乳化炸藥水下爆炸能量輸出特性的實驗研究

摘 要：工業(yè)炸藥爆轟的非理想性反映出其爆炸能量輸出的差異，水下爆炸測試是評測炸藥爆炸能量輸出狀況的重要手段之一。本文在圓筒形小水池（Ф5.5m，H3.62m）中測試了給定配方的巖石型乳化炸藥（Ⅰ）水下爆炸參數(shù)，并與給定的粉狀TNT炸藥（Ⅱ）、二級煤礦水膠炸藥（Ⅲ-a） 、三級煤礦水膠炸藥（Ⅲ-b）水下爆炸參數(shù)進行對比。實驗測試結(jié)果表明：（1）乳化炸藥及對比炸藥水下爆炸峰值壓力Pm滿足Pm（Ⅲ）

關(guān)鍵詞：水下爆炸；乳化炸藥；沖擊波能；氣泡能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.261

1 引言

乳化炸藥是泛指一類用乳化技術(shù)制備的使氧化劑鹽類水溶液的微滴，均勻分散在含有分散氣泡或空心玻璃微珠等多孔物質(zhì)的油相連續(xù)介質(zhì)中，形成一種油包水型（W/O）的乳膠狀含水工業(yè)炸藥。乳化炸藥體系中因氧化劑與可燃劑接觸緊密充分，所以其爆轟激發(fā)、傳播及爆炸性能明顯優(yōu)于其它工業(yè)炸藥而接近于理想狀況。水下爆炸測試是評測工業(yè)炸藥爆炸能量輸出狀況的有效手段，已經(jīng)越來越引起關(guān)注。顏事龍等人[1]以TNT炸藥水下爆炸沖擊波參數(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)能量相似原理推導(dǎo)出了工業(yè)炸藥水下爆炸能量的計算公式。周霖等人[2]研究了典型炸藥水中爆炸能量輸出特性及其影響因素，建立了炸藥水中爆炸沖擊波能、氣泡能、沖擊波超壓的計算方法。趙琳等人[3]利用水下爆炸方法，通過測量沖擊波的壓力-時間曲線，計算了多種工業(yè)炸藥的能量輸出結(jié)構(gòu)。張顯丕等人[4]則在小水池中測試乳化炸藥等幾種常用工業(yè)炸藥水下爆炸參數(shù)，著重分析了乳化炸藥水下爆炸能量特征。目前采用水下爆炸手段對乳化炸藥爆炸能量輸出特性進行研究較少。本文在直徑5.5 m、深3.62 m的小水池中測試了乳化炸藥及其它工業(yè)炸藥水下爆炸參數(shù)，包括沖擊波壓力峰值、衰減時間常數(shù)、比沖擊波能、氣泡脈動周期、比氣泡能等，綜合分析了乳化炸藥水下爆炸能量輸出特性，認為乳化炸藥相對于其它工業(yè)炸藥而言爆轟具有理想性行為。本文的實驗結(jié)果與分析對乳化炸藥的配方優(yōu)化設(shè)計、工程爆破中炸藥選型等方面具有重要理論指導(dǎo)意義。

2 水下爆炸參數(shù)計算原理

3 實驗測試系統(tǒng)

整個水下爆炸能量測試系統(tǒng)的實驗裝置如圖1所示，該系統(tǒng)由壓力傳感器、信號傳輸電纜、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及小水池（直徑5.5 m，水深3.62 m）組成。為了抵消來自水面和底部的邊界效應(yīng)影響，藥包置于水池中心總深度的2/ 3 處，即藥包置入水下約2.4 m 處。壓力傳感器對準(zhǔn)爆源中心且距爆心距離為1m。本實驗選用的傳感器為北京理工大學(xué)研制的HZP2型筆桿形自由場壓電壓力傳感器。

稱取10g炸藥試樣，分次裝入加工好的鋁殼內(nèi)，放上蓋片用木模進行壓藥，控制裝藥密度。壓好藥后，插入8#工業(yè)雷管（插入深度約15mm），然后在蓋片上部裝滿石英砂，滴入502膠進行粘合。待膠水干后，用膠帶纏繞整個藥包進行防水處理。整個藥包的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

