胡坤倫，梁鎏鎏，沈 東

（1.安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，安徽 淮南，232001；2.浙江物產(chǎn)長(zhǎng)鵬化工實(shí)業(yè)有限公司，浙江 湖州，313100）

我國(guó)的水下爆破在近 20多年來發(fā)展非常迅速，1986年葛洲壩水電站兩道混泥土防滲心墻的水下爆破拆除成功，創(chuàng)下我國(guó)多段微差爆破新技術(shù)。三峽工程上游圍堰的爆破拆除規(guī)模巨大，拆除難度高，仍然全部一次爆破拆除成功，標(biāo)志著我國(guó)水下爆破技術(shù)又上了一個(gè)新的臺(tái)階[1-2]。但是，炸藥在水中受到靜水壓力會(huì)使炸藥的爆炸性能明顯下降，出現(xiàn)壓力減敏現(xiàn)象，給爆破施工的安全造成很大的危害。本文在不同靜態(tài)壓力作用下對(duì)兩種含水炸藥（乳化炸藥和水膠炸藥）爆炸性能的變化進(jìn)行測(cè)試分析，其中乳化炸藥采用不同敏化方式和敏化劑。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果對(duì)深孔爆破和水下爆破參數(shù)的確定有一定的參考價(jià)值。

1 實(shí)驗(yàn)原理和設(shè)計(jì)

1.1 樣品的配制

實(shí)驗(yàn)所選用乳化炸藥的主要組分是：硝酸銨、硝酸鈉、尿素和水為水相；復(fù)合蠟為油相；斯盤-80為乳化劑；化學(xué)敏化是加入 0.2%亞硝酸鈉溶液和適量促進(jìn)劑，物理敏化是以膨脹珍珠巖和玻璃微球?yàn)槊艋瘎烤鶠?2.5%。采用簡(jiǎn)化計(jì)算法求算氧平衡，得到所制備的物理和化學(xué)敏化炸藥氧平衡分別為0.006 9和0.000 696。實(shí)驗(yàn)所用的乳化炸藥基本配方見表1。實(shí)驗(yàn)中選用的水膠炸藥為二級(jí)煤礦許用水膠炸藥，由淮南舜泰化工有限公司提供。

表1 乳化炸藥基本組成Tab.1 The quality percentage of emulsion explosive

1.2 裝置的設(shè)計(jì)及操作

實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置各個(gè)組成部分的材料、尺寸、密閉性以及耐壓強(qiáng)度都是經(jīng)過一系列的試驗(yàn)研究最終確定的，具有安全性、可靠性和實(shí)用性。圖1為猛度試驗(yàn)裝置的剖面圖。

在實(shí)驗(yàn)中將準(zhǔn)備好的猛度試驗(yàn)裝置輕輕放入鋼筒底部，用膠水與鋼法蘭固定，將雷管腳線從上口引出，夾在橡膠墊片 a、b之間，安裝螺母和上口鋼法蘭，最后安裝三通閥門和壓力表。用高壓充氣筒向鋼筒內(nèi)充氣至所需壓力。采用泡沫水檢查橡膠墊圈和三通閥門的密閉性，確保裝置密閉不漏氣，裝藥爆炸后測(cè)量猛度數(shù)據(jù)，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

1.3 爆炸性能的表征方法

用猛度值來計(jì)算含水炸藥受靜壓后爆炸性能下降程度時(shí)，下降率用式（1）表示：

式（1）中：η表示含水炸藥爆炸性能下降程度，變化范圍為0～1，數(shù)值越大說明含水炸藥爆炸性能下降程度越大；H0為靜壓前炸藥猛度；H為靜壓后炸藥猛度。

受靜壓前與拒爆時(shí)：

式（2）中η0表示靜壓前炸藥爆炸性能下降程度，此時(shí)下降程度最小，其值為0；式（3）中η1表示炸藥拒爆時(shí)炸藥爆炸性能下降程度，此時(shí)下降程度最大，其值為

