二氧化碳致裂器用激發(fā)管安全性能的研究

尤秀 巢光華

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2107-5640-6528

摘? 要：二氧化碳爆破技術(shù)作為一種新型爆破技術(shù)，相比工業(yè)炸藥和雷管，在生產(chǎn)工藝和使用安全上有著明顯的區(qū)別。同時(shí)作為核心部件的二氧化碳致裂器用激發(fā)管，其主要功能是為液態(tài)二氧化碳提供氣化所需要的熱量。但是目前國內(nèi)二氧化碳致裂器用激發(fā)管發(fā)展質(zhì)量參差不齊，大部分激發(fā)管所使用的藥劑都是采用高敏感度的煙火藥劑，有較大的危險(xiǎn)因素。本文通過對(duì)比不同廠家激發(fā)管的安全性能及二氧化碳致裂器用激發(fā)管的現(xiàn)場使用情況，從而進(jìn)一步研究二氧化碳致裂器用激發(fā)管的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：二氧化碳爆破技術(shù)? 二氧化碳致裂器用激發(fā)管? 安全性能? 激發(fā)藥? 對(duì)比試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TB41? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2021）06（b）-0036-03

Research on safety performance of excitation tube for carbon dioxide cracker

YOU Xiu? CHAO Guanghua

（Jiangxi Xinyu Guotai Special Chemical Co.， Ltd.， Xinyu， Jiangxi Province， 338018? China）

Abstract： As a new type of blasting technology， carbon dioxide blasting technology is obviously different from industrial explosives and detonators in production technology and use safety. At the same time， as the core component， the excitation tube for carbon dioxide cracker is mainly used to provide the heat required for gasification of liquid carbon dioxide. However， at present， the development and quality of excitation tubes for carbon dioxide crackers in China are uneven. Most of the agents used for excitation tubes are pyrotechnic agents with high sensitivity， which has great risk factors. This paper compares the safety performance of excitation tubes from different manufacturers and the field application of excitation tubes for carbon dioxide cracker， so as to further study the development direction of excitation tubes for carbon dioxide cracker.

Key Words： Carbon dioxide blasting technology; Carbon dioxide cracker excitation tube; Safety performance; Excitation agent; Comparative test

在二氧化碳爆破技術(shù)中，激發(fā)管是一個(gè)重要的關(guān)鍵耗材，它是形成膨脹集聚力（破裂力）的必備啟動(dòng)部件，在國內(nèi)由于一些新的爆破應(yīng)用市場的發(fā)掘，二氧化碳爆破技術(shù)及裝備應(yīng)用呈現(xiàn)快速發(fā)展的勢頭，引起國家有關(guān)部門、民爆企業(yè)、爆破行業(yè)專家和有關(guān)從業(yè)人員的廣泛關(guān)注。作為一種特殊的爆破作業(yè)器材，產(chǎn)品的安全性是至關(guān)重要的，但是隨著市場不斷擴(kuò)大，部分國內(nèi)企業(yè)在研究過程中過度使用含能材料試制二氧化碳致裂器用激發(fā)管，給二氧化碳致裂器用激發(fā)管行業(yè)帶來了較大的安全隱患[1]。本文通過對(duì)比不同激發(fā)管的產(chǎn)品特性及二氧化碳致裂器現(xiàn)場使用情況，研究二氧化碳致裂器用激發(fā)管的相關(guān)安全性能。

