模拟高原环境对炸药爆速影响的试验研究.pdf

3 6 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第4 4 卷第2 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 5 ．0 2 ．0 0 9 模拟高原环境对炸药爆速影响的试验研究果 赵晓莉夏斌刘尊义高玉刚 中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司 安徽淮北，2 3 5 0 3 9 [ 摘要]为了研究高原环境对炸药爆速的影响，将粉状乳化炸药与三级煤矿许用乳化炸药置于自制密闭容器 中，通过抽气模拟海拔0 45 0 0m 下的高原环境，用爆速仪对此环境下炸药爆速进行试验研究。试验结果表明在 高海拔压力环境下，粉状乳化炸药爆速几乎没有变化，而三级煤矿许用乳化炸药爆速随着海拔高度的上升，出现先 增大后减小的趋势。 [ 关键词]炸药；模拟；海拔高度；爆速；高原 『分类号] T Q 5 6 4 T D 2 3 5 ，2 1 引言 爆速是研究爆轰过程的一个重要参数．由爆速 可以推算其他一系列爆轰参量。研究爆速与爆炸环 境、药柱类型的关系是研究爆轰机理的重要依据。 同时爆速是炸药内在性质的一种表现形式，也是目 前能准确测量的爆轰参数。因此，研究炸药的爆速， 对保证爆破作业效果及指导爆破方案设计有重要意 义⋯。前人通过改变装药密度、装药直径、约束条 件及石墨含量。研究了工业炸药爆速的变化【2 巧】，在 高原环境条件下水下爆炸能量方面也做了大量研 究[ 6 ] 。而关于高原环境下，高海拔压力环境对工业 炸药爆速的影响未见相关报道。 新疆、西藏等西部地区矿产资源丰富，随着国民 经济建设的日益发展，需对西部地区进行开发，但这 些地区都为高原地区，显著特征是海拔高、大气压力 低。在这些高原地区修筑高铁、桥梁及矿井，很多项 目都涉及到爆破作业。因此，在高原环境下，对爆破 器材的选择及爆破参数的调整有了新的要求【6 ～t 。 研究高原环境下炸药性能的变化规律，对工程爆破 中爆破参数的选择有一定的指导意义。 本文利用随着海拔高度上升、大气压力降低这 一物理学原理与爆炸测试技术，通过自制模拟海拔 高度的装置，研究45 0 0m 以下不同海拔高度高原 环境条件对两种工业炸药爆速的影响。 1 试验方案 通过查阅相关文献，找到海拔25 0 01 T I 以下的 大气压力值与对应的海拔高度关系【6 引，将这些数据 通过O r i g i n 软件作图，并进行线性拟合。 得到海拔高度戈与大气压力Y 的线性方程 Y 一1 0 ．5 4 7 x 1 0 07 5 6 ， 1 相关系数r 2 为0 ．9 9 86 。由此线性方程可推算出在 海拔25 0 0 。45 0 0I n 之间，海拔高度对应的大气压 力降低值。分别计算出在海拔高度5 0 0 、15 0 0 、 25 0 0 、35 0 0m 及45 0 0m 条件下对应的高原大气压 力，抽取自制简易爆炸容器中气压，对应模拟海拔高 度，如表1 所示。 表1模拟海拔高度与大气压力对照 T a b ．1 R e l a t i o n s h i pb e t w e e ns i m u l a t e d a l t i t u d ea n da i rp r e s s u r e 2 炸药爆速测试与分析 2 ．1 模拟高原环境下炸药爆速测试条件 试验样品粉状乳化炸药与三级煤矿许用乳化 炸药，其中，三级煤矿许用乳化炸药的敏化方式为化 学敏化样品规格均为直径3 2I n N ，质量2 0 0g 。 试验仪器W B S - 2 瀑速测试仪；真空泵，抽气速 率为6 0L ／r a i n ；S - 3 4 0 0 N 型扫描电镜。 { l } 收稿日期2 0 1 4 - 0 6 ．1 7 基金项目“瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，中煤科工集团重庆研究院青年创新基金”资助项目 2 0 1 2 Q N J 3 3 作者简介赵晓莉 1 9 8 2 ～ ，女，工程师，主要从事民爆器材检测及工程爆破技术研究。E - m a i l 1 7 5 6 0 6 7 7 q q ．c o r n 万方数据 2 0 1 5 年4 月模拟高原环境对炸药爆速影响的试验研究赵晓莉，等 3 7 高原环境模拟装置采用自制爆炸容器，其由长 4 0 0m m 、管径2 0 0m m 、壁厚8m m 的有机玻璃圆管 与两块边长3 0 0m m 、壁厚8m m 正方形有机玻璃 板，通过强力A B 胶粘结组合而成，该测试装置需通 过耐压试验，见图1 。 a 示意冈 b 实物图 1 一接爆速仪；2 18 、2 4 爆速测试信号线；3 一有机玻 璃管；4 一工业炸药；5 8 ”雷管；6 一抽气管；7 一接发爆器； 8 一正方形有机玻璃板 图1 测试装置 F i g ．1T e s t i n gd e v i c e 2 ．2 测试步骤 1 试样制作。选取粉状乳化炸药与三级煤矿 许用乳化炸药两种工业炸药进行试验．测距三取5 0 m m 。两测点的放置原则，末端的测点距炸药试样底 面应不小于2 0m m ，插入装药雷管底部到首端测点 的距离不大于两倍的药卷直径。 2 信号线安装。信号线采用铜芯漆包线制作 成断．通式探针，在试样上准确定位出两信号线的安 装位置，距离为5 0m m 。