对影响现场混装乳化炸药孔内爆速因素的探究.pdf

第3 3 卷第4 期爆破 V o l 3 3 N o 4 2 0 1 6 年1 2 月B L A S T I N G D e c ．2 0 1 6 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 6 ．0 4 ．0 2 2 对影响现场混装乳化炸药孔内爆速因素的探究 朱宽，曹进军，郝亚飞，李晓虎，秦锦鸿，周桂松，杜华善 中国葛洲坝集团易普力股份有限公司，重庆4 0 1 1 2 1 摘要采用M i c r o T r a p 孔内爆速测试仪测试了现场混装乳化炸药在炮孔内、外的爆速情况，并通过工程测 试研究了影响现场混装乳化炸药孔内爆速的各种因素。结果表明由于约束条件的不同，同种条件下孔内爆 速为5 4 3 0 ．6m ／s ，明显高于孔外爆速4 5 1 5 ．8m ／s ；随着孔径的增加，炸药孔内爆速呈明显增大的趋势；岩性对 炸药孔内爆速影响较大，铁矿石孔内爆速达6 0 3 5 ．8m ／s ，明显高于在石灰石矿中孔内爆速5 3 2 1 ．0m ／s ；炸药 密度对孔内爆速与孔外爆速的影响基本一致；炸药在孔底爆速相对较低，在炮孔中部形成相对稳定的爆速， 在靠近孔口位置爆速逐渐降低；由于采用的乳化剂不同，地面站制乳爆速明显高于车上制乳孔内爆速。 关键词M i c r o T r a p 孔内爆速测试仪；工程测试；影响因素；混装乳化炸药 中图分类号0 3 8 4 文献标识码 A 文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 6 0 4 一0 1 1 8 0 5 R e s e a r c ho nI I l f l u e n c eF a c t o ro fI n ．h o l eD e t o n a t i o n V e l o c i t yo fM i x e dL o a d i n gE m u l s i o nE x p l o s i v e Z H U K u a n ，C A OJ i n - j u n ，H A OY a - f e i ，L IX i a o h u ，Q mJ i n h o n g ，Z H O UG u i s o n g ，D UH u a s h a n G e z h o u b aE x p l o s i v eC oL t d ，C h o n g q i n g4 0 11 2 1 ，C h i n a A b s t r a c t T h ed e t o n a t i o nv e l o c i t yt e s t e r ，M i c r o T r a p t o ，w a st a k e nt ot e s tt h ev e l o c i t yb o t h h o l ei n s i d ea n dh o l e o u t s i d eo ft h em i x e dl o a d i n ge m u l s i o ne x p l o s i v e ，a n dr e s e a r c h e dt h ev a r i o u sf a c t o r sa f f e c t i n gi n h o l ev e l o c i t yb ye n g i n e e r i n gt e s t s ．T h er e s u l t ss h o wt h a t ，u n d e rt h eS a B l ec o n d i t i o nt h ei n h o l ev e l o c i t yi s5 4 3 0m ／s ，a n do u t h o l ev e l o c i t y i s4 5 1 5 ．8m ／s ；i fw i t hal a r g e ra p e r t u r e ．t h ei n h o l ev e l o c i t yc o u l dh a v eat r e n do fi n c r e a s i n g ；t h el i t h o l o g yh a sb i g i n f l H e n c et ot h ei n h o l ev e l o c i t y ．