乳化炸药损伤对爆炸性能的影响.pdf

2 0 1 3 年4 月 乳化炸药损伤对爆炸性能的影响郑思友等 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 ∞1 ∞5 2 ．2 0 1 3 ．0 2 ．O 嘶 乳化炸药损伤对爆炸性能的影响 郑思友①夏斌①何振①刘磊② ①煤炭科学研究总院爆破技术研究所 安徽淮北，2 3 5 0 0 0 ④昆明理工大学国土资源学院 云南昆明，6 5 0 0 9 3 [ 摘要] 对化学敏化、珍珠岩敏化、玻璃微球敏化的3 种乳化炸药进行静空气压力、静水压力和机械摩擦模拟损 伤试验研究。在0 ．6 M P a 静空气压力作用下，3 种乳化炸药的作功能力分别下降了1 ．8 9 ％、3 ．9 2 ％、】．6 4 ％，爆速分 别下降4 ．7 2 ％、4 ．8 4 ％、3 ．1 5 ％；在0 ．6 M P a 静水压力作用下，3 种乳化炸药的作功能力分别下降了2 1 ．0 5 ％、 2 7 ．5 7 ％、2 3 ．1 6 ％，爆速分别下降1 1 ．1 6 ％、1 4 ．3 6 ％、1 2 ．1 5 ％；在机械摩擦作用1 5 m i n 后，作功能力分别下降了 1 ．1 2 ％、4 ．9 7 ％、3 ．7 4 ％，爆速分别下降1 ．8 7 ％、7 ．5 6 ％、6 ．9 1 ％。结果表明，在静空气压力及机械摩擦作用下，3 种 乳化炸药爆炸性能衰减较小，作功能力衰减幅度小于爆速；在静水压力作用下，3 种乳化炸药爆炸性能衰减较大，作 功能力衰减幅度大于爆速。 [ 关键词]乳化炸药损伤静空气压力静水压力机械摩擦爆炸性能 [ 分类号] T D 2 3 5 ．2 l ”5 5 引言 乳化炸药损伤指乳化炸药在外界因素作用下发 生的力学性能劣化，导致体积单元破坏，氧化剂析 晶，油、水相界面结构遭到破坏，破乳，组分失效，形 状尺寸以及密度变化等乳化炸药宏观或微观结构状 态的一种不可逆的演变过程。损伤使乳化炸药的热 点源减少，起爆感度降低，爆炸性能下降，严重的会 造成乳化炸药有效质量流失，或炸药失效而拒爆。 乳化炸药在静压【l 引、动压阳引作用下的减敏效 应和乳化炸药的抗水性能‘8 圳等方面的研究都属于 乳化炸药的损伤研究范畴，已有较多报道。本文首 次利用弹道抛掷试验研究静空气压力、静水压力和 机械摩擦作用造成乳化炸药损伤后对其爆炸性能的 影响。弹道抛掷试验测试药量大，可达几百克，在测 试做功的同时可测试样的爆速；测试结果准确、可 靠，并能反映出不同品种或不同爆轰特征的炸药作 功能力差异m 1 1J 。 1 实验部分 1 ．1 弹道抛掷实验装置 弹道抛掷试验装置参照文献[ 1 1 ] ，测试示意图 如图1 所示。试验装置主要由圆形炮筒、圆形钢盖 和钢筋混凝土基座等部分构成，炮筒被固定在混凝 土基座上，筒轴线与地平面之间的夹角呈4 5 0 。试 验时，将试样固定在炮筒中央，使试样药卷轴线与炮 3 4 5 怼隆。≥ 1 一爆速仪；2 一信号线；3 一混凝土基座 4 一炮筒；5 一炸药，6 一钢盖 图l弹道抛掷测试示意图 F i g ．1 S k e t c ho ft h eb a l l i s t i cp p 。j e c t 订e 筒的轴线重合，药卷的传爆方向与钢盖的抛掷方向 相同。炸药爆炸作功抛掷钢盖，钢盖以4 5 。角斜向 上抛出，运动轨迹呈抛物线形，由于钢盖运动速度低 1 0 ～2 0m ／s ，空气阻力的影响较小，可忽略mJ 。 测出钢盖被抛出的水平距离￡，利用抛掷距离￡衡 量炸药的作功能力，也可换算成能量E ，定量评价炸 药作功能力。 由能量守恒定律，钢盖的初始动能可由式 1 表示 E 删； 告噼 式中E 为钢盖获得的能量，J ；m 为钢盖的质量，通 常为2 0 0 k g ；口。为钢盖初始速度，H ∥s ；g 为重力加速 } 收稿日期2 0 1 2 一1 2 2 5 基金项目“煤炭科学研究总院爆破技术研究所青年创新基金”资助项目 Q 1 0 0 3 作者简介郑思友 1 9 8 2 ～ ，男，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 z h e n g s j y o u 1 2 6 ．c o m 万方数据 爆破器材 E 1 p l o s i v eM a t e r i a l s 第4 2 卷第2 期 度，9 ．8 1 n ∥s 2 ；L 为钢盖被抛出的水平距离，m 。 