民用炸药敏感度试验方法的研究与探讨(1).pdf

8 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第4 0 卷第2 期 民用炸药敏感度试验方法的研究与探讨’ 解立峰韩志伟王海洋陈际洋 南京理工大学化工学院 江苏南京，2 1 0 0 9 4 [ 摘要] 敏感度试验的传统试验方案是在规定的刺激水平上进行规定次数的试验，如果试样不发生感应，即判 为合格。否则即判为不合格。该文以煤矿炸药瓦斯安全性为例，对此进行了比较详细的探讨，f o ／s 这种传统试验 方案是不可靠和不科学的，并提出半数感应量是比较合理的试验方案。 [ 关键词] 炸药敏感度巷道试验半数感应量鉴别比 【分类号] 0 3 8 1 T D 2 3 5 ．2 l 引言 所谓敏感度试验，可以定义为t 对某一物质施以 一定的刺激，观察其是否发生感应或感应的频数。 在火炸药领域内，诸如撞击感度试验、摩擦感度试验 以及殉爆试验等，都属于敏感度试验的范畴。此外， 煤矿用炸药的瓦斯安全性试验 巷道试验 也是一 种敏感度试验，不过刺激源是炸药而已。再有，如杀 虫剂的毒性试验，也是一种敏感度试验。 上世纪4 0 年代，J ．D i x o n 和A ．M ．M o o d o 在美 国矿山局炸药实验室，创立了一种获得“半数感应 量”的新方法升降试验法。但是采用这一方法 所做的煤矿炸药瓦斯安全性试验巷道试验的论 文，直到1 9 6 1 年在波兰华沙国际煤矿安全研究所所 长会议上，才初次发表。此法一经问世，立即引起了 同道者的浓厚兴趣。除美国【2 1 外，捷克[ 3J 、波兰和 前苏联都先后采用这一方法进行巷道试验。我国早 在1 9 6 2 年也把这一方法引用到煤矿炸药的瓦斯安 全性研究中了。本文根据以往的试验结果，对传统 的民用炸药敏感度试验合格判据的不合理性，以煤 矿炸药的瓦斯安全性试验巷道试验为例，进行 了充分的论证，并提出采用“半数感应量” 半数引 火量 作为合格判据的观点。 1 民用炸药敏感度传统试验方法存在的问题 传统的试验方法是固定刺激源的水平 刺激 量 ，进行若干次试验，观察其是否发生感应或感应 的频数，来判断被试物质的敏感度。如炸药对瓦斯 的安全性试验 巷道试验 ，就规定在一定的装药量 条件下，连续试验5 次，没有一次发生瓦斯爆炸，就 判为合格，否则须加倍复试，即重复试验l O 次，如无 一次瓦斯爆炸，仍可判为合格，如又发生一次瓦斯爆 炸，则判为不合格。制订这一判断标准的思想是，在 规定的装药量条件下进行试验，瓦斯引爆的概率应 当是0 ，即这个装药量是一个临界装药量，或称最大 不引火量。只有大于这一装药量进行试验时，才会发 生瓦斯爆炸。因此，在对某一炸药进行试验时，如果 出现了瓦斯爆炸，那一定是这种炸药在生产中出了 问题，因而是不合格。 1 ．1 感应频数并不是概率 传统的巷道试验方法中，引起瓦斯爆炸的频数 为0 ／5 或1 ／1 5 是什么意思 是说明炸药在这种条 件下引起瓦斯爆炸的概率是0 或1 ／1 5 吗 绝对不 是。那么，就应当承认它有大于0 或大于1 ／1 5 的引 爆瓦斯的概率。既然如此，这合格与不合格的问题 就全凭“撞大运”了。因此应当认为这种“规定”是 不科学的。 一般来说，刺激量越大，被试物质发生感应的概 率越大，但这并不是直线关系。刺激量的对数值和 被试物质发生感应的概率之间的关系，是一条如图 1 所示的“J ”形线性关系H j 。 碍 摩 诅 堪 图1 刺激量和发生感应的概率 收稿日期2 0 1 0 - 1 2 - 2 8 作者简介解立峰 1 9 6 5 一 。男。博士，副教授。主要从事多相爆轰理论及应用、安全科学技术研究与教学工作。E - m a i l x i d i f e n 9 3 1 9 s i - 万方数据 2 0 11 年4 月 民用炸药敏感度试验方法的研究与探讨解立峰等 “．r ”形的上下两端，表示发生感应和不发生感 应。即刺激量等于或高于某一数值时，被试物质发生 感应的概率是1 ，即1 0 0 ％发生感应；刺激量等于或 小于某一数值时，被试物质发生感应的概率是0 ，即 l o o ％不发生感应。但是，从图l 看出，曲线的两端 比较平坦，这说明在感应概率为0 和1 的附近，刺激 量每增加一个单位，感应率的增加是很慢的，因此要 得到这两个临界点是相当困难的。所以在巷道试验 中，瓦斯引爆频数为0 ／5 并不代表其概率为O 。 1 ．2 传统试验方法的鉴别能力最低 在科学研究中，大部分的试验都是比较试验。 如测量一个物体的长度，就是拿一个已知长度的标 准量具和被试物体进行比较；称量一种物质的质量， 也是拿已知质量的砝码在天平上与被试物质进行比 较。