圖1 猛度測(cè)試裝置剖面圖Fig.1 Sectional drawing of testing device of brisance

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 乳化炸藥抗壓性能分析

本文中分別把由玻璃微球、膨脹珍珠巖以及化學(xué)敏化的乳化炸藥稱為1#、2#、3#。對(duì)裝藥進(jìn)行抗壓性能測(cè)試，結(jié)果見表2（1#、2#、3#分別在0、0.1 MPa、0.3 MPa、0.6MPa 4個(gè)不同壓力下進(jìn)行猛度測(cè)試）。

表 2 乳化炸藥靜壓下猛度測(cè)試結(jié)果Tab.2 Testing results of the emulsion explosive brisance under the static pressure

對(duì)表2中的數(shù)據(jù)利用公式（1）計(jì)算分析處理，對(duì)結(jié)果做相關(guān)曲線圖，如圖2～3所示。由圖2～3可見，猛度值和猛度下降率與靜態(tài)壓力呈相反趨勢(shì)，即采用猛度下降率這種表征方法是可行的，能夠較好地反映乳化炸藥猛度這一參數(shù)隨靜態(tài)壓力的變化情況。

由表2、圖2～3可知：乳化炸藥的猛度值隨外界靜態(tài)壓力增大而逐漸降低，猛度下降率則是隨壓力增大而逐漸增大；在0～0.1MPa壓力范圍內(nèi)，3類乳化炸藥猛度值下降較小，差值不大；在0.1～0.6MPa范圍內(nèi)，玻璃微球敏化的乳化炸藥的猛度值下降最小，爆炸性能幾乎保持不變；而化學(xué)敏化的炸藥猛度值下降最為明顯；3種炸藥抗壓性能由強(qiáng)到弱的順序:1#炸藥、2#炸藥、3#炸藥。

圖2 乳化炸藥猛度值和靜態(tài)壓力關(guān)系Fig.2 The relation between the brisance value of emulsion explosive and the static pressure

在乳化炸藥起爆過程中，敏化劑充當(dāng)著熱點(diǎn)的作用。在靜壓力下，化學(xué)敏化的乳化炸藥中的氣泡體積減小，氣泡溫度升高，熱量散失到乳膠基質(zhì)中，導(dǎo)致炸藥爆炸性能下降，聶樹林認(rèn)為氣泡尺寸縮小是其壓死的主要原因[3]。物理敏化的乳化炸藥中，玻璃微球和膨脹珍珠巖在靜壓下都會(huì)被壓碎，熱點(diǎn)減少且破壞兩相界面膜，使得分散相液滴出現(xiàn)聚結(jié)變大、析晶的現(xiàn)象，導(dǎo)致炸藥爆轟性能變差。但是由于玻璃微球的強(qiáng)度比膨脹珍珠巖的大，在同一壓力下，膨脹珍珠巖被壓破的較多，而且膨脹珍珠巖的外形不規(guī)則，具有較多的棱角，對(duì)界面膜破壞更顯著[4]。

2.2 水膠炸藥與乳化炸藥抗壓性能對(duì)比

對(duì)水膠炸藥進(jìn)行靜壓力分別為 0、0.1MPa、0.2MPa、0.4 MPa、0.6 MPa、0.8MPa下的猛度實(shí)驗(yàn)，測(cè)試水膠炸藥靜壓作用下膠體的穩(wěn)定性能，并對(duì)比由膨脹珍珠巖敏化的乳化炸藥靜壓穩(wěn)定性能的優(yōu)劣。

按照公式（1）的計(jì)算方法，將兩種實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并對(duì)比，見圖4～5。

圖4 兩種炸藥猛度值與靜態(tài)壓力關(guān)系Fig.4 The relation between brisance value of two types of explosives and the static pressure

圖5 兩種炸藥爆炸性能下降率與靜態(tài)壓力關(guān)系Fig.5 The relation between decline rate of brisance and static pressure for two types of explosive

