徐敏瀟 尹光春

①江蘇警官學(xué)院警務(wù)指揮與戰(zhàn)術(shù)系(江蘇南京，210031)

②南京公安局巡特警支隊(duì)(江蘇南京，210017)

引言

液態(tài)二氧化碳爆破技術(shù)最早由美、英等國開發(fā)[1]，早期用于管道清堵和大型儲罐管壁清理；20世紀(jì)中期以來，廣泛應(yīng)用于英、美等國家的煤礦爆破。 二氧化碳致裂器的工作原理是:將液態(tài)二氧化碳充入主管內(nèi)，將管裝入炮孔并堵塞，接通電源，發(fā)熱管內(nèi)藥劑被點(diǎn)燃并加熱主管內(nèi)的液態(tài)二氧化碳，二氧化碳?xì)饣诠軆?nèi)形成高壓，當(dāng)壓力高于破裂片的抗剪(壓)應(yīng)力時，高壓氣體從破裂片位置噴射出來，作用于周邊介質(zhì)[2-3]。 它屬于一種非炸藥類的特殊爆破方法，在爆破過程中無明火、振動小、煙塵少，大大地降低了煤礦爆破中引燃瓦斯的概率，有利于井下施工，并在煤礦增透(瓦斯抽采)施工過程中表現(xiàn)優(yōu)異[4-5]。

近年來，我國陸續(xù)出現(xiàn)多起利用二氧化碳致裂器技術(shù)非法制造爆炸品的刑事案件以及涉及二氧化碳致裂器的事故，二氧化碳致裂器的危險性分類成為了大家關(guān)注的問題。

二氧化碳致裂器從結(jié)構(gòu)上分為裝有液體二氧化碳的金屬管和裝有藥劑的發(fā)熱管。 從機(jī)理方面看，如果沒有發(fā)熱管的放熱反應(yīng)就不會引起二氧化碳的瞬間氣化，二氧化碳致裂器就不會發(fā)生爆炸。 裝有液體二氧化碳的主管本身是沒有爆炸性的，影響其安全性的不穩(wěn)定因素主要來源于發(fā)熱管中的藥劑。

公安部門對二氧化碳致裂器的監(jiān)管越來越重視。 而對二氧化碳致裂器發(fā)熱管中的藥劑是否是爆炸品，仍沒有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)和鑒定依據(jù)。 為了引導(dǎo)二氧化碳致裂器生產(chǎn)行業(yè)安全、可控地發(fā)展，給公安部門制定二氧化碳致裂器的相關(guān)監(jiān)管政策提供參考依據(jù)，本文中，以二氧化碳致裂器發(fā)熱管中的藥劑(英國經(jīng)典藥劑配方)為研究對象，通過試驗(yàn)分析研究其爆炸性及敏感程度。

1 常見激發(fā)管藥劑的爆炸性

國外的爆炸品在研制成功后，要按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行危險性分級[6]；確定爆炸品的危險性等級后，按照規(guī)定對爆炸品進(jìn)行生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存、使用和管理，并制定出合理的防護(hù)和管理措施。

目前，在國際上常用的爆炸品危險性分級標(biāo)準(zhǔn)主要有:

1)聯(lián)合國發(fā)布的《關(guān)于危險貨物運(yùn)輸?shù)慕ㄗh書:試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)手冊》(簡稱橘黃書)中的第一部分[7]；

2)北約組織制定的《關(guān)于軍用彈藥和爆炸性物質(zhì)危險性分級規(guī)則手冊》(NATO AASTP—3)[8]；

3)美國國防部制定的《國防彈藥和爆炸品危險性分級程序和試驗(yàn)方法》(TB700—2)[9]。

國際上現(xiàn)有的爆炸品危險性分級標(biāo)準(zhǔn)大都是在聯(lián)合國橘黃書的爆炸品危險性分級標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，并且在不斷地完善。 目前，國內(nèi)對爆炸品危險性分級標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 14372—2013，是等同采用聯(lián)合國橘黃書中的標(biāo)準(zhǔn)作為爆炸品危險性分級的標(biāo)

準(zhǔn)[10-13]。

針對二氧化碳致裂器的特點(diǎn)，將參照聯(lián)合國發(fā)布橘黃書第一部分和國內(nèi)GB/T 14372—2013 中的分類標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)方法，對二氧化碳致裂器中的激發(fā)管藥劑進(jìn)行試驗(yàn)分類。 圖1 為激發(fā)管藥劑的分級流程。