敏感度试验也是一种比较试验，即试验被试物 质的敏感度和规定的敏感度进行比较，来判断其敏 感度高低或是否合格。炸药对瓦斯引爆的安全性试 验，就是在固定的装药量情况下试验，和规定的引爆 频数0 ／5 或1 ／1 5 进行比较，来判断其是否合格。 如果承认，在规定的装药量情况下试验，瓦斯发 生引爆有一定的概率，那么，这发生引爆的现象发生 在5 次或1 5 次试验之外，它就成为合格了；反之，这 发生引爆的现象发生在规定的试验次数之内，它就 成为不合格了。这种所谓合格或不合格，也不能表 明被试炸药的安全性大小。譬如，有两种炸药，其一 试验结果是0 ／5 ，合格；另一个试验结果是1 ／5 ，经加 倍试验后，总的瓦斯引爆频数为2 ／1 5 ，判为不合格。 如果将前者判为合格的试样也继续进行加倍试验。 同样再试验1 0 次，情况就有可能相反，前者可能发 生多于一次的瓦斯爆炸，而后者则可能维持其只有 一次爆炸的频数。 或许有人会说，规定发生瓦斯引爆为0 ／5 的标 准，是在远低于瓦斯引爆概率为0 的临界点以下，就 是说，在这一装药量时，它的瓦斯引爆概率的确是 0 ，那么，就引出了另外一个问题既然如此，就没有 试验的必要了。 一个好的试验方案，应当满足两点基本要求 1 来自同一总体的试样，试验结果要有良好的重 现性；来自不同总体的试样，试验结果要显示出明显 的差异性，即要有较好的鉴别能力。 2 用较少的 试验获得较多的信息，而且能够作出明确的而不是 模棱两可的结论。 首先，研究第一条，各种试验方案的鉴别能 力‘5 1 。 设每次试验发生感应的概率是尸，不发生感应 的概率是 1 一J P 。则规定试验／1 , 次，其中允许发 生m 次感应，就是可以发生0 、l 、2 ⋯⋯m 次感应，只 要不超过m 次感应，就算合格。这一事件发生的概 率是 P ’ ∑c 7 1 一尸 ”“ 从公式可以看出，P 愈小则P ’愈大；P 愈大则 P ’愈小。若P 0 时，P ’ 1 ，即这一试样肯定合格； 若P 1 时，P ’ 0 ，即这一试样肯定是不合格。 不一定要求P ’ 0 或P ，_ l ，可以这样约定只 要P ’≥1 一a ，就可以满意地认为被试物质合格了。 这时，P 应等于或小于某一极限值P o ，即0 ≤P ≤ P o ；如果P ’≤J B ，就可以认为接近于0 ，而满意地认为 被试物质不合格了。这时，P 应等于或大于某一极 限值匕即l ≥P ≥匕。 由此可以得出鉴别规则 l ≥P ’≥ 1 一口 即0 ≤P ≤匕，为合格； 0 ≤P ’≤J I B即1 ≥P ≥匕，为不合格； 1 一a P ’ J B 即P 。 P 匕，则无法鉴别。 匕／P 。叫鉴别比，比值愈大，鉴别能力愈小；比 值愈小，则鉴别能力愈大。 匕／P 。的比值，随要求的试验次数n 和允许发 生感应次数m 的增大而缩小。二者的关系如图2 所示。 S 薰 酬 图2 允许发生感应次数 m 和鉴别比 P p ／P 。 关系图 从图2 中可以看出，允许发生感应的次数m 愈 小，匕／P 。的比值愈大，而不允许发生感应 即m 0 的方案 ， O ／n ，鉴别能力是最低的。 1 ．3 传统试验方法的可靠性最低 在规定试验1 1 , 次不允许有一次发生感应，即， O ／n 才算合格的方案中，f O ／n 的指标应当指的 是，在一定的条件下进行试验时，1 0 0 ％不发生感应 的最高刺激量。 在等于或低于这一刺激量进行试验时，试样将 1 0 0 ％不发生感应。反之，还一定存在着一个1 0 0 ％ 万方数据 1 0 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第4 0 卷第2 期 发生感应的最低刺激量，即在等于或高于这一刺激 量进行试验时，试样将1 0 0 ％发生感应。介于这两 个临界值之间进行试验，发生感应的概率小于1 而 大于0 。如果在各个刺激量水平上进行了足够的试 验，以刺激量为X 轴，以发生感应的概率为y 轴，就 可以得到如图I 所示的“’r ”形累积感应概率曲线。 将会发现在概率为O 和1 附近，刺激量每增加一个 单位，概率升降的幅度是很小的。这就是说，要确定 1 0 0 ％发生感应或1 0 0 ％不发生感应的临界刺激量， 都是很困难的，也可以说这也是厂 O ／n 试验方案的 缺点之一。 再进一步分析。假设有3 种不同的试样A 、B 和C ，分别进行了足够的试验，得到了3 条累积感应 概率曲线，又经过数学处理，化成了3 条直线。可以 理解，这3 条直线很有可能不是互相平行的。假定 这3 条直线如图3 所示。 0∥ ／ A o qB oA I B lc l 图3 刺激量 L 和累积发生感应概率 P ’ 示意图 由图3 可知，3 种试样的最高无感应刺激量分 别是A 。