乳化炸藥生產線中殉爆問題初探

高玉剛

(中煤科工集團淮北爆破技術研究院有限公司, 安徽 淮北235000)

乳化炸藥生產中,如果某一工序發生意外爆炸,易引起相鄰工序發生殉爆,擴大事故后果。 因此,研究和積累乳化炸藥生產過程中殉爆問題,對乳化炸藥安全生產,推進民爆行業高質量發展具有重要的現實意義。

1 殉爆機理

炸藥爆轟時能夠引起周圍一定距離內的炸藥發生爆炸。 對于不敏感的炸藥如梯恩梯,主要是由于爆轟產物的沖擊使被發裝藥產生熱點,從而導致爆炸或爆轟。 爆轟產物是一種混合物,既有固體顆粒,又有多種氣體,如N2、CO2、CO 等。 對于較敏感的炸藥如黑索金,主要是空氣沖擊波超壓和正壓持續時間的作用使被發炸藥產生熱點,從而導致爆炸或爆轟[2-8]。 殉爆的原因主要有:主發裝藥的爆轟產物直接沖擊被發裝藥;主發裝藥爆轟時,拋射出的物體沖擊被發裝藥;主發裝藥爆轟時,在惰性介質中形成的沖擊波沖擊被發裝藥。 在實際情況下,也可能是以上2 種或3 種因素的綜合作用。 如介質是空氣,且兩裝藥相距較近,主發裝藥又有外殼時,有可能是3 種因素的共同作用。

2 影響炸藥殉爆性的因素

2.1 溫度

炸藥藥溫越高,殉爆距離越大,炸藥發生殉爆的可能性也越大。 因此,當輸送帶上的炸藥藥卷經水冷卻后,理論上其殉爆距離將變小,即相同的藥卷距離下發生殉爆的可能性將變小。

2.2 藥卷間惰性介質的性質

試驗樣品:主發裝藥為苦味酸20 g,密度為1.25 g/cm3,紙質外殼;被發裝藥為苦味酸,密度為1.0 g/cm3,試驗結果見表1。

表1 不同介質的殉爆距離 單位:cm

由表1 可得,在上述介質中,炸藥在水中的殉爆距離最大。

2.3 藥卷的擺放形式

主發藥卷與被發藥卷平行放置,正對擺放比不正對擺放容易殉爆。 主要原因是兩藥卷之間平行正對擺放時,被發藥卷接受沖擊波的面積要大。 因此,兩藥卷平行錯開位置越大,兩藥卷的徑向殉爆距離也就越小。

2.4 藥卷質量(或藥卷直徑)

同時增加主、被發藥卷的質量或增大藥卷直徑,會使主發藥卷的沖擊波強度增大,被發藥卷接受沖擊波的面積增大,徑向殉爆距離增大[9-12]。 例如將質量為300 g 阿莫尼特(氯化鉀的質量分數為12%)制成不同直徑的藥卷進行試驗。 試驗表明:當藥卷直徑31 mm 時殉爆距離為50 mm,當藥卷直徑為40 mm 時,殉爆距離增大至110 mm。 主發藥量對殉爆距離的影響見表2,隨著主發藥量的增加,殉爆距離也增大。

表2 主發藥量對殉爆距離的影響

3 乳化炸藥生產線中傳爆性能檢測

根據生產實踐,乳化炸藥生產線中以下環節容易引發殉爆:乳化基質平鋪在鋼帶上進行冷卻時,敏化后的乳化炸藥成堆放置時,敏化后的炸藥平鋪冷卻過程中,裝成藥卷后在輸送帶運送過程中,成品箱藥卷輸送過程中。 針對上述環節選取不同廠家的乳化炸藥在空曠的試驗環境下進行傳爆性能模擬試驗。

