煤礦許用炸藥抗爆燃性定量檢測技術(shù)的研究

何 振，劉尊義，夏 斌

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煤礦許用炸藥抗爆燃性定量檢測技術(shù)的研究

何 振，劉尊義，夏 斌

（中煤科工集團淮北爆破技術(shù)研究院有限公司，安徽 淮北，235000）

設(shè)計了一種定量測試煤礦許用炸藥抗爆燃性的檢測技術(shù)，該檢測技術(shù)采用樣本容量=6的小樣本升降試驗法，并統(tǒng)一采用黑火藥作為主爆藥卷。通過該檢測技術(shù)對煤礦許用炸藥及巖石型炸藥進行了抗爆燃性能測試，結(jié)果表明：該檢測技術(shù)適用于我國所有工業(yè)炸藥的抗爆燃性測試，可以定量評價煤礦許用炸藥的抗爆燃性，以及比較不同產(chǎn)品間的抗爆燃性。

煤礦許用炸藥；抗爆燃性；升降法；小樣本

煤礦許用炸藥的爆燃是指炸藥在煤礦井下爆破作業(yè)過程中，由于各種原因，如炸藥的物理狀態(tài)、種類、起爆沖量、性能變差引起的爆轟衰減和受壓鈍化等，而導致炸藥出現(xiàn)的爆燃現(xiàn)象。炸藥一旦出現(xiàn)爆燃，可導致兩種后果：一種是在密閉的炮孔中爆燃可使炮孔內(nèi)壓力增高，殘留炸藥燃燒加速，形成“二次爆炸”，對操作人員造成傷害；另一種是爆燃產(chǎn)生的火焰直接引爆瓦斯煤塵，導致重大惡性事故發(fā)生[1-2]。因此，抗爆燃性是一項重要的安全性能指標，準確測試和評價煤礦許用炸藥的抗爆燃性，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、保障煤礦安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。

國外早在20世紀60年代就對炸藥爆燃問題開展了試驗研究，一些國家已建立了標準的測試方法。盡管國外的各種測試裝置尺寸、結(jié)構(gòu)不盡一樣，但其測試原理是相同的，幾乎所有方法都是將被測炸藥置于有一定抗壓強度的試驗管中，用黑火藥點燃（燃燒法）或炸藥爆炸（爆炸法），在試驗管中形成高溫、高壓環(huán)境，然后觀察被測炸藥的爆燃傾向大小。

我國于20世紀90年代開始進行爆燃傾向的研究，并綜合國內(nèi)外的研究結(jié)果，于1995年發(fā)布了煤炭行業(yè)標準《煤礦用炸藥抗爆燃性測定方法和判定規(guī)則》[3]（MT378-1995）。標準中規(guī)定，對不同類型樣品采用不同的主爆藥卷以及采用10，10/0，2；1，2的抽樣方案進行結(jié)果判定[3]，實踐證明這種方法不僅工作量大，而且結(jié)果判定的可靠性低，只能定性不能定量，對不同產(chǎn)品間的抗爆燃性無法進行比較。因此，本研究主要考察統(tǒng)一采用黑火藥作為主爆藥卷[4]和采用“樣本量=6的小樣本升降試驗法”進行抗爆燃性試驗，探討此方法的可行性。

1 試驗部分

1.1 試驗裝置

抗爆燃性試驗裝置主體采用MT 378-1995標準中規(guī)定的測試裝置（鋼制爆燃臼炮外徑（560±1）mm；炮孔直徑（57±0.5）mm，長度（820±1）mm）。本次研究對裝置兩端的密封進行了改進，前后兩端均以帶螺紋的密封塞封閉，以千斤頂?shù)男问阶饔糜诿芊馊芎玫亟鉀Q了在試驗藥量較大情況下的密封性。測試裝置見圖1。

