裝配式激發(fā)管燃燒、激發(fā)特性研究

夏 軍,周明安,徐添福

(1.國(guó)防科技大學(xué) 軍事基礎(chǔ)教育學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410072；2.湖南省訓(xùn)保軍訓(xùn)器材有限公司， 湖南 瀏陽(yáng)市 410300)

CO2膨脹爆破是一種污染小的做功能源，其相變膨脹破巖無(wú)需火工品,引起的危害較炸藥爆破破巖小,在露天臺(tái)階破巖、基坑開(kāi)挖、巖石破碎及隧道掘進(jìn)等工程中得到較為廣泛的應(yīng)用。CO2膨脹爆破激發(fā)裝置為激發(fā)管，也稱活化器、加熱劑、加熱管等，激發(fā)管主要由電點(diǎn)火頭及發(fā)熱藥劑組成，在一定圍壓作用下，電點(diǎn)火頭激發(fā)能夠引起發(fā)熱藥劑快速放出熱量。CO2膨脹爆破技術(shù)應(yīng)用涉及激發(fā)管的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、及使用安全，已引起相關(guān)管理部門(mén)高度關(guān)注，激發(fā)管性能特性亟待研究。裝配式激發(fā)管產(chǎn)品性能目前已通過(guò)中國(guó)爆破行業(yè)協(xié)會(huì)專家論證與評(píng)定，產(chǎn)品使用效果也通過(guò)多個(gè)工程實(shí)踐得到驗(yàn)證，下面就其燃燒、激發(fā)特性予以研究。

1 裝配式激發(fā)管

傳統(tǒng)激發(fā)管主要由絕緣端頭、擋片、殼體、密封塞、連接腳線、電點(diǎn)火頭、發(fā)熱藥組成，如圖 1所示。絕緣端頭用于固定殼體并保證連接腳線與外界絕緣，保護(hù)殼體內(nèi)裝發(fā)熱藥并起到防潮、防靜電的作用；密封塞保證藥劑不松動(dòng)并起到防潮、與外部隔離作用；連接腳線與電點(diǎn)火頭串聯(lián)，并可與其他激發(fā)管實(shí)現(xiàn)連接。

圖1 傳統(tǒng)激發(fā)管結(jié)構(gòu)示意

裝配式激發(fā)管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是將激發(fā)管的電點(diǎn)火頭與發(fā)熱藥分離，在使用前，使電點(diǎn)火頭與發(fā)熱藥物理隔離、分開(kāi)，在CO2膨脹爆破作業(yè)時(shí)，再將電點(diǎn)火頭與發(fā)熱藥裝配成成品，從根本上解決激發(fā)管在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、裝卸等環(huán)節(jié)可能存在的安全隱患。

2 燃燒特性分析

對(duì)裝配式激發(fā)管進(jìn)行了明火旁燃藥劑試驗(yàn)、明火底部燃燒藥劑試驗(yàn)、明火底部燃燒激發(fā)管成品試驗(yàn)，并與高氯酸鉀、英國(guó)產(chǎn)激發(fā)管藥劑及成品進(jìn)行了對(duì)比。

2.1 明火旁燃藥劑試驗(yàn)

用明火從側(cè)面對(duì)裸露藥劑進(jìn)行燃燒，試驗(yàn)藥量200 g，查看試驗(yàn)藥劑的點(diǎn)燃特性、傳火特性，圖2為試驗(yàn)場(chǎng)景?？梢?jiàn)：

（1）高氯酸鉀藥劑在火焰接觸處快速分解，發(fā)出“嘶嘶”聲；

（2）英國(guó)產(chǎn)激發(fā)管藥劑在火焰接觸處發(fā)出“呲呲”聲并伴有火星；

（3）裝配式激發(fā)管藥劑在火焰接觸處難以著火。

2.2 明火底部燃燒藥劑試驗(yàn)

用明火從底部對(duì)裸露藥劑進(jìn)行燃燒，試驗(yàn)藥量200 g，查看試驗(yàn)藥劑的燃燒特性、劇烈程度，圖3為試驗(yàn)場(chǎng)景?？梢?jiàn)：

（1）高氯酸鉀藥劑快速分解，程度劇烈；

（2）英國(guó)產(chǎn)激發(fā)管藥劑穩(wěn)定燃燒，燃速時(shí)快時(shí)慢但不劇烈；

（3）裝配式激發(fā)管藥劑緩慢燃燒，內(nèi)部藥劑燃燒不充分，有大量殘留物。

2.3 明火底部燃燒成品試驗(yàn)