w h i c hc o u l db e6 0 3 5 ．8 m ／si nt h ei r o no r e ，m u c hh i g h e rt h a nt h e5 3 2 1 ．0m ／si nt h e l i m e s t o n e ；t h ei n f l u e n c eb yt h ee x p l o s i v ed e n s i t yt oi n h o l eh o l ea n do u t - h o l ei sb a s i c a l l yi d e n t i c a l ；t h ee x p l o s i v eh a s ac o m p a r a t i v e l yl o w e rv e l o c i t yi nt h eb o t t o mo fh o l e ，a n ds t a b l ev e l o c i t yi nt h em i d d l eo fh o l ea n dt h ev e l o c i t yg r a d u a l l yr e d u c e dn e a rt h eo r i f i c el o c a t i o n ．T h ed i f f e r e n te m u l s i f i e rh a sad i f f e r e n ti n f l u e n c et ot h ev e l o c i t yh o l ei n s i d e ，t h e v e l o c i t yf r o mp l a n te m u l s i o ni sh i g h e rt h a nt h a tf r o mv e h i c l ee m u l s i o n ． K e yw o r d s M i c r o T r a ph o l ed e t o n a t i o nv e l o c i t yt e s t e r ；e n g i n e e r i n gt e s t ；i n f l u e n c ef a c t o r ；m i x e de m u l s i o n 爆速是指爆轰波在炸药中稳定传播的速度。爆 速是衡量炸药爆炸性能的重要指标，爆速的测定对 研究不稳定爆轰、炸药配制等有重要意义。目前，测 定炸药爆速的方法主要有 1 电测法； 2 道特里 收稿日期2 0 1 6 0 8 0 3 作者简介朱宽 1 9 8 8 一 ，男，硕士，2 0 1 4 年毕业于武汉科技大学， 现任中国葛洲坝集团易普力股份有限公司工程师，主要从 事矿山爆破理论与应用研究工作， E m a i l 4 1 7 4 9 8 8 8 3 q q c o r n 。 士法； 3 高速摄像法。现在最常用的爆速测试方 法是电测法，但它仅能测得两点之间的平均爆速，并 不能反映炸药的爆轰成长过程。张贤荣、郑功万等 人采用B S W - 3 型智能五段爆速仪测得了孔内不同 高度的爆速规律，其测试方法仍然是沿用了电测法 的基本原理，采样点有限，并不能真实反映孑L 内整个 装药段的的爆速规律Ho ；煤炭科学研究总院沈阳研 究院弓启祥、陈毓等分别对孔外和孔内爆速进行了 测试，得出孔内爆速要明显高于孔内，认为岩石的侧 万方数据 第3 3 卷第4 期朱宽，曹进军，郝亚飞，等对影响现场混装乳化炸药孔内爆速因素的探究 1 1 9 向阻碍是导致孔内爆速偏高的主要原因心1 ；中国科 技大学赵根、王文辉对H a n d iT r a p “V O D 记录仪基 本原理进行了介绍并借助该仪器分别对水下和孔内 的炸药进行了连续爆速测试，认为该仪器在孑L 内及 水下炸药连续爆速测试方面，具有简便、快捷、直观、 可靠等优势∞o ；葛洲坝易普力公司李晓虎、周桂松 等采用M i c r oT r a p 爆速／数据记录仪测得了混装铵 油炸药和混装乳化炸药在孔内的爆速变化情况并分 析了造成孔内爆速变化的影响因素HJ ，分析认为孔 内装药压实密度以及炮孔内部的约束力较大是造成 炸药在孔内的爆速比地表刚试的爆速大的主要原 因。综合来说目前国内对工业炸药孔内爆速研究方 面还十分有限，对影响孑L 内炸药爆速的主要原因还 并未形成系统化的观点，同时行业内关于炸药孔内 爆速的统一测试方法还并未形成“ 一J 。