切縫導(dǎo)爆管在爆破網(wǎng)絡(luò)中的研究

吳可胤，馬廣舉，陶鐵軍

(1.貴州貴安商貿(mào)投資有限公司, 貴州貴陽(yáng) 550000；2.貴州新聯(lián)爆破工程集團(tuán)有限公司, 貴州貴陽(yáng) 550000)

切縫導(dǎo)爆管在爆破網(wǎng)絡(luò)中的研究

吳可胤1，馬廣舉2，陶鐵軍2

(1.貴州貴安商貿(mào)投資有限公司, 貴州貴陽(yáng) 550000；2.貴州新聯(lián)爆破工程集團(tuán)有限公司, 貴州貴陽(yáng) 550000)

昆明路道路土石方爆破中，因石頭尖銳易造成導(dǎo)爆管形成切縫，影響傳爆網(wǎng)絡(luò)。為有效解決該問(wèn)題，通過(guò)高速攝影對(duì)塑料導(dǎo)爆管局部出現(xiàn)軸向9 cm切縫傳爆過(guò)程進(jìn)行觀察和分析，研究了爆轟氣體波在傳播進(jìn)程中通過(guò)有裂縫部位前后爆速的變動(dòng)特征，得出完整塑料導(dǎo)爆管爆轟波通過(guò)軸向切縫時(shí)爆速的變化規(guī)律，并在工程中得以指導(dǎo)和運(yùn)用。

高速攝影；塑料導(dǎo)爆管；切縫；爆轟波

昆明路道路位于遵義市匯川區(qū),是橫貫東西的唯一交通大動(dòng)脈。自開(kāi)始修建以來(lái),多次因?yàn)楸片F(xiàn)場(chǎng)石頭尖銳,使塑料導(dǎo)爆管出現(xiàn)軸向切縫,造成導(dǎo)爆管網(wǎng)絡(luò)傳爆中斷,形成極大地安全隱患。因此,研究軸向切縫導(dǎo)爆管對(duì)于如何避免導(dǎo)爆管傳爆網(wǎng)絡(luò)中斷具有十分重要的指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)的目的主要是為了觀察完整塑料導(dǎo)爆管出現(xiàn)切縫后整個(gè)傳爆網(wǎng)絡(luò)中爆轟波的傳爆特征和爆速的變化,并分析切縫后爆速的變化規(guī)律。試驗(yàn)采用塑料導(dǎo)爆管,爆速為1700±50 m/s,外徑為3.0±0.5 mm,內(nèi)徑為0.9±0.5 mm,試驗(yàn)中取1.5 m長(zhǎng)的塑料導(dǎo)爆管段,共10段；在塑料導(dǎo)爆管段上用刀片切取長(zhǎng)度為9 cm的軸向切縫。為了試驗(yàn)的準(zhǔn)確性,將待試驗(yàn)的導(dǎo)爆管用透明膠布固定在紙板上。

2 高速攝影試驗(yàn)

2.1 高速攝影試驗(yàn)體系

本試驗(yàn)采用FASTCAM SA1.1型數(shù)字式高速彩色像機(jī),試驗(yàn)體系由臺(tái)式電腦、高速攝像機(jī)、被測(cè)試的塑料導(dǎo)爆管、爆破器、爆破針以及同步控制體系組成,如圖1所示。

為了得到塑料導(dǎo)爆管中爆轟氣體波傳播的準(zhǔn)確信息,把被測(cè)塑料導(dǎo)爆管固定在正方體紙盒上并貼上A4白紙,在A4白紙上布滿(mǎn)單位為1 cm的間隔直線(xiàn)作為一個(gè)定額標(biāo)線(xiàn),以便在圖像中準(zhǔn)確的標(biāo)示出被測(cè)塑料導(dǎo)爆管中爆轟氣體波各個(gè)時(shí)間的位移。試驗(yàn)時(shí),高速攝影鏡頭距塑料導(dǎo)爆管距離為5 m左右,以便攝影到清晰的畫(huà)面。

圖1 高速攝影儀試驗(yàn)體系

因?yàn)樗芰纤芰蠈?dǎo)爆管的傳播速度約為1700 m/s,試驗(yàn)選取的導(dǎo)爆管長(zhǎng)度為1.5 m,攝影范圍比較窄,為了增大攝影的準(zhǔn)確性,將爆破器跟高速攝影相機(jī)用導(dǎo)線(xiàn)連通,實(shí)現(xiàn)同步。為了提高試驗(yàn)的精確度,對(duì)9 cm長(zhǎng)度的切縫導(dǎo)爆管做10次試驗(yàn),選取最具有代表的2組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

在10次試驗(yàn)中,9 cm長(zhǎng)度的切縫導(dǎo)爆管有4次傳爆成功,6次傳爆失敗,分別選取一次傳爆成功和一次傳爆失敗的試驗(yàn)圖片(如圖2所示)。

通過(guò)高速攝影儀的攝影功能把塑料導(dǎo)爆管傳播全部進(jìn)程展現(xiàn)在電腦上,分析圖像可以看出:塑料導(dǎo)爆管中爆轟氣體波的結(jié)構(gòu)可以看作是最左端近似半球面形狀的前沿爆轟氣體波(頭部亮區(qū))、中間區(qū)域蘑菇云狀的混合粉末化學(xué)反應(yīng)區(qū)和反應(yīng)后爆炸產(chǎn)物區(qū)(較暗區(qū))三區(qū)域構(gòu)成。