1.1 樣品

國內(nèi)的二氧化碳致裂器技術(shù)(包括激發(fā)管藥劑配方)從國外引進(jìn)，經(jīng)過多年的消化吸收，部分企業(yè)對其有所改進(jìn)。 但基本上是從優(yōu)化結(jié)構(gòu)、作業(yè)方式等方面入手改善使用效果，核心工作原理鮮有顛覆性創(chuàng)新。 本文中，以英國引進(jìn)的常用藥劑配方為研究樣品，藥劑的組分有:高氯酸鉀 KClO4、草酸銨(NH4)2C2O4、水楊酸 C7H6O3。 該配方中含有較敏感的強(qiáng)氧化劑和可燃組分，符合可爆炸物質(zhì)的組分結(jié)構(gòu)。

圖1 激發(fā)管藥劑分級流程Fig.1 Classification process of the charge in excitation tube

1.2 聯(lián)合國隔板試驗(yàn)Ⅰ

本試驗(yàn)用于測定激發(fā)管藥劑在鋼管的封閉條件下受到起爆藥爆炸的影響后傳播爆轟的能力。

1.2.1 裝置、材料及程序

試驗(yàn)裝置、材料及程序參考聯(lián)合國橘黃書中的試驗(yàn)Ⅰ(a):隔板試驗(yàn)。

1.2.2 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和評估結(jié)果的方法

試驗(yàn)結(jié)果是根據(jù)鋼管的破裂形式和驗(yàn)證板是否穿孔進(jìn)行評估的。 得出最嚴(yán)重評估結(jié)果的試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)用于分類。

如果出現(xiàn)鋼管完全破裂和驗(yàn)證板穿孔的情況，試驗(yàn)結(jié)果即為“ +”，亦即物質(zhì)傳播爆轟；任何其他結(jié)果都被視為“ -”，即物質(zhì)對爆炸沖擊不敏感。

1.2.3 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)鋼管破碎，驗(yàn)證板穿孔，試驗(yàn)結(jié)果為“ +”，見圖2。

根據(jù)聯(lián)合國危險品分類標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)方法，如果試驗(yàn)樣品在隔板試驗(yàn)Ⅰ、克南試驗(yàn)Ⅰ以及時間/壓力試驗(yàn)Ⅰ3 種試驗(yàn)中的任一試驗(yàn)結(jié)果為“ +”，即可說明此激發(fā)管藥劑具有爆炸性。 因此該藥劑樣品具有爆炸性。

圖2 隔板試驗(yàn)Ⅰ測試結(jié)果Fig.2 Test result of diaphragm test Ⅰ

1.3 聯(lián)合國隔板試驗(yàn)Ⅱ

根據(jù)聯(lián)合國隔板危險品分類標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)方法，在確定藥劑具有爆炸性后需要進(jìn)一步試驗(yàn)，測定藥劑的敏感程度，以確定其是否定為爆炸品。

1.3.1 裝置、材料及程序

試驗(yàn)裝置、材料及程序參考聯(lián)合國橘黃書中的試驗(yàn)Ⅱ(a):隔板試驗(yàn)。

1.3.2 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和評估結(jié)果的方法

試驗(yàn)結(jié)果是根據(jù)鋼管的破裂形式和驗(yàn)證板是否穿孔進(jìn)行評估的。 得出最嚴(yán)重評估結(jié)果的試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)用于分類。 如果出現(xiàn)下列情況，試驗(yàn)結(jié)果即為“ +”，亦即物質(zhì)對沖擊敏感:

1)鋼管完全破裂；

2)驗(yàn)證板穿孔。

任何其他結(jié)果都被視為“ -”，即物質(zhì)對爆炸沖擊不敏感。

1.3.3 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)鋼管未破碎，驗(yàn)證板變形但未穿孔，試驗(yàn)結(jié)果為“ -”，見圖3。

圖3 隔板試驗(yàn)Ⅱ測試結(jié)果Fig.3 Test result of diaphragm test Ⅱ

1.4 克南試驗(yàn)Ⅱ

本試驗(yàn)用于確定藥劑在高度封閉條件下對高熱作用的敏感度。

1.4.1 裝置、材料及程序

試驗(yàn)裝置、材料及程序參考聯(lián)合國橘黃書中的試驗(yàn)Ⅱ(b):克南試驗(yàn)。

1.4.2 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和評估結(jié)果的方法

可辨別出下列效應(yīng):

O: 鋼管無變化；A:鋼管底部凸起；B:鋼管底部和管壁凸起； C:鋼管底部破裂；D:管壁破裂；E:鋼管裂成兩片；F:鋼管裂成3 片或更多片，主要是大碎片，在有些情況下這些大碎片之間可能有一狹條相連； G:鋼管裂成許多片，主要是小碎片，閉合裝置沒有損壞； H:鋼管裂成許多非常小的碎片，閉合裝置凸起或破裂。

