Micro Trap孔内爆速测试系统在铁矿山中的应用

吴国群

（煤科集团沈阳研究院有限公司，辽宁 抚顺 113122）

Micro Trap孔内爆速测试系统在铁矿山中的应用

吴国群

（煤科集团沈阳研究院有限公司，辽宁 抚顺 113122）

介绍了Micro Trap测试系统，并实际利用Micro Trap测试系统对现场混装乳化炸药和现场混装重铵油炸药孔内爆速进行测量对比。结果显示现场混装乳化炸药次孔内爆速为5 467.0 m/ s，现场混装重铵油炸药孔内爆速为5 926.5 m/s。分析得出在铁矿石爆破中孔内岩石的约束作用是炸药孔内爆速比地表爆速高的主要原因。

混装炸药；爆速；MicroTrap测试系统；比对

0 引 言

炸药的爆速是指炸药由于受到外界能量的作用形成的爆轰波在炸药中稳定传播的速度，是现阶段炸药爆炸性能中唯一可以通过高科技电子仪器自动读取，人为误差最小的一个爆炸性能测试结果。现阶段，国内露天采矿不断发展促进现场混装炸药技术也在不断提高，使得现场混装炸药在矿山、水利及基建等众多大型露天工程使用越来越广泛。但是关于现场混装炸药的爆炸参数，特别是对现场混装并装入炮孔内部的炸药的爆速，现阶段对其分析研究还未形成完整的系统化的观点，同时测试标准、方法的统一还未形成[1]，拟采用MicroTrap孔内爆速测试系统对现场混装乳化炸药和现场混装重铵油炸药在同一铁矿场中同一断面中的炮孔进行孔内爆速测试，并分析这2种不同含水炸药在孔内爆速与在地表爆速的区别和以及产生原因，探讨影响不同现场混装炸药爆速的影响因素和具体规律，为以后开展相关技术工作做一些实践铺垫。

1 孔内爆速测试系统

目前，按照国家标准[2]中对爆速测定方法一般采用：①电测法；②道特里士法；③高速摄影法。按照该文献要求的仲裁方法电测法，是一种操作简单、精确度高，同时不需要受试药卷很长，它是利用炸药爆炸形成的爆轰波阵面上产物是高压、高温、电离状态，测定的爆轰波依次通过炸药内（外）不同位置探针所要的间隔时间就是爆轰波在固定距离传播需要的时间[3]，但是这种测法首先只能测定在炸药内部固定距离的平均速度，并不能反映炸药爆炸后变化的爆轰成长及形成爆轰波变化的过程；其次由于这种方法是需要利用信号线对探针和测试仪器进行信号传输的原因故而不能对孔内爆速进行测量。道特里士法又被称为导爆索法，其利用的原理是用已知高爆速的导爆索来比较来定被测相对低速炸药的爆速[4]，其试验过程中需要先考虑导爆索的性能稳定性，其次还有确定所采用导爆索爆速数值的可靠性以及使用的过程外界爆炸过程中对导爆索的影响，因此也不能用来对孔内炸药爆速进行测定；高速摄影法是利用高速摄影仪对炸药爆炸整个过程进行高速连拍摄影后对炸药爆速的分析，由于高速摄影仪在炸药爆炸的环境中会受到爆炸力的作用而被损坏，也就不能深入炮孔内部进行直接摄影，故而不能利用高速摄影仪对孔内炸药爆速进行测试，可以看出以上常见对炸药爆速测定的方法由于各种使用条件的限制均不能对炮孔内炸药爆速进行测定，所以采用MicroTrap爆速测试系统对炸药在炮孔内部爆速进行测定并且和采用电测法测定的地表爆速进行比较。

1.1 测试系统

本次测定采用MicroTrap孔内爆速测试系统示意图如图1所示。连续速度探头线的长度为L，探头线的单位长度电阻值为R0（10.8 ohms/m），则探头线的电阻值可以表示为：R1=R0×L,采用设备提供的直流恒流源供给测试线路的电流即为I，整个测试线路（包括采集装置电阻为R2，接头部分的电阻为R3，其中上式含有的R0、I、R2、R3为常量，因此整个测试线路的总电阻是R总=R1+R2+R3。所以测试回路中的电压值可以表示为V1=I×R总=I×（R1+R2+R3），式中I×（R2+R3）在测试过程中为常量，即上式可以进一步表示为：V1=I×R0×L+ C（C为常量）；随着测试炸药爆炸后形成的爆轰波面的不断向前推进，使得速度探针缩短，当探针长度缩至△L时，单位时间内电压降可以表示成△V/t=I ×RO（△L）/△t，既而单位时间内电阻探针减少的长度可以表示为（△L/△t），就是炸药爆炸后形成爆轰波向前传播的速度，即爆速，D=△L/△t=（1/I× RO）×（△V/△t）=k×dV/dt（k为理论常数）[5].