1? 二氧化碳致裂器用激發(fā)管研究現(xiàn)狀及原理

二氧化碳致裂器用激發(fā)管主要是用于二氧化碳致裂器中，主要使用原理為液態(tài)二氧化碳提供氣化所需要的能量，同時(shí)產(chǎn)生大量的氣體增大致裂器內(nèi)的壓力，加速致裂器的破裂[2]。因此，二氧化碳致裂器用激發(fā)管的主要核心作用是釋放大量的熱量和氣體。目前國內(nèi)對(duì)激發(fā)管的研究分支較多，但核心都是對(duì)激發(fā)藥劑進(jìn)行改進(jìn)，增加其放熱量，這也導(dǎo)致部分廠家為了提高產(chǎn)品效果使用鋁熱劑或單質(zhì)炸藥等含能材料作為激發(fā)藥，從而導(dǎo)致了很多安全事故的發(fā)生[3]。作為一種新型的民用爆破器材，二氧化碳爆破技術(shù)本身優(yōu)勢并不在爆破效果上，更多的在于對(duì)環(huán)境的保護(hù)和生產(chǎn)使用的安全性上，二氧化碳致裂器無法作為炸藥雷管的替代品，只能作為在特殊爆破場合炸藥雷管的補(bǔ)充產(chǎn)品[4]。近年來，二氧化碳爆破的使用逐漸增多，對(duì)二氧化碳致裂器用激發(fā)管的需求也日益增多，因此對(duì)二氧化碳致裂器用激發(fā)管安全性能的研究也更加的重要。

2? 二氧化碳致裂器用激發(fā)管主要安全性能

二氧化碳致裂器用激發(fā)管生產(chǎn)安全性主要分為生產(chǎn)安全性和使用安全性2個(gè)方面。目前國內(nèi)對(duì)二氧化碳致裂器用激發(fā)管仍未有標(biāo)準(zhǔn)化的監(jiān)管模式，無論是生產(chǎn)工藝安全性還是現(xiàn)場使用安全性上都存在諸多的不足[5]。本文將從技術(shù)和使用2個(gè)層面研究二氧化碳致裂器用激發(fā)管的安全性能，進(jìn)一步探討二氧化碳致裂器用激發(fā)管的發(fā)展方向。

本文主要通過對(duì)江西新余國泰特種化工有限責(zé)任公司研制的GT-1型激發(fā)藥劑（A）、鋁熱劑（B）和河北某配方激發(fā)藥（C）裝配成二氧化碳致裂器用激發(fā)管（以下分別簡稱A管、B管、C管）這3種技術(shù)水平不同的產(chǎn)品進(jìn)行安全性能試驗(yàn)。以上3種激發(fā)管均可以正常用于致裂器內(nèi)，滿足致裂器使用的要求。

2.1 3種不同二氧化碳致裂器用激發(fā)管的安全性能

2.1.1 常溫常壓反應(yīng)試驗(yàn)

將密封的3根二氧化碳致裂器用激發(fā)管分別使用起爆器在常溫常壓下激發(fā)，分析不同激發(fā)管的反應(yīng)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)B管及C管均發(fā)生爆炸并劇烈燃燒，A管點(diǎn)火裝置被點(diǎn)燃但藥劑在常溫常壓下無法被點(diǎn)燃，通過對(duì)3種藥劑成分的分析，發(fā)現(xiàn)A藥劑中草酸銨含量偏高，草酸銨可以吸熱分解，降低了藥劑的可燃性，同時(shí)對(duì)比B藥劑，A藥劑不含有金屬粉末和金屬氧化物，摩擦感度、撞擊感度都為0，在常溫常壓下非常安全且不污染環(huán)境。C藥劑雖然摩擦感度、撞擊感度也都為0，但是一旦開始燃燒反應(yīng)劇烈，在常溫常壓下存在較大的安全隱患，相比生產(chǎn)過程中的安全性，A藥劑在生產(chǎn)工藝安全方面更符合二氧化碳致裂器用激發(fā)管生產(chǎn)要求。

2.1.2 雷管感度試驗(yàn)

通過對(duì)3根不同的二氧化碳致裂器用激發(fā)管進(jìn)行雷管起爆試驗(yàn)，首先將電雷管和激發(fā)管貼合在一起，并使用膠帶纏緊，再使用起爆器起爆電雷管。起爆結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)B管發(fā)生爆炸;C管被點(diǎn)燃并劇烈燃燒，未發(fā)生爆炸;A管只有管壁破裂，藥劑灑出，但是未發(fā)生爆炸和燃燒。雷管感度試驗(yàn)?zāi)康闹饕槍?duì)客戶將激發(fā)管代替炸藥進(jìn)行爆破作業(yè)，針對(duì)目前國內(nèi)存在部分廠家使用單質(zhì)炸藥替換激發(fā)藥劑來獲取更好的爆破效果，但是這種行為本身違背了二氧化碳爆破技術(shù)的初衷，由上訴結(jié)果表明，A管和C管更符合安全使用要求。

