浅析工业炸药的能量利用.pdf

2 0 9 1 年 3胃 第 3 0卷第 2期 有色矿山 No n f e r r o u s M i n 母 M a r ． ． 2 0 01 v0 l 3 0 No 2 浅 析工 业炸 药 的能量 利用 王 永 青 ， 汪 旭 光 i 北 京科 技 大学 资 源 工 程学 院 ． 北京 1 0 0 0 8 3 ； 2 ． 北京 矿 冶研 究 总院 ， 北京 1 0 0 0 4 4 [ 关键词】炸药 ； 能量 ； 利用 [ 擒蔓]为了提高炸药的爆破效率， 实觋最优爆 破． 需要 加强工业炸药 理论方面的研究。工 业炸蓟 的能量利用． 影响炸药的最终爆破效 果． 而且影 响矿山的经 济效益。文 中分析 了炸药 能量 的影 响 因素 以及 调 整炸 药 能 量 的途 径和 方 法 ． 进 而 可 增强 炸 药 的 适应 性 并改 善 最 终爆 破 效果 。 [ 中囝 分 类号 ]TD 2 3 5 ． 1[ 文 献标 识码 】A【 文章 蛐 号 ]1 0 0 2 ． 8 9 5 1 2 0 0 1 0 2 0 0 2 3 0 3 An a I y s i s o f e n e r g y a p p l i c a t i o n o f c o mme r c i a l e x p I o s i v e s WA NG Y o n g - q i n g ， WA NG X u - g u a n 1 ． R e s o u r c e s En g i n e e r i n g ．S c h o o l ， B e r i n g Un i v e r s i t y o f S 画mc P a n d T e c h n o l o g y。 1 g e l l i n g 1 0 0 0 8 3 ，C h i n a； 2 ． B e i j i n g G e n e r a l Re s e a r c h I n s t i t u t e o f M i n i n g a n d Me t a l l u r g y ，8 e i j i n g t 0 0 0 4 4， C矗 托 0 Ke y wo r d s e x p l o s i v e s ；e n e r g y；a p p l i ca t i o n Ab s t r a c t I n o r d e r t o i mp r o v e b l a s t i n g r e s u l t s o f e x p l o s i v e s a n d r e a l i z e o p t i mu m b l as t i ng ，we n e e d s t r e n g t h e n i n g t h e t h e o r i es r e s e a r c h o f i n d u s t r i a l e x p l o s i v e s ．Th e e n e r g y a p c a t i o n o f e x pl o s i v e s a f f e c t s t he f i n a l b l a s t i n g r e s u l t s a n d e f f i c i e n c y o f n i n g． Th e wa y s O f mo d u l a t i n g e ne r g y of e x p l o s i v e s a nd t h e f a c t o r s aff e c t i n g t h e e n e r g y o f e x p l o s i v e s a r e a n a l y z e d ，t h e n the a d j ust a b i l i t y o f e x p l o i．