Micro Trap孔內爆速測試系統在鐵礦山中的應用

吳國群

（煤科集團沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順 113122）

Micro Trap孔內爆速測試系統在鐵礦山中的應用

吳國群

（煤科集團沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順 113122）

介紹了Micro Trap測試系統，并實際利用Micro Trap測試系統對現場混裝乳化炸藥和現場混裝重銨油炸藥孔內爆速進行測量對比。結果顯示現場混裝乳化炸藥次孔內爆速為5 467.0 m/ s，現場混裝重銨油炸藥孔內爆速為5 926.5 m/s。分析得出在鐵礦石爆破中孔內巖石的約束作用是炸藥孔內爆速比地表爆速高的主要原因。

混裝炸藥；爆速；MicroTrap測試系統；比對

0 引 言

炸藥的爆速是指炸藥由于受到外界能量的作用形成的爆轟波在炸藥中穩(wěn)定傳播的速度，是現階段炸藥爆炸性能中唯一可以通過高科技電子儀器自動讀取，人為誤差最小的一個爆炸性能測試結果?，F階段，國內露天采礦不斷發(fā)展促進現場混裝炸藥技術也在不斷提高，使得現場混裝炸藥在礦山、水利及基建等眾多大型露天工程使用越來越廣泛。但是關于現場混裝炸藥的爆炸參數，特別是對現場混裝并裝入炮孔內部的炸藥的爆速，現階段對其分析研究還未形成完整的系統化的觀點，同時測試標準、方法的統一還未形成[1]，擬采用MicroTrap孔內爆速測試系統對現場混裝乳化炸藥和現場混裝重銨油炸藥在同一鐵礦場中同一斷面中的炮孔進行孔內爆速測試，并分析這2種不同含水炸藥在孔內爆速與在地表爆速的區(qū)別和以及產生原因，探討影響不同現場混裝炸藥爆速的影響因素和具體規(guī)律，為以后開展相關技術工作做一些實踐鋪墊。

1 孔內爆速測試系統

目前，按照國家標準[2]中對爆速測定方法一般采用：①電測法；②道特里士法；③高速攝影法。按照該文獻要求的仲裁方法電測法，是一種操作簡單、精確度高，同時不需要受試藥卷很長，它是利用炸藥爆炸形成的爆轟波陣面上產物是高壓、高溫、電離狀態(tài)，測定的爆轟波依次通過炸藥內（外）不同位置探針所要的間隔時間就是爆轟波在固定距離傳播需要的時間[3]，但是這種測法首先只能測定在炸藥內部固定距離的平均速度，并不能反映炸藥爆炸后變化的爆轟成長及形成爆轟波變化的過程；其次由于這種方法是需要利用信號線對探針和測試儀器進行信號傳輸的原因故而不能對孔內爆速進行測量。道特里士法又被稱為導爆索法，其利用的原理是用已知高爆速的導爆索來比較來定被測相對低速炸藥的爆速[4]，其試驗過程中需要先考慮導爆索的性能穩(wěn)定性，其次還有確定所采用導爆索爆速數值的可靠性以及使用的過程外界爆炸過程中對導爆索的影響，因此也不能用來對孔內炸藥爆速進行測定；高速攝影法是利用高速攝影儀對炸藥爆炸整個過程進行高速連拍攝影后對炸藥爆速的分析，由于高速攝影儀在炸藥爆炸的環(huán)境中會受到爆炸力的作用而被損壞，也就不能深入炮孔內部進行直接攝影，故而不能利用高速攝影儀對孔內炸藥爆速進行測試，可以看出以上常見對炸藥爆速測定的方法由于各種使用條件的限制均不能對炮孔內炸藥爆速進行測定，所以采用MicroTrap爆速測試系統對炸藥在炮孔內部爆速進行測定并且和采用電測法測定的地表爆速進行比較。

1.1 測試系統

本次測定采用MicroTrap孔內爆速測試系統示意圖如圖1所示。連續(xù)速度探頭線的長度為L，探頭線的單位長度電阻值為R0（10.8 ohms/m），則探頭線的電阻值可以表示為：R1=R0×L,采用設備提供的直流恒流源供給測試線路的電流即為I，整個測試線路（包括采集裝置電阻為R2，接頭部分的電阻為R3，其中上式含有的R0、I、R2、R3為常量，因此整個測試線路的總電阻是R總=R1+R2+R3。所以測試回路中的電壓值可以表示為V1=I×R總=I×（R1+R2+R3），式中I×（R2+R3）在測試過程中為常量，即上式可以進一步表示為：V1=I×R0×L+ C（C為常量）；隨著測試炸藥爆炸后形成的爆轟波面的不斷向前推進，使得速度探針縮短，當探針長度縮至△L時，單位時間內電壓降可以表示成△V/t=I ×RO（△L）/△t，既而單位時間內電阻探針減少的長度可以表示為（△L/△t），就是炸藥爆炸后形成爆轟波向前傳播的速度，即爆速，D=△L/△t=（1/I× RO）×（△V/△t）=k×dV/dt（k為理論常數）[5].

