深水静压作用下含水炸药爆炸性能的研究

汪 齐，胡坤伦，王 猛，曹 杰，韩体飞，杨 帆



深水静压作用下含水炸药爆炸性能的研究

汪 齐1，胡坤伦1，王 猛1，曹 杰1，韩体飞1，杨 帆2

（1.安徽理工大学，安徽淮南，232001；2安徽江南爆破工程有限公司，安徽宣城，242300 ）

为得到含水炸药的爆速随静态压力变化的规律，采用特制的爆炸性能测试装置，通过改变静水表面的压力来模拟深水装药环境，对不同静压作用下两类含水炸药（乳化炸药和煤矿许用水胶炸药）的爆速进行测试。实验结果表明：含水炸药的爆速随着压力的增大而降低；乳化炸药受静态压力的影响较大，在静压力为0.3MPa下会发生拒爆，水胶炸药爆速下降率比较平缓稳定。同时，通过拟合得到了乳化炸药的爆速与压力和加压时间之间的关系式。本研究为含水炸药在水下爆破中的应用提供技术支持。

含水炸药；静压；爆炸性能；爆速

我国的水下爆破在近年来发展非常迅速，1986年葛洲坝水电站两道混泥土防渗心墙的水下爆破拆除成功，创下我国多段微差爆破新技术。三峡工程上游围堰的爆破拆除规模巨大，拆除难度高，仍然全部1次爆破拆除成功，标志着我国水下爆破技术又上了1个新的台阶[1-2]。但是，在水下爆破或含水深孔爆破中，由于水压力的作用或炸药自重的影响，炸药的爆速和猛度等爆炸性能都会随之下降，不仅如此，还会使炸药密度变大，炸药起爆感度和传爆感度都会降低。因此，研究深水作用下含水炸药爆炸性能，对于水下爆破施工、深孔爆破、含水炸药的研制都有一定的指导意义。

1 实验方法

1.1 实验原理及方案

水下装药所受到的总压力等于静水表面的大气压和水压力之和，本实验使用自行设计的爆炸装置，如图1所示。通过改变静水表面的压力来模拟深水装药环境，并采用电测时仪法进行含水炸药受压状态的爆速测试。

图1 爆速测试装置

结合水下爆破工程实际并经过一系列的考察试验，并考虑到实验工作量，最终确定含水炸药抗压性能的试验方案：（1）对水胶炸药压力点取0、0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa，0.6MPa，每个压力点爆速分别测试3次；（2）对乳化炸药压力点取0、0.05MPa、0.1MPa、0.15MPa、0.2MPa、0.25MPa、0.3MPa，每个压力点爆速分别测试3次；（3）对乳化炸药压力点取0、0.1MPa、0.15MPa、0.2MPa、0.25MPa、0.3MPa，并将每个压力点下的乳化炸药放置1h、2h、3h、4h、5h，每个压力下、不同放置时间后分别测试3次爆速。

由于实验是在自行设计的爆炸容器中进行，测试爆速除按照国标要求进行的同时，还要注意以下几点：（1）进行炸药爆炸性能测试时应保证装置的气密性；（2）测试时药卷应正向起爆，雷管脚线和探针线应分别从爆炸装置顶部和底部中引出，防止爆轰波传播过程中探针被破坏。

1.2 爆炸性能的表征方法

用爆速值来计算含水炸药受静压后爆炸性能的下降程度，下降率用式（1）表示：

=(0-)/0（1）

式（1）中：为表示含水炸药爆炸性能下降程度，变化范围为0～1，数值越大说明炸药爆炸性能下降程度越大；0为静压作用前炸药爆速值；为静压作用后炸药爆速值。

受静水压力前与拒爆时：

0=(0-)/0=0 （2）

1=(0-拒爆)/0=(0-0)/0=1 （3）

式（2）中：0表示静压作用前炸药爆炸性能下降程度，此时下降程度最小，其值为0；式（3）中：1表示炸药受压拒爆时炸药爆炸性能下降程度，此时下降程度最大，其值为1[3]。

2 实验结果与分析

2.1 水胶炸药与乳化炸药抗压性能对比

乳化炸药和水胶炸药的爆速随压力变化的测试结果分别见表1~2。

表1 乳化炸药静压下爆速测试结果 (m·s-1)

under the static pressure

Tab.1 Detonation velocity results of the emulsion explosive

表2 水胶炸药静压下爆速测试结果 (m·s-1)

Tab.2 Detonation velocity results of the water-gel explosive under the static pressure

对表1、表2试验数据利用式 ( 1 )进行处理，根据处理结果做相关图及表，见表3~4及图2~3。

表3 乳化炸药爆炸性能下降率

Tab.3 Decline rate of detonation velocity of emulsion explosive

表4 水胶炸药爆炸性能下降率

Tab.4 Decline rate of detonation velocity of water-gel explosive

由表1~2、图2可知：0～0.25MPa静水压力作用范围内，乳化炸药的爆炸性能随着压力的增大逐渐降低，当压力达到0.3MPa时开始出现半爆或拒爆。在乳化炸药起爆过程中，敏化剂充当着热点的作用，本实验用的乳化炸药属于化学敏化，对于化学敏化的乳化炸药，气泡的稳定性至关重要。当炸药受静水压力的作用时，有效的敏化气泡体积会缩小而失去敏化作用，“热点”大大的减少，未反应的炸药受爆轰波前端激波压缩作用而导致的温度增加值减少，化学反应区内反应速率减缓，同时反应效率也会降低，直接导致炸药爆轰性能下降。此外，在静水压力作用下，大量的有效气泡缩小，两相界面的接触面积变小，通过对乳化炸药爆轰机理的分析，这也将导致乳化炸药的爆轰性能降低[4]。