1 ．2 试样制备 试验所用乳化炸药试样由国内某企业提供。3 种炸药试样的乳化基质相同，炸药试样如表l 所示。 试样制好后均贮存3 d 后开始实验。试验时药卷直 径3 5 m m ，质量2 0 0 9 ，普通牛皮纸包装。 表l乳化炸药试样简介 T a b ．1 S a m p l eo fe m u l s i o ne x p l o s i V e 1 ．3 试验方案 经过考察分析，结合乳化炸药的实际使用，考虑 到实际试验安全及工作量，确定试验条件及方案见 表2 。 为了尽量减少误差，3 次平行试验的抛掷距离 极差超过1 ．0 m 或爆速极差超过1 0 0 m ／s ，则进行补 测，直至把3 次平行试验的抛掷距离和爆速的极差 控制在1 ．0 m 和1 0 0 l n ／s 之内。 1 ．4 损伤对炸药爆炸性能影响的表征方法 主要通过试样损伤前后作功能力及爆速的衰减 来表征乳化炸药损伤对其爆炸性能的影响，若在一 定损伤形式下爆炸性能衰减幅度小，说明损伤对乳化 炸药爆炸性能影响小；反之则说明对乳化炸药的爆 炸性能影响大。用作功能力计算乳化炸药受损伤后 爆炸性能衰减幅度时，用下式计算 6 等⋯％ 2 式中艿为炸药损伤前后作功能力的衰减幅度；￡。为 炸药损伤前的作功能力，m ；J [ ，为炸药损伤后的作功 能力，m 。 用爆速计算乳化炸药受损伤后爆炸性能衰减幅 度时，用下式计算 卵掣1 0 0 ％ 叼2 矿则w ％ 3 式中叼为炸药损伤前后爆速的衰减幅度；D 0 为炸 药损伤前的爆速，r n ／s ；D 为炸药损伤后的爆速， m ／s 。 2 实验结果与处理 2 ．1 实验结果 对l ”、2 ”、3 ”试样进行静空气压力、静水压力和 机械摩擦损伤模拟试验，试验结果见表3 、表4 和表 5 。表中数据均为3 次平行试验的平均值。图2 、图 3 、图4 是6 和研与压力、搅拌时问之间的关系曲线。 2 ．2 结果分析 根据表3 、表4 、表5 及图2 、图3 、图4 分析可得 出以下主要结论 1 在静空气压力作用下，试验压力范围内，3 种 表2 试验方案 T a b ．2 T e s t i n gp r o g r a m 万方数据 2 叭3 年4 月 乳化炸药损伤对爆炸性能的影响郑思友等 2 3 ∥M P a 图23 种炸药在静空气压作用下6 、叼与压力的关系曲线 F i g ．26 ，叼a n dp r e s s u r ec urveo ft h r e et y p e s e m u l s i o ne x p l o s i v e su n d e rs t a t i ca i rp r e s s u r e 叫M P a 图33 种炸药在静水压作用下的6 、研与压力 的关系曲线 F i g ．36 ，叼a n dp r e s s u r ec urveo ft h r e et y p e s e m u l s i o ne x p l o s i v e su n d e rh y d m s t a t i cp r e s s u r e 试样的作功能力和爆速均随着施加的压力增大而降 低，作功能力下降小于爆速。物理敏化的2 ”、3 ”试样 和化学敏化的18 试样下降趋势有所区别，2 。、3 。试样 图43 种炸药在机械摩擦作用F 的6 、田与搅拌 时间的关系曲线 F i g ．46 ，町a n ds t i I T i n gt i m eo ft h r e et y p e s e m u l s i o ne x p l o s i v e su n d e rm e c h a n i c a lf r i c t i o n 下降趋势是先缓后急，1 ”试样与之相反，是先急后 缓。总体而言，静空气压力损伤对3 种试样爆炸性 能的影响从小到大的大致顺序是3 8 14 2 8 。 静空气压力对乳化炸药的损伤主要是压力导致 乳化炸药密度增加，炸药内部的“热点”相对减少。 在低压下，由于玻璃微球和珍珠岩具有一定的抗压 性，因此物理敏化的2 ’、3 。试样抗压能力好于化学敏 化的14 试样；随着压力增大，玻璃微球和珍珠岩会 相继达到耐压极限开始破碎，而敏化气泡达到收缩 极限后，密度增加放缓，当压力释放后，由于化学敏 化的试样具有很强的复原性，因此物理敏化的试样 爆炸性能衰减加剧，化学敏化的衰减放缓。在本文 试验条件下，乳化炸药体系相对稳定的状态受到的 破坏轻微，作功能力和爆速衰减较小。