裝配式激發管燃燒、激發特性研究

夏 軍,周明安,徐添福

(1.國防科技大學 軍事基礎教育學院， 湖南 長沙 410072；2.湖南省訓保軍訓器材有限公司， 湖南 瀏陽市 410300)

CO2膨脹爆破是一種污染小的做功能源，其相變膨脹破巖無需火工品,引起的危害較炸藥爆破破巖小,在露天臺階破巖、基坑開挖、巖石破碎及隧道掘進等工程中得到較為廣泛的應用。CO2膨脹爆破激發裝置為激發管，也稱活化器、加熱劑、加熱管等，激發管主要由電點火頭及發熱藥劑組成，在一定圍壓作用下，電點火頭激發能夠引起發熱藥劑快速放出熱量。CO2膨脹爆破技術應用涉及激發管的生產、儲存、運輸、及使用安全，已引起相關管理部門高度關注，激發管性能特性亟待研究。裝配式激發管產品性能目前已通過中國爆破行業協會專家論證與評定，產品使用效果也通過多個工程實踐得到驗證，下面就其燃燒、激發特性予以研究。

1 裝配式激發管

傳統激發管主要由絕緣端頭、擋片、殼體、密封塞、連接腳線、電點火頭、發熱藥組成，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，保護殼體內裝發熱藥并起到防潮、防靜電的作用；密封塞保證藥劑不松動并起到防潮、與外部隔離作用；連接腳線與電點火頭串聯，并可與其他激發管實現連接。

圖1 傳統激發管結構示意

裝配式激發管結構設計是將激發管的電點火頭與發熱藥分離，在使用前，使電點火頭與發熱藥物理隔離、分開，在CO2膨脹爆破作業時，再將電點火頭與發熱藥裝配成成品，從根本上解決激發管在儲存、運輸、裝卸等環節可能存在的安全隱患。

2 燃燒特性分析

對裝配式激發管進行了明火旁燃藥劑試驗、明火底部燃燒藥劑試驗、明火底部燃燒激發管成品試驗，并與高氯酸鉀、英國產激發管藥劑及成品進行了對比。

2.1 明火旁燃藥劑試驗

用明火從側面對裸露藥劑進行燃燒，試驗藥量200 g，查看試驗藥劑的點燃特性、傳火特性，圖2為試驗場景。可見：

（1）高氯酸鉀藥劑在火焰接觸處快速分解，發出“嘶嘶”聲；

（2）英國產激發管藥劑在火焰接觸處發出“呲呲”聲并伴有火星；

（3）裝配式激發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

用明火從底部對裸露藥劑進行燃燒，試驗藥量200 g，查看試驗藥劑的燃燒特性、劇烈程度，圖3為試驗場景。可見：

（1）高氯酸鉀藥劑快速分解，程度劇烈；

（2）英國產激發管藥劑穩定燃燒，燃速時快時慢但不劇烈；

（3）裝配式激發管藥劑緩慢燃燒，內部藥劑燃燒不充分，有大量殘留物。

2.3 明火底部燃燒成品試驗

用明火從底部對激發管成品進行燃燒，試驗成品數量1根，查看激發管成品的點燃特性、燃燒特性，圖4為試驗場景。可見：

（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）英國產激發管穩定燃燒，成品燃燒較充分；

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

圖2 明火側燃燒試驗

圖3 明火底部燃燒藥劑試驗

圖4 明火底部燃燒成品試驗

3 激發特性分析

對裝配式激發管進行了電點火頭激發藥劑試驗、電點火頭激發成品試驗、膨脹管內預設壓力激發試驗。

3.1 電點火頭激發藥劑試驗

將電點火頭置于藥劑側面、中央進行激發，試驗藥量200 g，查看藥劑的電點火頭激發特性，圖5為試驗場景。可見：

（1）電點火頭被可靠激發；

（2）藥劑不能被激發，與電點火頭接觸處藥劑由白色變為灰黑色。

圖5 電點火頭激發藥劑試驗

3.2 電點火頭激發成品試驗

對激發管成品進行露天激發，試驗用裝配式激發管單根、串聯3根，查看激發管的電點火頭激發特性，圖6為試驗場景。可見：

（1）電點火頭被可靠激發；

（2）激發管不能被激發，與電點火頭接觸處激發管殼體有破裂、損傷。

圖6 電點火頭激發成品試驗

3.3 膨脹管內電點火頭激發成品試驗

對預設圍壓激發管成品進行激發，試驗用裝配式激發管單根，查看預設圍壓（≥8 MPa）膨脹管內激發管的激發特性，圖7為試驗場景。可見：

（1）激發管被可靠激發；

（2）膨脹管定壓破裂片破裂，高壓氣體瞬間泄出。

圖7 膨脹管內電點火頭激發試驗

4 結 語

通過對裝配式激發管藥劑及成品的燃燒、激發試驗，可見，裝配式激發管藥劑及成品在露天條件下，明火難以將其點燃，裝配式激發管藥劑的著火性能、傳火性能、燃燒速度低于英國產激發管藥劑，遠低于高氯酸鉀藥劑。裝配式激發管藥劑及成品在露天條件下，電點火頭不能將其激發，激發管成品在預設圍壓（≥8 MPa）膨脹管內能被可靠激發，性能穩定。

裝配式激發管通過結構優化，消除了其在儲存、運輸、裝卸等環節可能存在的安全隱患，其藥劑及成品燃燒、激發試驗也表明，改型產品具有良好的安全穩定性，為CO2膨脹爆破技術的推廣應用奠定了良好的技術基礎。