二氧化碳致裂器用激发管安全性能的研究

尤秀 巢光华

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2107-5640-6528

摘  要：二氧化碳爆破技术作为一种新型爆破技术，相比工业炸药和雷管，在生产工艺和使用安全上有着明显的区别。同时作为核心部件的二氧化碳致裂器用激发管，其主要功能是为液态二氧化碳提供气化所需要的热量。但是目前国内二氧化碳致裂器用激发管发展质量参差不齐，大部分激发管所使用的药剂都是采用高敏感度的烟火药剂，有较大的危险因素。本文通过对比不同厂家激发管的安全性能及二氧化碳致裂器用激发管的现场使用情况，从而进一步研究二氧化碳致裂器用激发管的发展方向。

关键词：二氧化碳爆破技术  二氧化碳致裂器用激发管  安全性能  激发药  对比试验

中图分类号：TB41                             文献标识码：A                 文章编号：1674-098X（2021）06（b）-0036-03

Research on safety performance of excitation tube for carbon dioxide cracker

YOU Xiu  CHAO Guanghua

（Jiangxi Xinyu Guotai Special Chemical Co.， Ltd.， Xinyu， Jiangxi Province， 338018  China）

Abstract： As a new type of blasting technology， carbon dioxide blasting technology is obviously different from industrial explosives and detonators in production technology and use safety. At the same time， as the core component， the excitation tube for carbon dioxide cracker is mainly used to provide the heat required for gasification of liquid carbon dioxide. However， at present， the development and quality of excitation tubes for carbon dioxide crackers in China are uneven. Most of the agents used for excitation tubes are pyrotechnic agents with high sensitivity， which has great risk factors. This paper compares the safety performance of excitation tubes from different manufacturers and the field application of excitation tubes for carbon dioxide cracker， so as to further study the development direction of excitation tubes for carbon dioxide cracker.

Key Words： Carbon dioxide blasting technology; Carbon dioxide cracker excitation tube; Safety performance; Excitation agent; Comparative test

在二氧化碳爆破技術中，激发管是一个重要的关键耗材，它是形成膨胀集聚力（破裂力）的必备启动部件，在国内由于一些新的爆破应用市场的发掘，二氧化碳爆破技术及装备应用呈现快速发展的势头，引起国家有关部门、民爆企业、爆破行业专家和有关从业人员的广泛关注。作为一种特殊的爆破作业器材，产品的安全性是至关重要的，但是随着市场不断扩大，部分国内企业在研究过程中过度使用含能材料试制二氧化碳致裂器用激发管，给二氧化碳致裂器用激发管行业带来了较大的安全隐患[1]。本文通过对比不同激发管的产品特性及二氧化碳致裂器现场使用情况，研究二氧化碳致裂器用激发管的相关安全性能。

1  二氧化碳致裂器用激发管研究现状及原理

二氧化碳致裂器用激发管主要是用于二氧化碳致裂器中，主要使用原理为液态二氧化碳提供气化所需要的能量，同时产生大量的气体增大致裂器内的压力，加速致裂器的破裂[2]。因此，二氧化碳致裂器用激发管的主要核心作用是释放大量的热量和气体。目前国内对激发管的研究分支较多，但核心都是对激发药剂进行改进，增加其放热量，这也导致部分厂家为了提高产品效果使用铝热剂或单质炸药等含能材料作为激发药，从而导致了很多安全事故的发生[3]。作为一种新型的民用爆破器材，二氧化碳爆破技术本身优势并不在爆破效果上，更多的在于对环境的保护和生产使用的安全性上，二氧化碳致裂器无法作为炸药雷管的替代品，只能作为在特殊爆破场合炸药雷管的补充产品[4]。近年来，二氧化碳爆破的使用逐渐增多，对二氧化碳致裂器用激发管的需求也日益增多，因此对二氧化碳致裂器用激发管安全性能的研究也更加的重要。