3.1 乳化基質平鋪傳爆性能試驗

以3 個廠家的2 號乳化炸藥基質為試驗樣品,乳化基質在鋼帶上平鋪冷卻時進行模擬試驗。 主要參數:甲廠乳化基質平鋪厚度為20 mm;乙廠乳化基質平鋪厚度為9 mm,藥溫80 ℃;丙廠乳化基質平鋪厚度為20 mm,藥溫65 ℃。

試驗方法:

1)取生產線上的乳膠基質樣品迅速運送到空曠的露天場所,選擇平整、無碎石及其他可拋擲硬物的試驗場地。

2)將乳化基質平鋪在輸送帶上,記錄乳化基質平鋪的厚度和溫度。

3)采用巖石型炸藥為起爆藥,起爆藥柱置于藥帶窄端的中間處,用1 發8 號工業雷管進行起爆,平行做2 次試驗。

2 次試驗后,起爆藥卷和與其接觸的乳化基質處的輸送帶被炸穿,輸送帶其余部分完好并附有大量乳化基質。 試驗結果表明:起爆藥卷處輸送帶被炸穿,起爆藥卷正下方地面均可見一個圓形爆坑,起爆藥卷均爆轟完全,輸送帶上的乳化基質未發生爆轟。

3.2 乳化基質敏化后的成堆炸藥傳爆性能試驗

乳化基質敏化后,在鋼帶上成堆輸送時,以3 個廠家的2 號乳化炸藥為試驗樣品,進行模擬試驗。 主要參數為:甲廠藥量5 kg/堆,共2 堆,堆間中心距0.5 m,堆最短邊距0.35 m;乙廠藥量1.5 kg/堆,共4 堆,堆間中心距0.4 m,堆最短邊距0.2 m,藥溫50 ℃;丙廠藥量4.5 kg/堆,共3 堆,堆最短邊距0.4 m,藥溫29 ℃。

試驗方法:

1)在空曠的露天場所選擇平整、無碎石的地面,用木桌作為支架,記錄支架的長、寬、高,再在支架上鋪設與實際生產一致的輸送帶,記錄輸送帶的長度、寬度、厚度。

2)在輸送帶縱軸線上布置3 堆敏化后的2 號巖石乳化炸藥半成品,布置好后,記錄每堆乳化炸藥質量、堆間邊緣的距離,記錄起爆前樣品的溫度。

3)采用巖石型炸藥為起爆藥,用1 發8 號工業雷管進行起爆,平行做2 次試驗。

2 次試驗中,起爆藥卷和與其接觸的一堆樣品處的輸送帶被炸穿,輸送帶其余部分完好并附有大量殘藥,木板大部分破碎。 現場情況如圖1、圖2 所示。

圖1 藥堆起爆前試樣狀態

圖2 藥堆起爆后狀態

試驗結果表明,2 次試驗的起爆藥卷和與其接觸的一堆樣品均爆轟完全,與主爆堆樣品相隔一定距離的從爆堆樣品未發生爆炸。 當樣品堆藥量為1.5 kg 時,生產線上樣品堆間最短邊距0.2 m 時,從爆藥卷未發生殉爆;當樣品堆藥量增大至5 kg時,樣品堆間最短邊距亦擴大至0.35 m,從爆藥卷也未發生殉爆。 隨著樣品堆藥量的增大,殉爆安全距離也隨之增大。

3.3 乳化基質敏化后的平鋪炸藥傳爆性能試驗

乳化基質敏化后平鋪冷卻輸送時,厚度為9 mm。取長1.8 m,寬0.4 m,藥量7.8 kg,藥溫47 ℃,進行傳爆試驗。 試驗方法同成堆輸送時傳爆性能試驗方法相同。

2 次試驗中,起爆藥卷處輸送帶和木板被炸穿,其余部分完好,輸送帶上附有大量殘藥,起爆藥卷正下方地面上有一個明顯圓形爆坑,但與起爆藥卷接觸的部分被引爆,但爆炸未穩定傳播。 現場情況如圖3、圖4 所示。 試驗結果表明:平鋪厚度為9 mm,藥量7.8 kg,藥溫47 ℃時,輸送帶上平鋪的試樣不會發生爆轟傳爆。