圖1 測試裝置示意圖

1.2 試驗原理

在抗爆燃臼炮室內(nèi)，主爆藥卷起爆后，會產(chǎn)生高溫、高壓爆轟氣體產(chǎn)物。抗爆燃性試驗就是通過人為制造高溫、高壓環(huán)境，考察受測炸藥燃燒的難易程度，并以此來判定炸藥的抗爆燃性。

小樣本方法刺激量的變化是通過改變主爆藥卷（黑火藥）量的大小來實現(xiàn)的，通過小樣本方法求出50，再通過50的大小實現(xiàn)量化評價工業(yè)炸藥的抗爆燃性。50大，則炸藥的抗爆燃性高，不易發(fā)生爆燃，反之，抗爆燃性低，易發(fā)生爆燃。

升降試驗法是W.J.Dixon和A·M.Mood在20世紀40年代在美國礦山局炸藥試驗室創(chuàng)造的。在W.J.Dixon和A.M.Mood發(fā)表的第1篇文獻里，對采用升降法提出3個條件：（1）試驗分布必須是正態(tài)的；（2）樣本大小必須是很大的，值最好不小于40或50；（3）必須事先估計出試驗的標準離差大概有多大，以確定試驗步長，應(yīng)當接近等于或略大于標準離差。

K·A·Brownlee等人[5]在其基礎(chǔ)上經(jīng)過對升降法的悉心研究認為：（1）樣本大小不必太大，=6、10亦可；（2）Dixon的條件1可以大大放寬；（3）第1次試驗的刺激水平0是人為確定的，沒有帶來任何信息，計算時應(yīng)當舍去，而第+1次試驗雖然沒做，卻含有一定的信息，應(yīng)當參與計算；（4）由于0選擇不當，最初的試驗可能呈現(xiàn)相同感應(yīng)的符號，應(yīng)當舍去。由此，K·A·Brownlee等人提出小樣本升降法的觀點。

小樣本升降法的實質(zhì)就是通過一系列試驗求出試驗結(jié)果的平均值，根據(jù)前一次試驗結(jié)果來確定后一次試驗的水平，對于炸藥抗爆燃性試驗把該平均值稱為半數(shù)引火量。

由于工業(yè)炸藥是一種有變差體系，試驗條件、炸藥本身理化性能等都對試驗結(jié)果有影響，但不同炸藥廠家、品種和批次而產(chǎn)生的變差大于其它變差，當樣本量減小到一定程度，只要所產(chǎn)生的變差不大于其它各項的變差，就認為采用這一樣本量是可以接受的[6]。

實際上，炸藥抗爆燃性試驗是一種精度很差的試驗，重現(xiàn)性很低，要嚴格控制試驗條件幾乎是不可能的。顯然，試驗精度是隨著樣本量的增大而提高，但為了提高試驗效率、降低試驗成本，需采用小樣本，通過較少的試驗次數(shù)來判定炸藥的抗爆燃性。

1.3 試驗樣品和試驗條件

1.3.1受測藥卷制備

受測樣品均由正規(guī)廠家生產(chǎn)，且在有效期范圍之內(nèi)，樣品均按照《煤礦用炸藥抗爆燃性測定方法和判定規(guī)則》（MT 378-1995）之規(guī)定，檢驗合格，見表1。

表1 受測樣品

Tab.1 Samples in the test

試驗研究以煤礦許用炸藥為主，巖石類炸藥作為對比。受測炸藥藥卷按照MT 378-1995的要求進行改裝（藥卷尺寸：直徑（35±1）mm，質(zhì)量30g）。

1.3.2主爆藥卷制備

為了使試驗更加科學、規(guī)范，測試條件應(yīng)保持一致，試驗對含水炸藥和粉狀炸藥，均以黑火藥作為主爆藥卷，依據(jù)《煤礦用炸藥抗爆燃性測定方法和判定規(guī)則》（MT378-1995）制備。以測試乳化炸藥的抗爆燃性為例，主爆藥卷、受測藥卷分別見圖2~3。

