不耦合裝藥系數對炸藥瓦斯安全性的影響

趙曉莉

(中煤科工集團淮北爆破技術研究院有限公司，安徽 淮北235000)

0 引言

耦合裝藥和不耦合裝藥的區別為炮孔直徑與炸藥藥卷直徑的比值是否為1[1]。 炮孔內裝滿炸藥時為最小,等于1,該狀態下炸藥充滿了整個炮孔,沒有任何孔隙,此時稱為耦合裝藥;反之,不耦合裝藥是指炸藥藥卷和炮孔之間有一定的孔隙,當炸藥藥卷直徑一定,炮孔直徑越大,不耦合系數也就越大。 不耦合裝藥技術在爆破工程實踐中應用較廣,與常規裝藥方式相比,不僅可以降低爆破成本,還能有效提高爆破質量和減弱爆破危害,是現今行業主推的爆破形式[2-5]。

楊小林等[6]在試驗室對不同裝藥直徑、不耦合裝藥結構的爆炸作用進行了模擬試驗。 潘長良[7]、林大澤等[8]在試驗的基礎上,研究了炸藥在爆炸后產生的爆破效果與不耦合系數之間的關系。 萬元林等[9]通過理論計算,對幾種不同情形下的不耦合裝藥初始沖擊壓力進行了數據分析。 徐穎等[10]在分析整理試驗數據的基礎上提出了不耦合裝藥系數與巖石爆破作用的本構關系,得出不耦合系數為1.67 時,爆破裂紋長度最長的結論。 通過上述分析,很多學者主要集中在對炸藥不耦合裝藥結構理論、巖石爆破機理等方面,但關于不耦合裝藥結構對瓦斯安全性影響的研究較少。

煤礦瓦斯安全直接影響著煤礦的安全生產,炸藥的瓦斯安全性是煤礦許用炸藥的一項重要安全性能指標。 炸藥爆炸引燃瓦斯的影響因素有很多,有關資料表明:裝藥量相同,而孔徑不同的炮孔起爆時,考慮到爆破場地系數與衰減指數不同,振動強度也有所不同,引燃瓦斯的概率也會不同。 筆者對裝藥直徑相同,不耦合裝藥系數不同炸藥的瓦斯安全性進行了試驗。 通過乳化炸藥樣品的瓦斯安全性能試驗考查了不同的不耦合裝藥系數對炸藥瓦斯安全性的影響。

1 試驗方案

試驗選取A、B 兩廠生產的三級煤礦許用乳化炸藥,藥卷直徑32 mm,質量300 g。 試驗在試驗巷道中進行,用2 種規格臼炮分別試驗,試驗條件和參數的選擇參照現行標準MT 61—1997《煤礦許用炸藥井下可燃氣安全度試驗方法和判定規則》和GB 18097—2000《煤礦許用炸藥可燃氣安全度試驗方法及判定》進行。 其他試驗條件相同。

1)主要試驗設備

試驗采用兩種規格的臼炮進行。 大臼炮為煤礦瓦斯抽采水膠藥柱試驗臼炮,炮孔直徑100 mm,長度1 200 mm。小臼炮炮孔直徑為55 mm,長度900 mm。

2)試驗設計

①樣本大小n:n 取6。

②梯距d:相鄰兩試驗水平之差的絕對值,g,此次試驗d 取50 g。

③初始試驗水平M0:M0=m50+d,m50為半數引火量標準值,大臼炮的初始試驗水平為600 ～650 g,小臼炮的初始試驗水平為450 g。

④升降規則:試驗在水平引火,下一次試驗水平減少一個梯距,否則增加一個梯距,不許跳過梯距或保持試驗水平不變。

3)計算不耦合系數

式中:K 為裝藥不耦合系數;db為藥室直徑,mm;da為藥包直徑,mm。 小臼炮試驗時,不耦合系數為: K=55/32=1.719;大臼炮試驗時,不耦合系數為: K=100/32=3.125。

4)試驗方法

將受試炸藥置于發射臼炮炮孔內爆炸,分別對大小兩種規格的臼炮進行試驗,根據試驗巷道內可燃氣-空氣混合氣體引火結果,計算半數引火量。

2 試驗結果及分析

試驗分2 組進行,分析A 廠、B 廠受試樣品在大小2 種臼炮中的半數引火量,評價炸藥的裝藥不耦合系數對炸藥可燃氣安全度的影響。 表1、表2為第1 組試驗結果,表3、表4 為第2 組試驗結果。試驗序列中的“1”表示引燃,“0”表示未引燃,“X”表示虛擬結果。 各組試驗條件見表5。

表1 A 廠三級煤礦許用乳化炸藥大臼炮試驗結果

表2 A 廠三級煤礦許用乳化炸藥小臼炮試驗結果

表3 B 廠三級煤礦許用乳化炸藥大臼炮試驗結果

表4 B 廠三級煤礦許用乳化炸藥小臼炮試驗結果

表5 試驗條件

由表1 至表4 的數據可見,同一試樣采用不同臼炮進行試驗,結果有明顯差異,采用大臼炮進行試驗得到的半數引火量較高。 在不考慮樣品均勻性影響的前提下,產生差異的原因主要是采用大臼炮試驗時裝藥的不耦合系數(均值為3.125)遠比小臼炮(均值為1.719)大,用大臼炮試驗時的自由空間也遠大于小臼炮。 因此,采用大臼炮試驗時,裝藥爆轟產物有更多的空間可供膨脹、冷卻,導致引燃瓦斯的概率降低。

3 結語

此次試驗中,煤礦許用乳化炸藥的瓦斯安全度與裝藥不耦合系數有關,不耦合系數越大,瓦斯安全度越高。 但由于試驗受時間及設備條件所限,一些考查試驗未能深入進行,現有試驗結果只作定性參考。