1.2 数据处理

利用MicroTrap爆速/数据记录仪系统可以方便采集到电压和时间的变化相关曲线dV/dt，利用数据转化，将电压-时间变化曲线转化为探针变化的长度随时间变化的曲线dL/dt，从坐标轴上L-t曲线的斜率变化可以直观的看出测试炸药爆速连续变化趋势[6]。

图1 孔内连续爆速探针法测试技术结构图

2 孔内不同炸药爆速测试实例

本次进行孔内炸药爆速测试在辽宁鞍山某铁矿，该矿区采用大直径液压凿岩设备进行钻孔，钻孔孔径160 mm，分成3排。

2.1 爆破参数选择

在试验现场对现场混装乳化炸药和现场混装重铵油炸药进行测试，这2种中的混装乳化炸药是利用泵的压力把在地面站中水相和融化的油相按照一定比例吸入管道中进行混合，并且连续不断地进入乳化器内利用搅拌的作用和乳化剂的作用下进行油包水型的乳化，乳化后的乳胶体注入混合器与（或铝粉）微量元素进行再混合，混合后形成的炸药浆经漏斗流入螺杆泵内，药浆中的微量元素经5～10 min自身发泡后，形成现场混装乳化炸药[7]，而现场混装重铵油炸药乳化过程和混装乳化炸药相同，只是在形成乳胶基质后再按照一定的比例加入多孔粒硝铵按混合而形成的防水型混装油包水炸药[8]，其炸药密度、爆炸性能都优于现场混装乳化炸药。

据经验公式，最小抵抗线W底=（25-45）d[9]，爆破设计根据现场环境及钻机平台的所处的位置，选择炮孔最小抵抗线W底=5 m。孔距设计根据巴隆公式[4]

本工程采用三角形布孔方式，取

单孔药量[10]=qabH

式中：q为单位耗药量，根据铁矿石特性等选取；孔距a=6.0 m；排拒b=4.5 m；H为设计的台阶高度。

2.2 炮孔装药结构设计

单孔装药药量：装药方式采用炮孔不耦合装药，在选择的炮孔孔径为160 mm的情况下，为了防止爆破后形成底根，我们调整炮孔底部装药量为20 kg/m左右，炮孔上部为自然密度装药，在炮孔顶部为了降低飞石带来的危害，顶部选择成都为1.5 m进行减弱装药。在台阶爆破时，前排孔先起爆，由于存在自由面影响对炮孔中装药量采取一定限制，后排孔由于前排孔夹制作用，其炮孔装药量要比前排孔相应装药量大。

2.3 现场施工

为了对比上述2种不同含水炸药在同样外界条件下孔内爆速情况，选择现场中第1排任意选择2个炮孔进行孔内爆速的试验。由于重铵油炸药的密度大于乳化炸药，因此炮孔中实际装入的药量不同。

2.4 起爆网络设计

为了简化起爆网路，提高起爆的准爆性，爆破作业全部采用导爆管-导爆管起爆网路[11]，同时为了降低先起爆孔对后起爆网络的影响和破坏，本爆破设计拟采用在炮孔内高段，炮孔外低段导爆管雷管微差爆破起爆网路。为了降低自由面等其他外界因素对测量结果可能产生的误差，我们选择第1排2个炮孔进行混装乳化炸药和混装重铵油炸药进行装药并且对其孔内爆速测定。

设计充分利用了现场中存在自由面对爆破效果的影响作用，选定2个自由面相交的炮孔用一段导爆管雷管先起爆为后续的起爆炮孔创造更大的自由面有利于爆破效果，同时第1排炮孔内用二段导爆管雷管先起爆，排与排之间炮孔利用二段导爆管雷管进行逐孔起爆；后排用四段导爆管雷管进行炮孔延期起爆，排间炮孔利用二段导爆管雷管进行逐孔起爆。具体起爆网路如图2所示：图中序号为起爆导包爆管雷管段别。

图2 爆破网路示意图

3 数据分析

由MicroTrap孔内爆速测试系统得到现场混装乳化炸药孔内爆速变化图如3所示。由MicroTrap孔内爆速测试系统现场混装重铵油炸药爆速变化图如图4所示。

由图3、图4可以直观看出，由于试验采用的这两种炸药都受到自身的重力影响，造成炮孔内部的装药量随着炮孔深度的增加而增加，进而2种炸药的密度都是越往下越大，造成越往炮孔底部，2种炸药的爆速都稍微增大，体现在图3、图4中是曲线初始阶段时的斜率较后一段的斜率大；同时可以在图3、图4中明显看出现场混装乳化炸药次孔内爆速为5 467.0 m/s，现场混装重铵油炸药孔内爆速为5 926.5 m/s。

