起爆药包形状对多孔粒状铵油炸药猛度测试的影响

2018-10-16李文艺陈先俊王道阳黄文尧

现代矿业 2018年9期

徐静李文艺陈先俊王道阳黄文尧

(1.马鞍山江南化工有限责任公司；2.苏州丰倍生物科技有限公司；3.安徽理工大学化学工程学院)

炸药猛度的主要测试方法有铅柱压缩法、铜柱压缩法、平板炸坑法和猛度弹道摆试验[1-3]，目前铅柱压缩法是国内普遍采用的测试方法。该方法要求采用规定材质和尺寸条件的铅柱，炸药装药爆炸对铅柱进行压缩，以铅柱压缩的数值来衡量猛度大小。多孔粒状铵油炸药是由多孔粒状硝酸铵和柴油按照一定比例，通过物理混合制得的一种铵油炸药，具有生产成本低、工艺简单、流散性好、不易结块、使用方便等特点，目前已成为生产和使用最广泛的铵油炸药。多孔粒状铵油炸药不具备雷管感度，需要采用起爆具进行起爆[4-7]。因此在多孔粒状铵油炸药的猛度测试中，《炸药猛度试验铅柱压缩法》(GB/T 12440—1990)要求使用5 g起爆药包起爆被测样品，同时采用φ50 mm×5 mm×60 mm有缝钢管对被测样品进行约束，但该标准中并未明确提出起爆药包的形状。由于雷管起爆时既具有轴向起爆能力，又具有侧向起爆能力，猛度测试时与雷管接触的起爆药包的药包不同，在轴向和侧向上的起爆能力会有所不同，从而对测试结果造成一定影响。因此，本研究对起爆药包形状对多孔粒状铵油炸药猛度测试的影响进行研究。

1 试验方案

试验材料为多孔粒状硝酸铵，工业级；国五0#柴油，工业级，中石化；2#岩石乳化炸药，工业级。试验仪器为猛度测试专用铅柱，猛度测试专用钢片，8#瞬发电雷管，φ50 mm×5 mm×60 mm有缝钢管，φ40 mm 纸筒外套，0.02 mm游标卡尺，0.1 g天平，1 mm 钢尺等。多孔粒状硝酸铵与0#柴油按照94.5∶5.5 的比例称取材料，并充分混合制得多孔粒状铵油炸药。

本研究试验采用2#岩石乳化炸药制作起爆药包。为使药包制作具有一致性与可重复性，采用铝片设计制作了4种不同形状的药包模具，分别为球形模具、圆锥形模具、圆柱形模具、圆台形模具。

多孔粒状铵油炸药为颗粒状，流动性较好，有利于药包布置，不易造成形状破坏，试验中装药密度为0.83～0.85 g/cm3。根据雷管有效起爆位置长度，将雷管插入到起爆药包中15 mm，再将药包放置到待测炸药中心位置，并设计了球形、圆柱形、锥形、倒圆台形、圆台形等5种装药情形。起爆药包放置如图1所示。测试装置如图2所示。测试场地为马鞍山江南化工试爆场，现场依次分别对起爆药包为球形、圆柱形、圆锥形、倒圆台形、圆台形的待测样品进行测试，并准确记录测试数据。试验采用多次测试取平均值的方法，每组测试产生5个数据，共进行5组测试，收集了25个数据。

2 试验结果

铅柱压缩法是以铅柱压缩量来衡量猛度大小，铅柱压缩值ΔH的计算公式为

ΔH=Hc-Hz,

式中，Hc为铅柱初始平均高度，mm；Hz为爆炸后的铅柱平均高度，mm。

图1 药包形状

图2 测试装置

通过测量爆炸后的铅柱平均高度Hz，并结合上式，所得不同起爆药包形状对应的猛度值见表1。

表1 猛度测试结果 mm

由表1可知：采用圆锥形起爆药包测得的猛度值(猛度值平均为19.96 mm)最大，其次为圆柱形起爆药包(猛度值平均为19.14)，球形、倒圆台形、圆台形起爆药包测得的猛度值较小(分别为18.22，18.19，18.21 mm)。对于圆锥形、圆柱形起爆药包，装药更多集中于轴向上，使得轴向上的能量更集中，因此测得的炸药猛度值更高。而其余形状的起爆药包，装药分散于轴向和侧向上，轴向上的能量被分散了一部分，因此测得的炸药猛度值较小。

在统计学中，极差和方差均可以衡量1组数据的离散程度。极差是观测变量的最大观测值与最小观测值之间的区间跨度，能够体现1组数据波动的范围和离散程度，极差越大，数据离散程度越大，反之，离散程度越小。对不同起爆药包形状对应的炸药猛度数据(表1)进行了极差计算，可知圆台形起爆药包对应的猛度值的波动范围最小(极差为0.57)，其次为球形起爆药包(极差为0.68)，圆柱形、圆锥形、倒圆台形起爆药包对应的猛度值的波动范围较大(相应的极差值为0.73、0.84、0.8)，因此，不同形状起爆药包对应的炸药猛度波动情况由小到大排列为圆台形<球形<圆柱形<倒圆台形<圆锥形。

极差是主要反映1组数据中2个极端值的差异情况，无法有效反映其他数据的波动特征[8]。本研究在此基础上，采用方差来衡量表1数据的离散程度，方差越小，数据波动越小，数据越稳定，离散程度越小。经过对表1数据进行方差计算，并按照方差由小到大顺序排列为球形<圆柱形<圆台形<圆锥形<倒圆台形。

综上分析可知：采用圆锥形起爆药包虽然测得的炸药猛度值最大，但数据波动范围大，单次试验结果可能会为极大值或极小值，数据偏差大，可靠性差；采用圆台形起爆药包虽然测得的炸药猛度值较小，但数据方差较大，数据稳定性较差；采用球形起爆药包测得的炸药猛度值的极差与方差均较小，数据稳定性最佳。