乳化炸藥在水下爆破中抗水抗壓性能的實驗與機理探討

盧良民（福建漳州久依久化工有限公司，福建 漳州 363000）

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乳化炸藥在水下爆破中抗水抗壓性能的實驗與機理探討

盧良民（福建漳州久依久化工有限公司，福建 漳州 363000）

隨著科學技術的不斷深化，乳化炸藥的應用也得到了迅速的發展，在水下爆破工作中，乳化炸藥是非常適用的一種炸藥，為水下爆破工作帶來了較大的便利，然而乳化炸藥的性能會受到靜水壓的影響，并且該影響隨著水的深度的增加而增加，并且，乳化炸藥在水中浸泡的時間也會影響到其爆破的效果，另外，不同成分的乳化炸藥受到水壓的影響也不一樣，因此，需要將各種因素進行綜合考慮，來研究水下爆破中乳化炸藥抗水抗壓的性能。本文利用一種通過改變靜水表面的壓力來模擬深水裝藥環境的實驗裝置，用于實驗室研究乳化炸藥是否能在深水裝藥環境中爆炸。

靜水壓；爆破；深水；浸泡；施壓

裝藥到起爆的時間在大型水下爆破施工中，通常需要經歷漫長的時間，該過程短則幾個小時，長則幾十個小時，炸藥爆炸的性能一般都會受到靜水壓力和滲流作用的影響，因此，水下爆破的效果會受到較大的影響。隨著社會的進步，乳化炸藥也得到了迅速的發展，其性能與工藝都有了較大的改善，并且，已經成為了水下爆破施工在現階段最為適用的產品。因此研究乳化炸藥的抗水性能與抗壓性能有利于水下爆破工作的展開。

1　實驗背景

乳化炸藥是泛指一類用乳化技術制備的使氧化劑鹽類水溶液的微滴，均勻分散在含有分散氣泡或空心玻璃微珠等多孔物質的油相連續介質中，形成一種油包水型（W/O）的乳膠狀含水工業炸藥。乳化炸藥是含水炸藥的一種。

乳化炸藥通常都是由硝酸銨等無機氧化劑鹽水溶液和油相燃料組分構成的，一般不含單質炸藥。按照炸藥起爆時的灼熱核（熱點）理論，在該類炸藥中均勻分布著的無數微小氣泡就成為炸藥起爆時的灼熱點。亦即在外界起爆沖量的機械能作用下被絕熱壓縮，機械能轉化為熱能，微小氣泡不斷加熱升溫，在10-3～10-5s的極短時間形成一系列溫度高達400～600℃的灼熱點，從而激發炸藥爆轟。

為了使炸藥中產生灼熱點，獲得必要的爆、轟敏感度和足夠的爆炸能量，在敏化工序加入載有氣泡的材料如珍珠巖、空心玻璃微珠等，或者加入亞硝酸鈉溶液等與乳化炸藥中游離硝酸銨反應以生成細小氣泡，從而調節炸藥密度，起到敏化作用。

乳化炸藥以往通常用于礦山開采、隧道掘進等，乳化炸藥在設計方面較少考慮到其水下爆破的實際性能，炸藥在一定深度的水下爆破時，會有水分滲入其中，影響其爆破效果，并且，在水下，有靜水壓的存在，靜水壓力強度隨著水的深度的增加而增加，炸藥在受到靜水壓的作用之后，同樣會影響其起爆感度和作功能力。因此，通常需要明確炸藥產品的性能，明確其在一定水壓下的起爆感度等性能指標，為了使乳化炸藥在實際應用中具備較詳細的使用效果說明，需對其在水下爆破的情況進行實驗研究，以便于將其投入到生產中。

目前，炸藥抗水性的測定方法可分為模擬實驗測定法和現場實測法。現場實測法：在含水炮孔中或是需要爆破的深水中進行實際裝藥，浸泡一定時間（以現場可能發生的最長浸泡時間為準，如8h等）后再引爆，以拒爆與否和爆破效果好壞來相對評價乳化炸藥的抗水性。這種測定方法與實際爆破作業的條件保持一致，測試結果比較符合客觀實際情況；但操作比較麻煩，萬一發生拒爆后，其盲炮處理不易。現有的模擬實驗測定法只能測試乳化炸藥浸水前后爆炸性能衰減，無法測定炸藥在水壓作用的真實條件下起爆感度和爆炸性能，而在水下爆破工程中發現現有模擬實驗測定法判定能正常起爆的乳化炸藥在使用過程中常會發生拒爆現象，因此，能夠真實測定乳化炸藥在一定水壓作用下起爆感度和爆炸性能的實驗裝置亟待被開發出來并加以應用。

2　實驗方法

在本次研究中，在實驗室中將乳化炸藥進行一定水壓下進行模擬深水浸泡，達到設定時間后起爆受壓狀態下的乳化炸藥，同時也測定經過模擬深水浸泡后解除水壓后的乳化炸藥、未經模擬深水浸泡的乳化炸藥的性能。對比浸泡前后其性能的改變，以及研究其對爆炸效果的影響程度，從而判斷出乳化炸藥的抗水抗壓性能。

