水對混裝乳化炸藥爆炸性能影響的試驗研究

支成江，崔雪姣，馬廣舉

(貴州新聯爆破工程集團有限公司， 貴州貴陽 550002)

水對混裝乳化炸藥爆炸性能影響的試驗研究

支成江，崔雪姣，馬廣舉

(貴州新聯爆破工程集團有限公司， 貴州貴陽 550002)

乳化炸藥在裝藥過程中炮孔中存在水時，炸藥無法到達孔底，在孔底部形成一段水柱，水柱上部為炸藥與水的混合物，炸藥爆轟性能受到影響，將使爆破臺階面產生根底和大塊，設定了炸藥與水混合的3種模型進行試驗。研究結果表明:炮孔內的積水對爆轟的傳播不利。

混裝乳化炸藥；爆速；爆轟；炮孔積水

0 引 言

乳化炸藥混裝車進行水孔裝藥時，炮孔中水的存在會影響裝藥的連續性。尤其是當孔內水深大于射流的有效射程時，炸藥無法到達孔底，在孔底部形成一段水柱，水柱上部為炸藥與水的混合物，炸藥爆轟性能受到影響，將會產生大塊和根底。若定量的往炮孔中裝藥，孔底積水的存在將使裝藥面抬高，致使堵塞長度不足，極易產生飛石及沖擊波。且隨著炸藥與水的接觸面積增大，炸藥在炮孔內停留時間的增加，炸藥的抗水性能也將下降。

炸藥的爆炸性能受多方面的影響，一般來說，對于特定的炸藥，爆速、威力、猛度等指標是衡量其爆炸性能的主要依據，其中爆速是目前衡量和測定炸藥爆炸的主要參數之一。

1 爆速現場測試

1.1 爆速測試原理與方法簡介

本次試驗采用測時儀法測量與水混合后的炸藥爆速。試驗采用湖南湘西超侖爆破儀表廠生產的CA－5型5段爆速儀。如圖1所示，當炸藥被引爆后，爆轟波傳播至前一個探針時，產生高度電離的產物，探針產生觸發信號，測時器開始計時；當下一個探針收到爆轟波傳爆的觸發信號，測時器停止計時，繼而開始觸發下一段信號。由于探針間的距離Si已知，故相鄰2個探針之間的平均爆速Vi可按下式計算:

式中:Vi——第i段的平均爆速；

Si——第i段的兩個探針之間的距離；

ti——第i段時間。

圖1 爆速測試示意

1.2 試驗方案

對水孔裝藥過程試驗后的各透明管進行爆速測試。探針間的距離為S1＝S2＝S3＝S4＝30 cm。最后一個探針距管底10 cm。起爆彈為直徑70mm、長15 cm，重約0.6 kg的2號巖石乳化炸藥，各個透明管中裝乳化炸藥的高度不一樣，最后求得爆速也不一樣。

1.3 試驗結果

試驗典型照片如圖2所示，所測爆速結果見表1。

從爆速測試結果可知，管內無水時，所混裝乳化炸藥爆速平均值為5096m/s；

管中水位為20 cm時，裝藥后管中藥柱連續，偶夾有小水泡，平均爆速略有降低；管中水位分別為50 cm及70 cm時，只在起爆端處測到爆速，且爆速較低；管中水位為1.0m時，裝藥后炸藥與水呈強烈混合狀態，起爆后管內無法形成穩定爆轟，隨即中斷。由此可知，水的存在對炸藥的傳爆有著極大的影響，使得爆速降低，甚至產生拒爆。

2 炸藥失效機理分析

在工程實際中，炸藥起爆難以達到理想的爆速，通常實際爆速比理想爆速低。

圖2 各混合狀態爆后情況

表1 不同水高條件的爆速測試結果

水孔裝藥時，炸藥入水后與水混合，在孔內形成形態各異的混合狀態，為便于研究，將混合狀態簡化成如圖3所示的3種模型，并分別探討其爆速降低甚至失效的機理，其中，d'為藥柱有效直徑，L'為水柱長度。

圖3 炸藥與水混合模型

2.1 直徑效應

如圖3(a)所示，水的存在使得孔內藥柱的實際有效直徑降低。從理論上講，炸藥起爆后，爆轟波在沿直徑有限的藥柱傳播時，會同時產生軸向與徑向膨脹波，造成反應區內能量向外損耗。當炸藥量一定時，如裝藥直徑較小，爆轟波衰減較快，當藥卷直徑降低到一定值后，爆轟會中斷，此時，炸藥藥卷的直徑為臨界直徑。

