動(dòng)壓作用下乳化炸藥的微觀實(shí)驗(yàn)

唐根山

（安徽理工大學(xué)， 安徽 淮南232001）

1 前言

目前，隨著乳化炸藥的研究發(fā)展，其在工程爆破中得到廣泛采用。但是，很多工程爆破案例表明，當(dāng)用乳化炸藥實(shí)施毫秒延時(shí)爆破時(shí)，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)不完全爆炸或拒爆，當(dāng)炮孔間距較小或?qū)嵤┧卤苹蛟谟兴墓ぷ髅孢M(jìn)行爆破時(shí)尤其容易發(fā)生［1］。這類情況下產(chǎn)生的不完全爆炸或拒爆現(xiàn)象是由于乳化炸藥具有熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。而這種體系會(huì)隨著所受到的動(dòng)態(tài)壓力作用發(fā)生變化，炸藥的爆炸性能會(huì)急劇下降［2－3］。這種現(xiàn)象較早被叫作“受壓鈍化”，貫荔稱為“壓力減敏作用”［4］。美國人 Richard J.Mainiero和 Michael S.Wieland在實(shí)施煤礦延期爆破時(shí)得出炮孔間距是引起乳化炸藥壓力減敏的主要因素［5］。陳東梁，顏事龍，劉義等利用激光粒度分析儀和顯微照相技術(shù)對乳化炸藥受動(dòng)壓前后的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，得出導(dǎo)致乳化炸藥減敏的原因在于動(dòng)態(tài)壓力破壞了敏化載體，熱點(diǎn)數(shù)減少；兩相間的化學(xué)反應(yīng)速率下降；體系中形成的熱點(diǎn)引發(fā)兩相間的化學(xué)反應(yīng)的效率降低［6］。本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用掃描電鏡分別觀察了受動(dòng)壓作用前后的乳化炸藥，由其微觀結(jié)構(gòu)的變化可看出乳化炸藥的破乳程度。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)裝置由爆炸水池、主發(fā)藥包、次發(fā)藥包、固定藥包的鐵架、8號瞬發(fā)電雷管、起爆器、恒定電源、掃描電鏡及固定在水池上方橫梁上的小型行車構(gòu)成。爆炸水池直徑為5.5 m，水深3.62m。實(shí)驗(yàn)時(shí)，為避免爆炸沖擊波的反射波對次發(fā)藥包的影響，將藥包放入水池中心水深2／3處（即2.4m 處）［7］。主發(fā)藥包是將3g鈍感黑索金裝入用牛皮紙卷制成的內(nèi)徑為1.4cm、壁厚約為2mm、長約為12 cm的外殼中，裝藥長度約為20mm。因長徑比20／14≈1.43＜4，所以可看作集中藥包。由于實(shí)驗(yàn)是在水中進(jìn)行，所以實(shí)驗(yàn)前需對主發(fā)藥包做防水處理。次發(fā)藥包均為10g實(shí)驗(yàn)室制備的乳化炸藥，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，用兩層聚乙烯薄膜包裹。

2.2 乳化炸藥的實(shí)驗(yàn)室制備

實(shí)驗(yàn)中所用的乳化基質(zhì)的質(zhì)量百分比組成見表1。

表1 乳化基質(zhì)的質(zhì)量百分比

在固定的配方下，加工工藝對乳化炸藥爆炸性能的優(yōu)劣影響很大。為了制得爆轟性能較好的乳化炸藥，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的加工工藝和相關(guān)參數(shù)如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)室制備乳化炸藥工藝示意圖

當(dāng)乳化基質(zhì)冷卻到50℃～60℃時(shí)，添加2.5%的玻璃微球?qū)ζ溥M(jìn)行敏化。

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

按照表1配方和圖1所示工藝制備乳化炸藥，然后在爆炸水池內(nèi)做壓力減敏試驗(yàn)。主發(fā)藥包藥量為3g黑索金，次發(fā)為10g乳化炸藥，受壓距離分別為10cm，20cm，30 cm，50cm和70cm。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將主發(fā)藥包固定在鐵架子中央，根據(jù)受壓距離調(diào)整主次藥包間距，距離確定好后，用橫梁上的小行車將鐵架子送到水中的預(yù)定位置，然后引爆主發(fā)藥包。

2.4 SEM 觀 察

用SEM對受動(dòng)壓作用前后乳化炸藥進(jìn)行觀察。觀察結(jié)果如圖2所示。

圖2 乳化炸藥受壓前后SEM觀察結(jié)果（放大400倍）

3 結(jié)果分析

圖2分別表示乳化炸藥未受壓、受壓距離為10cm、20cm、30cm、50cm和70cm時(shí)的掃描電鏡觀測情況?？梢钥闯?，受壓后乳化炸藥發(fā)生破乳現(xiàn)象。這是因?yàn)槊艋瘎┚鶆蚍植加谌榛ㄋ巸?nèi)部之后形成無數(shù)個(gè)敏化劑顆?；驓馀菖c乳膠基質(zhì)的微界面，當(dāng)乳化炸藥受到?jīng)_擊波作用時(shí)，微界面隨之改變導(dǎo)致乳膠基質(zhì)局部破乳［8－9］。從圖a 中可以看出，用玻璃微球敏化后的乳化炸藥在制備好后具有很清晰的油包水微結(jié)構(gòu)，分散相粒子大都呈球形或橢球形并且分布比較均勻，玻璃微球除少量破碎外，均保持完好；由圖b中可以看出，當(dāng)乳化炸藥受壓距離為10cm時(shí)，大部分玻璃微球被沖擊波的壓力壓碎，油膜被破壞，水相液滴的聚結(jié)，即發(fā)生破乳現(xiàn)象；圖c中的破乳程度和玻璃微球破碎程度都相對圖b中的好些，圖d中的破乳程度和玻璃微球破碎程度都相對圖c中的好些，圖e中的破乳程度和玻璃微球破碎程度都相對圖d中的好些，圖f中的破乳程度和玻璃微球破碎程度都相對圖e中的好些，因此乳化炸藥破乳程度和玻璃微球的破碎程度均隨著受壓距離的增大呈下降趨勢。

4 結(jié)論

乳化炸藥的破乳程度隨著受壓距離的增加而減小，因此，在爆破作業(yè)時(shí)適當(dāng)提高炮孔間距，可降低乳化炸藥破乳程度，從而保證乳化炸藥的穩(wěn)定性。受動(dòng)壓作用后，乳化炸藥的微觀結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變。而這種改變是由于在強(qiáng)大的沖擊波作用下敏化載體會(huì)發(fā)生破碎以及碎片會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，這樣可能直接導(dǎo)致炸藥內(nèi)部的界面膜破裂，從而促進(jìn)了炸藥破乳的進(jìn)行。

［1］Qian Liu，PaulTidman，DearieTunaley，et al.Observation of the shock resistance of emulsion explosives in rock blasting［A］.Proceeding of the eleventh symposium on explosion and blasting research［C］.Nashvile，Tennessee，U.S.A Publ by：International Society of Explosives Engineers.1995.

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［5］Richard J.Mainicro，Michael S.Wieland.The Relationship Between Hole－Spacing and Misfires of Permissible Explosives［C］.Proceedings of The Second Mini－Symposium on Explosives and Blasting Research.1986.

［6］陳東梁，顏事龍，劉義，等.動(dòng)壓作用下乳化炸藥微結(jié)構(gòu)變化的實(shí)驗(yàn)［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2006，31（3）：287－291.

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