以下将结合 笔者在现场对现场混装乳化炸药孔内爆速测试的数 次实践，探讨影响现场混装乳化炸药孔内爆速的相 关因素及具体规律。 1 孔内爆速测试系统 M i c r o T r a p 孔内爆速测试系统如图1 所示，连续 速度探头线的长度为￡、探头线的单位长度电阻值 为凰 1 0 ．8o h m s ／m ，则探头线的电阻值为R 。 风￡，直流恒流源供给测试线路的电流为，，测试 线路 包括测试采集装置 的电阻为R ，接头电阻为 恐，其中凰、，、R 、R ，均为常量，则测试线路的总电 阻为R 总 R ， R 恐。测试回路中的电压值K ，R 总 ， R o ￡ R 2 尺3 ，式中， R 2 尺3 在 测试过程中为常量，则V 1 ，％￡ C C 为常 量 。随着爆轰波阵面的推进，速度探针逐渐缩短， 当长度缩短△L 时，单位时间内电压降为A V ／A t ，R A L ／A t ，可得△∥A t 1 ／I R o △∥ A t ，单位时间内电阻探针减少的长度 △∥出 ，就 是炸药爆轰波传播的速度，即爆速，D △∥缸 1 ／ ，砥 A V ／A t k d V ／d t k 为常数 。 利用M i c r o T r a p 爆速记录仪可以采集到探针的 T ／m e | ，m s a 电压随时间变化曲线 d W d t ，经过数据处理系统 的处理，将电压一时间曲线转化为探针长度随时间变 化曲线 d L ／d t ，从L z 曲线的斜率变化可以直观地 知道炸药爆速连续变化。M i c r o T r a p 孔内爆速测试 仪现场测试连接示意图如图2 所示。 图1 孔内爆速测试系统 F i g ．1 H o l ed e t o n a t i o nv e l o c i t yt e s ts y s t e m 1 测试线 起爆器 填塞段 炸药一 起爆具／雷管 炮孔． M i c r o T r a p 孑L 内 爆速测试仪 探头线 配重 图2 孔内爆速测试示意图 F i g ．2 H o l ed e t o n a t i o nv e l o c i t yt e s ts c h e m a t i cd i a g r a m 2 现场测试 2 ．1 孔内、孔外爆速对比 为研究混装乳化炸药孔内、孔外爆速情况，采用 乳胶基质敏化后分别进行孔内外爆速对比试验，炸 药出料温度为6 0 ℃，室温1 8 ℃，在1 0m i n 时，炸药 密度为I ．Ig ／c m 3 左右。孔内、孔外爆速测试均采用 咖1 5 0m m 孔径，测得孔外爆速如图3 a 所示，孔内 爆速如图3 b 所示。从测试结果来看，孔外爆速仅 为4 5 1 5 ．8m ／s ，而孔内爆速为5 4 3 0 ．6m ／s 。结果表 明，由于约束条件的不同，导致孑L 内爆速要明显高于 孔外爆速。 1 1 星9 兽7 甓 宴5 ．皇 Q3 1 T i m e ／m s b 图3 子L 内、孑L 外爆速对比曲线 F i g ．3 C o n t r a s tcurveo fd e t o n a t i o nv e l o c i t yi nh o l ea n do u th o l e 万方数据 爆破2 0 1 6 年1 2 月 2 ．2 孔径的影响 为研究孔径对孑L 内爆速的影响，分别对选择铁 矿进行了混装炸药孔内爆速测试，其中混装乳化炸 药配方基本一致，均采用车上制乳，炮孔直径分别为 1 4 0m m 、1 6 0m m 和2 5 0m m ，测试数据如图4 所示， 孔内爆速分别为5 4 3 0 ．6m ／s 图4 a 、5 4 5 3 ．6m ／s 4 - “ 啦 ● 毫 姻 蹬 霞 h ’ 力m e ／m s a F i g ．4 图4 b 和5 8 0 7 ．4m ／s 图4 C 。用多项式拟 合爆速得到Y 0 ．0 2 5 8 x 2 6 ．4 3 4 8 x 5 8 3 5 ．9 ，其中 相关性R 2 1 ，如图5 所示，从曲线中可以得到，随 着炮孔直径的增加，孔内爆速也不断增加。但由于 数据受钻机钻头直径的限制，进一步增大孔径后，孑L 内爆速的变化规律还需要其他数据来佐证。 - o ．5 0 - o ．2 5O0 ．