圖2 主爆藥卷——黑火藥

圖3 受測藥卷——乳化炸藥

1.3.3 試驗參數(shù)

起始刺激水平（0）、步長()和樣本容量（）是升降法的主要參數(shù)，對試驗結(jié)果有重大影響[6]。本研究采用小樣本升降法試驗時，所產(chǎn)生的變差在起始試驗水平的10%左右時，大部分試樣分布在3～4個水平內(nèi)。經(jīng)試驗考察初步確定本次試驗的參數(shù)，見表2。

表2 試驗參數(shù)

Tab.2 Parameters of the test

2 結(jié)果及討論

2.1 試驗現(xiàn)象分析

試驗過程中發(fā)生爆燃時，受測炸藥完全燃盡或只留下一片熔融的殘留物，殘留物的大小因受測炸藥中消焰劑或其它惰性物質(zhì)的含量而存在差異，一般煤礦許用炸藥的殘留物較大，巖石炸藥很小或幾乎沒有；判定炸藥是否出現(xiàn)爆燃的依據(jù)是有無殘留物或燃盡。由于粉狀炸藥和水膠炸藥中消焰劑等惰性物質(zhì)含量較高，在燃燒后會出現(xiàn)片狀的殘留物；對于含有珍珠巖敏化的含水炸藥，有時氧化劑與燃料油已全部燃盡，藥卷體積縮小，沒有彈性，呈蜂窩狀，已經(jīng)發(fā)生爆燃，見圖4。試驗過程中樣品出現(xiàn)僅發(fā)生部分燃燒的現(xiàn)象，有明顯殘藥的現(xiàn)象，依據(jù)MT 378-1995的判定要求，認定受測炸藥未發(fā)生爆燃，測試結(jié)果記為“0”。見圖5。

圖 4 粉狀炸藥測試后殘留物

圖5 乳化炸藥測試后部分燃燒殘留物

2.2 試驗結(jié)果

由于條件限制，測試樣品種類不齊全。本次試驗測試了10個品種炸藥的半數(shù)引火量，每個品種測試數(shù)量有限，結(jié)果僅具有一定參考性。測試結(jié)果見表3。前兩次試驗結(jié)果相同，在計算半數(shù)引火量時應(yīng)舍去第1次試驗結(jié)果，第7次試驗水平的“”是根據(jù)第6次試驗結(jié)果虛擬的，即第6次試驗“引火”，則降1個步長，反之升1個步長。

50=1/7ΣKM（1）

式（1）中：50為半數(shù)引火量，g；M為第次試驗水平的裝藥量，g；K為第次試驗水平下的試驗次數(shù)。根據(jù)表3，按照式（1）對樣品半數(shù)發(fā)火量進行計算，得出的50值見表4。

2.3 結(jié)果分析

由表3~4可以看出：

（1） 試驗共測試5類工業(yè)炸藥的50，可以初步總結(jié)為乳化炸藥的50大于水膠炸藥的50；水膠炸藥的50大于粉狀乳化炸藥的50；粉狀乳化炸藥的50大于膨化硝銨炸藥的50；即乳化炸藥比水膠炸藥抗爆燃性好，水膠炸藥比粉狀乳化炸藥的好，粉狀乳化炸藥比膨化硝銨炸藥的好。

表3 測試結(jié)果

Tab.3 Results of the test

表450的計算結(jié)果

Tab.4 Calculations of M50

（2）現(xiàn)有的方法標準中，主爆藥卷藥量分別采用35g黑火藥和15g 2號抗水煤礦炸藥都不能準確評價受測炸藥的抗爆燃性。本文采用黑火藥作為主爆藥卷和樣本量=6的小樣本升降試驗法，統(tǒng)一了衡量標準，可以測試出各類炸藥抗爆燃性的半數(shù)引火量數(shù)值，定量評價炸藥的抗爆燃性，使測試更加科學、規(guī)范。

