炮孔中水深對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥爆速影響的試驗(yàn)研究

李澤華，李順波，樊保龍，白和強(qiáng)，王洪強(qiáng)

(北方爆破科技有限公司， 北京 100089)

0 引言

乳化炸藥現(xiàn)場(chǎng)混裝技術(shù)是集原料運(yùn)輸、炸藥現(xiàn)場(chǎng)混制、機(jī)械化裝藥為一體的先進(jìn)爆破技術(shù)，該技術(shù)具有生產(chǎn)效率高、鉆孔量少、勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)勢(shì)，且裝藥、制藥過(guò)程安全，省略了傳統(tǒng)袋裝炸藥的運(yùn)輸、保管、儲(chǔ)存等中間環(huán)節(jié)，是目前大力提倡的一種爆破技術(shù)[1-2]。

在裝藥過(guò)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(guò)快，極易造成炮孔內(nèi)藥柱的不連續(xù)，尤其當(dāng)炮孔底部有水時(shí)，若積水未被完全排出，炮孔底部裝藥量不足，極易產(chǎn)生大塊及根底。葉海旺等[3]指出：水孔裝藥時(shí)必須將輸藥軟管放到炮孔底部開(kāi)始裝藥，提升軟管速度與裝藥速度同步，對(duì)操作人員和乳化炸藥性能有非常嚴(yán)格的要求。張建洲等對(duì)乳化炸藥如水性能進(jìn)行了研究[4-5]。國(guó)內(nèi)其他學(xué)者也開(kāi)展了相關(guān)對(duì)研究工作[6-8]，炮孔內(nèi)存水對(duì)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(nèi)停留時(shí)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥爆速的影響，本文對(duì)此進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)方案

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用高度為2 m，內(nèi)徑為92 mm的透明管和外徑100 mm鋼管，將透明管裝入鋼管內(nèi)部模擬炮孔，外部鋼管起到約束作用。在鋼管壁每隔10 cm開(kāi)一個(gè)長(zhǎng)40 cm、寬15 cm的觀測(cè)窗。采用現(xiàn)場(chǎng)乳化炸藥混裝車(chē)進(jìn)行裝藥，采用 30 mm的輸藥軟管，裝藥速度控制在60 kg/min以內(nèi)。為模擬輸藥軟管未插到炮孔底部的情景，裝藥時(shí)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(yàn)如圖1所示，試驗(yàn)依炮孔中水深L的不同分為4組，每組試驗(yàn)3次，L分別為20 cm，50 cm，70 cm及100 cm。

圖1 水孔混合

2 試驗(yàn)結(jié)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(dāng)管中水深為20 cm時(shí)，對(duì)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(jié)束，可觀察到管中底部留有少量小水泡，藥柱連續(xù)，裝藥面上無(wú)水。

圖2 水與乳化炸藥混合情況

當(dāng)管中水位為50 cm時(shí)，如圖2（b）所示，從裝藥過(guò)程中可以看出，乳化炸藥入水后不再連續(xù)，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(dá)管底時(shí)下落速度已很小。待裝藥完成，管中10 cm高度以下有水無(wú)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(dāng)管中水位為70 cm時(shí)，觀察裝藥過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)，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(wú)法到達(dá)管底。待裝藥完成，19 cm處以下無(wú)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(shì)，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(dāng)管中水位為100 cm時(shí)，觀察裝藥過(guò)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(wú)法到達(dá)管底。待裝藥完成，48 cm以下被水充滿，無(wú)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(cè)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(jìn)行測(cè)量，圖3為試驗(yàn)結(jié)構(gòu)示意圖，當(dāng)炸藥被引爆后，爆轟波傳播至前一個(gè)探針時(shí)，爆轟波陣面中高度電離產(chǎn)物會(huì)導(dǎo)通探針，探針產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，測(cè)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)；當(dāng)爆轟波傳播至下一個(gè)探針時(shí)觸發(fā)信號(hào)，測(cè)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，繼而開(kāi)始觸發(fā)下一段信號(hào)。由于探針間的距離Si已知，故相鄰兩個(gè)探針之間的平均爆速Vi可按式（1）計(jì)算：

式中，Vi為第i段的平均爆速；Si為第i段的兩個(gè)探針之間的距離；ti為第i段時(shí)間。

圖3 爆速測(cè)試

探針間的距離為S1=S2=S3=S4=30 cm。最后一個(gè)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(hào)巖石乳化炸藥，因各透明管中裝藥高度差異，爆速段數(shù)也存在一定的差異。

爆破測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。從表1可知，管內(nèi)無(wú)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(shí)，裝藥后管中藥柱連續(xù)，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(shí)，只在起爆端處測(cè)到爆速，且爆速較低；管中水位為1.0 m時(shí)，裝藥后炸藥與水呈強(qiáng)烈混合狀態(tài)，起爆后管內(nèi)無(wú)法形成穩(wěn)定爆轟，隨即中斷。由此可知，水的存在對(duì)炸藥的傳爆有著極大的影響，使得爆速降低，甚至產(chǎn)生拒爆。

在水孔裝藥過(guò)程中，呈現(xiàn)出3種混合模式，圖4中給出簡(jiǎn)化的混合模型，從圖4中可以看出，水的存在可以改變?cè)b藥的直徑、隔斷藥柱形成不連續(xù)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(zhǎng)度。

如圖4（a）所示，水的存在，使得裝藥過(guò)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?dāng)D壓上升速度慢于軟管提升速度，最終在藥柱周?chē)纬梢蝗λ淖冄b藥的直徑，在裝藥直徑小于炸藥臨界爆炸直徑的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)拒爆現(xiàn)象。

表1 爆速測(cè)試結(jié)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(huì)產(chǎn)生藥柱被隔斷的情況，隔斷藥柱的水層厚度L′＜工業(yè)炸藥的殉爆距離L時(shí)，爆轟波擠壓水柱，達(dá)到炸藥的沖擊波感度，炸藥正常引爆；反之，會(huì)出現(xiàn)拒爆現(xiàn)象。

在圖4（c）中藥柱中混雜大量水泡，進(jìn)一步降低了炸藥的敏化性能，同時(shí)也進(jìn)一步增加了炸藥的臨界爆炸直徑，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)拒爆現(xiàn)象產(chǎn)生。此外，裝藥密度過(guò)小，爆轟波不易穿透擋在前面的水泡，也會(huì)降低爆轟波的穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥車(chē)裝藥過(guò)程中，輸藥軟管未插到炮孔底部，造成炸藥入水后改變?cè)b藥的直徑，在藥柱中形成一段水柱，使得裝藥不連續(xù)，且藥柱中會(huì)夾雜大量水泡，從而改變?cè)醒b藥結(jié)構(gòu)和炸藥化學(xué)性能，導(dǎo)致拒爆現(xiàn)象發(fā)生。在小孔徑混裝炸藥車(chē)裝藥過(guò)程中，水的存在具有不利的影響，炮孔殘存水的深度越大，對(duì)藥柱性能影響越大，當(dāng)水深為50 cm時(shí)，出現(xiàn)拒爆現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)裝藥過(guò)程中，小孔徑現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥裝藥過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行孔內(nèi)排水作業(yè)，保證炸藥的性能穩(wěn)定。