圖4～5顯示，在0～0.1MPa(即不受靜態(tài)壓力到受靜態(tài)壓力轉(zhuǎn)變)下，二級(jí)煤礦許用水膠炸藥的猛度值下降較明顯；在靜壓力小于0.6MPa時(shí)，其猛度值下降較慢，大于0.6MPa后猛度值下降明顯，猛度值低于國(guó)標(biāo)規(guī)定的二級(jí)煤礦許用水膠炸藥的水平[5]。從圖4～5中發(fā)現(xiàn)由膨脹珍珠巖敏化的乳化炸藥初始猛度值小于水膠炸藥，在靜態(tài)壓力增大過程中呈逐漸變小的趨勢(shì)；而水膠炸藥在0.1～0.6MPa壓力范圍內(nèi)，猛度下降率變化較小，當(dāng)壓力達(dá)到0.8MPa時(shí)呈突躍下降。

上述不同主要是因?yàn)槿榛ㄋ幒退z炸藥的組分、結(jié)構(gòu)存在差異。水膠炸藥的膠凝劑是線性高分子化合物，遇氧化劑水溶液溶脹水合后與交聯(lián)劑形成立體形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其各組分處于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的彼此隔離的各個(gè)小“巢穴”內(nèi)，被連續(xù)的水凝膠介質(zhì)所包圍，各組分分布均勻而不致離析分層；另外，該體系是一個(gè)高密度的連續(xù)凝膠體系，交聯(lián)后的凝膠劑分子間又存在著較強(qiáng)的吸引力，因此這種體系具有相當(dāng)大的內(nèi)聚力和抗?jié)B透能力[6-7]。通過對(duì)水膠炸藥微觀結(jié)構(gòu)的分析可知，水膠炸藥膠體穩(wěn)定性受長(zhǎng)期儲(chǔ)存過程中外界因素的影響，從而出現(xiàn)析晶、液體滲出和發(fā)軟變稀等現(xiàn)象，爆炸性能降低。在靜壓力作用下，凝膠體系內(nèi)聚力和抗?jié)B透力遭到破壞，凝膠體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的各個(gè)小“巢穴”所包圍的均勻不可壓縮介質(zhì)由于過飽和從小“巢穴”中滲出，導(dǎo)致膠體穩(wěn)定性能下降，炸藥爆炸性能急劇地下降。

比較 3種乳化炸藥與二級(jí)煤礦許用水膠炸藥得到：玻璃微球敏化的乳化炸藥爆炸性能最為穩(wěn)定，化學(xué)敏化的乳化炸藥受靜態(tài)壓力的影響最大；在壓力0.1～0.6MPa范圍內(nèi)，膨脹珍珠巖敏化的乳化炸藥與水膠炸藥受靜態(tài)壓力的影響差別較小，猛度值保持在9～14mm范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

（1）對(duì)3種不同敏化方式敏化的乳化炸藥進(jìn)行抗靜荷載作用的研究，表征乳化炸藥穩(wěn)定性。隨著靜荷載壓力的增加，猛度值出現(xiàn)遞減趨勢(shì)，通過在同一壓力作用下比較得知，3種炸藥抗壓性能由強(qiáng)到弱的順序?yàn)?1#炸藥（玻璃微球敏化）、2#炸藥（膨脹珍珠巖敏化）、3#炸藥（化學(xué)敏化）。

（2）對(duì)于1#、2#和3#樣品，隨著靜荷載壓力的增加，猛度下降率η出現(xiàn)遞增趨勢(shì)，化學(xué)敏化乳化炸藥的η最大。

（3）二級(jí)煤礦許用水膠炸藥在0～0.1MPa(即從不受靜態(tài)壓力到受靜態(tài)壓力轉(zhuǎn)變)下，水膠炸藥的猛度值下降較明顯；在靜壓力小于0.6MPa時(shí)，其猛度值下降較小，大于0.6MPa后猛度值下降明顯，猛度值低于國(guó)標(biāo)規(guī)定的二級(jí)煤礦許用水膠炸藥的水平。

（4）比較3種乳化炸藥與二級(jí)煤礦許用水膠炸藥得到：玻璃微球敏化的乳化炸藥爆炸性能最為穩(wěn)定，化學(xué)敏化的乳化炸藥受靜態(tài)壓力的影響最大；在壓力0.1～0.6MPa范圍內(nèi)，膨脹珍珠巖敏化的乳化炸藥與水膠炸藥受靜態(tài)壓力的影響差別較小，猛度值保持在9～14mm范圍內(nèi)。

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