2 5 开m e ，m sT i m e ，m s b e 图4 不同孔径下的孔内爆速测试结果 I n - h o l ed e t o n a t i o nv e l o c i t yu n d e rd i f f e r e n ta p e a u r et e s tr e s u l t s 图5 孔内爆速随孔径变化曲线 F i g ．5 I n h o l ed e t o n a t i o nv e l o c i t yc h a n g i n gw i t ha p e r t u r ec n l v e 。鬟 龟1 1 薹1 ； 0 ．2 5O ．5 00 ．7 51 ．0 01 ．2 51 ．5 01 ．7 52 ．O O n m e ／m s a 2 ．3 岩性的影响 针对不同岩石性质对混装乳化炸药的孔内爆速 的影响，分别选择同一配方的现场混装乳化炸药测 试了混装乳化炸药在石灰石、铁矿石的孔内爆速，其 中炮孑L 直径为1 5 0m m ，孔深为1 7r f l ，测试结果见下 图所示，其中图6 a 表示石灰石矿孑L 内爆速， 图6 b 表示铁矿石孔内爆速，分别为5 3 2 1 ．0m ／s 和6 0 3 5 ．8m ／s 。从结果来看，不同岩性下的孔内爆 速大小差别较大，铁矿石中测得孔内爆速明显高于 在石灰石中测得孔内爆速。 1 1 吕9 S7 瓮 曼5 ．璺 Q3 l T i m e ，m s b 图6 不同岩性下孔内爆速测试结果 F i g ．6 I n h o l ed e t o n a t i o nv e l o c i t yi nd i f f e r e n tl i t h o l o g yt e s tr e s u h s 2 ．4 炸药密度的影响 为研究现场混装炸药密度对孔内爆速的影响， 在四川白马矿分别测试了密度为1 ．1 2g ／c m 3 、 1 ．1 4g ／c m 3 、1 ．1 7g ／c m 3 的混装乳化炸药孔内爆速， 测试条件中炮孔直径为2 5 0m m ，孔深为1 8I T I ，均采 用车上制乳的方式，测试结果分别如图7 a 、图7 b 、图7 C 所示，爆速分别为5 5 4 6 ．6m ／s 、 5 8 0 7 ．4m ／s 、5 9 8 0 ．8 m ／s 。用多项式来拟合现场混装 乳化炸药孔内爆速随炸药密度变化的规律，如图8 所示，得至0Y 一1 4 52 0 0 x 2 3 41 1 9 x 一1 9 44 4 9 ．5 6 ． 其中相关性R 2 1 。从曲线可以得到随着炸药密度 的增加，现场混装乳化炸药孔内爆速逐渐增加，且在 某一密度值，爆速将达到峰值，进一步提高密度爆速 将不增反减，出现压死现象，这与炸药孑L 外爆速测试 结果一致。 2 ．5 孔深的影响 孔深对炸药孔内爆速的影响最主要体现在炸药 密度上，由于重力作用，在炮孔不同深度形成了不同 ∞∞如∞如∞如∞∞∞鼹鼹卯“％铂””舛舛 万方数据 第3 3 卷第4 期 朱宽，曹进军，郝亚飞，等对影响现场混装乳化炸药孔内爆速因素的探究 1 2 1 密度的现场混装乳化炸药。为研究孑L 深对现场混装 乳化炸药孔内爆速的影响，分别选择广西平南石灰 石矿和四川白马铁矿作为测试场地进行研究，分别 测试在不同深度下的孔内爆速值，测得的孔内爆速 曲线如下图所示，其中图9 a 为广西平南测试结 果，图9 b 为四川白马铁矿测试结果。将图中数据 转换为在不同深度位置的孔内爆速如表1 所示，从 表中可以看出两次测试结果在孑L 底位置爆速均相 对较低，主要原因一方面由于采用的是孔底起爆方 ， ， 妄 蚓 喽 - 长 J H ’ 竹m e ，m s a F i g ．7 i 萤 蒈 1 ． 式，炸药转化为稳定爆轰波向孔口传播往往还需要 一定的时间，另一方面，由于重力作用，底部炸药密 度偏大，根据现场测试经验，现场混装乳化炸药最大 爆速对应的密度值一般为1 ．1 0 ～1 ．1 5g ／c m 3 ，底部 位置可能已经超过了炸药的最佳密度；爆轰波在向 孔口传播过程中爆速逐渐增加并逐步转化为稳定的 爆轰波，在爆速曲线图中形成了一段类似直线的曲 线；随着爆轰波继续向孔口位置传播，由于炸药密度 相对中部位置不断变小，其爆速也有下降的趋势。 O ．2 5 O ．0 0 9 ．7 5 9 ．5 0 9 ．2 5 9 ．