2  二氧化碳致裂器用激发管主要安全性能

二氧化碳致裂器用激发管生产安全性主要分为生产安全性和使用安全性2个方面。目前国内对二氧化碳致裂器用激发管仍未有标准化的监管模式，无论是生产工艺安全性还是现场使用安全性上都存在诸多的不足[5]。本文将从技术和使用2个层面研究二氧化碳致裂器用激发管的安全性能，进一步探讨二氧化碳致裂器用激发管的发展方向。

本文主要通过对江西新余国泰特种化工有限责任公司研制的GT-1型激发药剂（A）、铝热剂（B）和河北某配方激发药（C）装配成二氧化碳致裂器用激发管（以下分别简称A管、B管、C管）这3种技术水平不同的产品进行安全性能试验。以上3种激发管均可以正常用于致裂器内，满足致裂器使用的要求。

2.1 3种不同二氧化碳致裂器用激发管的安全性能

2.1.1 常温常压反应试验

将密封的3根二氧化碳致裂器用激发管分别使用起爆器在常温常压下激发，分析不同激发管的反应结果，发现B管及C管均发生爆炸并剧烈燃烧，A管点火装置被点燃但药剂在常温常压下无法被点燃，通过对3种药剂成分的分析，发现A药剂中草酸铵含量偏高，草酸铵可以吸热分解，降低了药剂的可燃性，同时对比B药剂，A药剂不含有金属粉末和金属氧化物，摩擦感度、撞击感度都为0，在常温常压下非常安全且不污染环境。C药剂虽然摩擦感度、撞击感度也都为0，但是一旦开始燃烧反应剧烈，在常温常压下存在较大的安全隐患，相比生产过程中的安全性，A药剂在生产工艺安全方面更符合二氧化碳致裂器用激发管生产要求。

2.1.2 雷管感度试验

通过对3根不同的二氧化碳致裂器用激发管进行雷管起爆试验，首先将电雷管和激发管贴合在一起，并使用胶带缠紧，再使用起爆器起爆电雷管。起爆结束后，发现B管发生爆炸;C管被点燃并剧烈燃烧，未发生爆炸;A管只有管壁破裂，药剂洒出，但是未发生爆炸和燃烧。雷管感度试验目的主要针对客户将激发管代替炸药进行爆破作业，针对目前国内存在部分厂家使用单质炸药替换激发药剂来获取更好的爆破效果，但是这种行为本身违背了二氧化碳爆破技术的初衷，由上诉结果表明，A管和C管更符合安全使用要求。

2.1.3 联合国隔板试验

通过将3种不同的药剂分别装入钢管中，分别记号为A管、B管、C管，每根钢管竖直放在验证钢板上，钢管顶上放上钝化黑索金药柱，并使用电雷管对药柱进行起爆作业，起爆结束后，发现B管发生爆炸，验证钢板出现炸裂并出现变形;C管药剂洒出，未发生爆炸，部分药剂出现燃烧，验证钢板未出现任何破裂或变形;A管药剂洒出，但是未发现爆炸和药剂燃烧的情况，验证钢板未出现任何破裂和形变。联合国隔板试验常用于评价试样在类似条件下受被引爆和传播爆轰的能力。试验结果表明，A管和C管药剂并不会被炸药冲击波殉爆和激发，具有更高的安全性，同时A管药剂在使用炸药冲击波的情况下不会被点燃，药剂安全性能高，符合安全使用要求。

2.1.4 市电安全性试验

由于目前国内激发管市场并未进行严格的标准化管理，因此存在很多二氧化碳致裂器及激发管混乱存放的现象。针对这种情况，对不同厂家的激发管A管、C管进行市电安全性能试验，通过市电安全性对产品存放及现场使用时的安全性进行进一步考证。通过使用工业用电380V及民用用电220V电压对新余国泰生产的A管和河北某厂使用的C管进行市电安全性试验。将2种激发管分别连接到工业用电220V电压上，C管被激发并点燃药剂，激发管迅速被点燃并剧烈燃烧;A管未被点燃，使用磁电控制器检测A管后发现A管仍可以检测，处于正常状态。再分别另取两根激发管并通以380V电压，C管同样被激发并点燃，A管未激发，且检测均正常。通过对2种产品进行解剖分析，发现A管使用的点火装置与目前市面上使用的电点火头（电火柴）不同，使用的是特制的磁电引发器，磁电引发器本身具有较好的抗静电，抗杂散电流能力，同时由于其特殊的结果，因此传统的交直流电无法激发磁电引发器，必须使用特制的磁电控制器输出特殊的脉冲电流后才可以正常激发。在安全性能方面，A管具有更高的安全性，符合安全使用及存放要求。