2.1實驗原理

水下裝藥一共受到兩種壓力：①靜水表面的大氣壓；②靜水壓力。靜水表面的壓力會對水下裝藥的壓力產生直接影響，其中，水的深度越深，靜水壓力就會越大，要想在水深條件不足的情況下做出深水乳化炸藥的抗水抗壓實驗，可以通過增加靜水表面大氣壓力的方式來實現，也可以將壓力管直接與炸藥管相連接，以達到直接增壓來模擬深水測試的目的，本文就是利用了最后一種原理來進行實驗研究。

2.2實驗裝置與炸藥的選擇

本文中應用到的實驗裝置操作更加快捷簡便，安裝過程也比以往的同類裝置更加方便。可以將該裝置進行多次反復利用，本文中對爆炸管進行加壓的方式有兩種選擇：①利用空氣壓縮機對炸藥管進行加壓；②利用打氣筒對炸藥管進行加壓。在該實驗裝置中，實驗具體操作如下：

（1）將待測試的炸藥藥卷裝進爆炸管中。

（2）將裝有炸藥的爆炸管與施加壓力的管道進行連接，在連接過程中，為確保試驗的準確性，要求爆炸管與管道密閉裝接，形成密閉腔體，同時引出炸藥引線等待后續引爆。

（3）腔體內注水，注水量淹沒藥卷后，封閉注水口。

（4）利用加壓管對閉腔體進行加壓，腔體內乳化炸藥所受到的壓力應滿足實驗要求。

（5）起爆雷管，引爆待測試炸藥，并觀察在模擬深水壓力下，乳化炸藥的性能是否正常。圖1展示了該結構裝置。

圖1　乳化炸藥模擬深水壓力下性能測試實驗裝置

本裝置的核心在于雷管之導爆管（或電雷管腳線）和爆速探針出口處的密封。

在該實驗中，選用A、B兩組炸藥。A、B兩組炸藥有相同的水相配方，但兩組炸藥的油相材料不同，采用化學敏化時敏化劑配方也不同。A組炸藥第一種是采用a配方化學敏化的乳化炸藥（記為Aa化學敏化），第二種是珍珠巖敏華的乳化炸藥（記為A珍珠巖），第三種是玻璃微球敏華的乳化炸藥（記為A玻璃微球）；B組炸藥第一種是采用b配方化學敏化的乳化炸藥 （記為Bb化學敏化），第二種是珍珠巖敏華的乳化炸藥（記為B珍珠巖）），第三種是玻璃微球敏華的乳化炸藥（記為B玻璃微球）。這兩組炸藥的生產工藝是相同的，具有可比性，我們選用的式樣沒有經過任何的防水處理，且均為32mm的小藥卷。

2.3實驗方案

（1）分別測試未經浸水的兩組共六種炸藥的爆速，每個樣品測2次取平均值；

（2）將炸藥在壓力表表壓為0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa水壓下浸水 8h，取出炸藥，觀察炸藥變化情況，分別測定爆速，每個樣品測2次取平均值；

（3）將炸藥在壓力表表壓為0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa水壓下浸水8h后，分別測定兩組共六種炸藥在上述水壓作用下的爆速，每個樣品測2次取平均值。

2.4實驗結果

經過8h浸泡后的乳化炸藥，其包裹炸藥的蘸有石蠟牛皮紙有變軟現象，藥卷外觀基本保持原來形狀，但在藥卷兩端口的乳化炸藥出現較為嚴重的破乳現象，破乳炸藥厚度約為（2～4）mm左右。

在浸水時間相同的條件下，兩組炸藥在靜水壓力作用下的爆炸性能具有相同特點。對其施加的壓力越大，其爆破性能下降越快，對其施加的壓力越小，其爆破性能下降越慢。依據實驗中的推理，本文中主要運用對炸藥腔體進行施壓的方式來模擬乳化炸藥在深水環境中的爆破效果，因此，在此實驗研究中，對腔體施加的壓力越大，可代表在實際現場爆破過程中，水的深度越深，這就可以說明，在實際現場爆破的過程中，乳化炸藥的性能會隨著水的深度的增加而降低。兩組六種炸藥的測定結果見表1。

表1　六種炸藥的爆速測定結果

3　結論與分析

（1）由于化學敏化的乳化炸藥中微氣泡受壓逃逸、珍珠巖/玻璃微球受壓破裂導致乳化炸藥密度增大，乳化炸藥在深水壓力作用下，由于受到壓力的作用，其爆速、起爆感度明顯下降；

（2）玻璃微球敏化的乳化炸藥有較好的抗水壓性能；

（3）因乳化炸藥所采用的油相材料不同、化學敏化配方不同，化學敏化的乳化炸藥有不同的抗水壓性能；

（4）浸水受到較大壓力后取出能正常起爆的化學敏化的乳化炸藥在浸水帶壓時有可能拒爆；浸水受壓后取出乳化炸藥進行測試存在誤判的可能；原因是解除壓力后炸藥中原有氣泡變大、炸藥密度變小，提高了炸藥的起爆感度；

（5）珍珠巖的抗壓性能差于玻璃微球，珍珠巖敏化的乳化炸藥抗水壓性能劣于玻璃微球敏化的乳化炸藥。

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盧良民（1967-），男，工程師，本科，主要從事工業炸藥生產技術研究工作。

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2016-5-20