《1 引言》

1 引言

低成本高安全钝感炸药的发展与应用给大规模的工程建设和矿山业均带来明显的经济效益和社会效应, 受到普遍重视并获得推广应用。与此同时深孔爆破中的反向起爆技术的研究和应用已取得了良好的成果。深孔钝感炸药的反向起爆和正向起爆相比, 其优越性表现在:正向起爆易从上部形成爆破漏斗, 炸药爆轰气体将快速从口部散出, 作用时间短, 对破岩不利;而反向起爆时, 爆轰首先对底部岩层作用, 形成反向漏斗, 爆轰气体不易释放, 作用时间增长, 从而提高了爆破效率 [1,2] (图1) 。

但深孔中钝感炸药的反向起爆的引爆系统还存在一定的技术问题, 亟待解决。作者就超低能导爆索传爆原理及其在深孔反向起爆中的应用研究提出一种新的技术路线。

《2 实验研究》

2 实验研究

国内导爆索生产与使用现状为:普通导爆索装药 (泰安 (PETN) 或黑索金 (RDX) ) 线密度为12~14 g/m;低能导爆索线装药量为6~7 g/m;再低能量的导爆索由于生产工艺和装药结构满足不了要求而不能稳定传爆 [3]。美英等技术发达国家

《图1》

图1 深孔爆破示意图 Fig.1 Sketch map of deep shot holes

图1 深孔爆破示意图 Fig.1 Sketch map of deep shot holes  

 

能将导爆索的装药线密度降到3.6 g/m, 再低也不能稳定传爆。作者结合工程实际, 改变了导爆索的传统纤维绕制工艺, 使用柔性金属工艺, 加强外壳约束, 降低炸药爆轰临界直径, 在保证稳定爆轰的前提下, 使用钝化黑索金, 可使装药线密度降到1.8~3 g/m (更小的装药线密度实验未做) 。图2是装药 (RDX) 线密度为3 g/m的超低能导爆索的爆轰照片。实验超低能导爆索长0.5 m, 用8号电雷管起爆, 两端为开口端, 没有约束, 炸药爆轰产物与冲击波在端部外形成强大的火光区。中间部

《图2》

图2 超低能导爆索的传爆照片 Fig.2 Detonation transmission of the cord

图2 超低能导爆索的传爆照片 Fig.2 Detonation transmission of the cord  

 

位由于外壳的强约束使得火光较小, 保证了小直径RDX线装药稳定爆轰。

图3与图2实验条件相同, 只是垂直放入水箱中起爆, 用高速CCD相机拍摄水中爆炸气泡运动规律 (时间间隔4 ms) 。气泡运动的规律基本是轴对称的, 证明了超低能导爆索的爆轰是完全的, 能量输出是均衡的。

《图3》

图3 水中爆炸气泡运动规律 Fig.3 Rules of bubble's movement under explosion in water

图3 水中爆炸气泡运动规律 Fig.3 Rules of bubble's movement under explosion in water  

 

图4是图3的实验回收到的导爆索外壳, 在水中并没有被炸得粉碎。由此可以类推在含水量较大乳化炸药或水胶炸药中也将有同样的效果, 即超低能导爆索爆轰的能量主要用在维持稳定爆轰上, 而对周围介质的破坏是非常有限的, 对钝感炸药的损坏和压死范围也是非常有限的。

实验还测定了超低能导爆索 (RDX, 线密度为3 g/m) 的爆速, 平均为6 960 m/s, 和普通导爆索爆速相近, 符合国家标准, 结果见表1。

表1 超低能导爆索爆速测定 Table 1 explosion speed of detonating cord

 

 

《表1》

测距/cm 时间/μs 爆速/m·s-1 平均爆速/m·s-1
30 43.6 6 880  
30 43.5 6 900 6 960
30 42.3 7 100  

 

 

为了模拟炮孔钝化炸药压死效应, 选用水的质量分数为20%的粘土作为含水炸药相似材料。实验将粘土密实挤压在无缝钢管中。钢管外径约为126 mm, 内径约为117 mm, 高500 mm。爆源从左到右依次采用超低能导爆索 (RDX, 线密度为1.8 g/m) 、超低能导爆索 (RDX, 线密度为3 g/m) 、普通导爆索 (PETN, 线密度为14 g/m) , 用8号电雷管起爆。图5a为爆前的照片, 图5b为爆后粘土扩孔的照片。为消除端部自由面效应, 扩孔直径是在端口下100 mm处量取的, 测得的平均值分别为14 mm, 24 mm, 50 mm。取300 mm作为孔洞的高 (除去两端自由面因素) , 可以算出孔洞体积分别为46.2 cm3, 135.6 cm3和588.7cm3, 体积之比为1∶2.94∶12.74。充分说明了超低能导爆索对周围介质的破坏是非常有限的 [4]。炮孔越深, 其优越性越能得到体现。

作为实际应用, 作者还做了用超低能导爆索起爆具的起爆实验。实验采用山东银光公司出口美国和澳大利亚的起爆具 [5], 它是由TNT和RDX按质量比1∶1浇注而成的, 如图6所示, 导爆索预留孔直径为8 mm。实验分4组, 如表2所示。

每组实验都重复5次, 结果显示无论是哪一种情况, 起爆具都可以起爆。从而证明了超低能导爆索起爆具的起爆性能是非常可靠的。

《图4》

图4 水中爆炸超低能导爆索的外壳 Fig.4 Shells of the detonating cord after explosion in water

图4 水中爆炸超低能导爆索的外壳 Fig.4 Shells of the detonating cord after explosion in water  

 

《图5》

图5 粘土扩孔相似实验 Fig.5 Semblable experiments of enlarging holes in clay

图5 粘土扩孔相似实验 Fig.5 Semblable experiments of enlarging holes in clay  

 

《图6》

图6 起爆系统示意图 Fig.6 Sketch map of the priming system

图6 起爆系统示意图 Fig.6 Sketch map of the priming system  

 

表2 超低能导爆索起爆起爆具实验表 Table 2 Chart of this cord detonating the priming

 

 

《表2》

实验序列 实验条件 实验次数 实验结果
第一组 超低能导爆索 (RDX, 线密度3 g/m) 5 全爆
第二组 超低能导爆索 (RDX, 线密度1.8 g/m) 5 全爆
第三组 超低能导爆索 (RDX, 线密度1.8 g/m) , 用水注满导爆索预留孔 5 全爆
第四组 超低能导爆索 (RDX, 线密度1.8 g/m) , 用纸填满导爆索预留孔 5 全爆

 

 

《3 结论》

3 结论

导爆索作为一种重要的起爆器材, 在军事和民用等领域有着极为广泛的用途。对于不同的爆破工程, 选取合适的起爆器材是非常重要的。作者针对土岩深孔爆破反向起爆的特定条件, 对超低能导爆索进行了系统的实验研究, 取得了理想结果, 该新型起爆器材与传统的起爆器材相比, 具有安全可靠、简单易行、成本低廉的优点。因装药线密度小, 对周围钝感炸药破坏小, 可提高炸药的能量利用率, 为深孔土岩爆破的反向起爆提出一种新的技术方案。同时爆破噪声小, 也可用于城市控制爆破和其它高要求的起爆网路当中。