理论 爆热，而本文的压装T N T 药柱密度为1 ．5 6 9 ／c o ，同 时炸药在水下爆炸后，爆轰产物会压缩和加热周围 介质 水 ，从而损耗部分能量，使测得的总能量低 于爆热。 由表2 的铅壤扩孔值可知，7 r N r I 的扩孔为 2 9 0 m L W J ／T 9 0 3 0 给出的T N T 标准扩孔范围 2 8 5 m L - I - 1 0 m L ，比粉状乳化炸药的扩孔值小 表2 样品的试验结果 T a b ．2A ne x p e r i m e n t a ls u m m a r yf o rt h ef i v es a m p l e sb yd i f f e r e n tt e s t i n gm e t h o d s ●0 0 O O 0 O O 2 8 7 6 5 4 3 2 1 O 日厶_‘葛 万方数据 2 0 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第4 2 卷第1 期 1 4 ．4 5 ％，这是因为铅墙试验的T N T 压装密度较低， 仅为1 ．0g ／c m 3 ，而粉状乳化炸药的制式药卷密度约 0 ．9g ／c m 3 ，而在进行铅墙试验时，需要将粉状乳化 炸药密度压到1 。O g ／c m 3 ，从而导致粉状乳化炸药的 扩孔值比T N T 大。 对表2 中铅墙扩孔、爆热和水下爆炸试验的结 果进行处理，结果分别见图4 和图5 。 f 彗 官 菩 捌 疆 锻墙扩孔值／m L 1 一冲击波能；2 一气泡能；3 一总能量 图4 水下爆炸与铅堵试验结果的关系 F i g ．4 T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nu n d e r w a t e re x p l o s i o n a n dl e a db l o c k st e s t s 4 ．0 、3 ．5 。∞3 ．0 董磊 道1 ．5 棚1 ．0 勰0 ．5 0 3 ． 爆热／ m J ’k 9 1 1 一冲击波能；2 一气泡能；3 一总能量 图5 水下爆炸与爆热试验结果的关系 F i g ．5 T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nu n d e r w a t e re x p l o s i o n a n de x p l o s i o nh e a tt e s t s 由图4 可知，随着样品铅培扩孔值的增加，水下 爆炸法测得的总能量也相应变大；由图5 可知，随着 样品爆热的增加，水下爆炸法测得的样品总能量也 相应变大。结果表明，水下爆炸法与铅墙法和爆热 的试验结果变化趋势基本一致，即这3 种方法在工 业炸药能量测试方面具有良好的一致性。 3 结论 1 3 种能量测试方法都能用于评价工业炸药 的能量水平，其中爆热和水下爆炸法能直接得到样 品的能量值； 2 参比T N T 药柱的总能量为3 ．4 1 m J ／k g 。5 种工业炸药中，粉状乳化炸药的总能量最高，为 3 ．7 5 8 m J ／k g ，T N T 当量达到1 ．1 0 ；1 号和2 号岩石乳 化炸药的T N T 当量分别为1 ．0 0 和0 ．9 3 3 ；煤矿许用 乳化炸药的能量最低，三级和二级煤矿许用乳化炸 药的T N T 当量分别为0 ．8 6 4 和0 ．8 8 6 。 3 水下爆炸测得的工业炸药总能量为爆热值 的7 6 ．1 ％～7 8 ．8 ％； 参考文献 [ 1 ] 牟金磊，朱锡，李海涛，等．炸药水下爆炸能量输出特 性试验研究[ J ] ．高压物理学报，2 0 1 0 ，2 4 2 8 8 - 9 2 ． M uJ i n l e i ，Z h uX i ，L iH a i t a o ，e ta 1 ．E x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho nu n d e r w a t e re x p l o s i o ne n e r g yo u t p u to fe x p l o s i v e [ J ] ．C h i n e s eJ o u r n a lo fH i g hP r e s s u r eP h y s i c s ，2 0 1 0 ，2 4 2 8 8 - 9 2 ． [ 2 ]李澎．非理想炸药水下爆炸能量输出结构研究[ D ] ． 北京北京理工大学，2 0 0 6 ． L iP e n g ．S t u d yo ne n e r g yo u t p u tc h a r a c t e r i s t i co fn o n i d e - a le x p l o s i v e s [ D ] ．B e i j i n g B e i j i n gI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g Y ，2 0 0 6 ． [ 3 ] 史锐，徐更光，刘德润，等．炸药爆炸能量的水中测试 与分析[ J ] ．火炸药学报，2 0 0 8 ，3 1 4 1 - 5 ． S h iR u i ，X uG e n g g u a n g ，L I UD e r u n ，e ta 1 ．U n d e r w a t e r t e s ta n da n a l y s i sf o re x p l o s i o ne n e r g yo fe x p l o s i v e s [ J ] ． C h i n e s eJ o u r n a lo fE x p l o s i v e sa n dP r o p e l l a n t s ，2 0 0 8 ，31 4 1 - 5 ． [ 4 ] 李健，荣吉利，项大林．装药量及水深对水下爆炸气泡 动态特性的影响[ J ] ．爆炸与冲击，2 0 1 0 ，3 0 4 3 4 2 3 4 8 ． L iJ i a n ，R o n gJ i l i ，X i a n gD a l i n ．