例如，在0 ．6 万方数据 爆破器材E 。p l o s i v eM a t e r i a I s 第4 2 卷第2 期 M P a 压力作用3 6 h 后，3 种试样的作功能力和爆速 最大仅分别下降3 ．9 2 ％、4 ．8 4 ％。基本上对试样的 爆炸性能没有造成本质上的损害。 2 静水压力作用下，在试验压力范围内，3 种试 样的作功能力和爆速均随着施加的压力增大而降 低，作功能力的下降大于爆速。3 种试样爆炸性能 衰减幅度的大致顺序是1 “ 3 8 2 8 。 静水压力对乳化炸药的破坏主要有两方面一 方面是压力作用破坏了乳化炸药的敏化结构，使炸 药内部的“热点”减少；另一方面是水在压力作用下 逐渐地向炸药内部渗透，导致油、水两相间的界面膜 破裂，造成油、水两相分离而破乳，氧化剂析晶流失 等破坏，其中第二种破坏应该占主要作用。这种破 坏与施加的压力和时间是成正比的，压力越大或时 间越长破坏越严重。在本文试验条件下，药卷外围 的试样已经完全破乳，导致质量损失，而内部未受水 浸蚀试样的直径仍然能够维持试样爆轰正常传播， 因此试样爆速的衰减幅度小于作功能力衰减幅度。 微气泡与乳化基质问的界面膜的强度大于珍珠岩和 玻璃微球与乳化基质问的界面膜强度，并且压力释 放后化学敏化的乳化炸药具有较强的复原性，故化 学敏化的乳化炸药抗静水压力损伤要好于物理敏化 的。在相同压力下静水压力作用对乳化炸药的损伤 要远远大于静空气压力对乳化炸药的损伤。例如， 在0 ．6 M P a 静水压力作用下，爆炸性能衰减幅度最 小的1 。试样的作功能力和爆速也分别下降了 2 1 ．0 5 ％和1 1 ．1 6 ％。由此可见，静水压力作用对乳 化炸药已经造成了本质上的损伤。 3 3 种试样的作功能力与爆速均随着机械摩擦 时间延长而下降；相同摩擦时间下3 种试样的6 和 田的大致顺序均是14 3 ” 2 4 ，说明化学敏化的l ” 试样抗机械摩擦损伤明显优于物理敏化的2 。、3 “试 样。机械摩擦作用下作功能力衰减幅度要小于爆速 的衰减幅度。 机械摩擦对乳化炸药的损伤主要是破坏了乳化 炸药混合体系的相对稳定状态，乳化炸药是一种相 对稳定的油包水型多组分混合体系，具有复杂的内 部结构。机械搅拌一方面对油包水结构的界面膜造 成了破坏，降低整个体系的相对稳定；另一方面导致 混合体系中敏化气泡的部分丧失，玻璃微球或珍珠 岩破碎等使乳化炸药内部”热点”减少。搅拌时间 越长破坏越严重。在本文试验条件下，机械摩擦作 用并未对试样相对稳定状态造成较大破坏，主要是 导致试样的”热点”减少，对炸药的有效质量基本上 未造成破坏，因此作功能力衰减小于爆速的衰减，机 械摩擦对3 种乳化炸药爆炸性能的影响相对较小。 例如，在试验条件下，爆炸性能衰减幅度最大的珍珠 岩敏化的2 ”试样的作功能力和爆速仅分别下降 4 ．9 7 ％、7 ．5 6 ％。 3 结论 1 在试验压力范围内，静空气压力作用并未对 乳化炸药造成本质上的损伤，对乳化炸药的爆炸性 能影响较小；化学敏化、珍珠岩敏化、玻璃微球敏化 的3 种乳化炸药试样的爆炸性能损失均随压力增大 而增大，压力达到0 ．6 M P a 时，作功能力分别下降了 1 ．8 9 ％、3 ．9 2 ％、1 ．6 4 ％，爆速分别下降4 ．7 2 ％、 4 ．8 4 ％、3 ．1 5 ％。 2 静水压力作用对乳化炸药已造成本质上的 损伤，损伤主要是水的渗透作用造成的，这种损伤已 导致炸药质量损失，因此爆炸性能损失较大；化学敏 化、珍珠岩敏化、玻璃微球敏化的3 种乳化炸药试样 的爆炸性能损失均随压力增大而增大，当压力达到 o ．6 M P a 时，作功能力分别下降了2 1 ．0 5 ％、 2 7 ．5 7 ％、2 3 ．1 6 ％，爆速分别下降1 1 ．1 6 ％、 1 4 ．3 6 ％、1 2 ．1 5 ％。 3 机械摩擦作用在试验条件下并未对乳化炸 药造成本质上的损伤，对乳化炸药爆炸性能影响较 小，但3 种乳化炸药试样的爆炸性能损失趋势是随 作用时间增长而增大。化学敏化、珍珠岩敏化、玻璃 微球敏化的3 种乳化炸药试样在机械摩擦作用 1 5 m i n 后，作功能力分别下降了1 ．1 2 ％、4 ．9 7 ％、 3 ．7 4 ％，爆速分别下降1 ．8 7 ％、7 ．5 6 ％、6 ．9 1 ％。 受基础条件及经费限制，本文仅单纯从作功能 力和爆速的衰减来研究乳化炸药在静空气压力、静 水压力和机械摩擦作用下的损伤对爆炸性能的影 响，没有结合生产条件、工艺以及试样损伤前后微观 结构上的变化进行系统深入的研究。