测试工业炸药作功能力的方法——弹道抛体法.pdf

第5 8 卷第4 期 2 0 06 年11 月 有色金属 N O i l f e I I O H SM e t a l s V 0 1 ．5 8 ．N o ．4 N o v e m b e r200 6 测试工业炸药作功能力的方法弹道抛体法 王肇中1 ，一，汪旭光2 ，李国仲2 ，夏斌3 1 ．北京科技大学，北京 10 0 0 8 3 ； 2 ．北京矿冶研究总院，北京 10 0 0 4 4 ； 3 ．煤炭科学研究总院爆破技术研究所，安徽淮北2 3 5 0 3 9 摘要工业炸药作功能力是衡量工业炸药性能的一个重要指标，介绍了一种评价工业炸药作功能力的新方法弹道抛 体法，实验表明，弹道抛体法测试结果与铅摘法测试结果相比，具有良好的相关性，该法对我国工业炸药作功能力测试方法的研究 与改进具有重要实际意义。 关键词爆破工程；工业炸药；弹道抛体法；作功能力 中图分类号T Q 5 6 0 ．7 2 ；T D 2 3 5 ．2 1文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 6 0 4 0 1 0 9 0 4 工业炸药作功能力是衡量工业炸药性能的一个 重要指标，它表征炸药爆炸所产生的冲击波和爆轰 气体产物作用于介质，对介质产生压缩、破碎和抛移 的能力【l _ 3J 。该指标的测量方法有多种，如弹道臼 炮法、弹道摆法、爆破漏斗法、水下爆炸法及铅掳法 等，每种方法各有利弊。我国检验机构目前所采用 的铅螓法是国际上最早使用的一种标准方法【4 j ，该 方法简单、直观、测试方便，但是由于铅摘材料及浇 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， 并且铅对人体有一定的危害，后来国际上也有采用 较为先进的水下爆炸法【5 - 6J 。该方法试样量大，结 果准确，其测试结果可以直接应用于爆破工程的设 计，但是该方法的初期投入相当大，需要建一个较大 直径和一定深度的大水池，并且配置相应的传感元 件和信号采集系统，操作和计算较为繁杂。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，许多国家都在这方面开展了大量研究工 作[ 7 _ 8 ] 。下面所介绍的一种大药量的作功能力检 测装置，具有结构简单、初次投入低、可以重复使用 等优点，是一种简单、准确可靠的测试方法。 收稿日期2 0 0 5 0 5 1 1 基金项目民爆器材专项技术基础科研项目 科工爆[ 2 0 0 6 ] 2 9 1 作者简介王肇中 1 9 7 0 一 ，男，河南潢川县人，高级工程师，博士 生，主要从事工业炸药生产与科研等方面的工作； 汪旭光 1 9 3 9 一 ，男，安徽枞阳县人，教授，{ 枣士生导师， 中国工程院院士，主要从事工业炸药与工程爆破等方面 的研究。 1测试方法 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，筒轴线与地平面成口角 通 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按弹道轨迹抛出，测出 钢盖被抛出的水平距离，据此距离、抛射角和钢盖质 量，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。 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，其装置和弹道抛体示 意如图1 所示。所用材料为8 号工业雷管、待测炸 药、棉纱、毛刷等。 1 ．2 弹道抛体装置的主要参数与作用 炮筒为内径5 0 0 m m ，外径8 0 0 m m 一端封闭的 圆筒，壁厚1 5 0 m m ，容积为1 3 5 L ，材质为合金钢，外 设电保温夹套，它是测试试样的爆炸室，试验装置的 核心。圆筒盖为螺钉形的圆盖，厚度为1 1 5 m m ，帽 的外径为5 4 0 m m ，厚度为1 0 0 m m ，伸入圆筒中的部 分厚度为1 5 m m ，直径为5 0 0 m m ，材质也是合金钢。 测试炸药种类的不同，圆筒盖的质量也不同，通常选 用2 0 0 k g 和3 3 0 k g 两种规格，用射程表征炸药作功 的能力。圆筒底座为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。钢筋混凝土基础由地上和地下两部分构成， 地上部分侧面上底为1 ．5 4 m 、下底为3 ．0 m 、高为 1 ．5 4 m 的直角梯形，正面上底为3 ．0 m ，下底为3 ．0 m 矩形。地下部分长为3 ．0 m ，宽为3 ．0 m 高为2 ．0 m 万方数据 1 l O有色金属第5 8 卷 瓣 1 一钢盖；2 一雷管引线；3 一炸药试样；4 一炮筒；5 一钢制底座；6 ～钢筋混凝土 图1测试装置和弹道抛体示意 F i g ．1 T e s ts e t t i n ga n dl a y o u to fb a l l i s t i cp r o j e c t i l e 的立方体基础。