炮孔中水深對現場混裝炸藥爆速影響的試驗研究

李澤華，李順波，樊保龍，白和強，王洪強

(北方爆破科技有限公司， 北京 100089)

0 引言

乳化炸藥現場混裝技術是集原料運輸、炸藥現場混制、機械化裝藥為一體的先進爆破技術，該技術具有生產效率高、鉆孔量少、勞動強度低等優勢，且裝藥、制藥過程安全，省略了傳統袋裝炸藥的運輸、保管、儲存等中間環節，是目前大力提倡的一種爆破技術[1-2]。

在裝藥過程中，由于未將輸藥軟管插到炮孔底部，或輸藥軟管提升速度過快，極易造成炮孔內藥柱的不連續，尤其當炮孔底部有水時，若積水未被完全排出，炮孔底部裝藥量不足，極易產生大塊及根底。葉海旺等[3]指出：水孔裝藥時必須將輸藥軟管放到炮孔底部開始裝藥，提升軟管速度與裝藥速度同步，對操作人員和乳化炸藥性能有非常嚴格的要求。張建洲等對乳化炸藥如水性能進行了研究[4-5]。國內其他學者也開展了相關對研究工作[6-8]，炮孔內存水對爆破效果混裝炸藥的性能具有一定的影響性能，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，炸藥的抗水性能隨之下降，最終影響爆破效果。為了研究炮孔中水深對現場混裝炸藥爆速的影響，本文對此進行試驗研究。

1 試驗方案

現場試驗采用高度為2 m，內徑為92 mm的透明管和外徑100 mm鋼管，將透明管裝入鋼管內部模擬炮孔，外部鋼管起到約束作用。在鋼管壁每隔10 cm開一個長40 cm、寬15 cm的觀測窗。采用現場乳化炸藥混裝車進行裝藥，采用 30 mm的輸藥軟管，裝藥速度控制在60 kg/min以內。為模擬輸藥軟管未插到炮孔底部的情景，裝藥時輸藥軟管出口距孔底約1.6 m，每根透明管中均注入約6 kg乳化炸藥。

乳化炸藥與水混合試驗如圖1所示，試驗依炮孔中水深L的不同分為4組，每組試驗3次，L分別為20 cm，50 cm，70 cm及100 cm。

圖1 水孔混合

2 試驗結果

2.1 水與乳化炸藥混合情況

水與乳化炸藥混合情況如圖2所示。由圖2（a）可知，當管中水深為20 cm時，對裝藥的影響不大，乳化炸藥入水后沖至管底部，然后沿著管壁往上沖卷。待裝藥結束，可觀察到管中底部留有少量小水泡，藥柱連續，裝藥面上無水。

圖2 水與乳化炸藥混合情況

當管中水位為50 cm時，如圖2（b）所示，從裝藥過程中可以看出，乳化炸藥入水后不再連續，而是被水切成大小不一的散塊，且由于水的緩沖作用，炸藥入水后其下落速度迅速降低，到達管底時下落速度已很小。待裝藥完成，管中10 cm高度以下有水無炸藥，而10 cm～40 cm段水的比例逐漸減小，40 cm～94 cm段水與藥的混合較為均勻，水比例約為1/3，裝藥面高度為94 cm，藥面上有2 cm高度的水。

當管中水位為70 cm時，觀察裝藥過程可以發現，乳化炸藥被水分割成大小不一的散塊，入水后炸藥下落速度迅速降低，無法到達管底。待裝藥完成，19 cm處以下無炸藥，19 cm～40 cm段水的比例由大變小，而40 cm～63 cm段水比例卻有增大的趨勢，63 cm～80 cm處有一純水柱，而81 cm以上水比例又逐漸減小，藥面高度為110 cm，藥面上有2 cm高度的水，如圖2（c）所示。

當管中水位為100 cm時，觀察裝藥過程可看到，乳化炸藥被水切割成大小不一的散塊，入水后炸藥下落速度迅速降低，無法到達管底。待裝藥完成，48 cm以下被水充滿，無炸藥，而48 cm～60 cm段水的體積約占該段總體積的2/3，60 cm～64 cm段為純水段，64 cm～146 cm段水體積比例逐漸減小，藥面高度為146 cm，藥面上有3 cm高的水，如圖2（d）所示。

2.2 爆速測量

混裝裝藥裝入管中與水混合后的炸藥爆速采用CA-5型5段爆速儀進行測量，圖3為試驗結構示意圖，當炸藥被引爆后，爆轟波傳播至前一個探針時，爆轟波陣面中高度電離產物會導通探針，探針產生觸發信號，測時器開始計時；當爆轟波傳播至下一個探針時觸發信號，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，故相鄰兩個探針之間的平均爆速Vi可按式（1）計算：

式中，Vi為第i段的平均爆速；Si為第i段的兩個探針之間的距離；ti為第i段時間。

圖3 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。裝藥直徑為90 mm，起爆彈采用直徑為70 mm，重0.6 kg的2號巖石乳化炸藥，因各透明管中裝藥高度差異，爆速段數也存在一定的差異。

爆破測試結果見表1。從表1可知，管內無水情況下的混裝乳化炸藥爆速平均值為5096 m/s；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1.0 m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。

在水孔裝藥過程中，呈現出3種混合模式，圖4中給出簡化的混合模型，從圖4中可以看出，水的存在可以改變原裝藥的直徑、隔斷藥柱形成不連續裝藥、藥柱中夾雜大量的氣泡。圖中，d′為藥柱有效直徑，L′為水柱長度。

如圖4（a）所示，水的存在，使得裝藥過程中，輸藥軟管未完全插入底部，底部形成一段水間隔，在裝藥壓力的作用下，水沿孔壁與軟管之間的空隙上升，隨著裝藥高度的增加，水擠壓上升速度慢于軟管提升速度，最終在藥柱周圍形成一圈水柱，改變裝藥的直徑，在裝藥直徑小于炸藥臨界爆炸直徑的時候，會出現拒爆現象。

表1 爆速測試結果

圖4 炸藥與水混合模型

如圖4（b）所示，在輸藥軟管插入深度不夠的情況下，會產生藥柱被隔斷的情況，隔斷藥柱的水層厚度L′＜工業炸藥的殉爆距離L時，爆轟波擠壓水柱，達到炸藥的沖擊波感度，炸藥正常引爆；反之，會出現拒爆現象。

在圖4（c）中藥柱中混雜大量水泡，進一步降低了炸藥的敏化性能，同時也進一步增加了炸藥的臨界爆炸直徑，會導致出現拒爆現象產生。此外，裝藥密度過小，爆轟波不易穿透擋在前面的水泡，也會降低爆轟波的穩定性。

3 結論

現場混裝炸藥車裝藥過程中，輸藥軟管未插到炮孔底部，造成炸藥入水后改變原裝藥的直徑，在藥柱中形成一段水柱，使得裝藥不連續，且藥柱中會夾雜大量水泡，從而改變原有裝藥結構和炸藥化學性能，導致拒爆現象發生。在小孔徑混裝炸藥車裝藥過程中，水的存在具有不利的影響，炮孔殘存水的深度越大，對藥柱性能影響越大，當水深為50 cm時，出現拒爆現象。現場裝藥過程中，小孔徑現場混裝炸藥裝藥過程中應進行孔內排水作業，保證炸藥的性能穩定。