因此本文所得 结论可能存在一定偏差，不一定能代表乳化炸药受 损后的普遍规律。但实验结果对指导乳化炸药的应 用具有一定的实际意义。 参考文献 [ 1 ] 杨民钢．静压力对乳化炸药性能影响的试验研究[ J ] ． 爆破器材，1 9 9 4 ，2 3 2 l 一5 ． Y a n gM i n ’g a n g ．A ni n v e s t i g a t i o no f t h ei n Ⅱu e n c eo fs t a t i c p r e s s u r eo nt h ep e ’0 r m a n c eo fe m u l s i o ne 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 ，1 9 9 4 ，2 3 2 l - 5 ． [ 2 ] 刘磊，汪旭光，杨溢，等．乳化炸药抗静压性能的实验 方法研究[ J ] ．爆破，2 0 1 0 ，2 7 1 2 3 2 5 ，4 3 ． L i uL e i ，W a n gX u g u a n g ，Y a n gY i ，e ta 1 ．E x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho nc o m p r e s s i o nr e s i s t a n c eo fe m u l s i o ne x p l o s i v e s [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 1 0 ，2 7 1 2 3 ．2 5 ，4 3 ． 万方数据 2 0 1 3 年4 月 乳化炸药损伤对爆炸性能的影响郑思友等．2 5 ． [ 3 ]w a n gY i n j u n ，w a n gx u g L I a n g ，Y a ns h i l o n g ．I n n u e n c eo f [ 8 ] 刘磊，汪旭光，杨溢，等．水下爆破中乳化炸药抗水性 a ne m u l s m ro nt h 。p r e s s u r ed e s e n s i t i z a t i o no fe m u l s i o n 能的实验研究[ J ] ．工程爆破，2 0 1 0 ，1 6 1 6 6 - 6 9 ． e x p l o s j V e [ J ] ．J o u m a Io fu n i V e r s i t yo fs c i e n c ea n dT 色c h L i uL e i ，w a n gx u g u a r l g ，Y a n g Y i ，e ta I ．E x p e r i m e n t a I n o l o g yB e i j i n g ，2 0 0 6 ，1 3 2 1 0 2 一1 0 7 ． s t u d yo nw a t e rr e s i s t a n c eo fe m u l s i o ne x p l o s i v e si nu n d e 卜 [ 4 ] 颜事龙，张少波，刘义．煤矿许用乳化炸药动态压力下 w a t e r b l a s t i n g [ J ] ．E n g i n e e n gB l a s t i n g ，2 0 1 0 ，1 6 1 6 6 一 减敏的研究[ J ] ．安徽理工大学学报自然科学版， 6 9 ． 2 0 0 3 ，2 3 3 2 7 3 1 ． [ 9 ] 刘磊，汪旭光，杨溢，等．不同敏化材料的乳化炸药抗 Y a ns h i l o n g ，z h a n gs h a o b o ，L i uY i ．S t u d yo nt h ed e s e n s i 一 深水压力性能的实验研究[ J ] ．爆破，2 0 1 0 ，2 7 2 1 0 一 t i z a t i o no ft h ec o a l m i n ep e m i t t e de m u l s i o ne x p l o s i v e su n 一 13 ． d e rd y n a m i cp r e s s u r e [ J ] ．J o u m a lo fA n h u iu n i V e r s i t yo f L i uL e i ，w a n gx u g u a n g ，Y a n gY i ，e t a 1 ．