将两平行的信号线确定点 位上，沿直径方向垂直穿过药卷，信号线尾部用电工 胶带折向试样的尾部固定。 3 爆炸装置设置。将安装好探针的炸药试样， 按图1 所示安装于自制爆炸容器中．为防止起爆线 干扰探针信号线，雷管脚线由爆炸容器一侧板上的 小孔引出。两个信号线即探针由另一侧板上的I I , 孑L 引出，随即用A B 强力胶将引出线的小孔封堵，保证 气密性。 4 高原环境模拟。根据表I 中的数据模拟高 原环境下的海拔高度与对应模拟装置中大气压力的 关系，抽取装置中的空气，达到模拟不同的海拔高度 的环境。 5 连接与起爆。将安装好的两探针线与爆速 仪信号传输线相连，确认系统连接完好后，起爆。 6 数据记录。记录爆速仪测得的爆速。重复 操作步骤1 ～5 ，进行下一组试验。 2 ．3 数据处理与分析 对两种工业炸药，在自制的模拟高原环境的爆 炸容器中分别进行爆速测试，数据见表2 和表3 。 表2 不同海拔高度下粉状乳化炸药爆速 T a b ．2D e t o n a t i o nv e l o c i t yo fp o w d e r ye m u l s i o n e x p l o s i v ea td i f f e r e n ta l t i t u d e s 表3不同海拔高度下5 - 瓣L - f E 炸药爆速 T a b ．3D e t o n a t i o nv e l o c i t yo fc l a s s3c o a lm i n e p e r m i s s i b l ee m u l s i o ne x p l o s i v ea td i f f e r e n ta l t i t u d e s 从图2 中可知，在模拟海拔45 0 0 m 内，随着模 拟海拔高度的增加，粉状乳化炸药爆速始终在37 0 0 m ／s 左右上下浮动，爆速最大值与最小值分别为 37 1 0m ／s 与36 5 8 m ／s ，相差仅为1 ．4 ％；这说明海 拔高度对粉状乳化炸药的爆速几乎没有影响。 f 粤 g 增 蹬 模拟海拔高度／m 图2 不同海拔高度下粉状乳化炸药爆速拟合曲线 F i g ．2F i t t i n gC H r v e So fd e t o n a t i o nv e l o c i t yo f p o w d e r ye m u l s i o ne x p l o s i v ea td i f f e r e n ta l t i t u d e s 这与粉状乳化炸药自身的特殊结构及其生产工 艺有一定的联系[ 9 ] 。粉状乳化炸药采用乳化技术 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4 4 卷第2 期 将氧化剂与高热值燃料混制成高均一性的乳胶，然 后使用先进的喷雾技术，制得粉状乳化炸药。因此， 粉状乳化炸药兼有乳化炸药与粉状炸药的特点。粉 状乳化炸药采用喷雾干燥、冷风造型等喷雾制粉技 术，使胶体基质雾化脱水，形成具有一定粒度分布、 颗粒微观结构为W ／O 型的粉状乳化炸药。在制粉 过程中，乳胶基质中的部分水分被脱除，一方面产品 中的水分质量分数最终低于3 ％[ 10 | ；另一方面内部 会产生很多微气泡，主要集中在硝酸铵晶体的“裂 隙”中，与硝酸铵饱和水相共存，同时P E E 的粉体状 态使得固体颗粒之间本身就存在空气和间隙，形成 爆炸所需的“热点”。与乳化炸药相比，粉状乳化炸 药无需添加任何形式的敏化剂，就具有雷管起爆感 度。因此，粉状乳化炸药密闭容器中压力的变化对 其微观结构几乎没有影响，也即对粉状乳化炸药自 身所形成的“热点”几乎没有影响。所以随着密闭 容器压力的降低，即模拟海拔高度的增加，粉状乳化 炸药的爆速基本不变。 从图3 中可知，在模拟海拔45 0 0m 内，随着模 拟海拔高度上升，三级煤矿许用乳化炸药爆速出现 先增大后下降的趋势。在15 0 0m 左右爆速达到最 大值． 模拟海拔高V 3 J m 图3 不同海拔高度下三级乳化炸药爆速拟合曲线 F i g ．3F i t t i n gC H I v e so fd e t o n a t i o nv e l o c i t yo fc l a s s3 c o a l m i n ep e r m i s s i b l ee m u l s i o ne x p l o s i v ea td i f f e r e n ta l t i t u d e s 通过线性曲线拟合。得线性方程为 Y 一0 ．0 0 0l x 2 0 ．3 2 78 x 41 6 7 ．4 ， 2 其线性相关系数r 2 为0 ．9 8 45 。 笔者认为，在海拔15 0 0m 以内，随着海拔高度 的上升．乳化炸药爆速增大，这是由于在常压状态敏 化的乳化炸药，置于负压环境时，部分“无效”气泡 直径小于“有效气泡直径”的极小气泡 的直径在 负压作用下增长，使之成长为满足热点半径的有效 气泡。由于乳化炸药“有效”热点增加，导致炸药爆 炸反应中心点增多，反应更剧烈，从而提高乳化炸药 的爆速。 而当海拔高度从15 0 0m 继续增大时，爆速迅 万方数据 2 0 1 5 年4 月模拟高原环境对炸药爆速影响的试验研究赵晓莉，等 3 9 否对工业炸药有影响，从而选择合适的工业炸药，或 针对海拔高度适当调整爆破方案，以确保爆破效果 及施工安全。 参考文献 [ 1 ] 汪旭光．乳化炸药[ M ] ．2 版．