如果試驗(yàn)得出O 至E 中的任何一種效應(yīng)，結(jié)果即被視為無爆炸。 如果試驗(yàn)得出F、G 或H 效應(yīng)，結(jié)果即被評定為爆炸。

1.4.3 試驗(yàn)結(jié)果

極限直徑小于2.0 mm，試驗(yàn)結(jié)果為“ -”，管壁破裂情況見圖4。

圖4 克南實(shí)驗(yàn)Ⅱ試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Test result of Koenen test Ⅱ

1.5 時間/壓力試驗(yàn)Ⅱ

本試驗(yàn)用于確定自制炸藥在封閉條件下點(diǎn)火的效應(yīng)，以便確定自制炸藥在正常包件中可能達(dá)到的壓力下點(diǎn)火是否導(dǎo)致具有爆炸猛烈性的爆燃。

1.5.1 裝置、材料及程序

試驗(yàn)裝置、材料及程序參考聯(lián)合國橘黃書中的試驗(yàn)Ⅱ(c):(一)時間/壓力試驗(yàn)。

1.5.2 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和評估結(jié)果的方法

試驗(yàn)進(jìn)行了3 次。 記下表壓從690 kPa 上升至2 070 kPa 所需的時間。 用最短的時間來進(jìn)行分類。

試驗(yàn)結(jié)果是根據(jù)表壓是否達(dá)到2 070 kPa和如果達(dá)到的話表壓從690 kPa 升至2 070 kPa 所需的時間來解釋的。

如果壓力從690 kPa 升至2 070 kPa 所需的時間小于30 ms，結(jié)果即為“ +”，亦即物質(zhì)顯示迅速爆燃的能力。 如果上升時間是30 ms 或更大，或者表壓沒有達(dá)到2 070 kPa，結(jié)果即為“ -”，亦即物質(zhì)顯示不爆燃或緩慢爆燃。 不點(diǎn)燃不一定表明物質(zhì)沒有爆炸性質(zhì)。

1.5.3 試驗(yàn)結(jié)果

樣品未點(diǎn)著，最大壓力小于2 070 kPa，結(jié)果為“ - ”。

1.6 藥劑爆炸性試驗(yàn)結(jié)果討論

根據(jù)聯(lián)合國橘黃書第一部分及國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14372—2013 中的分類及試驗(yàn)方法，如果試驗(yàn)樣品在聯(lián)合國隔板試驗(yàn)Ⅰ、克南試驗(yàn)Ⅰ和時間/壓力試驗(yàn)Ⅰ3 項(xiàng)試驗(yàn)中任一試驗(yàn)結(jié)構(gòu)為“ +”，即可將其定性為具有爆炸性。 進(jìn)一步通過試驗(yàn)判斷該物質(zhì)的敏感程度，即如果試驗(yàn)樣品在聯(lián)合國隔板試驗(yàn)Ⅱ、克南試驗(yàn)Ⅱ和時間/壓力試驗(yàn)Ⅱ3 項(xiàng)試驗(yàn)中任一試驗(yàn)結(jié)果為“ +”，即可將其定性為爆炸品。

本文中，所測試的激發(fā)管藥劑在隔板試驗(yàn)Ⅰ中的試驗(yàn)結(jié)果為“ +”；而在隔板試驗(yàn)Ⅱ、克南試驗(yàn)Ⅱ和時間/壓力試驗(yàn)Ⅱ 3 項(xiàng)試驗(yàn)中的試驗(yàn)結(jié)果均為“ -”。 因此，可以認(rèn)定其為具有爆炸性的物質(zhì)，但由于其足夠鈍感，可不劃為爆炸品。

2 國內(nèi)部分二氧化碳致裂器產(chǎn)品事故的原因

我國二氧化碳致裂器產(chǎn)品生產(chǎn)至今未形成相應(yīng)的行業(yè)規(guī)范文件，部分企業(yè)根據(jù)本企業(yè)情況，將從國外引進(jìn)的二氧化碳致裂器技術(shù)從優(yōu)化結(jié)構(gòu)、改變激發(fā)管藥劑配方等方面入手改善使用效果，生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量差別較大。 通過對我國多個廠家所生產(chǎn)的二氧化碳致裂器發(fā)熱管藥劑的危險性分類試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)廠家生產(chǎn)的發(fā)熱管藥劑在聯(lián)合國橘黃書系列Ⅰ類型試驗(yàn)的隔板試驗(yàn)Ⅰ或克南試驗(yàn)Ⅰ中結(jié)果為“ +”，在隔板試驗(yàn)Ⅱ、克南試驗(yàn)Ⅱ和時間/壓力試驗(yàn)Ⅱ3 項(xiàng)試驗(yàn)中的結(jié)果均為“ -”，可判定為足夠鈍感的爆炸性物質(zhì)，不劃為爆炸品。