v es e a n“b e s t r e n g t h e n e d a n d h hs t l ng r esu l t s c a n b e i mp r o v e d ． 1引 曹 作为二次 能源的工业 炸药在 国 民经 济建 设中发挥了重要作用， 应用范围越来越广泛， 工程的复 杂程 度 和具 体 要求 亦 各 不相 同。 这 样就要 求研究和 使用者对 炸药 的性 能 了解 得 更 加细微 充分 ， 对炸 药性 能对爆 破效 果 的影 响规 律 掌握得 更 加深 入 ， 运 用 灵 活 自如 。 随 着 国 民经 济的迅速发 展和工 业炸药 在品种开 发及其应用上的巨大进步， 给工业炸药的理 论研 究工作 提 出 了更 为 迫切 的 要求 ． 但 由 于 爆 破 器材具 有许 多 不安 全 因 素， 潜 在着 较 大 [ 收 稿 日期 ]2 0 0 0 0 7 一 l 1 f 修订日期 ]2 0 0 1 0 1 - o 5 [ 作 者简升]王永青 1 9 7 1一 ． 男， 江西禧兴人 北京科技大学资源工程学院 9 8级博士研 究生。 的危 险性 和 破坏 性 。 又给 自身 的 发展 带 来 了 棚 当大的困难。炸药组分和起爆系统是破碎 系统中的主要 可控参 数， 了解爆轰参数并能 加以控制和调 节也是至关重要 的_ 1 ] 。诚然， 国 内外众 多学者 对炸药性 能 如爆 轰速 度 、 猛 度等 与爆破效果的关 系进行 了许多试验， 也 取得 了一 系列 有 益的 结 论， 但是 对炸 药 单 位 体 积能量 可看作是 炸药密度 与爆热 的乘积 对爆破效果的影响则研究得甚少。特别是随 着乳化炸药的迅猛发展 ， 炸药本身的密度调 节范围变得更加广泛， 这就需要炸药研究和 使用者加强对与炸药密度调节有关的调整剂 及 调整 方 法乃 至调 整后 炸 药能量 密度对爆 破 效果的 影响大 小 的试 验 研 究 。 从 而 扩 大 工业 炸药的使用范围。 提高工业炸药的使用效率。 例如 乳化 炸药 的广泛应用 ， 有 关乳 化炸 药理 维普资讯 有色矿山 2 0 0 1年 论的研 究等前 人 已作 了大 量 的工 作 ， 也得 出 了许 多的经验 和重 要 的结 论 ， 大 大 的推进 了 乳 化炸药 的 研 究发展 。 但是 ， 伴 随 着乳 化 炸 药在各矿 山企业 以及 工 程 中的应 用 的深 入， 又出现 了一系 列 的新 问题 ， 乳 化 炸药 虽 然 兼 顾各 铵油 炸药 和含 梯 粉状 炸药 的 优 点， 但 目 前缺 乏规范 化 的 系列 产 品， 而 且 目前 有 关乳 化 炸药 的爆 破结论 已显不 足 。现有 研 究较 多 的是 炸药 密度 及 其 与爆 破 效 果 的关 系 ， 但 是 实际 上单 位体 积炸 药的能 量是 更 为重要更 为 合理 的。有 的炸 药 虽然 具 有较 大 的 密度 ． 但 其能 量很低， 这样 。 仅 以炸药 的密度 而不是 能 量密度为依据就可能进行错误的选择。就 目 前矿 山爆 破炸 药应 用 情 况 来看 ． 其 品种 较为 单 一 ， 适 用性较 窄 ， 缺乏 现场 调节 炸药能 量的 途径和方法。而对于炸药能量的调节方法及 其 对爆破效 果影 响的研究 目前 尚少有可借 鉴 的专题文献， 另外非常规药添加物对炸药性 能 的影 响的研 究也不够 深入等 等 在一 定程度 上都制 约 了工 业炸药 在生产 中的应用效果 。 2 能量利 用研究的主要理 论依据 2 ． 1 炸药能量利用研究的重要性和必要性 由于工 程爆 破条 件 的多 样性 和 复杂性 ． 爆破工作者只有对每一种炸药性能和爆破综 合要求都了解 ， 才能对已知的爆破作业确定 出最适 用 的炸 药 或几 种炸 药 的组 合 ， 才 能 实 现最优爆 破 _ 2 J 。