1.2 數據處理

利用MicroTrap爆速/數據記錄儀系統可以方便采集到電壓和時間的變化相關曲線dV/dt，利用數據轉化，將電壓-時間變化曲線轉化為探針變化的長度隨時間變化的曲線dL/dt，從坐標軸上L-t曲線的斜率變化可以直觀的看出測試炸藥爆速連續(xù)變化趨勢[6]。

圖1 孔內連續(xù)爆速探針法測試技術結構圖

2 孔內不同炸藥爆速測試實例

本次進行孔內炸藥爆速測試在遼寧鞍山某鐵礦，該礦區(qū)采用大直徑液壓鑿巖設備進行鉆孔，鉆孔孔徑160 mm，分成3排。

2.1 爆破參數選擇

在試驗現場對現場混裝乳化炸藥和現場混裝重銨油炸藥進行測試，這2種中的混裝乳化炸藥是利用泵的壓力把在地面站中水相和融化的油相按照一定比例吸入管道中進行混合，并且連續(xù)不斷地進入乳化器內利用攪拌的作用和乳化劑的作用下進行油包水型的乳化，乳化后的乳膠體注入混合器與（或鋁粉）微量元素進行再混合，混合后形成的炸藥漿經漏斗流入螺桿泵內，藥漿中的微量元素經5～10 min自身發(fā)泡后，形成現場混裝乳化炸藥[7]，而現場混裝重銨油炸藥乳化過程和混裝乳化炸藥相同，只是在形成乳膠基質后再按照一定的比例加入多孔粒硝銨按混合而形成的防水型混裝油包水炸藥[8]，其炸藥密度、爆炸性能都優(yōu)于現場混裝乳化炸藥。

據經驗公式，最小抵抗線W底=（25-45）d[9]，爆破設計根據現場環(huán)境及鉆機平臺的所處的位置，選擇炮孔最小抵抗線W底=5 m?？拙嘣O計根據巴隆公式[4]

本工程采用三角形布孔方式，取

單孔藥量[10]=qabH

式中：q為單位耗藥量，根據鐵礦石特性等選??；孔距a=6.0 m；排拒b=4.5 m；H為設計的臺階高度。

2.2 炮孔裝藥結構設計

單孔裝藥藥量：裝藥方式采用炮孔不耦合裝藥，在選擇的炮孔孔徑為160 mm的情況下，為了防止爆破后形成底根，我們調整炮孔底部裝藥量為20 kg/m左右，炮孔上部為自然密度裝藥，在炮孔頂部為了降低飛石帶來的危害，頂部選擇成都為1.5 m進行減弱裝藥。在臺階爆破時，前排孔先起爆，由于存在自由面影響對炮孔中裝藥量采取一定限制，后排孔由于前排孔夾制作用，其炮孔裝藥量要比前排孔相應裝藥量大。

2.3 現場施工

為了對比上述2種不同含水炸藥在同樣外界條件下孔內爆速情況，選擇現場中第1排任意選擇2個炮孔進行孔內爆速的試驗。由于重銨油炸藥的密度大于乳化炸藥，因此炮孔中實際裝入的藥量不同。

2.4 起爆網絡設計

為了簡化起爆網路，提高起爆的準爆性，爆破作業(yè)全部采用導爆管-導爆管起爆網路[11]，同時為了降低先起爆孔對后起爆網絡的影響和破壞，本爆破設計擬采用在炮孔內高段，炮孔外低段導爆管雷管微差爆破起爆網路。為了降低自由面等其他外界因素對測量結果可能產生的誤差，我們選擇第1排2個炮孔進行混裝乳化炸藥和混裝重銨油炸藥進行裝藥并且對其孔內爆速測定。

設計充分利用了現場中存在自由面對爆破效果的影響作用，選定2個自由面相交的炮孔用一段導爆管雷管先起爆為后續(xù)的起爆炮孔創(chuàng)造更大的自由面有利于爆破效果，同時第1排炮孔內用二段導爆管雷管先起爆，排與排之間炮孔利用二段導爆管雷管進行逐孔起爆；后排用四段導爆管雷管進行炮孔延期起爆，排間炮孔利用二段導爆管雷管進行逐孔起爆。具體起爆網路如圖2所示：圖中序號為起爆導包爆管雷管段別。