北京冶金工业出版社， 2 0 0 8 ． [ 2 ]倪欧琪，解立峰，李斌，等．弯曲装药条件下粉状乳化 炸药爆轰特性的试验研究iJ ] ．爆破器材，2 0 1 4 ，4 3 2 2 0 2 3 ． N iO u q i ，X i eL i f e n g ，L iB i n ，e ta 1 ．E x p e r i m e n t a ls t u d yo n t h ed e t o n a t i o nc h a r a c t e r i s t i co fp o w d e r ye m u l s i o ne x p l o s i v ei nc u r v e dc h a r g e [ J ] ．E x p l o s i v eM a t e r i a l s ，2 0 1 4 ，4 3 2 2 0 2 3 ． [ 3 ]王玮，王建灵，郭炜，等．装药密度及尺寸对R D X 基含 铝炸药爆压爆速的影响[ J ] ．含能材料，2 0 1 0 ，1 8 5 5 6 3 5 6 7 ． W a n gW e i ，W a n gJ i a n l i n g ，G u oW e i ，e t a 1 ．E f f e c to f c h a r g ed e n s i t ya n ds i z eo nd e t o n a t i o np r e s s u r ea n dd e t o n a t i o nv e l o c i t yo fR D X b a s e da l u m i n i z e de x p l o s i v e [ J ] ． C h i n e s eJ o u r n a lo fE n e r g e t i cM a t e r i a l s ，2 0 1 0 ，1 8 5 5 6 3 - 5 6 7 ． [ 4 ] 赵海霞，胡双启，张少明，等．装药直径和约束条件对 小直径装药爆速影响研究[ J ] ．弹箭与制导学报， 2 0 1 0 ，3 0 1 9 5 - 9 6 ，1 0 0 ． Z h a oH a i x i a ，H uS h u a n g q i ，Z h a n gS h a o m i n g ，e ta 1 ． S t u d yo n e f f e c t s o fc o n f i n e m e n tc o n d i t i o na n dc h a r g e d i a m e t e ro nd e t o n a t i o nv e l o c i t y [ J ] ．J o u r n a lo fP r o j e c t i l e s ，R o c k e t s ，M i s s i l e sa n dG u i d a n c e ，2 0 1 0 ，3 0 1 9 5 9 6 ，1 0 0 ． [ 5 ]曹渊，仝毅，黄风雷．石墨含量和粒度对R D X ／石墨混 合炸药爆速的影响[ J ] ．火炸药学报，2 0 1 3 ，3 6 6 3 9 4 2 ． C a oY u a n ，T o n gY i ，H u a n gF e n g l e i ．E f f e c to fg r a p h i t e c o n t e n ta n dg r a n u l a r i t yo nt h ed e t o n a t i o nv e l o c i t yo f R D X ／g r a p h i t em i x e de x p l o s i v e [ J ] ．C h i n e s eJ o u r n a l o f E x p l o s i v e s ＆P r o p e l l a n t ，2 0 1 3 ，3 6 6 3 9 - 4 2 ． 『6 ]黄麟．模拟不同海拔水下爆炸的实验研究能量输 出和作功能力[ D ] ．淮南安徽理工大学，2 0 1 2 ． H u a n gL i n ．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 ni nt h es i m u l a t e dd i f f e r e n ta l t i t u d e - - - e n e r g yo u t p u ta n d f u n c t i o n a lf o r c e [ D ] ．H u a i n a n A n h u iU 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 ，2 0 1 2 ． [ 7 ] 高玉刚，赵晓莉，徐龙，等．高海拔压力环境对炸药猛 度影响的实验研究[ J ] ．火工品，2 0 1 3 5 3 6 3 9 ． G a o Y u g a n g ，Z h a oX i a o l i ，X uL o n g ，e ta 1 ．E x p e r i m e n t a l r e s e a r c ho nb r i s a n c eo fe x p l o s i v ei ns i m u l a t e dh i g ha l t i t u d ee n v i r o n m e n t 『J ] ．I n i t i a t o r s P y r o t e c h n i c s ，2 0 1 3 5 3 6 - 3 9 ． [ 8 ] 百度文库．