实 践表 明， 只有 在 对炸 药 性 能的充分了解 的基础上， 才能有 比较地选择 和使用 。而其 中最重要 的炸药性 能之一是 炸 药单位体积的能量． 因为炸药的高密度并不 意味着重量威力或体积威 力都较大， 事实上 对现 代炸药 而言 ， 往往会 出现相 反的情 况 ， 即 较高 的 比重 可 能导 致体 积能 量减 小的 结 果。 所以仅 仅根据 炸药的 密度或 比重选择炸 药是 比较 片面的 ， 往往 会得到错 误 的结 果 。因此 ， 进 行炸药 能量 的{ 蝌量和 控制能 量利用 的高效 率对 保证 炸 药 的最 终 爆 破 效 果 是 非 常 重 要 的。 为了建立一个选 择炸药的经济依据． 就 必 须对工业 爆破 的经 济效果 进行 考虑 。爆破 工作者 的 目标 应 当 是使 每 吨 产 品 的 总 费 用 包括爆破、 装载 、 运输及破碎等费用 最少， 即必须设 法 实 现 最 优 爆 破 L 3 】 。优 化 的 爆 破 能产 生很 好 的爆 破效 果 ， 而较 好的爆 破 块 度 会增加电铲 的装载效率， 降低 电铲和运输卡 车的维护 和修 理费用并增 加破 碎机 的生产能 力。总之 ， 只有 针 对 不 同 的矿 岩特 性 选 择 不 同能量 的炸 药 才 能得 以获 得 良好 的 破 碎 块 度 。 2 ． 2 国内外关于炸药能量的研究 如何提高炸药的能量利用率， 改善炸药 的爆破效果， 已引起 了国内外学者的重 视。 炸药爆 炸要 释放 出能量 ， 其爆 炸产 生的热 能， 要进行热功转换 ， 在爆炸功作用下岩体总是 要 遭到破坏 的。研 究和 实践证 明． 炸 药 爆 炸 能量 既转变 为 冲击 渡 的 能量 ， 也转 变 为 爆 炸 气体活塞的能量， 爆炸功破岩来源于炸药释 放 的 能量 。炸 药 爆 炸时 高速 放 出热 量 ， 并放 出大量气体产物， 这种高温高压的气体产物 膨 胀并对 周 围介 质 作功 。显 然 ， 炸 药 作功 能 力大小取 决于炸 药爆炸 时放 出的能量 以及 所 生成的气体产物的量 ； 炸药爆炸对周 围物体 或 目标的破 坏 程度 取决 于爆 炸变 化的 高速性 以及爆 炸产 物的压 力。 炸药 药包能量 是决定爆 破对象 破坏 程度 的主要 影响 因 素， 这 一基 本 原 则是 爆 破 能量 理论 的基础 ， 并且为 爆破 工作的 经验所证 明， 对于 同一 品种炸 药 ． 进 一 步研 究结果 表 明， 岩 石的破碎 块度 不 仅取 决 于爆 破能 量 的 单耗 ， 而且也与炸药在其所破碎的岩体中的分布特 点有关。炸药的能量 因素即破碎单位数量的 岩体 所需 的炸药 能量 是影 响爆 破效 果 的一 个 非常重 要 的因 素， 同时还 应考 虑 能 量在 所 爆 岩体中的分布情况。爆炸反应所放出的总能 量 是与 炸药 的威 力 密切 相 关， 有 人 为 了对 比 和评定炸药威力的数据， 采用 了“ 特性乘 积” 计 算法 即 以炸 药 的爆 热 Qv与 其 比容 的 乘 维普资讯 第 2期 王 柬 青等 浅析 工业 炸 药 的能 量利 用 积 vv来表 示 的 Ov Vv 对 各类 工业 炸药 进行 了计算 。 随着 测 试条 件 的 变化 ， 爆 热值 的测 定也是 变 化 的， 故 而人 们采 用炸 药 最大 爆热 和其相 应 的比容 的乘积 来表示 。多年的 实践证 明， 用该 方 法来 评 价 炸 药 的威 力具 有 一 定 的可行性 J 。 为 了研 究炸药 能 量输 出指 标 ， 张厚 生 等 提 出了新的设 想 5 】 ， 建 立 了 能量 输 出指 标 与 爆 轰参 数及爆 炸功 爆 轰或爆 炸所做 的功 的 函数关 系， 其 中包 含一个共 同 因子 ， 即单位 体 积炸药 的爆 热 和 单 位 体 积 炸 药 的爆 容 的乘 积， 它既反映 了爆 轰 压 、 爆 速 、 爆 热 、 爆 容 、 装 药密度等 主要 影 响 因素 的关 系 ， 又 反 映 了爆 轰 压与爆速 平方之 间的关系 。