、B 。和c o ，如果以此作为判断敏感度高低的 准则，则3 种试样的敏感度为A C B 即A 和C 的敏感度相同，二者都低于B 。如果 以B 的敏感度作为合格标杆，则A 和c 都是不合格 了。 同样有理由用发生感应的最低刺激量，即A ，、 B ，和C ，来作为判断敏感度高低的准则，从图3 可 以看出A B 0 时，特别是在 ， n ／2 时，比较合理。 试看图3 ，用厂 n ／2 即发生感应的概率为O ．5 的刺激量，作为判断标准，可以得出确切无疑的结 论3 种试样的敏感度依次为A B C ，即A 最敏 感，B 次之，C 最不敏感。 感应概率为0 ．5 的刺激量，可统称为“半数感 应量” 在杀虫剂的试验中叫“半数致死量”，在巷道 试验中叫“半数引火量” 。在这一水平进行试验 时，发生感应和不发生感应的概率各占一半，即均为 n ／2 0 半数感应量的感应概率是0 ．5 ，这是累积概率 曲线的中点，从图l 也可以看出，曲线在这里比较陡 直，斜率最大，又是各个刺激量发生感应概率的平均 值。因此，用它来鉴别敏感度高低是最理想的。 参考文献 [ 1 ]w ．J ．D i x o n ．A ．M ．M o o d ．Am e t h o df o ro b t a i n i n ga n da l l - a l y z l n gs e n s i t i v i t yd a t a [ J ] ．J o u r n a lo ft h eA m e r i c a nS t a - t i s t i e a lA s s o c i a t i o n ，1 9 4 8 ，4 3 2 4 1 1 0 9 - 2 6 ． [ 2 ] C h a r l e sM ．M a s o n ．M e t h o d sf o re v a l u a t i n gE x p l o s i v e sa n d H a z a r d o u sM a t e r i a l s [ M ] ．M i c h i g a n U n i v e r s i t yo fM i e h i - g a n 。1 9 7 2 ．8 - 1 0 ． [ 3 ] 陈正衡编译．工业炸药测试新技术[ M ] ．北京煤炭 工业出版社，1 9 8 2 1 3 1 - 1 3 5 ． [ 4 ] 郭祖超，等．医用数理统计方法[ M ] ．北京人民卫生 出版社，1 9 6 3 1 6 9 1 7 0 ． [ 5 ] H ．T ．R a m s a y ，J ．S ．S e a y e r ．O nt h eI n f l u e n c eo ft h e P e r m i t t e dI g n i t i o nR a t ei nt h eA s s e s s m e n to fE x p l o s i v e s [ J ] ．S a f e t yi nM i n e sR e s e a r c hE s t a b l i s h m e n tR e p o r t ， 1 9 6 1 2 0 9 2 3 - 2 7 ． [ 6 ] B ．L ．A m s t a d t e r ．彭兴文译．可靠性数学[ M ] ．北京科 学出版社，1 9 7 8 3 9 1 - 3 9 2 ． 下转第1 3 页 万方数据 2 0 11 年4 月 半正方形罩线型切割器的数值模拟研究姚志华等 端两棱中心点起爆条件下，两个球形爆轰波同时作 用在药型罩上。由于爆轰波首先到达药型罩对称中 心，所以在药型罩对称中心截面上首先形成初始射 流，并且首先进行二次汇聚，然后逐渐向两端发展形 成扇形切割刀。 通过以上分析可以知道，在本文结构参数条件 下，半正方形罩线型切割器可以形成线型聚能射流， 而且与普通的楔型罩和圆型罩的线型切割器形成线 性射流过程不同的是，其形成射流过程存在一个初 始射流二次汇聚的过程。 同时仿真结果也表明，药型罩厚度对初始射流 和二次汇聚形成射流的速度影响较大，见表l 所示。 表1不同壁厚药型罩形成射流的速度 壁厚d ／n l l n 1 ．5 4 5 3 7 6 2 1 6 1 ．3 7 2 ．0 4 2 0 8 5 5 9 4 1 ．3 3 2 ．5 3 6 7 6 4 9 2 8 1 ．3 4 初始射流速度v l ／ m s d 汇聚射流速度v 2 ／ m - S 一 ％／t J l 从表1 可以知道，形成初始射流和二次汇聚形 成线型聚能射流的速度都随药型罩壁厚的增加而减 小。通过二次汇聚形成的射流速度比一次汇聚射流 速度提高了3 3 ％以上。 