钢筋混凝土基础主要用来加固炮和实际射程L 实之间的相互关系式 2 。根据 1 式 筒，增加设备的使用寿命。 会得到理论射程L 螽等式口5 g L 矗，所以可以得 此外，还有一些其他辅助设备，如电动起重机、到式 3 。 起爆电源、天平 感量0 ．1 9 ，卷尺。 可0 2 g L 实[ I ／ 1 H ／L 实 ] 2 1 ．3测试过程 L 叠 L 实[ 1 ／ 1 H ／L 宴 ] 3 根据炸药种类，称取试样量m 单位为g ，通常 式中V 0 - - 钢盖的初始速度，m ．s 一1 ；L 空一钢盖落地 为2 0 0 9 ～1 0 0 0 9 ，按每种炸药的性质和特点装成不 同密度的药卷，将药卷固定于炮筒中央，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L ，单位为m 。按同样方法再做两个平行试样， 计算三次的算术平均值，作为炸药作功能力值。 2测试结果的分析与讨论 弹道抛体试验方法是一种测试工业炸药作功能 力的方法，用于乳化炸药、煤矿许用乳化炸药、铵油 炸药、胶质炸药等作功能力的测试，取得了较为满意 的效果。 2 ．1 炸药作功能力计算方法 爆炸时产生的高压气体使钢盖以预先设定的 4 5 。的角度抛出去，由于速度低 1 0 ～2 0 m ／s ，钢盖在 飞行过程中受到空气阻力影响较小，钢盖的运动呈 现出了一个抛物线运动轨迹，根据斜抛的一些定律， 盖子的能量 用E 表示 、初始速度 用口。表示 和 射程 用L 表示 三者之间的关系如式 1 所示。 E 1 ／2 m 可0 2 1 ／2 俄g L 1 式中m 一盖子的质量 通常为2 0 0 k g ；g 一重力加 速度 9 ．8 1 m S _ 2 ；L 一水平射程，m 。 然而在实际的装置中抛射点要比落地点高出 1 ．0 m 用H 表示，见图1 ，射程应该在高出地面 1 ．0 m 的平面上进行测量，即理论射程L 刍，然而这 样给测定带来不便，通过简化的计算，由能量守恒定 律和抛体运动可以推导出抛射高度H 、起始速度口n 点与发射点之间的水平距离，m ；L 蠢一钢盖水平射 程，m ；g 一重力加速度 9 ．8 1 m s _ 1 ；H 一发射点钢 盖重心离地面的垂直距离，m 。 据测量出的实际射程，利用上述公式，分别计算 出理论射程，钢盖初速度、动能以及测量误差，结果 如表1 所示。由表1 可以看出，如果实际射程大于 3 0 m ，相对误差就降到5 ％以下，这个误差就可以忽 略，用实际射程代替理论射程是可行的。综合考虑， 实际射程控制在3 0 m7 0 m 比较理想。 表1 射程的测量值与更正值的比较以及由此 计算出的钢盖初始速度和能量 T a b l e1M e a s u r e dd a t a ，r e v i s e dd a t aa n di n i t i a lv e l o c i t y a n de n e r g yc a l e u l a t e df r o me q u a t i o n 2 ．2 测试装置抗破坏作用的设计 测试装置容积较大，试样悬吊在炮筒中央，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 万方数据 第4 期汪旭光等测试工业炸药作功能力的方法弹道抛体法 筒材质选用硬度高、耐磨性好、抗接触载荷能力强的 特殊钢，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，因而，使用寿命长是该测试装置的又一优势。 2 ．3 测试实例 2 ．3 ．1 弹道抛体法试验数值与铅摘法试验数值的 比较。为了检测弹道抛体法试验数值与铅持法试验 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，所有用 于试验的铅持出自同一炉。铅情法试验是按照标准 方法，以1 0 9 试样进行的。并且为了提高试验的可 靠行和消除各次试验的偏差，每种炸药的弹道抛体 法试验和铅掳法试验都取两次试验的平均值。采用 8 号标准电雷管起爆。试验结果见表2 。 表2 弹道抛体法试验和铅揍法试验结果 T a b l e2C o m p a r i s o no ft e s tr e s u l t so b t a i n e db y b a l l i s t i cp r o j ‘e c t l ea n dl e a db l o c k 在分析中采用了最小二乘方曲线近似法所得直 线Y 0 ．0 7 7 x 6 ．1 1 的常数。弹道抛体法试验数 值与铅持法试验数值对比图见图2 。 从分析结果可以清楚地看出，弹道抛体法试验 数值与铅掳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0 ．9 7 。这表明弹道抛体法试 验数值与铅播值之间有密切的相关性。 、 2 ．3 ．2 考察炸药用量与射程的关系。分别用2 0 0 k g 参考文献 坌 三 芒 E 趔 掣 毽 墨 暴 捌 惫 铅法试验值 m L ／l O g 图2 弹道抛体试验值与铅掳法试验值的关系 F i g ．