切縫導(dǎo)爆管在爆破網(wǎng)絡(luò)中的研究

吳可胤，馬廣舉，陶鐵軍

(1.貴州貴安商貿(mào)投資有限公司, 貴州貴陽 550000；2.貴州新聯(lián)爆破工程集團有限公司, 貴州貴陽 550000)

切縫導(dǎo)爆管在爆破網(wǎng)絡(luò)中的研究

吳可胤1，馬廣舉2，陶鐵軍2

(1.貴州貴安商貿(mào)投資有限公司, 貴州貴陽 550000；2.貴州新聯(lián)爆破工程集團有限公司, 貴州貴陽 550000)

昆明路道路土石方爆破中，因石頭尖銳易造成導(dǎo)爆管形成切縫，影響傳爆網(wǎng)絡(luò)。為有效解決該問題，通過高速攝影對塑料導(dǎo)爆管局部出現(xiàn)軸向9 cm切縫傳爆過程進行觀察和分析，研究了爆轟氣體波在傳播進程中通過有裂縫部位前后爆速的變動特征，得出完整塑料導(dǎo)爆管爆轟波通過軸向切縫時爆速的變化規(guī)律，并在工程中得以指導(dǎo)和運用。

高速攝影；塑料導(dǎo)爆管；切縫；爆轟波

昆明路道路位于遵義市匯川區(qū),是橫貫東西的唯一交通大動脈。自開始修建以來,多次因為爆破現(xiàn)場石頭尖銳,使塑料導(dǎo)爆管出現(xiàn)軸向切縫,造成導(dǎo)爆管網(wǎng)絡(luò)傳爆中斷,形成極大地安全隱患。因此,研究軸向切縫導(dǎo)爆管對于如何避免導(dǎo)爆管傳爆網(wǎng)絡(luò)中斷具有十分重要的指導(dǎo)意義。

1 試驗材料

試驗的目的主要是為了觀察完整塑料導(dǎo)爆管出現(xiàn)切縫后整個傳爆網(wǎng)絡(luò)中爆轟波的傳爆特征和爆速的變化,并分析切縫后爆速的變化規(guī)律。試驗采用塑料導(dǎo)爆管,爆速為1700±50 m/s,外徑為3.0±0.5 mm,內(nèi)徑為0.9±0.5 mm,試驗中取1.5 m長的塑料導(dǎo)爆管段,共10段；在塑料導(dǎo)爆管段上用刀片切取長度為9 cm的軸向切縫。為了試驗的準確性,將待試驗的導(dǎo)爆管用透明膠布固定在紙板上。

2 高速攝影試驗

2.1 高速攝影試驗體系

本試驗采用FASTCAM SA1.1型數(shù)字式高速彩色像機,試驗體系由臺式電腦、高速攝像機、被測試的塑料導(dǎo)爆管、爆破器、爆破針以及同步控制體系組成,如圖1所示。

為了得到塑料導(dǎo)爆管中爆轟氣體波傳播的準確信息,把被測塑料導(dǎo)爆管固定在正方體紙盒上并貼上A4白紙,在A4白紙上布滿單位為1 cm的間隔直線作為一個定額標線,以便在圖像中準確的標示出被測塑料導(dǎo)爆管中爆轟氣體波各個時間的位移。試驗時,高速攝影鏡頭距塑料導(dǎo)爆管距離為5 m左右,以便攝影到清晰的畫面。

圖1 高速攝影儀試驗體系

因為塑料塑料導(dǎo)爆管的傳播速度約為1700 m/s,試驗選取的導(dǎo)爆管長度為1.5 m,攝影范圍比較窄,為了增大攝影的準確性,將爆破器跟高速攝影相機用導(dǎo)線連通,實現(xiàn)同步。為了提高試驗的精確度,對9 cm長度的切縫導(dǎo)爆管做10次試驗,選取最具有代表的2組數(shù)據(jù)進行分析。

2.2 試驗結(jié)果

在10次試驗中,9 cm長度的切縫導(dǎo)爆管有4次傳爆成功,6次傳爆失敗,分別選取一次傳爆成功和一次傳爆失敗的試驗圖片(如圖2所示)。

通過高速攝影儀的攝影功能把塑料導(dǎo)爆管傳播全部進程展現(xiàn)在電腦上,分析圖像可以看出:塑料導(dǎo)爆管中爆轟氣體波的結(jié)構(gòu)可以看作是最左端近似半球面形狀的前沿爆轟氣體波(頭部亮區(qū))、中間區(qū)域蘑菇云狀的混合粉末化學(xué)反應(yīng)區(qū)和反應(yīng)后爆炸產(chǎn)物區(qū)(較暗區(qū))三區(qū)域構(gòu)成。

