鄭衛(wèi)東 吳 均 潘偉綱 吳麗君 毛香琴浙江利民化工有限公司(浙江麗水，323303)

引言

乳化炸藥是在乳膠基質(zhì)中加入一定的微氣泡敏化而成的爆炸物品，因具有優(yōu)良的爆炸性能、抗水性能而在各種爆破場所得到了廣泛的應(yīng)用；但也存在著一定的缺陷，其中一個(gè)就是抗動(dòng)態(tài)壓力能力不高。

在微差爆破作業(yè)中，乳化炸藥受到先爆炮孔裝藥產(chǎn)生的沖擊波或應(yīng)力波作用，出現(xiàn)爆轟性能下降，尤其在樁井爆破等小斷面爆破作業(yè)中，往往會(huì)出現(xiàn)殘藥或拒爆。造成原先精心設(shè)計(jì)的爆破方案有可能會(huì)失敗，輕則達(dá)不到設(shè)計(jì)的爆破效果，巖石的大塊率上升；重則容易引發(fā)安全事故。這是由于乳化炸藥是由油包水組成的乳化液，當(dāng)受到臨近沖擊波或應(yīng)力波作用后，分散相粒徑變大，乳化基質(zhì)中的敏化氣泡破裂、逃逸，乳膠顆粒產(chǎn)生聚結(jié)、變形、析晶等，使炸藥出現(xiàn)半爆或拒爆，這種現(xiàn)象稱為受壓鈍化或壓力減敏效應(yīng)[1-7]。

本文中，利用導(dǎo)電性測量、顯微分析、爆轟性能測試等方法，研究乳化炸藥在不同結(jié)構(gòu)巖石介質(zhì)中、距主裝藥不同距離時(shí)受爆炸應(yīng)力波影響的規(guī)律。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料與設(shè)備

乳化炸藥，浙江利民化工有限公司，生產(chǎn)中采用了復(fù)合乳化劑、化學(xué)敏化等材料和技術(shù)；導(dǎo)爆管雷管，浙江物產(chǎn)光華民爆器材有限公司；ZC25-1型絕緣電阻表(電壓100 V，量程2～100 MΩ)，南京金川電表制造有限公司；MM-55E型金相顯微鏡、攝像器及二維測量軟件，上海長方光學(xué)儀器有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 應(yīng)力波沖擊試驗(yàn)[8]

在不同地質(zhì)構(gòu)造的爆破作業(yè)工地，挑選了一處巖石結(jié)構(gòu)致密的花崗巖場地和一處巖石裂隙豐富的沉積巖場地，另選了一處干燥、中等砂粒的砂地做對(duì)比試驗(yàn)。

在巖石面中心鉆1個(gè)爆破孔，在爆破孔周邊按不同距離依次環(huán)形鉆6～8個(gè)試驗(yàn)孔，孔徑40 mm，孔深1 m，炮孔布置如圖1(a)所示。爆破孔內(nèi)裝入2支塑膜包裝乳化炸藥(?32 mm、200 g)，炸藥上端插入雷管作為主裝藥包，裝入炮孔后用石粉堵塞；每個(gè)試驗(yàn)孔內(nèi)裝入3支塑膜包裝乳化炸藥(?32 mm、200 g)，不裝雷管，作為試驗(yàn)藥包，對(duì)每支藥卷分別做好標(biāo)記，為方便試驗(yàn)后取出，藥卷兩端系繩子，裝入炮孔后用廢紙卷堵塞，如圖1(b)所示。砂地的操作也是同樣如此。

起爆爆破孔中的主裝藥包后，觀察試驗(yàn)孔狀況，并取出試驗(yàn)孔中的試驗(yàn)藥卷進(jìn)行外觀觀察、電阻檢測、顯微攝像分析、雷管感度檢測等研究。

在花崗巖、沉積巖、砂地3種場地共進(jìn)行了11組試驗(yàn)，共取回213支試驗(yàn)藥卷。

1.2.2 外觀觀察

觀察應(yīng)力沖擊后的試驗(yàn)藥卷是否破損，藥體是否結(jié)塊發(fā)硬、發(fā)干粉化，手摸藥體是否有砂質(zhì)感。

顯微攝像分析方法為:取少許試樣放在干凈的標(biāo)準(zhǔn)載物片上，刮成薄層，然后蓋上蓋玻片，制成用于觀測的試樣；將試樣放在顯微鏡的載物臺(tái)上，調(diào)整顯微鏡的物鏡和目鏡，得到清晰的視野并進(jìn)行拍照，觀測試驗(yàn)炸藥微粒情況，并用二維測量軟件測量微粒尺寸。