海拔高度与大气压对比表[ E B ] ．h t t p ／／ w e n k u ．b a i d u ．c o m ／v i e w ／4 c 9 4 8 2 f b 7 7 0 b f 7 8 a 6 5 2 9 5 4 b 4 ．h t 一 “． 『9 ] 倪欧琪．粉状乳化炸药微观结构研究[ J ] ．爆破器材， 1 9 9 8 ，2 7 3 6 - 8 ． N iO u q i ．T h er e s e r c ho fm i c r o s t r n c t u r eo fp o w d e r ye m u l s i o ne x p l o s i v e [ J ] ．E x p l o s i v eM a t e r i a l s ，1 9 9 8 ，2 7 3 6 8 ． i 1 0 ] 吴国群．自乳化粉状硝铵炸药的研究[ D ] ．淮南安 徽理工大学，2 0 0 9 ． W uG u o q u n ．S t u d yo fp o w d e r ys e l f - e m u l s i o ne x p l o s i v e [ D ] ．H u a i n a n A n h u iU 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 ，2 0 0 9 ． E x p e r i m e n t a lR e s e a r c ho nD e t o n a t i o nV e l o c i t yo fE x p l o s i v ei nS i m u l a t e dP l a t e a uE n v i r o n m e n t Z H A OX i a o l i ，X I AB i n ，L I UZ u n y i ，G A OY u g a n g H u a i b e iB l a s t i n gT e c h n o l o g yR e s e a r c hI n s t i t u t e ，C h i n aC o a lT e c h n o l o g ya n dE n g i n e e r i n gG r o u p A n h u iH u a i b e i ，2 3 5 0 3 9 [ A B S T R A C T ] I no r d e rt oi n v e s t i g a t et h ed e t o n a t i o nv e l o c i t yp e r f o r m a n c eu n d e rh i i g hp l a t e a ue n v i r o n m e n t ，p o w d e r ye m u l s i o ne x p l o s i v ea n dc l a s s3c o a lm i n ep e r m i s s i b l ee m u l s i o ne x p l o s i v e sw e r eb o t hl a i di nac l o s e dc o n t a i n e r ，t h ep r e s s u r ec o n d i t i o n sa ta na l t i t u d e o f0 - 45 0 0m e t e r sw e r es i m u l a t e db ya i re x t r a c t i o n ，a n dt h e ne x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho nd e t o n a t i o n v e l o c i t yu n d e rt h i se n v i r o n m e n tw a sc o n d u c t e db yt i m em e a s u r i n gi n s t r u m e n t ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ed e t o n a t i o nv e l o c i t y o fp o w d e r ye m u l s i o ne x p l o s i v ea l m o s te x h i b i t e di n v i s i b l ec h a n g eu n d e rh i g ha l t i t u d ec o n d i t i o n s ，w h i l et h ed e t o n a t i o nv e l o c i t y o fc l a s s3c o a lm i n ep e r m i s s i b l ee m u l s i o ne x p l o s i v e si n c r e a s e da tf i r s ta n dt h e nd e c r e a s e da sa l t i t u d ei n c r e a s i n g ． [ K E YW O R D S ]e x p l o s i v e ；s i m u l a t e ；a l t i t u d e ；d e t o n a t i o nv e l o c i t y ；p l a t e a u 万方数据