圖2 爆破網路示意圖

3 數據分析

由MicroTrap孔內爆速測試系統得到現場混裝乳化炸藥孔內爆速變化圖如3所示。由MicroTrap孔內爆速測試系統現場混裝重銨油炸藥爆速變化圖如圖4所示。

由圖3、圖4可以直觀看出，由于試驗采用的這兩種炸藥都受到自身的重力影響，造成炮孔內部的裝藥量隨著炮孔深度的增加而增加，進而2種炸藥的密度都是越往下越大，造成越往炮孔底部，2種炸藥的爆速都稍微增大，體現在圖3、圖4中是曲線初始階段時的斜率較后一段的斜率大；同時可以在圖3、圖4中明顯看出現場混裝乳化炸藥次孔內爆速為5 467.0 m/s，現場混裝重銨油炸藥孔內爆速為5 926.5 m/s。

利用文獻[2]中所規(guī)定仲裁的方法：電測法來實際測定同一批現場混裝乳化炸藥、現場混裝重銨油炸藥在地表測試時，由于這2種炸藥的爆速較大，選擇炸藥的測距L=100 mm，其測定時間為：現場混裝乳化炸藥為t=21.9 μs，現場混裝重銨油炸藥t= 20.8 μs，由公式炸藥的爆速D=L/t，可以分別得出現場混裝乳化炸藥的爆速為4 566 m/s，現場混裝重銨油炸藥的爆速為4 785 m/s，在這個測試過程中采用的測試裝置、傳感裝置均符合文獻[2]要求。

圖3 現場混裝乳化炸藥孔內爆速變化圖

圖4 現場混裝重銨油炸藥爆速變化圖

4 結 語

利用Micro Trap測試系統對不同炸藥孔內爆速的測試，分別得出現場混裝乳化炸藥和現場混裝重銨油炸藥在同一鐵礦山孔內爆速的變化情況，得出：

1）在炮孔內部，隨著底部炸藥裝藥密度的增加，這2種炸藥的初始爆速都比上部炸藥爆速大；

2）現場混裝乳化炸藥次孔內爆速為5 467.0 m/ s，現場混裝重銨油炸藥孔內爆速為5 926.5 m/s，都比同樣炸藥在地表測定的爆速高，主要是由于這2種炸藥在炮孔內都受到巖石的約束、夾制作用，降低了炸藥在爆炸時能量的不必要損耗，使得炸藥爆炸所產生的能量得到充分利用，能更真實反映炸藥能量變化情況以及對外界作功的情況。

3）Micro Trap測試系統操作非常簡單，設備使用成本不高，可以同時測取多個炮孔內炸藥在整個爆炸過程的爆速變化情況，在同樣外界使用環(huán)境下，對比不同種類炸藥爆炸性能，為提高爆破效果判斷使用合適的炸藥選擇提供參考。

［1］ 葉海旺，農冬靈，趙明生，等.混裝乳化炸藥水孔裝藥數值模擬機試驗研究［J］.爆破，2011，28（4）：11-14.

［2］ 中華人民共和國質量監(jiān)督檢驗檢疫委員會.GB/ T13228—2015工業(yè)炸藥爆速測定方法［S］.北京：中國標準出版社，2015.

［3］ 弓啟祥，陳毓，吳國群，等.工業(yè)炸藥在炮孔與露天兩種情況下爆速測定比對［J］.露天采礦技術，2011（6）：52-54.

［4］ 王為.導爆索法測試炸藥的幾點經驗［J］.爆破，2003，20（6）：88-89.

［5］ 李曉虎，周桂松，郝亞飛，等.孔內爆速測試技術在水泥礦山中的應用［J］.爆破，2014，31（2）：75-77.

［6］ 王寬，曹進軍，郝亞飛，等.對影響現場混裝乳化炸藥孔內爆速因素的探究［J］.爆破，2016，33（4）：118-122.

［7］ 王勝利，焦永富.現場混裝炸藥在司家營鐵礦和石人溝鐵礦的應用［J］.現代礦業(yè)，2015，6（6）：188-189.

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［9］ 王杰．爆破工程［M］.武漢：武漢理工大學出版社，2007.

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【責任編輯：解連江】

Application of MicroTrap testing system in iron mine

WU Guoqun
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Research Institute,Fushun 113122,China)

The article introduces MicroTrap testing system and measures on site mixed emulsion explosives and on-site mixed heavy ANFO detonation velocity.The results show that the average speed of the emulsion explosive in the hole is 5 467.0 m/s the average speed of mixed heavy ANFO explosives in the hole is 5 926.5 m/s.The constraining force in hole is the main reason that internal velocity ratio of explosive hole is higher than surface detonation velocity.

mixed-explosive;detonation velocity;MicroTrap testing system;comparison

TD235.3

B

1671－9816（2017）06－0059－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.06.017

吳國群.Micro Trap孔內爆速測試系統在鐵礦山中的應用［J］.露天采礦技術，2017，32（6）：59-62.

2017-03-25

吳國群（1981—），男，安徽淮南人，工程師，碩士，2009年畢業(yè)安徽理工大學，現從事民用爆炸產品檢測檢驗工作，發(fā)表論文多篇。