2C o m p a r i s o no ft e s tr e s u l t so b t a i n e db yb a l l i s t i c p r o j e c t l ea n dl e a db l o c k 和3 3 0 k g 两种钢盖对粉状乳化炸药的作功能力做了 测试，考察炸药用量与射程的关系，结果见图3 。图 3 曲线表明，在药量一定的情况下，钢盖越重，射程 越近。钢盖质量一定时，射程与炸药量呈良好的线 性关系，这说明测试达到相当好的精度。 炸药差l ／g 图3 炸药量与射程的关系 F i g ．3 E f f e c to fe x p l o s i v ea m o u n to np r o j e c t i n gd i s t a n c e 3结语 弹道抛体试验方法用钢盖射程距离来评价一定 质量工业炸药的作功能力j 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。其缺点是 钢盖比较重，搬运安装不便。 [ 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 ] ．陈正衡，孙姣花译．北京煤炭工业出版社，1 9 8 7 1 5 2 1 9 3 ． [ 3 ] 曹欣茂．世界爆破器材手册[ M ] ．北京兵器工业出版社，1 9 9 9 1 1 1 0 1 1 1 2 ． [ 4 ] 炸药作功能力试验方法[ S ] ．G B l 2 4 3 6 9 0 [ 5 ] 姚干兵．乳化炸药爆炸威力的研究[ D ] ．安徽淮南安徽理工大学，2 0 0 3 1 9 2 5 ． 下转第1 1 4 页，C o n t i n u e do nP ．1 1 4 g，再}安 万方数据 1 1 4有色金属第5 8 卷 部分酸液，对坑下仪表仪器破坏性更大。注浆防渗 试验在铜矿峪矿的应用成功，对注浆防渗技术的推 广起到了极其重要的作用。 L e a k a g eP r e v e n t i o no fA c r o s sV e i nS u b s t a t i o nC h a m b e ri nT o n g k u a n g y u C o p p e rM i n eb yS l u r r yI n j e c t i o n M A oZ e n k u n ％，l 幽u a n g y uC o p p e rM i n e ，N o r t hC o p p e rG r o u pC o ．L t d ．，Y u a n q u0 4 3 7 0 0 ，S h a n x i ，C h i n a A b s t r a c t T h es l u r r yi n j e e t i o np r o c e s sa n dc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yo nl e a k a g ep r e v e n t i o no fa c r o s sv e i ns u b s t a t i o n c h a m b e ri nT o n g k u a n g y uC o p p e rM i n eb ys l u r r yi n j e c t i o na r ed e s c r i b e d ，a n dt h ee n g i n e e r i n gq u a l i t yi sa l s oe v a l u a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h er e q u i r e m e n t so ft h ee n g i n e e r i n gd e s i g na r em e tb yt h es l u r r yi n i e c t i o np r o c e s s a n dc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y ，t h el e a k a g ei nt h er o o fa n ds i d ew a l li sb a s i c a l l yc o n t r o l l e d ，t h ee x c e l l e n ta n de x p e c t e dr e s u l ti sa c h i e v e d ．T h es u c c e s s f u la p p l i c a t i o no ft h el e a k a g ep r e v e n t i o nt e c h n o l o g yw i t hs l u r r yi n j e c t i o ni n t h eT o n g k u a n g y uC o p p e rM i n eh a sd i r e c ts i g n i f i c a n c eo nu n d e r g r o u n dw a t e rl e a k a g ep r e v e n t i o na n dc o n t r 0 1i n s i m i l a rm i n e s ． K e y w o r d s m i n i n ge n g i n e e r i n g ；s l u r r yi n j e c t i o n ；l e a k a g ep r e v e n t i o n ；a c r o s sv e i nc h a m b e r 上接第1 1 1 页，C o n t i n u e df r o mP ．