0 0 T i m e ，m sT i m e ，m s b c 图7 孔内爆速随炸药密度变化曲线 I n h o l ee x p l o s i v ed e t o n a t i o nv e l o c i t yv a r i e sw i t ht h ed e n s i t yc u r v e 炸药密度／ g ’c m “ 图8 不同炸药密度下的孔内爆速测试结果 F i g ．8 I n h o l eu n d e rd i f f e r e n td e n s i t yo fe x p l o s i v e d e t o n a t i o nv e l o c i t yt e s tr e s u l t s 2 ．6 1 J 孚L 方式的影响 混装乳化炸药制乳方式主要分车上制乳和地上 制乳，分别选择西昌太和铁矿和米易白马铁矿进行 测试，炮孔直径均采用2 5 0m r n ，其它条件尽可能保 1 1 1 0 { 9 荽8 量 7 Q6 5 T i m e ／m s a 证一致，以减少其它变量的干扰，测试结果如下所示， 其中图1 0 a 表示车上制乳结果，图1 0 b 表示地面 站制乳结果。结果表明车上制乳孔内爆速为 5 9 8 0 ．8m ／s ，而地面站制乳孑L 内爆速达到 6 2 5 4 ．5m ／s 。地面站制乳爆速要略高于车上制乳，从 炸药原材料分析，地面站制乳采用的是高分子乳化剂 H 0 3 1 或E P E 一1 ，而车上制乳主要采用的是s p a n 一8 0 作 为乳化剂，形成的基质性能更稳定，更不容易破乳。 表1 不同深度孑L 内爆速测试结果 单位m s 。1 T a b l e1T e s tr e s u l t so fd i f f e r e n td e e p h o l ed e t o n a t i o nv e l o c i t y u n i t m s 。1 1 4 目1 2 8l O 芒 要8 ．警 Q6 4 00 ．2 5O ．5 00 ．7 51 ．O O1 ．2 51 ．5 01 ．7 52 ．0 0 n m e ，m s b 图9 不同深度下的炸药孔内爆速曲线 F i g ．9 I n - h o l ed e t o n a t i o nv e l o c i t yC U l W eo fe x p l o s i v eu n d e rt h ed i f f e r e n td e p t h 万方数据 爆破2 0 1 6 年1 2 月 0 ．2 5 0 ．0 0 9 ．7 5 9 ．5 0 9 ．2 5 9 ．0 0 n m e ，m s a 8 ．0 0 7 ．7 5 { 7 ．5 0 专7 ．2 5 要7 ．0 0 戡磊 6 ．2 5 0 ．3 0 ．4 0 ．5 0 ．60 ．7 T J f m e ，m s b 图1 0 不同制乳方式下的炸药孔内爆速曲线 F i g ．1 0 I n h o l ed e t o n a t i o nv e l o c i t yC H I V eo fe x p l o s i v eo fd i f f e r e n tm e m b r a n e 3 结语 M i c r o T r a p 孔内爆速测试仪为研究炸药在孔内 的爆炸性能提供了测量工具，相比传统孔外爆速测 试方法更能反映炸药在具有约束条件下的真实爆轰 性能。本文通过多次现场测试及分析，研究了各种 影响现场混装乳化炸药孔内爆速的主要因素及规 律，得到主要结论如下 1 由于炮孔约束条件的存在，孔内爆速明显 高于孔外爆速。 2 随着炮孔直径的增加，炸药孔内爆速呈明 显增加的趋势。 3 现场混装乳化炸药在铁矿石中的爆速明显 高于石灰石矿中的爆速。 4 随着炸药密度的增加，炸药孔内爆速逐渐 增加，且在某一密度值，爆速将达到峰值，进一步提 高密度爆速将不增反减，出现压死现象。 5 炸药在孔底由于重力作用超过了炸药的最 佳密度，爆速相对较低，在炮孔中部形成相对稳定的 爆速，在靠近孔口位置爆速逐渐降低。 6 地面站制乳相比车上制乳，由于采用高分 子乳化剂，基质更稳定，在炮孔内敏化后具有更好的 爆轰性能，孔内爆速要高于孔外爆速。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] 张贤荣，郑功万，邹招保，等．