為了研究混裝乳化炸藥裝藥時炸藥直徑對炸藥爆轟后爆速的影響，在現場通過改變裝藥直徑，對其進行爆速測試試驗。結果表明，該混裝乳化炸藥的臨界直徑在20～33mm之間。則當藥柱的有效直徑d'小于該值時，通常爆轟將不能維持，甚至中斷。

2.2 殉爆距離

在圖3(b)所示的情況中，炸藥入水后與水強烈紊動混合，藥柱被水切斷，其水柱高度為L'。在這種情況下，當前一段藥柱作為主發藥被引爆時，爆炸產生的爆轟順著炮孔的方向以數千米每秒的爆速向前傳播，直到到達藥柱邊緣，接著穿過水柱并在其中形成壓力波，通過水柱的初始波速與主發藥的波速相等，然而，由于沒有炸藥繼續反應維持能量，且壓力波向四周耗散，沖擊波迅速衰減。沖擊波穿過水柱到達作為被發藥的后一段藥柱時，若作用在被發藥上的沖擊波速小于被發藥的臨界爆速，將會產生殉爆，爆轟波不能繼續傳播。百分之百能引起被發藥殉爆的兩炸藥之間的最大距離L稱為殉爆距離。百分之百不能引起被發藥殉爆的兩炸藥之間的最小距離R叫做殉爆安全距離。由此可知，當水柱高度L' ＜L時，爆轟波穿過水柱，引發被發藥柱，爆轟波能夠繼續傳播；當L'＜R時，被發藥柱無法被引爆，爆轟波中斷。

影響乳化炸藥殉爆距離的因素有多種，如組分配比、裝藥直徑、裝藥密度、約束條件及藥量等。主發藥的爆炸能量愈大，引起殉爆的能力愈大。主爆藥的爆炸能量與藥量、爆炸威力、密度等有關，高威力、大藥量炸藥的爆炸，其殉爆距離較大。被發藥的敏感度越高，其殉爆的可能性越大。因此，凡是影響被爆藥爆轟感度的因素(密度、裝藥結構、粒度大小、化學性質等)，都影響殉爆距離。炸藥間介質的種類不同，其殉爆情況也不同。

從模擬試驗結果可看到，當炸藥爆轟產生的射流小于炮孔內水面高度時，炸藥與水強烈混合，藥柱多處被水切斷，如模擬試驗中，當孔內水位為0.7m時，在65～81 cm段形成一段水柱，若炸藥的殉爆距離小于該水柱高度，則炸藥將會失效。

2.3 裝藥密度

如圖3(c)所示下，藥柱中有水泡分散時，裝藥密度降低。水泡的存在，一方面減少了單位體積內敏化氣泡的數量，氣泡受壓而產生的熱點數也將減少，爆轟波前端受激波壓縮作用的未反應炸藥的溫度增加值也有所降低，使得爆轟波前端反應區中的化學反應速率減緩；另一方面，單位體積內炸藥發生化學反應物質的量減少，化學反應速率降低，使得反應區變大，增大炸藥臨界直徑，爆速降低。當裝藥密度降低到一定程度時，反應區放出的能量不足以維持爆轟傳播，則爆轟中斷；此外，裝藥密度過小，反應區釋放的能量不能夠穿透炮孔中的水泡，也會降低爆轟波的穩定性。

3 試驗結果分析

炸藥入水后與水形成形態各異的混合模式，或藥柱有效直徑減少，或藥柱被整體切斷，或裝藥密度降低，抑或是這幾種混合模型的隨機組合。然而，不管是怎樣的混合狀態，可以確定的是，水的存在對于炸藥的傳爆有著不利的影響，炮孔內水占的比例越大，炸藥所占的比例就越小，當達到某一臨界狀態時，通常爆轟將不能維持，出現拒爆現象。由此可見，炮孔中有水存在時，對炸藥爆轟傳播不利。因此，在裝藥過程中，應盡量避免或是減少炸藥與水的混合范圍。

[1]馮有景，秦啟勝，賀長慶.露天礦現場混裝炸藥車的發展與應用[J].金屬礦山，2009(11):473-479.

[2]王清華，宋 領.乳化炸藥混裝車水孔爆破的優越性[J].爆破器材，2002，31(5):10-12.

[3]馮武平.乳化炸藥起爆混裝炸藥的研究及應用[J].爆破，1999，16(4):68-71.

[4]周錄彪.炮孔積水對散裝乳化炸藥性能的影響[J].世界采礦快報，1997，13(15):14-17.

[5]李 靜.各種炸藥的殉爆安全距離[J].爆炸與沖擊，1994，14 (3):231-241.

[6]倪芝芳，李玉民.炸藥管道效應的理論研究[J].山東礦業學院學報，1988，7(1):23-29.

2015-03-30)

崔雪姣(1985－)，女，山西太原人，現從事工程項目管理方面有關工作，Email:150422218＠qq.com。