1.2.3 電阻檢測

硝酸銨水溶液是導(dǎo)體，油相材料是絕緣體，正常的乳化炸藥基質(zhì)具有油包水結(jié)構(gòu)，是絕緣體，析晶破乳后變成導(dǎo)體，通過測量電阻判斷起爆爆破后乳化炸藥的析晶程度。

檢測方法為:剝開試驗(yàn)乳化炸藥包裝膜，將絕緣電阻表的兩根探針垂直插入乳化炸藥中，插入深度約5 mm，兩根探針之間距離約10 mm，快速搖動(dòng)絕緣電阻表搖臂，讀出電阻值。

1.2.4 感度檢測

選取應(yīng)力沖擊后不同電阻的試驗(yàn)藥卷，用8＃雷管進(jìn)行引爆試驗(yàn)，檢測不同電阻的乳化炸藥的爆轟感度。

2 結(jié)果與分析

受壓前、后乳化炸藥微觀結(jié)構(gòu)變化如圖2所示。

從圖2(a)可以看出:正常的乳化炸藥分散相微粒形狀呈球形，具有明顯的油包水結(jié)構(gòu)，分散相粒子分布均勻，直徑大多在1.0～1.5μm之間。從圖2(b)可以看出:在沖擊作用下，分散相粒子與連續(xù)相發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相互之間產(chǎn)生剪應(yīng)力，當(dāng)剪應(yīng)力大于體系的屈服應(yīng)力時(shí)，乳化基質(zhì)的分散相與連續(xù)相穩(wěn)定性被打破，連續(xù)相油膜變形破裂，水、油相分離，水相顆粒聚集，聚集顆粒發(fā)亮，粒徑變大，顆粒均勻性變差，形狀不規(guī)則，最大尺寸達(dá)到30μm以上。

由于試驗(yàn)藥卷數(shù)量較多，只選取了部分不同電阻的試驗(yàn)乳化炸藥用8＃雷管進(jìn)行引爆試驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1 試驗(yàn)乳化炸藥的雷管感度試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Test results of detonator sensitivity of emulsion explosive

從表1中數(shù)據(jù)可以看出，電阻為0 MΩ的乳化炸藥全部拒爆，電阻大于0.5 MΩ的乳化炸藥均能被8＃雷管引爆。

2.1 在花崗巖場地上的試驗(yàn)結(jié)果

在結(jié)構(gòu)致密的花崗巖場地上試驗(yàn)的乳化炸藥檢測結(jié)果見表2。

從表2數(shù)據(jù)可以看出，在結(jié)構(gòu)致密的花崗巖介質(zhì)中，應(yīng)力波對(duì)乳化炸藥的影響范圍比較規(guī)律，距主爆藥包250 mm范圍內(nèi)，試驗(yàn)乳化炸藥都發(fā)硬、析晶；而距主爆藥包260 mm(約16倍藥包半徑)外，試驗(yàn)乳化炸藥幾乎未受到影響。

表2 在花崗巖場地的試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Test results at granite sites

炸藥在巖石等固體介質(zhì)中爆炸后，形成高溫高壓爆轟氣體，同時(shí)還產(chǎn)生爆炸沖擊波，沖擊波在固體介質(zhì)內(nèi)自爆源向四周傳播過程中，強(qiáng)度逐漸衰減，變?yōu)閴嚎s應(yīng)力波，進(jìn)一步衰減后變?yōu)榈卣鸩ㄖ敝料?，如圖3所示。圖3中，r為藥包半徑:tH為介質(zhì)狀態(tài)變化時(shí)間；tS為介質(zhì)狀態(tài)恢復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)的時(shí)間。

在壓縮應(yīng)力波的作用下，巖石介質(zhì)處于非彈性狀態(tài)，產(chǎn)生連續(xù)性破壞的殘余應(yīng)變，作用在乳化炸藥上。壓縮應(yīng)力波在衰減過程中，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)幅度也逐漸減小，當(dāng)距爆炸中心大于16倍藥包半徑時(shí)，應(yīng)力波的作用將不足以對(duì)乳化炸藥產(chǎn)生壓力減敏效應(yīng)。