深孔台阶爆破孔内炸药 爆速的测定[ J ] ．矿业研究与开发，1 9 9 8 ，1 8 s 1 2 1 3 - 2 1 5 ． [ 1 ]Z H A N GX i a n r o n g ，Z H N E GG o n g w a n ，Z O UZ h a o b a o ，e t a 1 ．D e e ph o l eb e n c hb l a s t i n gh o l ee x p l o s i v ed e t o n a t i o nv e l o c i t ym e a s u r e m e n t [ J ] ．M i n i n gR e s e a r c ha n dD e v e l o p m e n t ，1 9 9 8 ，1 8 S 1 2 1 3 - 2 1 5 ． i nC h i n e s e [ 2 ]弓启祥，陈毓，吴国群，等．工业炸药在炮孔与露天 两种情况下爆速测定比对[ J ] ．露天采矿技术， 2 0 1 1 6 5 2 - 6 0 ． [ 2 ] G O N GQ i x i a n g ，C H E NY u ，w uG u o q u n ，e ta 1 ．I n d u s t r i a l e x p l o s i v eh o l ei nt h eb a r r e lo ft h eg u nt oo p e nt w oc a s e s d e t o n a t i o nv e l o c i t ym e a s u r e m e n t [ J ] ．O p e n p i tM i n i n g T e c h n o l o g y ，2 0 1 1 6 5 2 6 0 ． i nC h i n e s e [ 3 ] 赵根，王文辉．炸药连续爆速测试新技术[ J ] ．工程 爆破，2 0 0 8 ，1 4 3 6 3 - 6 6 ． [ 3 ]Z H A OG e n ，W A N GW e n - h u i ．N e wt e c h n i q u eo fm e a s u r i n g v e l o c i t yo fe x p l o s i v ed e t o n a t i o n [ J ] ．E n g i n e e r i n gB l a s t i n g ， 2 0 0 8 ，1 4 3 6 3 - 6 6 ． i nC h i n e s e [ 4 ] 李晓虎，周桂松，郝亚飞，等．孔内爆速测试技术在水 泥矿山中的应用[ J ] ．爆破，2 0 1 4 ，3 1 2 7 5 - 7 7 ． [ 4 ] L IX i a o - h u ，Z H O UG u i s o n g ，H A OY a f e i ，e ta 1 ．A p p l i c a - t i o no fd e t o n a t i o nv e l o c i t yt e s ti nb l a s th o l ei nc e m e n t m i n e [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 1 4 ，3 1 2 7 5 _ 7 7 ． i nC h i n e s e [ 5 ]费汉强，邓福安．乳化炸药爆速影响因数研究[ J ] ．采 矿技术，2 0 1 0 ，1 0 1 7 3 - 7 5 ． [ 5 ] F E IH a n q i a n g ，D E N GF u a n ．E m u l s i o ne x p l o s i v ed e t o n a - t i o nv e l o c i t yi m p a c tf a c t o rr e s e a r c h [ J ] ．M i n i n gT e e h n o l o - g Y ，2 0 1 0 ，l O 1 7 3 - 7 5 ． i nC h i n e s e [ 6 ]中华人民共和国国家质量监督检验检疫委员会．G B ／T 1 3 2 2 8 - - 2 0 1 5 工业炸药爆速测定方法[ S ] ．北京中国 标准出版社，2 0 1 5 ． 万方数据