4 實驗結(jié)果與分析

從表1可以看出，乳化炸藥水下爆炸沖擊波峰值壓力高于其它兩類工業(yè)炸藥，而低于粉狀TNT炸藥。這是因為峰值壓力值Pm取決于炸藥的爆速和爆壓，即能量的動態(tài)釋放特性，乳化炸藥爆速高于另兩類工業(yè)炸藥，而低于單質(zhì)TNT炸藥，所以其沖擊波峰值壓力值較大。同時還可看出，乳化炸藥的時間衰減常數(shù)值要低于兩種煤礦許用型水膠炸藥，說明乳化炸藥的沖擊波壓力隨時間衰減得比較快，這便導(dǎo)致了乳化炸藥的峰值壓力高而反而低的情況。

水下爆炸能量損失程度以沖擊波能量損失系數(shù)來衡量，而值由爆壓決定。而爆壓與爆速的平方成正比，所以爆速越高，值越大，以熱的形式消耗的沖擊波能量就越多。在實驗中，除外乳化炸藥的爆速值是較大，所以乳化炸藥在水下爆炸沖擊波傳播過程中所損失的能量也較多。而乳化炸藥的比沖擊波能和比氣泡能都要高于水膠炸藥的事實，表明含水炸藥在含水量相差不大的情況下，乳化炸藥理論爆熱以及實際支持爆轟傳播的爆熱都比水膠炸藥高，所以得到較高的水下爆炸能量。

水下爆炸總能量包括沖擊波能和氣泡能，與的比值能夠反映出炸藥水下爆炸能量輸出的分配關(guān)系。從表1可以看出，乳化炸藥與的比值較低，說明乳化炸藥相對于水膠炸藥而言，其水下爆炸能量中的氣泡能所占的比例較高。

從表1還可看出，乳化炸藥值低于炸藥，與二級煤礦水膠接近，高于三級煤礦水膠炸藥。一般值可稱為能熱比，它代表實驗所測得的水下爆炸能量占總能量的百分數(shù)。由于工業(yè)炸藥的非理想性，能量并不是在C-J面上迅速的完全釋放，而是在面后存在一個較慢的二次反應(yīng)釋放過程，這就意味著會有部分能量遺留下來作為爆炸產(chǎn)物的內(nèi)能，而不是釋放出來用于做機械功。因此，幾類工業(yè)炸藥試樣的能熱比相對于單質(zhì)TNT炸藥較低，而單質(zhì)TNT炸藥能熱比最高，為99.8%。乳化炸藥值高于三級煤礦水膠炸藥，而與二級煤礦水膠炸藥接近，從一定程度上說明乳化炸藥相對于其它兩種工業(yè)炸藥，具有較好的理想性和較高的理想爆轟行為。乳化炸藥的能熱比略低于二級煤礦水膠炸藥，原因可能是因為二級煤礦水膠炸藥中添加的鋁粉改變了能量的釋放過程，有助于提高沖擊波能和總能量。

5 結(jié)論

根據(jù)實驗測試結(jié)果，可得出以下結(jié)論：

（1）由實驗測試結(jié)果知，乳化炸藥及對比炸藥水下爆炸峰值壓力Pm滿足Pm（Ⅲ）

（2）實驗中的乳化炸藥水下爆炸沖擊波能與氣泡能之比μEs/Eb=0.54，其代表水下爆炸輸出能量中沖擊波能和氣泡能比例關(guān)系，且數(shù)值小于實驗中的其它兩種工業(yè)炸藥；

（3）實驗中的乳化炸藥水下爆炸總能量與其爆熱之比Et/QV約為94.1%，Et/QV值反映出炸藥水下爆炸能量輸出狀況，即乳化炸藥相對于其它工業(yè)炸藥具有良好的理想程度。

參考文獻：

[1]顏事龍，張金城.炸藥水下爆炸能量輸出特性試驗研究[J].爆破器材，1993（02）：1-4

[2]周霖，徐少輝，徐更光.炸藥水下爆炸能量輸出特性研究[J]. 兵工學(xué)報，2006，27（02）：235-238

[3]趙琳，李兵，閆吉杰，鄭長赟.炸藥能量測試的水下爆炸方法[J].聲學(xué)技術(shù)，2003，22（02）：72-76

[4]張顯丕.乳化炸藥爆轟特性的研究[D].安徽理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.

[5]鄭孟菊，俞統(tǒng)昌，張銀亮.炸藥的性能及測試方法[M].北京： 兵器工業(yè)出版社，1990.

基金項目：2015年度安徽省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目資助（No.201510361236）。