1 1 1 [ 6 ] 郑盂菊，俞统昌，张银亮．炸药的性能及测试技术[ M ] ．北京兵器工业出版社，1 9 9 0 2 3 7 2 5 7 ． [ 7 ] M u h a m e dS u c e s k a ．T e s tm e t h o d sf o re x p l o s i v e s [ M ] ．N e wY o r k S p r i n g e r ，1 9 9 5 1 6 8 1 7 0 ． [ 8 ] U n i t e dN a t i o n s ．R e c o m m e n d a t i o n so nt h eT R A N S P O R TO FD A N G E R O U SG O O D SM a n u a lo ft e s t sa n dC r i t e r i a [ M ] ．2 ”e d i t i o n ．N e wY o r ka n dG e n e v a U n i t e dN a t i o n sP u b l i c a t i o n ，1 9 9 5 2 5 3 2 7 6 ． AP o w e rT e s tM e t h o df o rI n d u s t r i a lE x p l o s i v e s - - B a l l i s t i cP r o j e c t l eM e t h o d W A N GZ h a o - z h o n 9 1 ，一，W A N GX u g u a n 9 2 ，L IG u o - z h o n 9 2 ，X I AB i n 3 1 ．U n i ve r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yB e O i n g ，’B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ； 2 ．B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a ； 3 ．B 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 lR e s e a r c hI n s i t i t u t e ，H u a i b e i2 3 5 0 3 9 ，A n h u i ，C h i n a A b s t r a c t T h ep o w e ri sa ni m p o r t a n ti n d e xi nj u d g i n gi n d u s t r i a le x p l o s i v e sp r o p e r t i e s ．Ap o w e rd e t e r m i n a t i o nm e t h o d f o ri n d u s t r i a le x p l o s i v ea b r o a da p p l i e d b a l l i s t i cp r o j e c t l em e t h o di sd e s c r i b e d ．T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a t p o w e rd e t e r m i n a t i o nf o ri n d u s t r i a le x p l o s i v eb yb a l l i s t i cp r o j e c t l em e t h o di ss a t i s f a c t o r i l yi n t e r r e l a t e dt ot h el e a d b l o c km e t h o d ．I ti sh e l p f u lt or e s e a r c ha n di m p r o v ed o m e s t i ct e s tm e t h o do fi n d u s t r i a le x p l o s i v ep o w e r ． K e y w o r d s e x p l o s i v ee n g i n e e r i n g ；i n d u s t r i a le x p l o s i v e s ；b a l l i s t i cp r o j e c t l em e t h o d ；p o w e r 万方数据