同时，与普通线型切割器形成扇形片流速度 约为5 0 0 0 m ／s [ 2 j 相比，速度提高明显。 3 结论 1 数值模拟结果表明，半正方形罩线型切割 器能够按照预期设想形成线性聚能射流切割刀。 2 半正方形罩线型切割器形成射流过程与普 通楔型罩和圆型罩的线型切割器形成射流过程不同 的是，存在一个初始射流二次汇聚的过程。经二次 汇聚的射流速度提高明显，二次汇聚形成的射流速 度比一次汇聚射流速度提高了3 3 ％以上。而且半 正方形罩线型切割器形成射流速度要明显高于普通 线型切割器。 3 药型罩厚度对二次汇聚射流速度影响较 大，随药型罩厚度的增加，线型切割器形成射流速 度降低。 4 由于条件所限，本文没有对装药特性、起爆 方式、有无壳体等情况进行数值模拟，也没有做试验 进行验证，这些都是需要在以后做进一步的研究。 参考文献 [ 1 ] A ．C ．R o b i n s o n ，M ．G ．V i g i l ．A na n a l y t i c a l - e x p e r i m e n t a l c o m p a r i s o no f1 5 0a n d2 2 0g r a i np e rf o o tl i n e rs h a p e d c h a r g ep e r f o r m a n c e [ R ] ．D E 8 7 - 0 1 4 2 1 7 ，1 9 8 7 ． [ 2 ] 焦丽娟，刘天生．关于楔形罩的初步研究[ J ] ．华北工 学院学报，2 0 0 1 ，2 2 1 7 0 - 7 4 ． [ 3 ] 王尹军，颜事龙，胡坤伦．线型聚能装药的圆型罩和楔 形罩之比较[ J ] ．煤矿爆破，2 0 0 1 4 3 - 6 ． [ 4 ] 王志军，吴国东．一种新型星锥状药型罩形成射流的 数值模拟[ J ] ．兵工学报，2 0 0 7 ，2 8 1 1 1 3 9 7 1 4 0 0 ． [ 5 ] 何洋扬，龙源，张鹏军，等．圆锥、球缺组合战斗部空气 中成型技术数值模拟研究[ J ] ．火工品，2 0 0 8 4 3 3 - 3 7 ． N u m e r i c a lS i m u l a t i o no fL i n e a rC u t t e r 、订t hS e m i - s q u a r eL i n e r Y A OZ h i h u a ∞。W A N GZ h l j u n ①。F UL u ①，X UH a o 重 s c h o o lo fM e e h a t r o n l cE n g i n e e r i n g 。N o r t hU n i v e r s i t yo fC h i n a S h a n x iT a i y u a n ，0 3 0 0 5 1 窑 A i r f e i l dT e c h n o l o g yT e s tC e n t e ro fA i r f o r c e S h a n d o n gJ i ’n i n g ，2 7 2 0 0 0 [ A B S T R A C T ] As e m i s q u a r el i n e rs h a p e dc h a r g ec u r e ri sas h a p ec h a r g eb yc h a n g i n gc h a r g es t r u c t u r eb a s e do nt w o c u n e i f o r ml i n e r s ．T h en o n l i n e a rf i n i t ee l e m e n ts o f t w a r eI ．S D Y N AW a Sa p p l i e dt oc o m p l e t et h en u m e r i c a ls i m u l a t i o no nt h e s e m i - s q u a r el i n e rs h a p e dc h a r g ec u r e ru n d e re x p l o s i o nl o a d ．T h er e s u l ts h o w st h a tt h es e m i - s q u a r el i n e rs h a p e dc h a r g e c u r e rc a nf o r mj e t ．