二级煤矿许用乳化炸药爆轰参数的理论计算.pdf

第2 8 卷第1 期 2 0 0 7 年3 月 安徽理工大学学报 自然科学版 为u rna l o f A n h u i Un i v e r o i t yo f sci e n ce a nd Tec h n o l 叩y N a t u ral sci e nce Vo l . 2 8 No 。 1 Ma r . 2 0 0 8 二级煤矿许用乳化炸药爆轰参数的理论计算 吴国群， 黄文尧， 王晓光， 郑恒威 安徽理工大学化学工程学院， 安徽 淮南 2 3 2 。 。 1 摘 要 米用B 一W法则预浏二级煤犷许用乳化炸药的爆炸产物， 同时运用盖斯定律、 热力学 定律及C 一 J 爆轰理论对该炸药的 爆轰参数进行理论计井。结 果表明 理论计算得出的举轰参 数与实验浏得的结果相当， 说明该计葬方法将对其它煤矿许用乳化炸药配方设计其有一定的 指导意义。 关键词 煤矿 许用 乳 化炸药， 爆轰 参数， 理 论计算; 配 方设 计 中图分类号 T D 2 3 5 . 1文 献标识码 A. 文章编号 1 6 7 2 一 1 0 o 5 2 0 0 5 0 1 一 0 0 7 5 一 0 5 Th e o r e t i c a l C a l c u l a t i o no f De t o n a t i o nP a r a me t e r so f E mu l s i f i e d E x P l o s i v e Ma t e r i a l s o f C l a s slUs e P e r m i s s i b i l i t yi nC o a l Mi n e WUG u o 一 q u n ， H U A N GWe n 一 y a o ， WA N GX i a o 一 g u a n g ， Z H E N GH e n 一 w e i 灰h ool o f C h e m i c a l E n g i n e e r i n g ， A n h u i U n i v e r s i t y o f Sci e nce a n d Tec h n o 1 o 盯， H u a i n a n A n h u i 2 3 2 0 0 1 ， C b i na A bst rac t Bas ed on B 一W r u l e e x p l o s i o nP rod u c t s ofe m u 1 s i fi e d e x P l o s i ve m a t e r i a l 吕 o f c l a s slu s e P e r- m i s s i b i l i t yi n C o a l Mi n e was p r e d i c t e d . T h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o u o f d e t o nat i on P a ra met e r s o f t h e e x P 1 o s i ve m a t e r i a l s w a s d o n e b a s e do nG h e o s l a w， t h e r m o d y n a m i c s l a wa n d C 一J d e t o n a t i o nt h e o r y . T h e r e s u l t 3 s h o wt h a t t h e o r e t i c a l c a l c u 1 a t i o n o f d e t o n a t i o nP a ram e t e r o i s i d e n t i c a l w i t he x P e r i m e n t r e s u l t s ， w h i c hi n - d i c a t e 3 t hat t h e c a l c u l a t i o nm e t h o dh asc e r t a i nr e fe r e nce i nP 跨s c r i P t io nd e vel o P me n t o f o t h e r e mu 1 s i fi e d e x p l o s i ve m a t e r i a l s p e r mi s s i b l y u s e di nc o a l mi n e s . K e ywo r d s 细u l s i fi e d e 却l o s i v e mat e r i a l 伴 r m i。 ， i b l y u 此 d in co a l m i ne s ， d e t o n a t ion p a ra met e r 。 ， t heo re t ic a l c a l c u la t i o n . P 比scr i P t i on 血vel oP皿n t 二级煤矿许用乳化炸药是以氧化剂、 消焰剂等 水溶液为内相， 以熔化的可燃剂为外相， 通过乳化 剂在剪切力的作用下， 形成油包水型乳化胶体， 再 加入少量的化学发泡剂发泡实现气泡敏化， 形成具 有雷管感度的抗水型煤矿许用乳化炸药田。 该炸药 现广泛应用于低瓦斯矿井的工程爆破中。 由于该炸 药中含有一定量的水和消焰剂， 在爆炸反应过程 中， 虽然水和消焰剂不参与化学反应， 但由于水的 燕发和消焰剂的熔融都将吸收大量的热量， 一方面 降低了炸药的 爆炸能量， 另一方面抑制了 炸药爆炸 引燃瓦斯的可能性， 保证了安全生产田。本文通过 对该乳化炸药爆轰参数的理论计算， 得到的结果对 煤矿许用乳化炸药的配方与设计具有重要的理论 意义和参考价值。 1 爆炸反应方程式的确定 根据二级煤矿许用乳化炸药的配方[s1， 该炸 药由硝酸按 72 、 硝酸钠8 、 氯化钾4 、 水1 0 、 复合蜡4 和乳化剂2 构成， 计算 出1 掩该炸药中所含各物质的摩尔数分别为硝酸 按 9 . 0 0 0 m o l 、 硝酸钠 0 . 9 4 2 m o l 、 氯化钾 0 . 5 3 7 m o l 、 水 5 . 5 5 6 mo l 、 复合蜡 0 . 1 5 7 m o l 及乳化剂 收稿日期 2 007 一。 9 一2 6 作者简介， 吴国群 1 ， 81一 。 男， 安徽淮南人. 在读硕士， 研究方向 炸药和工程爆破。 万方数据 第1 期 吴国群， 等 二级煤矿许用乳化炸药姗轰参数的理论计算 0 . 06O m ol ， 由 此可得出I k g 炸药的实验式近似 为 C 二 .H ss ， 。 帕 0 。 。 .N 、 。N 气， ， K 二 ，cl， 二。 采用国际公认的B 一W法则来确定二级煤矿 许用乳化炸药的爆炸分解产物[’] 1 ， 见表1 。 表 1 预测怪炸分解产物的B 一W 法则 姗炸反应优先顺序 反应方程式 首先将组分中氢氧化为水 其次将碳氧化为一暇化碳， 若氧不足则未载化的碳以固 体游离态存在 若氧还有剩余， 则将一斌化 碳氧化为二筑化碳分子 如果上述反应还有剩余的级， 则氧直接以载气分子存在 Z H 十0 ，氏0 气体 C 0 -. 心 0 ‘ 气体 C O 0 ，C O 气体 以 中 0 . 气体 通常， 氮以氮气分子存在 水和消焰剂在姗炸反应中仅 发生相态变化 ZN，N 气体 H . 0 液态 .H . 0 气态 K C I 固体 ，K C I 熔融 QPI， 5 522 . 82kJ k g 一 ， ， 爆炸产物的定压生成 热为QPI ， 。 二0 . 4 7 1 x 4 i 5 ， 9 0 2 7 . 7 9 9 x2 4 1 . 8 3 3 。 3 8 6 X3 9 3 。 5 1 0 。 5 8 Xl l 0 。 5 2 0 。 5 3 7 4 3 5 ， 8 7 8 5 4 6 4 9 k J . kg一 1 由式 1可计算二级煤矿许用乳化炸药的定压 爆热为 岛，8 5 4 6 . 4 9 一5 5 2 2 . 8 2 3 0 2 3 . 6 7 k J k g 一 1 对常用的炸药来说， 其爆炸反应过程极其短 促， 需用 1 丁艺 1 0 一 。 