乳化炸药生产线中殉爆问题初探

高玉刚

(中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司, 安徽 淮北235000)

乳化炸药生产中,如果某一工序发生意外爆炸,易引起相邻工序发生殉爆,扩大事故后果。 因此,研究和积累乳化炸药生产过程中殉爆问题,对乳化炸药安全生产,推进民爆行业高质量发展具有重要的现实意义。

1 殉爆机理

炸药爆轰时能够引起周围一定距离内的炸药发生爆炸。 对于不敏感的炸药如梯恩梯,主要是由于爆轰产物的冲击使被发装药产生热点,从而导致爆炸或爆轰。 爆轰产物是一种混合物,既有固体颗粒,又有多种气体,如N2、CO2、CO 等。 对于较敏感的炸药如黑索金,主要是空气冲击波超压和正压持续时间的作用使被发炸药产生热点,从而导致爆炸或爆轰[2-8]。 殉爆的原因主要有:主发装药的爆轰产物直接冲击被发装药;主发装药爆轰时,抛射出的物体冲击被发装药;主发装药爆轰时,在惰性介质中形成的冲击波冲击被发装药。 在实际情况下,也可能是以上2 种或3 种因素的综合作用。 如介质是空气,且两装药相距较近,主发装药又有外壳时,有可能是3 种因素的共同作用。

2 影响炸药殉爆性的因素

2.1 温度

炸药药温越高,殉爆距离越大,炸药发生殉爆的可能性也越大。 因此,当输送带上的炸药药卷经水冷却后,理论上其殉爆距离将变小,即相同的药卷距离下发生殉爆的可能性将变小。

2.2 药卷间惰性介质的性质

试验样品:主发装药为苦味酸20 g,密度为1.25 g/cm3,纸质外壳;被发装药为苦味酸,密度为1.0 g/cm3,试验结果见表1。

表1 不同介质的殉爆距离 单位:cm

由表1 可得,在上述介质中,炸药在水中的殉爆距离最大。

2.3 药卷的摆放形式

主发药卷与被发药卷平行放置,正对摆放比不正对摆放容易殉爆。 主要原因是两药卷之间平行正对摆放时,被发药卷接受冲击波的面积要大。 因此,两药卷平行错开位置越大,两药卷的径向殉爆距离也就越小。

2.4 药卷质量(或药卷直径)

同时增加主、被发药卷的质量或增大药卷直径,会使主发药卷的冲击波强度增大,被发药卷接受冲击波的面积增大,径向殉爆距离增大[9-12]。 例如将质量为300 g 阿莫尼特(氯化钾的质量分数为12%)制成不同直径的药卷进行试验。 试验表明:当药卷直径31 mm 时殉爆距离为50 mm,当药卷直径为40 mm 时,殉爆距离增大至110 mm。 主发药量对殉爆距离的影响见表2,随着主发药量的增加,殉爆距离也增大。

表2 主发药量对殉爆距离的影响

3 乳化炸药生产线中传爆性能检测

根据生产实践,乳化炸药生产线中以下环节容易引发殉爆:乳化基质平铺在钢带上进行冷却时,敏化后的乳化炸药成堆放置时,敏化后的炸药平铺冷却过程中,装成药卷后在输送带运送过程中,成品箱药卷输送过程中。 针对上述环节选取不同厂家的乳化炸药在空旷的试验环境下进行传爆性能模拟试验。

3.1 乳化基质平铺传爆性能试验

以3 个厂家的2 号乳化炸药基质为试验样品,乳化基质在钢带上平铺冷却时进行模拟试验。 主要参数:甲厂乳化基质平铺厚度为20 mm;乙厂乳化基质平铺厚度为9 mm,药温80 ℃;丙厂乳化基质平铺厚度为20 mm,药温65 ℃。

试验方法:

1)取生产线上的乳胶基质样品迅速运送到空旷的露天场所,选择平整、无碎石及其他可抛掷硬物的试验场地。

2)将乳化基质平铺在输送带上,记录乳化基质平铺的厚度和温度。

3)采用岩石型炸药为起爆药,起爆药柱置于药带窄端的中间处,用1 发8 号工业雷管进行起爆,平行做2 次试验。

2 次试验后,起爆药卷和与其接触的乳化基质处的输送带被炸穿,输送带其余部分完好并附有大量乳化基质。 试验结果表明:起爆药卷处输送带被炸穿,起爆药卷正下方地面均可见一个圆形爆坑,起爆药卷均爆轰完全,输送带上的乳化基质未发生爆轰。

3.2 乳化基质敏化后的成堆炸药传爆性能试验

乳化基质敏化后,在钢带上成堆输送时,以3 个厂家的2 号乳化炸药为试验样品,进行模拟试验。 主要参数为:甲厂药量5 kg/堆,共2 堆,堆间中心距0.5 m,堆最短边距0.35 m;乙厂药量1.5 kg/堆,共4 堆,堆间中心距0.4 m,堆最短边距0.2 m,药温50 ℃;丙厂药量4.5 kg/堆,共3 堆,堆最短边距0.4 m,药温29 ℃。

试验方法:

1)在空旷的露天场所选择平整、无碎石的地面,用木桌作为支架,记录支架的长、宽、高,再在支架上铺设与实际生产一致的输送带,记录输送带的长度、宽度、厚度。

2)在输送带纵轴线上布置3 堆敏化后的2 号岩石乳化炸药半成品,布置好后,记录每堆乳化炸药质量、堆间边缘的距离,记录起爆前样品的温度。

3)采用岩石型炸药为起爆药,用1 发8 号工业雷管进行起爆,平行做2 次试验。

2 次试验中,起爆药卷和与其接触的一堆样品处的输送带被炸穿,输送带其余部分完好并附有大量残药,木板大部分破碎。 现场情况如图1、图2 所示。

图1 药堆起爆前试样状态

图2 药堆起爆后状态

试验结果表明,2 次试验的起爆药卷和与其接触的一堆样品均爆轰完全,与主爆堆样品相隔一定距离的从爆堆样品未发生爆炸。 当样品堆药量为1.5 kg 时,生产线上样品堆间最短边距0.2 m 时,从爆药卷未发生殉爆;当样品堆药量增大至5 kg时,样品堆间最短边距亦扩大至0.35 m,从爆药卷也未发生殉爆。 随着样品堆药量的增大,殉爆安全距离也随之增大。

3.3 乳化基质敏化后的平铺炸药传爆性能试验

乳化基质敏化后平铺冷却输送时,厚度为9 mm。取长1.8 m,宽0.4 m,药量7.8 kg,药温47 ℃,进行传爆试验。 试验方法同成堆输送时传爆性能试验方法相同。

2 次试验中,起爆药卷处输送带和木板被炸穿,其余部分完好,输送带上附有大量残药,起爆药卷正下方地面上有一个明显圆形爆坑,但与起爆药卷接触的部分被引爆,但爆炸未稳定传播。 现场情况如图3、图4 所示。 试验结果表明:平铺厚度为9 mm,药量7.8 kg,药温47 ℃时,输送带上平铺的试样不会发生爆轰传爆。

图3 第1 次试验起爆前试样状态

图4 第1 次试验起爆后试样状态

3.4 输送带上散装药卷传爆性能试验

选取4 个厂家的2 号岩石乳化炸药,外径32 mm,质量200 g,对成品散装药卷输送工序进行模拟试验。 主要参数:甲厂药量15 卷/堆,共2 堆,堆间中心距0.9 m,堆最短边距0.4 m,药温22 ℃;乙厂药量20 卷/堆,共2 堆,堆间中心距1.5 m,堆最短边距1 m,药温34 ℃;丙厂药量20 卷/堆,共2 堆,堆间中心距1.5 m,堆最短边距1 m,药温29 ℃;丁厂药量20 卷/堆,共2 堆,堆间中心距1.6 m,堆最短边距1 m,药温42 ℃。

试验方法同成堆输送时传爆性能试验方法相同。 2 次试验中,起爆端的钢板及输送带被炸穿,正对主爆药卷处的地面有明显爆坑,主爆药卷均爆轰完全。 从爆药卷处钢板及输送带完好,输送带上附有残药,四周散落的残留药卷数量与起爆前一致。

通过乙厂、丙厂、丁厂的试验数据可知,当药量为4 kg,药温在29 ～42 ℃时,输送带上药卷堆最短边距离为1 m 时,不会引起传爆。 而当药量下降3 kg,药温下降至22 ℃时,输送带上药卷堆最短边距离为0.4 m 亦不会引起传爆。 因此,输送带上的药卷传爆距离与药卷堆的药量及药温有关。

3.5 输送带上成品箱传爆性能试验

选取4 个厂家的2 号岩石乳化炸药,外径32 mm,质量200 g,对成品箱装药输送工序进行模拟试验。主要参数:甲厂药量24 kg/箱,共2 箱,箱间中心距4.26 m,箱最短边距4.5 m,药温26 ℃;乙厂药量24 kg/箱,共2 箱,箱间中心距3.27 m,箱最短边距3 m,药温29 ℃;丙厂药量24 kg/箱,共2 箱,箱间中心距3.305 m,箱最短边距3.0 m,药温22 ℃;丁厂药量24 kg/箱,共2 箱,箱间中心距3.27 m,箱最短边距3 m,药温44 ℃;

试验方法同成堆输送时传爆性能试验方法相同。 2 次试验中,起爆端纤维板及输送带被炸穿,正对主爆成品箱处的地面有明显爆坑,主爆成品箱均爆轰完全。 从爆成品箱处纤维板及输送带完好,四周散落的残留药卷数量与起爆前一致,从爆成品箱中的炸药未发生爆炸。 现场情况如图5、图6 所示。 试验结果表明:当炸药箱最短边距3.0 m,药温44 ℃,试验的起爆成品箱炸药均爆轰完全,相隔3.0 m 处输送带上从爆成品箱炸药未被殉爆。

图5 丙厂成品箱传爆试验前

图6 丙厂成品箱传爆试验后

4 结语

根据试验情况,药温、药卷质量、药卷直径、堆放形式和平铺厚度都会影响乳化炸药的传爆性能。上述5 个试验的结果可供实际工程参考,但由于试验条件及试验场地的限制,殉爆距离有些偏差,应根据具体工程实践合理调整。