圖3 第1 次試驗起爆前試樣狀態

圖4 第1 次試驗起爆后試樣狀態

3.4 輸送帶上散裝藥卷傳爆性能試驗

選取4 個廠家的2 號巖石乳化炸藥,外徑32 mm,質量200 g,對成品散裝藥卷輸送工序進行模擬試驗。 主要參數:甲廠藥量15 卷/堆,共2 堆,堆間中心距0.9 m,堆最短邊距0.4 m,藥溫22 ℃;乙廠藥量20 卷/堆,共2 堆,堆間中心距1.5 m,堆最短邊距1 m,藥溫34 ℃;丙廠藥量20 卷/堆,共2 堆,堆間中心距1.5 m,堆最短邊距1 m,藥溫29 ℃;丁廠藥量20 卷/堆,共2 堆,堆間中心距1.6 m,堆最短邊距1 m,藥溫42 ℃。

試驗方法同成堆輸送時傳爆性能試驗方法相同。 2 次試驗中,起爆端的鋼板及輸送帶被炸穿,正對主爆藥卷處的地面有明顯爆坑,主爆藥卷均爆轟完全。 從爆藥卷處鋼板及輸送帶完好,輸送帶上附有殘藥,四周散落的殘留藥卷數量與起爆前一致。

通過乙廠、丙廠、丁廠的試驗數據可知,當藥量為4 kg,藥溫在29 ～42 ℃時,輸送帶上藥卷堆最短邊距離為1 m 時,不會引起傳爆。 而當藥量下降3 kg,藥溫下降至22 ℃時,輸送帶上藥卷堆最短邊距離為0.4 m 亦不會引起傳爆。 因此,輸送帶上的藥卷傳爆距離與藥卷堆的藥量及藥溫有關。

3.5 輸送帶上成品箱傳爆性能試驗

選取4 個廠家的2 號巖石乳化炸藥,外徑32 mm,質量200 g,對成品箱裝藥輸送工序進行模擬試驗。主要參數:甲廠藥量24 kg/箱,共2 箱,箱間中心距4.26 m,箱最短邊距4.5 m,藥溫26 ℃;乙廠藥量24 kg/箱,共2 箱,箱間中心距3.27 m,箱最短邊距3 m,藥溫29 ℃;丙廠藥量24 kg/箱,共2 箱,箱間中心距3.305 m,箱最短邊距3.0 m,藥溫22 ℃;丁廠藥量24 kg/箱,共2 箱,箱間中心距3.27 m,箱最短邊距3 m,藥溫44 ℃;

試驗方法同成堆輸送時傳爆性能試驗方法相同。 2 次試驗中,起爆端纖維板及輸送帶被炸穿,正對主爆成品箱處的地面有明顯爆坑,主爆成品箱均爆轟完全。 從爆成品箱處纖維板及輸送帶完好,四周散落的殘留藥卷數量與起爆前一致,從爆成品箱中的炸藥未發生爆炸。 現場情況如圖5、圖6 所示。 試驗結果表明:當炸藥箱最短邊距3.0 m,藥溫44 ℃,試驗的起爆成品箱炸藥均爆轟完全,相隔3.0 m 處輸送帶上從爆成品箱炸藥未被殉爆。

圖5 丙廠成品箱傳爆試驗前

圖6 丙廠成品箱傳爆試驗后

4 結語

根據試驗情況,藥溫、藥卷質量、藥卷直徑、堆放形式和平鋪厚度都會影響乳化炸藥的傳爆性能。上述5 個試驗的結果可供實際工程參考,但由于試驗條件及試驗場地的限制,殉爆距離有些偏差,應根據具體工程實踐合理調整。