從目前掌握的二氧化碳致裂器發(fā)熱管藥劑基于聯(lián)合國橘黃書的試驗(yàn)測試結(jié)果來看，我國大多數(shù)廠家生產(chǎn)的二氧化碳致裂器發(fā)熱管藥劑具有較好的安全性。

但仍有少數(shù)企業(yè)所生產(chǎn)的二氧化碳致裂器因?yàn)榧ぐl(fā)管藥劑引發(fā)了爆炸事故。 事故可能原因可以分為以下兩種:

1)大多數(shù)二氧化碳致裂器的發(fā)熱管藥劑需要在一定壓力、足夠的藥量條件下才能高效激發(fā)液體二氧化碳?xì)饣?有些廠家為了提高發(fā)熱管藥劑能量，保證可靠引爆，會在藥劑中加入可以提高爆熱的高熱值金屬粉。 這些金屬粉的加入會提高藥劑的敏感程度，讓藥劑在聯(lián)合國隔板試驗(yàn)Ⅱ、克南試驗(yàn)Ⅱ和時間/壓力試驗(yàn)中Ⅱ呈現(xiàn)“ +”結(jié)果，變成爆炸品。

2)發(fā)熱管藥劑同樣需要一定程度的外界能量來引燃，有些廠家為了讓藥劑更容易被激發(fā)，會在藥劑中加入一些提高藥劑敏感程度的物質(zhì)。 被敏化后的藥劑在聯(lián)合國隔板試驗(yàn)Ⅱ、克南試驗(yàn)Ⅱ和時間壓力試驗(yàn)Ⅱ中會是“ +”結(jié)果，變成爆炸品。

3 結(jié)論

二氧化碳致裂器作為一種非炸藥類爆破裝置，其使用安全性，特別是發(fā)熱管藥劑安全性是關(guān)注的焦點(diǎn)。 目前，我國還沒有專門判斷二氧化碳致裂器發(fā)熱管藥劑是否是爆炸品的國家標(biāo)準(zhǔn)和鑒定依據(jù)，本文中所參考的聯(lián)合國橘黃書中的分類及試驗(yàn)方法目前主要用于危險品貨物運(yùn)輸，該系列試驗(yàn)方法雖然不是對二氧化碳致裂器發(fā)熱管藥劑危險性進(jìn)行判定的專門方法，但其試驗(yàn)結(jié)果可以作為判斷該類藥劑危險性的參考。 通過危險品貨物運(yùn)輸分類方法對含高氯酸鉀、草酸銨、水楊酸經(jīng)典發(fā)熱管藥劑配方開展試驗(yàn)，從試驗(yàn)結(jié)果來看，可將該藥劑定性為爆炸性物質(zhì)，但由于其足夠鈍感，可不劃為爆炸品。

二氧化碳致裂器技術(shù)作為一種理念先進(jìn)、使用方便、安全系數(shù)較高的物理爆破技術(shù)，在一些可能存在瓦斯等可燃?xì)怏w的爆破場合使用具有顯著的優(yōu)越性。 但由于我國個別廠家生產(chǎn)的發(fā)熱管藥劑配方不合理，提高了二氧化碳致裂器在使用過程中的不穩(wěn)定性和危險性，甚至引發(fā)了事故，給二氧化碳致裂器的使用帶來了困擾。 為了保障和引導(dǎo)二氧化碳致裂器技術(shù)高效、有序地發(fā)展，給出關(guān)于二氧化碳致裂器管理和處置方面的兩點(diǎn)建議:

1)為了保障二氧化碳致裂器的生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用的安全性，減少爆炸事故的發(fā)生，建議規(guī)范二氧化碳致裂器激發(fā)管藥劑的生產(chǎn)配方；

2)在涉及二氧化碳致裂器的刑事案件中，由于目前我國還沒有出臺有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和鑒定依據(jù)，難以形成有效的司法意見，建議有關(guān)部門盡快出臺相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和鑒定依據(jù)，為鑒定此類案件中涉及的具體二氧化碳致裂器性質(zhì)提供指導(dǎo)意見。