（3）通常情況下，煤礦許用炸藥在使用過程中出現(xiàn)爆燃，易發(fā)生安全事故，造成損失。炸藥的抗爆燃測試僅限于煤礦許用炸藥。本研究表明，巖石型炸藥在使用過程中同樣會由于某些原因未被引爆，可能在密閉高溫、高壓環(huán)境下出現(xiàn)爆燃現(xiàn)象，造成意外爆炸事故，由此可見，巖石型炸藥同樣需要抗爆燃性檢測，從而減少炸藥本身性能不好引起的意外爆炸事故。

（4）由表4可見，對于同類型炸藥，如巖石、一級、二級、三級乳化炸藥，以及其他同種類不同級別的炸藥，其抗爆燃性在同一水平。受條件限制，由于同類炸藥生產(chǎn)廠家不同，本文沒有對不同級別炸藥之間的抗爆燃性關(guān)系進行研究。

3 結(jié) 論

（1）試驗證明，黑火藥--小樣本升降法可以用來對我國目前所有品種炸藥進行抗爆燃測試。小樣本升降法與原標準的10，10/0，2；1，2引燃頻數(shù)法相比，能夠定量評價每個樣品的抗爆燃性，同時也間接考察了每個樣品抗爆燃性的穩(wěn)定性。（2）研究表明，同種類型工業(yè)炸藥可執(zhí)行統(tǒng)一的合格指標，具體合格指標需通過大量試驗驗證確定。相信通過不斷實踐會使小樣本升降法更好地適應(yīng)炸藥抗爆燃性檢驗, 更有利于炸藥生產(chǎn)企業(yè)提高炸藥質(zhì)量，為炸藥的安全使用提供可靠的技術(shù)保證。（3）巖石型炸藥同樣具有爆燃傾向，應(yīng)進行抗爆燃性測試。

[1] 吳潔紅.炸藥爆燃測試方法的探討[J].煤礦爆破,2003(4): 22-23, 26.

[2] 吳潔紅,夏斌,周平.煤礦許用炸藥爆燃測試傾向方法綜述[J]. 煤礦爆破, 2005(2):25-27.

[3] MT378-1995煤礦用炸藥抗爆燃性測定方法和判定規(guī)則[S]. 中華人民共和國煤炭工業(yè)部,1995.

[4] 張春雨.黑火藥代替2號抗水煤礦許用銨梯炸藥可行性研究[C]//煤礦重大災(zāi)害防治技術(shù)與實踐-2008年全國煤礦安全學術(shù)年會論文集.徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2008.

[5] 秦太杰.小樣本升降試驗法在巷道檢驗中應(yīng)用的可行性[J]. 煤礦爆破, 1995(2):19-25.

[6] 張春雨,弓啟祥. 煤礦許用炸藥抗爆燃性評測試條件的改進[J].煤礦安全, 2009 (09):7-9.

Research on Detecting the Anti-deflagration of Permissible Explosive Quantitatively

HE Zhen, LIU Zun-yi, XIA Bin

(China Coal Technology Engineering Group Huaibei Blasting Technology Institute, Huaibei, 235000)

In this paper, a quantitative analysis of detection technique on the anti-deflagration of permissible explosive was designed. The detection technique uses up-and-down method with a small sample size of 6, and black powder as the main explosive volume. By the detection technique, the anti-deflagration of permissible explosive and rocky explosive was tested. The results show that this technology is feasible to test the anti-deflagration of all of the industrial explosives, and can evaluates the anti-deflagration of permissible explosive quantitatively, then the difference between different products can be obtained.

Permissible explosive；Anti-deflagration；Up-and-down method；Small sample

1003-1480（2014）05-0038-04

TQ560.72

A

2014-04-09

何振（1986-），男，助理工程師，主要從事民爆器材的檢測及安全研究。

中煤科工集團重慶研究院青年創(chuàng)新基金項目（2012QNJJ032）。