乳化炸藥水下爆炸能量輸出特性的實(shí)驗(yàn)研究

汪泉　徐定博　張顯丕

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(jìn)行對比。實(shí)驗(yàn)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(jì)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(jì)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(shí)間曲線，計(jì)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(jìn)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(shí)間常數(shù)、比沖擊波能、氣泡脈動(dòng)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(rèn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析對乳化炸藥的配方優(yōu)化設(shè)計(jì)、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(jì)算原理

3 實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)

整個(gè)水下爆炸能量測試系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)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(jìn)行粘合。待膠水干后，用膠帶纏繞整個(gè)藥包進(jìn)行防水處理。整個(gè)藥包的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

4 實(shí)驗(yàn)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?yàn)榉逯祲毫χ礟m取決于炸藥的爆速和爆壓，即能量的動(dòng)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(shí)還可看出，乳化炸藥的時(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)，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(shí)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(shí)驗(yàn)所測得的水下爆炸能量占總能量的百分?jǐn)?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(gè)較慢的二次反應(yīng)釋放過程，這就意味著會(huì)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(jī)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?yàn)槎壝旱V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(shí)驗(yàn)測試結(jié)果，可得出以下結(jié)論：

（1）由實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中的其它兩種工業(yè)炸藥；

（3）實(shí)驗(yàn)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(xiàn)：

[1]顏事龍，張金城.炸藥水下爆炸能量輸出特性試驗(yàn)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(bào)，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(xiàng)目：2015年度安徽省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目資助（No.201510361236）。