從圖2可知:在軸向裂縫前,爆轟波以恒定的速度傳爆,紅光比較亮；到達軸向切縫段時,爆轟波的能量減小,紅光變暗,表明爆轟波到達導(dǎo)爆管切縫處,隨著爆轟波在軸向切縫段的繼續(xù)傳播,爆轟產(chǎn)物不斷從軸向切縫處宣泄；經(jīng)過一段較暗的區(qū)域后,紅色的光又漸漸增強,說明爆轟氣體波又傳播到完好段,從圖像上可得,在傳播一段區(qū)域后,爆轟波紅光的亮度增大到與切縫前的亮度大致一致,這表示爆轟氣體波的能量又達到了完好水平。通過和軸向切縫塑料導(dǎo)爆管斷爆時的圖像比較,可以看出,當爆轟氣體波紅光沒有表現(xiàn)出由暗變紅的過程,而是一直變暗,說明爆轟氣體波能量變?nèi)?直到塑料導(dǎo)爆管中沒有紅色的亮光,爆轟波的傳爆終止。

圖2 塑料導(dǎo)爆管爆轟氣體傳爆

2.3 試驗數(shù)據(jù)分析

通過圖像上的網(wǎng)格對塑料導(dǎo)爆管傳播圖像進行數(shù)據(jù)處理,測量計算前后的兩幅圖像像間爆轟氣體波前部位的位移差,同時確定高速攝影拍攝的幀,確定前后兩幅圖像的時間間隔,最后可以根據(jù)公式(1)計算出前后兩幅圖像間平均速度,并作為被測塑料導(dǎo)爆管中爆轟氣體波的爆速。

由公式(1)可得試驗數(shù)據(jù),結(jié)果見表1、表2和圖3。

從表2和圖3可以看出切縫導(dǎo)爆管爆速隨時間的變化規(guī)律:在軸向切縫前塑料導(dǎo)爆管中爆速的比較平穩(wěn)；進入軸向裂縫區(qū)域時,爆速開始降低,下降的幅度比較快,并在軸向切縫段不斷出現(xiàn)波動,然后在軸向切縫段的末端下降到最小值,通過切縫段后,爆轟波傳爆到完整導(dǎo)爆管后,如果能引起導(dǎo)爆管內(nèi)壁上的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),爆轟波得到了能量的支持,爆速就會立刻回升,在短時間內(nèi)恢復(fù)到正常傳爆速度,在管道效應(yīng)的作用下,維持正常爆速向前傳播；如果爆轟波能量在切縫處宣泄太多,到達完整導(dǎo)爆管時,能量不足引爆導(dǎo)爆管內(nèi)壁上的炸藥,能量不能得到補充,爆速就會減小到零,就會導(dǎo)致導(dǎo)爆管傳爆中斷。

表1 導(dǎo)爆管傳爆失敗爆速變化表

表2 導(dǎo)爆管傳爆成功爆速變化表

圖3 導(dǎo)爆管爆速變化v-t曲線

根據(jù)導(dǎo)爆管的傳播機理可得,在切縫導(dǎo)爆管傳爆中,爆轟波的傳爆具有特有的規(guī)律。爆轟波到達導(dǎo)爆管切縫處時,爆轟波的能量因從切縫處宣泄出去,造成爆轟波能量損失,爆轟波前部位能量降低,薄層三次甲基三硝胺和其他物質(zhì)的迅速變少,爆速也降低,當爆轟波的能量下降到最小時,導(dǎo)爆管中的爆速也下降到最小值,當爆轟波能量不能引爆塑料導(dǎo)爆管上薄層三次甲基三硝胺和其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時,塑料導(dǎo)爆管就會拒爆。總的來說,塑料導(dǎo)爆管斷爆的原因是管道效應(yīng)的破壞與能量的泄露。

4 結(jié) 論

本試驗結(jié)合工程實例,利用高速攝影對切縫長度為9 cm的導(dǎo)爆管進行研究,得出在切縫長度為9 cm時,導(dǎo)爆管2種不同的傳爆規(guī)律,對于保證本工程導(dǎo)爆管網(wǎng)絡(luò)安全、減少爆破安全隱患具有十分重要的指導(dǎo)意義。為了工程安全,工程中容許的最大軸向切縫段不超過8 cm,避免導(dǎo)爆管網(wǎng)絡(luò)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)中斷現(xiàn)象。

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2015-03-27)

吳可胤(1977-)，男，貴州綏陽人，爆破工程師，主要從事爆破工程管理工作，Email:570771222＠qq.com。