E x p e r i m e n t a l S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y N a t u m lS c i e n c e ，2 0 0 3 ，2 3 3 s t u d yo nc o m p r e s s i o nr e s i s t a n c ec h a r a c t e r i s t i co fe m u l s i o n 2 7 3 1 ． e x p l o s i v e sw i t hd i f l I e r e n ts e n s i t i z e ri nd e e pw a t e r 『J ] ． [ 5 ]陈东梁，颜事龙，刘义，等．动压作用下乳化炸药微结 B l a s t i n g ，2 0 1 0 ，2 7 2 1 0 1 3 ． 构变化的实验[ J ] ．煤炭学报，2 0 0 6 ，3 1 3 2 8 7 2 9 1 ． [ 1 0 ] 郑思友，夏斌，刘遵义．利用弹道抛体法评价含铝工 c h e nD o n g l i a n g ，Y a ns h i l o n g ，L i uY i ，e ta 1 ．E x p e r i m e n t a l 业炸药作功能力[ J ] ．煤矿爆破，2 0 0 7 2 9 ．1 2 ． o nt h em j c m s t l l J c t u I - ec h a n g i n go fe m u l s i o ne x p l o s i V e su n Z h e n gS i y o u ，X i aB i n ，L i uZ u n y i ．E s “m a “n gt h ep o w e ro f d e rd y n a m i cp r e s s u r e [ J ] ．J o u m a lo fc h i n ac o a ls o c i e t y ， i n d u s t r i a la l u m i n i f e m u se x p l o s i v eb yw a yo fb a l l i s t i cp r o 一 2 0 0 6 ，3 l 3 2 8 7 - 2 9 1 ． i e e t i l em e t h o d [ J ] ．c o a lM i n eB l a s t i n g ，2 0 0 7 2 9 1 2 ． [ 6 ] 刘峰，颜事龙，吴红波．冲击作用下乳化炸药基质微观[ 1 1 ] 郑思友，夏斌，陆丽园．弹道抛掷法测试无雷管感度 结构的变化[ J j ．火工品，2 册8 1 2 5 1 2 8 ． 工业炸药作功能力研究[ J ] ．含能材料，2 0 1 2 ，2 0 2 L i u F e n g ，Y a ns h i l o n g ，W uH o n 曲o ． M i c r o s t r u c t u r e2 1 4 2 1 7 ． c h a n g eo fe m I 工l s i o nm a 洒xu n d e rs h o c kp r e s s u r e [ J ] ．I n i t i z h e n gs i y o u ，x i aB i n ，L uL i y u a n ．f o w e rt e s to fn o n c a p a t o r s P y m t e c h n i c s ，2 0 0 8 1 2 5 2 8 ． s e n s i t i v i t y i n d u s t n a l e x p l o s i v eb y b a 儿i s t i c p 玎0 j e c t i l e [ 7 ]王尹军，汪旭光，李进军．冲击波作用后乳化炸药贮存 m e t h o d [ J ] ．c h i n e s eJ o u m a lo fE n e r g e t i cM a t e r i “s ， 性能及影响因素实验研究[ J ] ．含能材料，2 0 0 9 ，1 72 0 1 2 ，2 0 2 2 1 4 2 1 7 ． 2 2 1 4 - 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