用明火從底部對(duì)激發(fā)管成品進(jìn)行燃燒，試驗(yàn)成品數(shù)量1根，查看激發(fā)管成品的點(diǎn)燃特性、燃燒特性，圖4為試驗(yàn)場(chǎng)景。可見(jiàn)：

（1）高氯酸鉀成品快速著火，向管體外噴射火焰，成品燃燒徹底；

（2）英國(guó)產(chǎn)激發(fā)管穩(wěn)定燃燒，成品燃燒較充分；

（3）裝配式激發(fā)管燃燒緩慢，未見(jiàn)火焰劇烈情形，成品燃燒不充分，有較多殘留物。

圖2 明火側(cè)燃燒試驗(yàn)

圖3 明火底部燃燒藥劑試驗(yàn)

圖4 明火底部燃燒成品試驗(yàn)

3 激發(fā)特性分析

對(duì)裝配式激發(fā)管進(jìn)行了電點(diǎn)火頭激發(fā)藥劑試驗(yàn)、電點(diǎn)火頭激發(fā)成品試驗(yàn)、膨脹管內(nèi)預(yù)設(shè)壓力激發(fā)試驗(yàn)。

3.1 電點(diǎn)火頭激發(fā)藥劑試驗(yàn)

將電點(diǎn)火頭置于藥劑側(cè)面、中央進(jìn)行激發(fā)，試驗(yàn)藥量200 g，查看藥劑的電點(diǎn)火頭激發(fā)特性，圖5為試驗(yàn)場(chǎng)景。可見(jiàn)：

（1）電點(diǎn)火頭被可靠激發(fā)；

（2）藥劑不能被激發(fā)，與電點(diǎn)火頭接觸處藥劑由白色變?yōu)榛液谏?/p>

圖5 電點(diǎn)火頭激發(fā)藥劑試驗(yàn)

3.2 電點(diǎn)火頭激發(fā)成品試驗(yàn)

對(duì)激發(fā)管成品進(jìn)行露天激發(fā)，試驗(yàn)用裝配式激發(fā)管單根、串聯(lián)3根，查看激發(fā)管的電點(diǎn)火頭激發(fā)特性，圖6為試驗(yàn)場(chǎng)景?？梢?jiàn)：

（1）電點(diǎn)火頭被可靠激發(fā)；

（2）激發(fā)管不能被激發(fā)，與電點(diǎn)火頭接觸處激發(fā)管殼體有破裂、損傷。

圖6 電點(diǎn)火頭激發(fā)成品試驗(yàn)

3.3 膨脹管內(nèi)電點(diǎn)火頭激發(fā)成品試驗(yàn)

對(duì)預(yù)設(shè)圍壓激發(fā)管成品進(jìn)行激發(fā)，試驗(yàn)用裝配式激發(fā)管單根，查看預(yù)設(shè)圍壓（≥8 MPa）膨脹管內(nèi)激發(fā)管的激發(fā)特性，圖7為試驗(yàn)場(chǎng)景?？梢?jiàn)：

（1）激發(fā)管被可靠激發(fā)；

（2）膨脹管定壓破裂片破裂，高壓氣體瞬間泄出。

圖7 膨脹管內(nèi)電點(diǎn)火頭激發(fā)試驗(yàn)

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)裝配式激發(fā)管藥劑及成品的燃燒、激發(fā)試驗(yàn)，可見(jiàn)，裝配式激發(fā)管藥劑及成品在露天條件下，明火難以將其點(diǎn)燃，裝配式激發(fā)管藥劑的著火性能、傳火性能、燃燒速度低于英國(guó)產(chǎn)激發(fā)管藥劑，遠(yuǎn)低于高氯酸鉀藥劑。裝配式激發(fā)管藥劑及成品在露天條件下，電點(diǎn)火頭不能將其激發(fā)，激發(fā)管成品在預(yù)設(shè)圍壓（≥8 MPa）膨脹管內(nèi)能被可靠激發(fā)，性能穩(wěn)定。

裝配式激發(fā)管通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，消除了其在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、裝卸等環(huán)節(jié)可能存在的安全隱患，其藥劑及成品燃燒、激發(fā)試驗(yàn)也表明，改型產(chǎn)品具有良好的安全穩(wěn)定性，為CO2膨脹爆破技術(shù)的推廣應(yīng)用奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。