这 个 乘积 作为 炸 药 的 能 量 示 性 值 O p V p Q v ， 它与单位体积炸药的能量有关， 可 当作单 位炸 药能量 的一种 度量 。 2 ． 3 控制炸 药能量 的方 法 对 于含水炸 药 如乳 化 炸 药， 密 度 调 整剂 能够较好 的调 节 炸药 的 密度 和 能 量 ， 即 通过 添加不 同 数 量 的 密度 调 整剂 和 变 换 添 加工 艺 ， 可 以在 已确 定的 敏化 手 段和 凝 胶 系 统或 化 系统 的条件 下 ， 根据 生 产需 要 将 炸 药的 密度控 制在 所需要 的范围 内。有效的 密度控 制方法 应 同 时 满 足 准 确 简 单 、 经 济 的要 求 。 目前 我国 化 炸药常用 的 密度调节 剂为 化学 发 泡剂 、 膨 胀珍 珠岩 与空 心玻 璃 微 珠 。虽然 用玻 璃 微 珠 的 成本 比其 它 类 型 的 敏 化 剂 要 高 ， 但得 到 的产 品性 能 的增 加 较之 成本 增 加 要 高得 多， 性 能上 的 提 高可 能 使得 炸 药单 耗 减少 ， 因此 ， 即 使是 每吨 炸 药 成本 较 高 。 每 次 爆炸 的 总费用也将 可能减少 6 】 。 对 于粉状 炸药 ， 为提高 炸药 的能量密度 。 常常利 用往炸 药中添加 可燃物如 油和木粉 以 及固体 添 加 物 铝 粉 等[ 7 - 8 】 。铝 粉 是 一种 高 含能 材料 ， 单 位体 积 的 含 能超过 一般 的 固体 炸药 ， 炸药 中添加 铝粉 后能使反应 时间 加长 ， 提高 总的 能量输 出、 体积威 力 、 炸药反应 的爆 温和 爆压 。这 种增 大的能 量使得有 可能利用 相同体积 的炸 药 来 完成 更 多 的功 ， 爆炸 气体 温度 的提 高能 弥补爆 炸 气 体量 减 少 ， 从 而 可 用较 大炮 孔 间距 并获得较 好的破 碎效果 。利 用添 加猛 炸药 或敏 感 成分 的药 剂 敏 化 法， 可 以根据 爆破需 要调节 和控 制炸 药爆破 的 能量 密度， 提高 炸 药 的适 应性 。使 用 能 量 密 度 较 高的炸 药 ， 可 减少 单位 体 积 或单 位 重 量 被爆 材料 的钻孔 费用 ， 但 同时也 会增加 炸药 费用 。 对 固定 的钻孔 和 炸 药 费用 ， 总 有 一 特 定 的单 位 能量 的炸 药 ， 它 能使 每 单位 被 爆 材 料 的钻 孔 和炸药 费用 之 和保 持最 低 。 从 而使 钻孔 和 爆 破 成 本 达 到 最 优 化 ， 从 而 实 现 最 优 爆 破 C 9 1 3 结论 炸药 能量 指标 考虑 了炸 药 密 度 、 爆 热 以 及爆 生气体 量等炸 药 主要性能参 数 。作为炸 药重 要性 质 的 炸 药 能 量 的 研 究是 非 常 重 要 的。通过 炸药能量 与该种炸 药性 能参数 的研 究 ， 通过调 整后 的不 同炸药 的 不 同配 比的 水 泥砂 浆的爆 破试 验 ， 可 以确 立影 响炸 药 能 量 的 因素的影 响程 度 ， 从 而使 得爆 破 工 作 者 可 以根据 现 场 的 需 要 选 择 不 同 能量 密 度 的炸 药 ， 以保证 较好 的爆 破效果 ， 提 高矿 山经 济效 益 ， 同时也 有助 于炸 药品种 系列化 的研 究， 推 动 我 国工业 炸药 的发 展 。 [ 参考文 献 ] [ 1 ] P． D． 卡扎 巴尼斯 ． 用 于露 天和 地下 爆 破 的炸 药技术进展 [ J ] ． 国外 金属矿山， 1 9 9 6 ， 6 3 4 [ 2 ] 汪 旭 光 ． 