的时间来衡量， 因此爆炸 反应所放出的能量实际上可近似认为是全部聚集 在炸药爆炸前所占的体积内， 因此， 通常以定容爆 热来表征炸药爆炸反应所放出的热量L’1 ” ， 即 q ”马 如 . R， T” 3 0 2 3 . 6 7 4 1 。 2 3 5X8 . 3 1 4X1 0 一 X2 9 8 3 1 2 5 . 8 3 kJ k g 一 卫 2 2 。 2 爆温计算 根据上述法则， 可得出I k g 二级煤矿许用乳化 炸药的爆炸反应方程式为 g N H‘ N O 0 . 9 4 2 N a N 0 5 . 5 5 6 H 2 0 0 . 1 5 7 C i o H 二 0 . 0 6 0C . H ‘ 0 石 0 . 5 3 7 K C I 0 . 4 7 l N a 02 7 . 7 9 9 H 2 03 . 3 8 6 C 0 0 . 5 8 C 0 0 . 5 3 7 K C I 9 。 4 7 1 N 2 2 。 1 爆轰参数的理论计算 爆热计算 根据爆炸的特点， 可以利用爆轰产物的平均热 容计算爆温 q二瓦 Ta一TO 蕊。 ，3 式中 众为炸药的定容爆热， kJ k g 一 1 o To 为炸药 的初温， K， Ta 为炸药的爆温， K祥为爆炸产物从 To到Ta的温度间隔， ℃; 瓦 为 爆轰产 物在温 度间隔 t 内的平均热容量， kJ K 一 1 。 对于一般工程计算， 认为平均分子热容与温度 间隔t 为线性关系 炸药的爆热是一个重要的爆轰参数， 并且已经 用来评估含能材料对周围环境的破坏效果。 通常根 据盖斯定律计算其爆热[’J 肠 见图1 。 炸药 c.， A B t 场 元家的稳定单质 图1 硒1 爆炸产物 盖斯三角形 由图1 可知 马 马， ， 一Q 沁 A 二名、 B 习、 ‘ 4 对于双原子气体爆轰产物 a 二20. 08， b 1 8 . 8 3 x l o 一 4 ， 水蒸气 a 1 6 . 7 4 ， b 二8 9 。 9 6 xl o 一 ‘ ， 二氧化碳 a 37. “， b 跳. 27XI O 一 ‘ ; 抓化钾 a 二 5 0 . 1 6 ， 氧化钠 a 7 1 . 4 8 ， 则 A 名n 两 0 . 4 7 i x 7 i 。 4 。 2 7 . 7 。 。 x 1 6 . 7 4 3 ， 3 8 6 X3 7 . 6 6 0 . 5 8 9 . 4 7 1 X2 0 . 0 8 } 0 。 5 3 7 X5 0 . 1 6 二8 5 5 . 2 9 9 B 习， 、‘ 二 2 7 。 7 9 9 x s 9 . 9 6 x l 0 一 ‘ 3 . 3 8 6 X2 4 。 2 7 X1 0 一 4 0 . 5 8 9 . 4 7 1 X 1 8 . 8 3 X1 0 一 4 二2 7 7 2 . 2 3 6 X1 0 一 4 由式3 可计算出 t 2 1 5 2 . 7 ℃， 得到炸药的 爆温丁 刀 t 2 9 8 2 4 5 0 . 7 K 1 据文献〔 5 〕 可知 若爆炸时环境的温度为25℃， 二级煤矿许用乳化炸药各组分的生成热之和为 2 . 3 爆容计算 已知该炸药的爆炸化学反应方程式， 由A vo- 万方数据 安徽理工大学学报 自然科学版第28 卷 gadr 。 定律求得炸药的爆容 2 2 。 4 摊 y 二 二 二一 式中 m为反应方程式中炸药的质量， k g ; n 反应式中各气态产物的物质的量总和， mol 。 5 为爆炸 值是由实测装药密度和实测爆速值代入式7 计算 而得[ . 〕 见表2 。 表2 理论值与实验值的比较 爆热爆容爆速 所以根据爆炸反应方程式及式 5计算爆容为 v 二 丝 迎毕迎 一 9 2 3 . 7 L k g 一 ‘ 1 / kJk g 一 1 / L k g 一 1 / m。5 一 1 理论值 实验值 31 2 5 。 8 3 29 4 9 。 6 6 9 2 3 。 751 2 4 9 1 0 。 548 2 4 爆压 / MPa 72 2 0 64 00 2 ， 4 爆速计算 根据经验公式， 炸药的爆轰反应速度与爆热和 气体产物的绝热指数有关 与V2yz一1Qv 式中 y 为气体产物绝热指数; Q 二 热， k J k g 一 ‘ 。 