利用文献[2]中所规定仲裁的方法：电测法来实际测定同一批现场混装乳化炸药、现场混装重铵油炸药在地表测试时，由于这2种炸药的爆速较大，选择炸药的测距L=100 mm，其测定时间为：现场混装乳化炸药为t=21.9 μs，现场混装重铵油炸药t= 20.8 μs，由公式炸药的爆速D=L/t，可以分别得出现场混装乳化炸药的爆速为4 566 m/s，现场混装重铵油炸药的爆速为4 785 m/s，在这个测试过程中采用的测试装置、传感装置均符合文献[2]要求。

图3 现场混装乳化炸药孔内爆速变化图

图4 现场混装重铵油炸药爆速变化图

4 结 语

利用Micro Trap测试系统对不同炸药孔内爆速的测试，分别得出现场混装乳化炸药和现场混装重铵油炸药在同一铁矿山孔内爆速的变化情况，得出：

1）在炮孔内部，随着底部炸药装药密度的增加，这2种炸药的初始爆速都比上部炸药爆速大；

2）现场混装乳化炸药次孔内爆速为5 467.0 m/ s，现场混装重铵油炸药孔内爆速为5 926.5 m/s，都比同样炸药在地表测定的爆速高，主要是由于这2种炸药在炮孔内都受到岩石的约束、夹制作用，降低了炸药在爆炸时能量的不必要损耗，使得炸药爆炸所产生的能量得到充分利用，能更真实反映炸药能量变化情况以及对外界作功的情况。

3）Micro Trap测试系统操作非常简单，设备使用成本不高，可以同时测取多个炮孔内炸药在整个爆炸过程的爆速变化情况，在同样外界使用环境下，对比不同种类炸药爆炸性能，为提高爆破效果判断使用合适的炸药选择提供参考。

［1］ 叶海旺，农冬灵，赵明生，等.混装乳化炸药水孔装药数值模拟机试验研究［J］.爆破，2011，28（4）：11-14.

［2］ 中华人民共和国质量监督检验检疫委员会.GB/ T13228—2015工业炸药爆速测定方法［S］.北京：中国标准出版社，2015.

［3］ 弓启祥，陈毓，吴国群，等.工业炸药在炮孔与露天两种情况下爆速测定比对［J］.露天采矿技术，2011（6）：52-54.

［4］ 王为.导爆索法测试炸药的几点经验［J］.爆破，2003，20（6）：88-89.

［5］ 李晓虎，周桂松，郝亚飞，等.孔内爆速测试技术在水泥矿山中的应用［J］.爆破，2014，31（2）：75-77.

［6］ 王宽，曹进军，郝亚飞，等.对影响现场混装乳化炸药孔内爆速因素的探究［J］.爆破，2016，33（4）：118-122.

［7］ 王胜利，焦永富.现场混装炸药在司家营铁矿和石人沟铁矿的应用［J］.现代矿业，2015，6（6）：188-189.

［8］ 王波.重铵油炸药混装车技术在某工程中的应用［J］.黑龙江水利科技，2013，10（41）：271-274.

［9］ 王杰．爆破工程［M］.武汉：武汉理工大学出版社，2007.

［10］ 张立.爆破器材性能及爆炸效应测试［M］.淮南：淮南工业学院，1998.

［11］ 吴国群，罗伟，陈熙洪，等.深孔爆破在露天石灰岩矿的应用［J］.现代矿业，2013（11）：164-166.

【责任编辑：解连江】

Application of MicroTrap testing system in iron mine

WU Guoqun
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Research Institute,Fushun 113122,China)

The article introduces MicroTrap testing system and measures on site mixed emulsion explosives and on-site mixed heavy ANFO detonation velocity.The results show that the average speed of the emulsion explosive in the hole is 5 467.0 m/s the average speed of mixed heavy ANFO explosives in the hole is 5 926.5 m/s.The constraining force in hole is the main reason that internal velocity ratio of explosive hole is higher than surface detonation velocity.

mixed-explosive;detonation velocity;MicroTrap testing system;comparison

TD235.3

B

1671－9816（2017）06－0059－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.06.017

吴国群.Micro Trap孔内爆速测试系统在铁矿山中的应用［J］.露天采矿技术，2017，32（6）：59-62.

2017-03-25

吴国群（1981—），男，安徽淮南人，工程师，硕士，2009年毕业安徽理工大学，现从事民用爆炸产品检测检验工作，发表论文多篇。