2.1.3 聯(lián)合國隔板試驗(yàn)

通過將3種不同的藥劑分別裝入鋼管中，分別記號(hào)為A管、B管、C管，每根鋼管豎直放在驗(yàn)證鋼板上，鋼管頂上放上鈍化黑索金藥柱，并使用電雷管對(duì)藥柱進(jìn)行起爆作業(yè)，起爆結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)B管發(fā)生爆炸，驗(yàn)證鋼板出現(xiàn)炸裂并出現(xiàn)變形;C管藥劑灑出，未發(fā)生爆炸，部分藥劑出現(xiàn)燃燒，驗(yàn)證鋼板未出現(xiàn)任何破裂或變形;A管藥劑灑出，但是未發(fā)現(xiàn)爆炸和藥劑燃燒的情況，驗(yàn)證鋼板未出現(xiàn)任何破裂和形變。聯(lián)合國隔板試驗(yàn)常用于評(píng)價(jià)試樣在類似條件下受被引爆和傳播爆轟的能力。試驗(yàn)結(jié)果表明，A管和C管藥劑并不會(huì)被炸藥沖擊波殉爆和激發(fā)，具有更高的安全性，同時(shí)A管藥劑在使用炸藥沖擊波的情況下不會(huì)被點(diǎn)燃，藥劑安全性能高，符合安全使用要求。

2.1.4 市電安全性試驗(yàn)

由于目前國內(nèi)激發(fā)管市場并未進(jìn)行嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化管理，因此存在很多二氧化碳致裂器及激發(fā)管混亂存放的現(xiàn)象。針對(duì)這種情況，對(duì)不同廠家的激發(fā)管A管、C管進(jìn)行市電安全性能試驗(yàn)，通過市電安全性對(duì)產(chǎn)品存放及現(xiàn)場使用時(shí)的安全性進(jìn)行進(jìn)一步考證。通過使用工業(yè)用電380V及民用用電220V電壓對(duì)新余國泰生產(chǎn)的A管和河北某廠使用的C管進(jìn)行市電安全性試驗(yàn)。將2種激發(fā)管分別連接到工業(yè)用電220V電壓上，C管被激發(fā)并點(diǎn)燃藥劑，激發(fā)管迅速被點(diǎn)燃并劇烈燃燒;A管未被點(diǎn)燃，使用磁電控制器檢測A管后發(fā)現(xiàn)A管仍可以檢測，處于正常狀態(tài)。再分別另取兩根激發(fā)管并通以380V電壓，C管同樣被激發(fā)并點(diǎn)燃，A管未激發(fā)，且檢測均正常。通過對(duì)2種產(chǎn)品進(jìn)行解剖分析，發(fā)現(xiàn)A管使用的點(diǎn)火裝置與目前市面上使用的電點(diǎn)火頭（電火柴）不同，使用的是特制的磁電引發(fā)器，磁電引發(fā)器本身具有較好的抗靜電，抗雜散電流能力，同時(shí)由于其特殊的結(jié)果，因此傳統(tǒng)的交直流電無法激發(fā)磁電引發(fā)器，必須使用特制的磁電控制器輸出特殊的脈沖電流后才可以正常激發(fā)。在安全性能方面，A管具有更高的安全性，符合安全使用及存放要求。

2.2 二氧化碳致裂器用激發(fā)管使用安全性能

與傳統(tǒng)的炸藥雷管類似，二氧化碳致裂器用激發(fā)管作為一種特殊的民用爆破器材，在使用過程中的安全性能主要體現(xiàn)在存放安全性和現(xiàn)場使用安全性上。

二氧化碳致裂器用激發(fā)管作為一種不含炸藥的爆破器材，根據(jù)對(duì)該產(chǎn)品安全性能的研究，可以清楚地認(rèn)識(shí)到該產(chǎn)品本質(zhì)是具有安全性的，因此在使用和存放過程中，也比傳統(tǒng)的民用爆破器材更加安全，不需要特別使用?；穫}庫進(jìn)行存放，但是作為一種煙火藥劑制成的民爆器材，仍需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行防火防潮處置，保證激發(fā)管的正常使用。