6 为炸药反应爆 由表2 可以看出 理论计算得出的爆轰参数比 实验测得的结果略为偏大。 这是由于二级煤矿许用 乳化炸药实验测试时装药量较小， 装药直径达不到 极限直径， 使得炸药的爆轰没有达到理想爆轰， 导 致炸药的爆轰参数比理论计算值偏低。 已 知 场留 二 4. 5 ; 气。 二 1. 9 ; 场二 2. 8 5 ; yot二 2 4 5 ; 执“ 3 7 ; yc3 3 5 ; 7 K 。 ， 3 1 ; 从尹 一2 9 由 工 了 0 。 4 7 1 4 2 . 2 4 4 1 .2 7 。 7 9 9、 ，1 入 二 - 丈，. 丁万二二二 入 丁 - 二叫 卜 ‘.梦压‘.石任任1.沙 3 。 3 8 6 4 2 . 2 4 4 1 . 少. 5 8 、 ， 1。0 . 5 3 7、 ，1 石 一万，. 石 下下万丁 丁入 石 一 石 下份. 丁 言一 下丁 丁入 二 甲万. 十 性。口味‘。‘任任‘。0口任‘。‘任任0。1 9 . 4 7 1、 ， 1 长于士目 先 X 丁 二 4 2 . 2 4 4 ‘ 、 3 . 7 得了 2 . 2 8 代入式6 得如 如 2 . 5 爆压计算 2 广一1 Q 二 51 2 4 m 5 一 1 从大量实验数据可以得出压力与炸药的密度 和爆速之间存在关系为 3 结论 1 根据Bri n k l e y 一 Wi l s o n 法则， 可以 得出二 级煤矿许用乳化炸药的爆炸反应方程式为 g N H ‘ N 0 3 0 . 9 4 2 N a N 0 5 . 5 5 6 H 00 . 1 5 7 C i s H 孤 0 . 0 6 0Ci ， H ; 0 ; 0 . 5 3 7 K C I ，0 。 4 7 1 N a 0 2 7 。 7 9 9 H 03 . 3 8 6 C 0 ， 0 . 5 8 C 00 . 5 3 7 KC I 9 . 4 7 1 N 2通过理论计算， 得出消焰剂氯化钾的 含量为4 的二级煤矿许用乳化炸药的爆轰参数为 Qv 3 1 2 5 . 8 3 k J k g 一 笼 ， V 二 9 2 3 . 7 L k g 一 ， ， 尸二72 2 O MPa ， 如51 2 4 m 5 一 1 ， T2 4 5 0 . 7 K， 该理论计算值与实验结果相比， 基本符合误差的要求， 且计算方法较简便褪少 寸 于其它煤矿许用乳化炸药爆轰 参数的计算及其配方设计具有州定的参考价值。 参考文献 ，.J，.J ，孟，臼 r.‘rL 。1_ 厂 丁 PO 吻 任 式中 尸为爆轰气体产物的理论爆压 7 ， P 。 ， 两为炸 药密度， 9 c m 一 ， ， 助为 理论爆速， m 。 一 ‘ 。 已 知炸药的装药密度PO1 . 1 9 。 m 一 3 ， 理论 爆 速如 5 12 4 m 。 一 ‘ 代 入 式 7 计 算 得 理 论 爆 压[s 〕 尸7 . 2 2 XI O ， P a 72 2 O MP a [4〕 2 . ‘ 理论计算值与实验值的比较 ，Jl.J 一勺虎匕 r.Jl.L - 将二级煤矿许用乳化炸药509 制成药包， 放入 crt 一2 型爆热弹测试炸药的爆热和爆容; 炸药的 爆速用。 35m m纸筒装药， 装药密度1 . 1 9 c m 一 3 ， 用K G一8 6 01型爆速仪测试; 对于工业炸药而言， 炸药的爆压与爆温目前很难测出， 通常， 实验爆压 8 0 杨永琦. 矿山爆破技术与安全[M 〕 . 北京 煤炭工业出 版社， 1 9 9 L 吕春绪， 刘祖亮， 倪欧琪， 工业炸药咖 〕 . 北京 兵器工 业出版社， 1 9 94 吕春绪. 工业炸药理论〔 M〕 . 北京 兵器工业出版社， 2 0 0 3 ‘ 炸药理论编写组. 炸药理论伽 〕 。 北京 国防工业出版 社， 1 9 8 2 陆明 . 工业炸药配方设计[M 1 . 北京 北京理工大学出 版社， 2 002* 张立. 爆破器材性能与爆炸效应测试[ M] . 合肥 中国 科学技术出 版社， 2 。 。 6. 责任编样 何学华 万方数据