乳 化 炸 药 [ M 】 北 京 冶 金 工 业 出 版 社 ， 1 9 9 4 ． 3 1 73 1 9 ． [ 3 ] F r e dC． D r u r y等 ． 影响现代化学炸药选择和使 用 的 因素 [ J 】 ． 国外 金 属 矿 山， 1 9 8 0 ， 1 1 3 0 31 [ 4 ] 云主 惠 ． 炸 药 威 力 的 评 定 [ J ] ． 有 色 金 属 矿 山 部分 ， 1 9 7 8 ． 3 ． [ 5 ] 张 厚 生 ． 应 用炸 药 的示性 值 作 为 能量 输 出指 标 的研 究 [ J ]兵 工 学 报 ， 1 9 8 4 ， 2 3 64 1 下 转 第 3 7页 维普资讯 第 2期 麦 瑞 尔 一克 劳维 工 艺研 究 工 厂操 作 数据 的 回归分 析 际许 可范 围 内通过对 贵液流 速或锌 添加量进 行 修整 予以实现 。 衰 3 锌效率提高 1 5 ％可取得的年经济效益 表 3还表 明降低贵 液 中氰 化物浓度 并不 是提高锌 效率 实 际手 段 ， 且 在这 种情 况 下 只 有工 厂 1可达到 目的 。表 3中修正值是 利用 方程 1 2 3 进行计 算的 ， 计算 时每次 只改 变一个操 作参数 而固定 其它参数 。 6 简要及结论 本文研 究了麦瑞 尔 一克 劳维工 艺中几个 主要参数 对 锌效 率 的 影响 。研 究 结 果表 明． 贵液 品位 进 液 中银 品位 是影 响麦瑞 尔 一克 劳维沉淀法 锌效 率 的最 主要 参 数 ， 贵 液 品 位 及 流速的增 大都 能提 高 锌效 率 而 Na C N 浓 度 的增大 会导 致 锌 过 量溶 解 ， 从 而有 害 于 锌 效率 的提 高 。减步锌 粉添 加量 当然会提 高锌 效 率． 但这是 否可 能 实 现取决 于工 厂 实 际 条 件。这些结果证实了其它文献 中的理论及试 验 室试验研 究观 察结果 。 建立 的数学模 型使对 工厂 实际操 作参 数 略 施调整所 可能得 到的经 济效益 提供 了定量 判断 依据 ， 因 而模 型对 于是 否 应 对 工 厂操 作 进行 短期 或 长期 调 整进 行 决 策， 是一 个 非 常 有用 的函数 。 王夕亭译 张新宽校 上接 第 2 5页 [ 6 ] 金 耀 清 ， 王 春 生 等 ． MDH 型 乳 化 炸 药 的 研 制 [ J ] ． 金属矿山， 1 9 9 5 ， 8 68 ． [ 7 ] 聂辉成等 ． 用铝粉提高散装炸药的威力 [ J ]世 界 采 矿快 报 ， 1 9 9 2 。 1 0 3 0． [ 8 ] w ． A． 克 罗斯 比 ． 何 时 在 散 装 炸 药 中添 加 铝 橱 使 爆破 有 效 [ J ]国外 金 属 矿 山 ， 1 9 9 2 ． 1 2 ； 4 3 47． [ 9 ] W ． A． 克罗 斯 比 ． 散 装 炸 药 中 添 加 铝 粉 可 降 低 钻 孔 和 爆 破 费 用 [ J ] 国 外 金 属 矿 山，1 9 8 9 。 1 0 6 4 ． [ 1 0 ] F o r d M a n d M ． D．B ONNE AU． 1 9 9 1 De v e l o p me n t i n Ca s t Bl a s t i n g u i n g Hi gh Bu l k S t r e n g t h a t Ri e t s p r ul t op 衄e a s t S e r v i c e s 1 7 An nu a l Co n f e r e n ∞o n Ex p l o s i v e s a n d Bl a s t ing Te c h n i q u e , L o s Ve g a s -Ne v a d a ， F e b n a m y ． 维普资讯