2.2 在沉積巖場地上的試驗(yàn)結(jié)果

在裂隙豐富的沉積巖場地上試驗(yàn)的乳化炸藥檢測結(jié)果見表3。

從表3的數(shù)據(jù)可以看出，在裂隙豐富的巖石介質(zhì)中，距主爆藥包300 mm范圍內(nèi)，試驗(yàn)孔內(nèi)藥卷發(fā)硬情況嚴(yán)重，全部析晶，且已無雷管感度；而距主爆藥包310 mm外，試驗(yàn)孔內(nèi)藥卷受破壞的程度無規(guī)律可遁:相同的距離，有的藥卷析晶嚴(yán)重，有的藥卷幾乎無破壞；不同的距離，有些距離大的藥卷受破壞的程度反而比距離小的嚴(yán)重，總的趨勢是距離越大，影響越小。受試驗(yàn)場地的限制，最大距離只有480 mm，因此，未能測出完全不受應(yīng)力波影響的最小距離。

表3 在沉積巖石場地的試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Test results at sedimentary rock sites

在裂隙豐富的巖石中，主爆藥包爆炸產(chǎn)生的高溫高壓爆轟氣體在約束條件下，能通過巖石縫隙傳播到較遠(yuǎn)的地方，甚至產(chǎn)生沖擊波，這些對(duì)乳化炸藥的影響遠(yuǎn)比在各種巖石介質(zhì)傳播的應(yīng)力波大。沉積巖體具有獨(dú)特的割裂結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出非均質(zhì)性、非連續(xù)性和各向異性，巖石縫隙的雜亂無序是應(yīng)力波對(duì)乳化炸藥影響程度無規(guī)律性的主要原因。

2.3 在砂地上的試驗(yàn)結(jié)果

在砂地上試驗(yàn)的乳化炸藥檢測結(jié)果見表4。

表4 在砂地上的試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Test results at sandy ground

在干燥、中等粗細(xì)的砂介質(zhì)中，應(yīng)力波對(duì)乳化炸藥的影響范圍比較規(guī)律。距主爆藥包260 mm范圍內(nèi)，試驗(yàn)乳化炸藥都發(fā)硬、析晶；距主爆藥包280～320 mm范圍內(nèi)，試驗(yàn)乳化炸藥部分發(fā)硬、析晶，多數(shù)藥卷面對(duì)主爆藥包一側(cè)發(fā)硬，背對(duì)主爆藥包一側(cè)狀態(tài)正常；距主爆藥包320 mm外，試驗(yàn)乳化炸藥幾乎未受到影響。

砂介質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，各向性質(zhì)相同，對(duì)乳化炸藥影響的范圍有規(guī)律；縫隙多且均勻，易被爆炸氣體擴(kuò)散，砂還具有減振作用。因此，在砂介質(zhì)中的應(yīng)力波衰減較快，對(duì)乳化炸藥的影響范圍較小。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

在3種介質(zhì)中，爆炸應(yīng)力波對(duì)乳化炸藥的破壞程度與距離的關(guān)系見圖4。

不難看出，在3種介質(zhì)中，爆炸應(yīng)力波對(duì)乳化炸藥的影響距離區(qū)別很大:花崗巖介質(zhì)中，距離大于260 mm無影響；在沉積巖介質(zhì)中，距離大于310 mm時(shí)，影響程度隨距離增大呈不規(guī)則減?。辉谏敖橘|(zhì)中，距離在280～320 mm范圍內(nèi)，影響程度隨距離增大，呈線性減小。

3 結(jié)論

1)在結(jié)構(gòu)致密的巖石介質(zhì)中，爆炸應(yīng)力波對(duì)乳化炸藥產(chǎn)生減敏效應(yīng)的距離是有規(guī)律的，在本試驗(yàn)條件下影響距離約為藥包半徑的16倍。在結(jié)構(gòu)致密的巖石中爆破，炮孔間距大于260 mm時(shí)，基本可以消除受壓鈍化現(xiàn)象。

2)在裂隙豐富的巖石介質(zhì)中，炮孔間距小于300 mm時(shí)，試驗(yàn)乳化炸藥100%失效；炮孔間距大于310 mm時(shí)，試驗(yàn)乳化炸藥受破壞的程度無規(guī)律。在裂隙豐富的巖石中開展微差爆破作業(yè)，不同段別的炮孔間距應(yīng)盡可能大且不小于310 mm，應(yīng)避免將炮孔布置在主要裂隙上。

3)在砂介質(zhì)中，爆炸應(yīng)力波對(duì)乳化炸藥的影響距離為320 mm；距離小于260 mm時(shí)，試驗(yàn)乳化炸藥全部失效；距離在280～320 mm之間，試驗(yàn)乳化炸藥受破壞程度隨距離增大而逐漸減小。