图2 两种炸药爆速值与静态压力关系

图3 两种炸药爆炸性能下降率与静态压力关系

由图2可知，三级煤矿许用水胶炸药在0~0.1MPa (即从不受静态压力到受静态压力转变)下，水胶炸药的爆速有一个增大的过程。这是因为对于以氧化物和可燃物为主要组成的工业炸药，通常存在一个最佳密度，在最佳密度时，装药的爆速达到最大值，其它密度时，爆速都减小。在直径一定时，它们的爆速先随密度增大而增加[5-6]。当压力从0增大到0.1MPa时，水胶炸药的密度增大，爆速增大；当压力继续增大时，即在0.1~0.6MPa下水胶炸药的爆速随着压力的增大而降低，大于0.4MPa后，爆速值低于国标规定的三级煤矿许用水胶炸药的水平[7]。这是因为水胶炸药的胶凝剂是线性高分子化合物，遇氧化剂水溶液溶胀水合后与交联剂形成立体形网状结构[8]，在静压力作用下，凝胶体系具有的立体网状结构会发生改变，导致炸药性能下降。

由表3~4、图3可知：乳化炸药的爆速下降率大于水胶炸药的爆速下降率，即乳化炸药受静态压力的影响较大，水胶炸药受静态压力的影响较小，造成这种不同主要是因为乳化炸药和水胶炸药的组分、结构存在差异。

2.2 乳化炸药抗压性能分析

乳化炸药在不同的压力点下放置不同时间测得的爆速结果见表5。

表5 不同压力下放置不同时间后乳化炸药爆速测试结果 (m·s-1)

Tab.5 Detonation velocity results of the emulsion explosive after laying different time in different pressure

由表5可见，当放置时间相同时，乳化炸药的爆速随着压力的增大而减小，在同一压力点下，乳化炸药的爆速随着加压时间的变化没有明显的变化规律。并且，通过对比分析可发现，压力因素相对于放置时间而言，压力的变化对乳化炸药的爆速影响更为明显。将乳化炸药的爆速记为，静态压力记为，加压后的放置时间记为。将表5中的实验结果非线性曲面拟合得到方程：

拟合出来的函数图像如图4所示。

图4 拟合的函数图像

Fig.4 Fitting function image

从图4可以看出，压力和加压时间均会影响乳化炸药的爆速，爆速值随着压力的变化趋势更为明显，当乳化炸药所受的静态压力较大且受压时间越长时，爆速下降的趋势更加显著。

3 结论

（1）随着静荷载压力的增加，含水炸药的爆速值呈递减趋势。其中水胶炸药在0～0.1MPa下爆速有一个增加的过程，压力大于0.4MPa后，爆速值低于国标规定的三级煤矿许用水胶炸药的水平；乳化炸药在静态压力达到0.3MPa后会出现半爆或拒爆。

（2）随着静荷载压力的增加，含水炸药的爆速下降率呈递增趋势，并且乳化炸药爆速受静压影响更为明显。水下爆破中含水炸药的抗压性能的优劣对爆破效果有很大的影响，因此，利用含水炸药进行水下爆破施工时，必须对含水炸药的抗压性能予以重视，并且应根据含水炸药抗压能力的不同考虑选用不同种类的含水炸药。

（3）含水炸药的爆炸性能会受到静态压力和加压时间等因素的影响，并且压力的变化对其影响更为明显，因此在工程实践中应综合考虑各因素的影响，合理设计方案。

[1] 胡坤伦,梁鎏鎏,沈东.含水炸药在静压作用下爆炸特性的实验研究[J].火工品,2012(2):22-25．

[2] 高建华.浅水中爆炸及其破坏效应[M].北京:国防工业出版社,2010．

[3] 刘磊,汪旭光,张成良.受静压作用乳化炸药的实验研究[J].爆破,2014,31(2):139-143．

[4] 刘磊,汪旭光,杨溢,等.不同敏化材料的乳化炸药抗深水压力性能的实验研究[J].爆破,2010,27(2):10-13．

[5] 张立.爆破器材性能与爆炸效应测试[M].合肥:中国科学技术出版社,2006．

[6] 朱宽,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(2):118-122．

[7] GB 18094-2000水胶炸药[S].中国标准出版社,2000．

[8] 汪旭光,聂森林,云主惠,等.浆状炸药的理论与实践[M].北京:冶金工业出版社,1985．

Experimental Study on the Explosive Performance of Water-bearing Explosives under the Static Pressure

WANG Qi1，HU Kun-lun1，WANG Meng1，CAO Jie1，HAN Ti-fei1，YANG Fan2

（1.Anhui University of Science and Technology, Huainan, 232001;2.Anhui Jiangnan Blasting Engineering Co.Ltd.,Xuancheng,242300）

To summarize the rule of the water-bearing detonation velocity changing with static pressure, the detonation velocity of two types of explosive (emulsion explosive and coal mine permissible water-gel explosive) under different static pressure were tested by a special explosion testing device, the deep water charging environment was simulated by changing the pressure under water. The experimental results showed that detonation velocity of water-bearing explosives was decreased with the increase of static pressure. The detonation velocity of emulsion explosive was affected obviously, it occurred failure explosive when the static pressure value reached 0.3MPa,while the curve decline rate of detonation velocity for water-gel explosive was relatively flat and stable. At the same time, the relation equation between detonation velocity, pressure and pressure time of emulsion explosive was fitted out. The study provides technique support for the application of water-bearing explosives in under water blasting.

Water-bearing explosive；Static pressure；Explosive performance；Detonation velocity

1003-1480（2017）03-0041-04

TQ564

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2017.03.011

2017-04-11

汪齐（1992-），男，硕士研究生，从事工程爆破、爆炸力学研究。

国家自然科学基金青年科学基金（51604009）。