起爆藥包形狀對多孔粒狀銨油炸藥猛度測試的影響

徐 靜 李文藝 陳先俊 王道陽 黃文堯

(1.馬鞍山江南化工有限責任公司；2.蘇州豐倍生物科技有限公司；3.安徽理工大學化學工程學院)

炸藥猛度的主要測試方法有鉛柱壓縮法、銅柱壓縮法、平板炸坑法和猛度彈道擺試驗[1-3]，目前鉛柱壓縮法是國內普遍采用的測試方法。該方法要求采用規定材質和尺寸條件的鉛柱，炸藥裝藥爆炸對鉛柱進行壓縮，以鉛柱壓縮的數值來衡量猛度大小。多孔粒狀銨油炸藥是由多孔粒狀硝酸銨和柴油按照一定比例，通過物理混合制得的一種銨油炸藥，具有生產成本低、工藝簡單、流散性好、不易結塊、使用方便等特點，目前已成為生產和使用最廣泛的銨油炸藥。多孔粒狀銨油炸藥不具備雷管感度，需要采用起爆具進行起爆[4-7]。因此在多孔粒狀銨油炸藥的猛度測試中，《炸藥猛度試驗鉛柱壓縮法》(GB/T 12440—1990)要求使用5 g起爆藥包起爆被測樣品，同時采用φ50 mm×5 mm×60 mm有縫鋼管對被測樣品進行約束，但該標準中并未明確提出起爆藥包的形狀。由于雷管起爆時既具有軸向起爆能力，又具有側向起爆能力，猛度測試時與雷管接觸的起爆藥包的藥包不同，在軸向和側向上的起爆能力會有所不同，從而對測試結果造成一定影響。因此，本研究對起爆藥包形狀對多孔粒狀銨油炸藥猛度測試的影響進行研究。

1 試驗方案

試驗材料為多孔粒狀硝酸銨，工業級；國五0#柴油，工業級，中石化；2#巖石乳化炸藥，工業級。試驗儀器為猛度測試專用鉛柱，猛度測試專用鋼片，8#瞬發電雷管，φ50 mm×5 mm×60 mm有縫鋼管，φ40 mm 紙筒外套，0.02 mm游標卡尺，0.1 g天平，1 mm 鋼尺等。多孔粒狀硝酸銨與0#柴油按照94.5∶5.5 的比例稱取材料，并充分混合制得多孔粒狀銨油炸藥。

本研究試驗采用2#巖石乳化炸藥制作起爆藥包。為使藥包制作具有一致性與可重復性，采用鋁片設計制作了4種不同形狀的藥包模具，分別為球形模具、圓錐形模具、圓柱形模具、圓臺形模具。

多孔粒狀銨油炸藥為顆粒狀，流動性較好，有利于藥包布置，不易造成形狀破壞，試驗中裝藥密度為0.83～0.85 g/cm3。根據雷管有效起爆位置長度，將雷管插入到起爆藥包中15 mm，再將藥包放置到待測炸藥中心位置，并設計了球形、圓柱形、錐形、倒圓臺形、圓臺形等5種裝藥情形。起爆藥包放置如圖1所示。測試裝置如圖2所示。測試場地為馬鞍山江南化工試爆場，現場依次分別對起爆藥包為球形、圓柱形、圓錐形、倒圓臺形、圓臺形的待測樣品進行測試，并準確記錄測試數據。試驗采用多次測試取平均值的方法，每組測試產生5個數據，共進行5組測試，收集了25個數據。

2 試驗結果

鉛柱壓縮法是以鉛柱壓縮量來衡量猛度大小，鉛柱壓縮值ΔH的計算公式為

ΔH=Hc-Hz,

式中，Hc為鉛柱初始平均高度，mm；Hz為爆炸后的鉛柱平均高度，mm。

圖1 藥包形狀

圖2 測試裝置

通過測量爆炸后的鉛柱平均高度Hz，并結合上式，所得不同起爆藥包形狀對應的猛度值見表1。

表1 猛度測試結果 mm

由表1可知：采用圓錐形起爆藥包測得的猛度值(猛度值平均為19.96 mm)最大，其次為圓柱形起爆藥包(猛度值平均為19.14)，球形、倒圓臺形、圓臺形起爆藥包測得的猛度值較小(分別為18.22，18.19，18.21 mm)。對于圓錐形、圓柱形起爆藥包，裝藥更多集中于軸向上，使得軸向上的能量更集中，因此測得的炸藥猛度值更高。而其余形狀的起爆藥包，裝藥分散于軸向和側向上，軸向上的能量被分散了一部分，因此測得的炸藥猛度值較小。

在統計學中，極差和方差均可以衡量1組數據的離散程度。極差是觀測變量的最大觀測值與最小觀測值之間的區間跨度，能夠體現1組數據波動的范圍和離散程度，極差越大，數據離散程度越大，反之，離散程度越小。對不同起爆藥包形狀對應的炸藥猛度數據(表1)進行了極差計算，可知圓臺形起爆藥包對應的猛度值的波動范圍最小(極差為0.57)，其次為球形起爆藥包(極差為0.68)，圓柱形、圓錐形、倒圓臺形起爆藥包對應的猛度值的波動范圍較大(相應的極差值為0.73、0.84、0.8)，因此，不同形狀起爆藥包對應的炸藥猛度波動情況由小到大排列為圓臺形<球形<圓柱形<倒圓臺形<圓錐形。

極差是主要反映1組數據中2個極端值的差異情況，無法有效反映其他數據的波動特征[8]。本研究在此基礎上，采用方差來衡量表1數據的離散程度，方差越小，數據波動越小，數據越穩定，離散程度越小。經過對表1數據進行方差計算，并按照方差由小到大順序排列為球形<圓柱形<圓臺形<圓錐形<倒圓臺形。

綜上分析可知：采用圓錐形起爆藥包雖然測得的炸藥猛度值最大，但數據波動范圍大，單次試驗結果可能會為極大值或極小值，數據偏差大，可靠性差；采用圓臺形起爆藥包雖然測得的炸藥猛度值較小，但數據方差較大，數據穩定性較差；采用球形起爆藥包測得的炸藥猛度值的極差與方差均較小，數據穩定性最佳。

3 結 論

(1)起爆藥包的形狀不同對多孔粒狀銨油炸藥猛度測試具有較大影響，采用圓錐形起爆藥包獲得的炸藥猛度值最大，采用倒圓臺形起爆藥包獲得的炸藥猛度值最小。

(2)采用圓錐形起爆藥包測得的炸藥猛度值雖然最大，但猛度值的波動范圍也最大，單次試驗結果可靠性不強，建議避免采用該型起爆藥包進行試驗。

(3)采用球形起爆藥包測得的炸藥猛度值的極差和方差均較小，試驗數據穩定性較好。