E f f e c t so fc h a r g em a s s a n dw a t e rd e p t ho nd y n a m i cb e h a v i o r so fa nu n d e r w a t e r e x p l o s i o nb u b b l e [ J ] ．E x p l o s i o na n d S h o c kW a v e s ， 2 0 1 0 ，3 0 4 3 4 2 3 4 8 ． [ 5 ]王建灵，赵东奎，郭炜，等．水下爆炸能量测试中炸药 入水深度的确定[ J ] ．火炸药学报，2 0 0 2 ，2 5 2 3 0 3 1 ．4 4 ． W a n gJ i a n l i n g ，Z h a oD o n g k u i ，G u oW e i ，e ta 1 ．D e t e r m i n a t i o no ft h er e a s o n a b l ed e p t ho fe x p l o s i v e si nw a t e rt o m C a s L L F eu n d e r w a t e re x p l o s i v ee n e r g y [ J ] ．C h i n e s eJ o u r h a lo fE x p l o s i v e sa n dP r o p e l l a n t s ，2 0 0 2 ，2 5 2 3 0 - 3 1 ， 4 4 ． [ 6 ] 苏华，陈网桦，吴涛，等．炸药水下爆炸冲击波参数的 修正[ J ] ．火炸药学报，2 0 0 4 ，2 7 3 4 6 4 8 ，5 2 ． S uH u a ，C h e nW a n g h u a ，W uT a o ，e ta 1 ．A m e n d m e n to f s h o c kw a v ep a r a m e t e r so fu n d e r w a t e re x p l o s i o n [ J ] ．C h i - n e s eJ o u r n a lo fE x p l o s i v e sa n dP r o p e l l a n t s ，2 0 0 4 ，2 7 3 4 6 - 4 8 ，5 2 ． [ 7 ] 饶国宁，陈网桦，胡毅亭，等．不同炸药水下能量输出 特性的试验研究[ J ] ．爆破器材，2 0 0 7 ，3 6 1 9 一1 1 ． R a oG u o n i n g ，C h e nW a n g h n a ，H uY i t i n g ，e ta 1 ．E x p e r i m e n t a ls t u d yo nu n d e r w a t e re n e r g yo u t p u tc h a r a c t e r i s t i c s o fd i f f e r e n te x p l o s i v e s [ J ] ．E x p l o s i v eM a t e r i a l s ，2 0 0 7 ，3 6 1 9 1 1 ． [ 8 ] C o l eRH ．U n d e r w a t e re x p l o s i o n s [ M ] ．U S P e i n c e t o nU n i v e r s i t yP r e s s ，1 9 4 8 ． 万方数据 2 0 1 3 年2 月工业炸药能量测试方法的分析徐森等 2 1 [ 9 ] 李澎，徐更光．水下爆炸冲击波传播的近似计算[ J ] ． 火炸药学报，2 0 0 6 ，2 9 4 2 1 _ 2 4 ． L iP e n g ，X uG e n g g u a n g ．A p p r o x i m a t eC a l c u l a t i o no fU n d e r w a t e rE x p l o s i o nS h o c kW a v eP r o p a g a t i o n [ J ] ．C h i n e s e J o u r n a lo fE x p l o s i v e sa n dP r o p e l l a n t s ，2 0 0 6 ，2 9 4 2 1 2 4 ． [ 1 0 ] 孙业斌，惠君明，曹欣茂．军用混合炸药[ M ] ．北 京兵器工业出版社，1 9 9 5 ． S u nY e b i n ，H u iJ u n m i n g ，C a oX i n m a o ．M i l i t a r ym i x e d e x p l o s i v e [ M ] ．B e r i n g W e a p o nI n d u s t r yP r e s s ，1 9 9 5 ． A n a l y s i so nt h eE n e r g yT e s t i n gM e t h o d so fI n d u s t r i a lE x p l o s i v e s X US e n ①，Z H A N GX i n g m i n g ①，P A NF e n g ①，Z H A N GJ i a n x i n ② S c h o o lo fC h e m i c a lE n o n e e f i n g ，N a n j i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y J i a n g s uN a n j i n g ，2 1 0 0 9 4 室 N a t i o n a lQ u a l i t yS u p e r v i s i o nT e s t i n gC e n t e rf o rI n d u s t r i a lE x p l o s i v eM a t e r i a l s J i a n g s uN a n j i n g ，2 1 0 0 9 4 [ A B S T R A C T ] T h ee n e r g i e so ff i v et y p i c a li n d u s t r i a le x p l o s i v e sa r em e a s u r e db yb l a s t i n gh e a td e v i c e ，l e a db l o c k sa n da n - d e r w a t e re x p l o s i o nt e s ts y s t e m st os t u d yt h ed i f f e r e n c e sb r o u g h tb yu s i n gd i f f e r e n tt e s t i n gm e t h o d s ．