2.2 二氧化碳致裂器用激发管使用安全性能

与传统的炸药雷管类似，二氧化碳致裂器用激发管作为一种特殊的民用爆破器材，在使用过程中的安全性能主要体现在存放安全性和现场使用安全性上。

二氧化碳致裂器用激发管作为一种不含炸药的爆破器材，根据对该产品安全性能的研究，可以清楚地认识到该产品本质是具有安全性的，因此在使用和存放过程中，也比传统的民用爆破器材更加安全，不需要特别使用危化品仓库进行存放，但是作为一种烟火药剂制成的民爆器材，仍需要对产品进行防火防潮处置，保证激发管的正常使用。

现场使用方面，二氧化碳致裂器现场使用需要额外用到液态二氧化碳充装机和液态二氧化碳储液罐，在现场使用安全方面，由于致裂器重量较大，二氧化碳致裂器的入孔过程中需要注意常见的机械伤害。同时在现场充装时，也需要注意液态二氧化碳的低温冻伤和充装过程中的高压。相比炸药雷管使用过程中涉及到危险因素，二氧化碳致裂器对现场充装人员的要求更高，需要注意的安全因素也更多[6]。在现场起爆方面，二氧化碳致裂器用激发管在装入致裂器后是有较大安全风险的，虽然致裂效果与爆炸效果相比并不会过于剧烈，但是同样会造成坍塌和少量飞石，因此在爆破前同样要做好相关的安全预警工作，保证现场施工的安全。

3  二氧化碳爆破致裂器用激发管发展方向

随着二氧化碳爆破技术的不断推广，二氧化碳致裂器用激发管的研究也在不断深入。作为一种新型的民用爆破器材，需要改进的地方仍有很多，如何在保证产品使用安全的前提下进一步提升爆破效果，如何改进激发管产品结构，完善产品使用方式，完善产品生產标准，都将是二氧化碳致裂器用激发管的发展核心。目前江西新余国泰特种化工有限责任公司已经实现电子芯片起爆，高安全高可靠型激发药等技术突破，这对二氧化碳致裂器用激发管的安全性能有了质的飞跃。通过目前国内市场的不同激发管的试验对比，可以验证二氧化碳致裂器用激发管具备非常高的安全性和环保性，可广泛适用于水下爆破及特殊场合爆破，在爆破行业中有着明确的定位，只有明确了激发管的定位，才能保证二氧化碳致裂器用激发管高质量、高安全发展。

4  结语

本文主要研究二氧化碳致裂器用激发管的安全优势和安全条件，通过对比市场不同厂家的激发管并进行分析，总结激发药剂安全性带来的优势及激发管的发展前景，通过目前的研究证明二氧化碳致裂器用激发管产品是具有高安全性的。本文对二氧化碳致裂器的高质量、高安全发展有着重要的参考价值。

参考文献

[1] 詹德帅，黄亮高，邱天德.CO2爆破增透技术的试验研究[J].煤炭技术，2016（10）：78-31.

[2] 詹德帅.二氧化碳充装量与致裂效果的模拟分析[D].北京：煤炭科学研究总院，2017.

[3] 肖诚旭.液态二氧化碳相变致裂的试验研究[D].武汉：湖北工业大学，2018.

[4] 李国辉，毕建乙.液态CO2相变致裂增透技术在低透气性煤层的应用[J].现代矿业，2017（8）：106-108.

[5] 徐敏潇，尹光春.二氧化碳致裂器激发药剂爆炸性分类的研究[J].爆破器材，2021（3）：19-22.

[6] 王燕，孙伟博，张丁丁.二氧化碳相变致裂软岩实验研究[J].爆破器材，2020（2）：1-6.