現(xiàn)場使用方面，二氧化碳致裂器現(xiàn)場使用需要額外用到液態(tài)二氧化碳充裝機(jī)和液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液罐，在現(xiàn)場使用安全方面，由于致裂器重量較大，二氧化碳致裂器的入孔過程中需要注意常見的機(jī)械傷害。同時(shí)在現(xiàn)場充裝時(shí)，也需要注意液態(tài)二氧化碳的低溫凍傷和充裝過程中的高壓。相比炸藥雷管使用過程中涉及到危險(xiǎn)因素，二氧化碳致裂器對(duì)現(xiàn)場充裝人員的要求更高，需要注意的安全因素也更多[6]。在現(xiàn)場起爆方面，二氧化碳致裂器用激發(fā)管在裝入致裂器后是有較大安全風(fēng)險(xiǎn)的，雖然致裂效果與爆炸效果相比并不會(huì)過于劇烈，但是同樣會(huì)造成坍塌和少量飛石，因此在爆破前同樣要做好相關(guān)的安全預(yù)警工作，保證現(xiàn)場施工的安全。

3? 二氧化碳爆破致裂器用激發(fā)管發(fā)展方向

隨著二氧化碳爆破技術(shù)的不斷推廣，二氧化碳致裂器用激發(fā)管的研究也在不斷深入。作為一種新型的民用爆破器材，需要改進(jìn)的地方仍有很多，如何在保證產(chǎn)品使用安全的前提下進(jìn)一步提升爆破效果，如何改進(jìn)激發(fā)管產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，完善產(chǎn)品使用方式，完善產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，都將是二氧化碳致裂器用激發(fā)管的發(fā)展核心。目前江西新余國泰特種化工有限責(zé)任公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)電子芯片起爆，高安全高可靠型激發(fā)藥等技術(shù)突破，這對(duì)二氧化碳致裂器用激發(fā)管的安全性能有了質(zhì)的飛躍。通過目前國內(nèi)市場的不同激發(fā)管的試驗(yàn)對(duì)比，可以驗(yàn)證二氧化碳致裂器用激發(fā)管具備非常高的安全性和環(huán)保性，可廣泛適用于水下爆破及特殊場合爆破，在爆破行業(yè)中有著明確的定位，只有明確了激發(fā)管的定位，才能保證二氧化碳致裂器用激發(fā)管高質(zhì)量、高安全發(fā)展。

4? 結(jié)語

本文主要研究二氧化碳致裂器用激發(fā)管的安全優(yōu)勢和安全條件，通過對(duì)比市場不同廠家的激發(fā)管并進(jìn)行分析，總結(jié)激發(fā)藥劑安全性帶來的優(yōu)勢及激發(fā)管的發(fā)展前景，通過目前的研究證明二氧化碳致裂器用激發(fā)管產(chǎn)品是具有高安全性的。本文對(duì)二氧化碳致裂器的高質(zhì)量、高安全發(fā)展有著重要的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 詹德帥，黃亮高，邱天德.CO2爆破增透技術(shù)的試驗(yàn)研究[J].煤炭技術(shù)，2016（10）：78-31.

[2] 詹德帥.二氧化碳充裝量與致裂效果的模擬分析[D].北京：煤炭科學(xué)研究總院，2017.

[3] 肖誠旭.液態(tài)二氧化碳相變致裂的試驗(yàn)研究[D].武漢：湖北工業(yè)大學(xué)，2018.

[4] 李國輝，畢建乙.液態(tài)CO2相變致裂增透技術(shù)在低透氣性煤層的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2017（8）：106-108.

[5] 徐敏瀟，尹光春.二氧化碳致裂器激發(fā)藥劑爆炸性分類的研究[J].爆破器材，2021（3）：19-22.

[6] 王燕，孫偉博，張丁丁.二氧化碳相變致裂軟巖實(shí)驗(yàn)研究[J].爆破器材，2020（2）：1-6.