T h er e s u l t ss h o wt h a ta l l t h et h r e et e s t i n gm e t h o d sC a nb eu s e dt oe f f e c t i v e l ye v a l u a t et h ee n e r g yl e v e lo fi n d u s t r i a le x p l o s i v e s ，e n e r g yV a l u e sC a nb e d i r e c t l yg e n e r a t e db yd e t o n a t i o nh e a to ru n d e r w a t e rm e t h o d s ，a n dt h eu n d e r w a t e re x p l o s i o nm e t h o dC a nm e e tw i t ht h er e q u i r e m e n tf o ral a r g el o a dt e s t ．U n d e r w a t e re x p l o s i o nt e s tr e s u l t ss h o wt h a tt h ee n e r g yo fr e f e r e n c eT N Tc h a r g ei s3 ．4 1 0 m J ／k g ，w h i l et h ee n e r g i e so fp o w d e r ye m u l s i o ne x p l o s i v e ，1 。a n d2 。r o c ke x p l o s i v e s ，a n dl e v e l2a n dl e v e l3p e r m i s s i b l e e x p l o s i v e sa r e3 ．7 5 8m J ／k g ，3 ．4 11 m J ／k g ，3 ．1 8 2 m J ／k g ，3 ．0 2 1 m J ／k ga n d2 ．9 4 7 m J ／k g ，r e s p e c t i v e l y ．r I ’} l e1 ’N Te q u i v a - l e n c e so ft h e s ef i v es a m p l e sa r e1 ．1 0 ，1 ．0 0 ，0 ．9 3 3 ，0 ．8 8 6a n d0 ．8 6 4 ．T h ee n e r g yv a l u e so ft h es a m p l e sm e a s u r e db ya n - d e r w a t e re x p l o s i o na r e7 6 ．1 ％- 7 8 ．8 ％o ft h e s eb yd e t o n a t i o nh e a t ． [ K E YW O R D S ]e x p l o s i o nm e c h a n i c s ，u n d e r w a t e re x p l o s i o n ，s h o c ko v e r p r e s s u r e ，b u b b l ep u l s a t i o n 1 从含有废发射药的灌注凝胶制备炸药 爆破器材 2 0 0 1 ，3 0 3 ，6 ～9 中文 研究了从含有废发射药的灌注凝胶来制造炸 药，其制法是将聚合物、交联剂和氧化剂溶液的混合 物倒入发射药的空穴中。这种炸药具有高密度、高 爆速和抗水性等特点。 2 炸药用氧化剂的生产 俄国专利R U 2 1 4 9 8 6 0 ，2 0 0 0 年5 月2 7 日 俄 文 本发明有关于混合炸药的制备工艺，主要有关 于矿用和建筑业用的简单炸药和含水炸药中的氧化 剂。碱金属和 或 碱土金属硅酸铝用硝酸处理生 成硝酸铝和游离硝酸，与N H ，反应得出A 1 O H ， 和含有N H 。N 0 3 、K N 0 3 、N a N 0 3 和c a N 0 3 的溶 液。大多数A l O H ， 7 5 ％～9 5 ％ 被分离出来，剩 余的5 ％～2 5 ％被用作炸药氧化剂的附加物。生成 高效络合氧化剂适用于各种简单炸药和含水炸药的 生产。用A I O H ，改进的氧化剂会增加油的保留 能力和稠化能力，这会使生产的抗水炸药具有安定 的爆炸特性。使用低价的原料、完善加工过程以及 在生产含水炸药时消除了溶液的全部蒸发，保证氧 化剂的成本降低了2 0 ％一4 0 ％。 3 硝酸铵吸湿性的研究 火炸药学报2 0 0 1 ，2 4 3 ，2 2 ～2 5 中文 介绍了硝酸铵的吸湿机理、硝酸铵防吸湿的方 法以及吸湿性鉴定和包覆效应。对防止硝酸铵吸湿 的各种方法作了重点分析。 4 地下矿用新型粒状炸药 G o r n ．Z h ． 采矿杂志 2 0 0 1 ， 7 ，8 A ～1 2 A 俄 文 讨论了在应用地点就地生产粒状炸药，讨论是 以不同类型粒状炸药的风动装药的安全性和经济效 率为基础的，机械化的A 6 和A 3 粒状炸药就地生产 的大规模工业试验表明这些炸药的粉尘发射强度和 静电积累的可能性均低于A C ．8 粒状炸药，而且它 们的成本降低了4 0 ％～6 0 ％。 钟一鹏译自美国化学文摘 V 0 1 ．1 3 5 ，N o ．2 6 2 0 0 1 万方数据