T h ej e ts o f o r m e dc o n t a i ma ni n i t i a lp r o c e s so fg a t h e r i n gt h es e c o n dj e t ，o fw h i c ht h ev e l o c i t yh a S i n c r e a s e db y3 3 ％o rm o r et h a nt h ef i r s tj e tv e l o c i t y ．T h ej e tv d o c i t yo fl i n e a rc u t t e rw i t hs e m i - s q u a r el i n e ri ss i g n i f i c a n t l y h i g h e rt h a nt h a to ft h eo r d i n a r yl i n e a rc u r e r ，a n dt h ej e tv e l o c i t yf o r m e dw i l ld e c r e a s ew i t ht h ei n c r e a S eo fl i n e rt h i c k n e s s ． [ K E YW O R D S ] l i n e rs h a p e dc h a r g ec u t t e r ，s e m i s q u a r el i n e r ，j e t ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n 上接第1 0 页 T h eS t u d yo fS e n s i t i v i t yT e s t i n gM e t h o d so fC i V 丑E x p l o s i v e s X I EL i f e n g ，H A NZ h i w e i ，W A N GH a i y a n g ，C H E NJ i y a n g S c h o o lo fC h e m i c a le n g i n e e r 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 N a n j i n g ，J i a n g s u ，2 1 0 0 9 4 [ A B S T R A C T ] I nt h ec o n v e n t i o n a ls e n s i t i v i t yt e s t i n gm e t h o d sf o rc i v i le x p l o s i v e s ，t h ee x p l o s i v es a m p l ei st e s t e da t r c g t t l a rs t i m u l u sl e v e lf o rr e g u l a rt i m e s ．I ft h ee x p l o s i v es a m p l ei sn o tr e a c t e do rn o ts t i m u l a t e d ，t h e nt h ee x p l o s i v et e s t e di s r e g a r d e da Sq u a l i f i e d ，o ro t h e r w i s ei t i su n q u a l i f i e d ．I nt h i sp a p e r ，t h es e n s i t i v i t yt e s t i n gm e t h o d so fc i v i le x p l o s i v e s 啪 s t u d i e di nd e t a i l ，a n dt h eg a Ss a f e t yo fe o a l m i n ee x p l o s i v ei st a k e na Sa l le x a m p l e ．I ti sf o u n dt h a tt h ec o n v e n t i o n a lt e s t i n g m e t h o do f f 0 ／5i su n r e l i a b l ea n du n s c i e n t i f i cw h i l et h a to ft h eh a l fr e a c t i o na m o u n ti sr e a s o n a b l e ． [ K E YW O R D S ] e x p l o s i v e s ，s e n s i t i v i t y ，t u n n e lt e s t i n g ，h a l fr e a c t i o na m o u n t ，i d e n t i f y i n gr a t i o 万方数据