從圖2可知:在軸向裂縫前,爆轟波以恒定的速度傳爆,紅光比較亮；到達(dá)軸向切縫段時(shí),爆轟波的能量減小,紅光變暗,表明爆轟波到達(dá)導(dǎo)爆管切縫處,隨著爆轟波在軸向切縫段的繼續(xù)傳播,爆轟產(chǎn)物不斷從軸向切縫處宣泄；經(jīng)過(guò)一段較暗的區(qū)域后,紅色的光又漸漸增強(qiáng),說(shuō)明爆轟氣體波又傳播到完好段,從圖像上可得,在傳播一段區(qū)域后,爆轟波紅光的亮度增大到與切縫前的亮度大致一致,這表示爆轟氣體波的能量又達(dá)到了完好水平。通過(guò)和軸向切縫塑料導(dǎo)爆管斷爆時(shí)的圖像比較,可以看出,當(dāng)爆轟氣體波紅光沒(méi)有表現(xiàn)出由暗變紅的過(guò)程,而是一直變暗,說(shuō)明爆轟氣體波能量變?nèi)?直到塑料導(dǎo)爆管中沒(méi)有紅色的亮光,爆轟波的傳爆終止。

圖2 塑料導(dǎo)爆管爆轟氣體傳爆

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過(guò)圖像上的網(wǎng)格對(duì)塑料導(dǎo)爆管傳播圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,測(cè)量計(jì)算前后的兩幅圖像像間爆轟氣體波前部位的位移差,同時(shí)確定高速攝影拍攝的幀,確定前后兩幅圖像的時(shí)間間隔,最后可以根據(jù)公式(1)計(jì)算出前后兩幅圖像間平均速度,并作為被測(cè)塑料導(dǎo)爆管中爆轟氣體波的爆速。

由公式(1)可得試驗(yàn)數(shù)據(jù),結(jié)果見(jiàn)表1、表2和圖3。

從表2和圖3可以看出切縫導(dǎo)爆管爆速隨時(shí)間的變化規(guī)律:在軸向切縫前塑料導(dǎo)爆管中爆速的比較平穩(wěn)；進(jìn)入軸向裂縫區(qū)域時(shí),爆速開(kāi)始降低,下降的幅度比較快,并在軸向切縫段不斷出現(xiàn)波動(dòng),然后在軸向切縫段的末端下降到最小值,通過(guò)切縫段后,爆轟波傳爆到完整導(dǎo)爆管后,如果能引起導(dǎo)爆管內(nèi)壁上的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),爆轟波得到了能量的支持,爆速就會(huì)立刻回升,在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到正常傳爆速度,在管道效應(yīng)的作用下,維持正常爆速向前傳播；如果爆轟波能量在切縫處宣泄太多,到達(dá)完整導(dǎo)爆管時(shí),能量不足引爆導(dǎo)爆管內(nèi)壁上的炸藥,能量不能得到補(bǔ)充,爆速就會(huì)減小到零,就會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)爆管傳爆中斷。

表1 導(dǎo)爆管傳爆失敗爆速變化表

表2 導(dǎo)爆管傳爆成功爆速變化表

圖3 導(dǎo)爆管爆速變化v-t曲線(xiàn)

根據(jù)導(dǎo)爆管的傳播機(jī)理可得,在切縫導(dǎo)爆管傳爆中,爆轟波的傳爆具有特有的規(guī)律。爆轟波到達(dá)導(dǎo)爆管切縫處時(shí),爆轟波的能量因從切縫處宣泄出去,造成爆轟波能量損失,爆轟波前部位能量降低,薄層三次甲基三硝胺和其他物質(zhì)的迅速變少,爆速也降低,當(dāng)爆轟波的能量下降到最小時(shí),導(dǎo)爆管中的爆速也下降到最小值,當(dāng)爆轟波能量不能引爆塑料導(dǎo)爆管上薄層三次甲基三硝胺和其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí),塑料導(dǎo)爆管就會(huì)拒爆?？偟膩?lái)說(shuō),塑料導(dǎo)爆管斷爆的原因是管道效應(yīng)的破壞與能量的泄露。

4 結(jié) 論

本試驗(yàn)結(jié)合工程實(shí)例,利用高速攝影對(duì)切縫長(zhǎng)度為9 cm的導(dǎo)爆管進(jìn)行研究,得出在切縫長(zhǎng)度為9 cm時(shí),導(dǎo)爆管2種不同的傳爆規(guī)律,對(duì)于保證本工程導(dǎo)爆管網(wǎng)絡(luò)安全、減少爆破安全隱患具有十分重要的指導(dǎo)意義。為了工程安全,工程中容許的最大軸向切縫段不超過(guò)8 cm,避免導(dǎo)爆管網(wǎng)絡(luò)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)中斷現(xiàn)象。

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2015-03-27)

吳可胤(1977-)，男，貴州綏陽(yáng)人，爆破工程師，主要從事爆破工程管理工作，Email:570771222＠qq.com。