不耦合裝藥系數(shù)對(duì)炸藥瓦斯安全性的影響

趙曉莉

(中煤科工集團(tuán)淮北爆破技術(shù)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(qū)別為炮孔直徑與炸藥藥卷直徑的比值是否為1[1]。 炮孔內(nèi)裝滿炸藥時(shí)為最小,等于1,該狀態(tài)下炸藥充滿了整個(gè)炮孔,沒(méi)有任何孔隙,此時(shí)稱(chēng)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(dāng)炸藥藥卷直徑一定,炮孔直徑越大,不耦合系數(shù)也就越大。 不耦合裝藥技術(shù)在爆破工程實(shí)踐中應(yīng)用較廣,與常規(guī)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(zhì)量和減弱爆破危害,是現(xiàn)今行業(yè)主推的爆破形式[2-5]。

楊小林等[6]在試驗(yàn)室對(duì)不同裝藥直徑、不耦合裝藥結(jié)構(gòu)的爆炸作用進(jìn)行了模擬試驗(yàn)。 潘長(zhǎng)良[7]、林大澤等[8]在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,研究了炸藥在爆炸后產(chǎn)生的爆破效果與不耦合系數(shù)之間的關(guān)系。 萬(wàn)元林等[9]通過(guò)理論計(jì)算,對(duì)幾種不同情形下的不耦合裝藥初始沖擊壓力進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析。 徐穎等[10]在分析整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提出了不耦合裝藥系數(shù)與巖石爆破作用的本構(gòu)關(guān)系,得出不耦合系數(shù)為1.67 時(shí),爆破裂紋長(zhǎng)度最長(zhǎng)的結(jié)論。 通過(guò)上述分析,很多學(xué)者主要集中在對(duì)炸藥不耦合裝藥結(jié)構(gòu)理論、巖石爆破機(jī)理等方面,但關(guān)于不耦合裝藥結(jié)構(gòu)對(duì)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(chǎn),炸藥的瓦斯安全性是煤礦許用炸藥的一項(xiàng)重要安全性能指標(biāo)。 炸藥爆炸引燃瓦斯的影響因素有很多,有關(guān)資料表明:裝藥量相同,而孔徑不同的炮孔起爆時(shí),考慮到爆破場(chǎng)地系數(shù)與衰減指數(shù)不同,振動(dòng)強(qiáng)度也有所不同,引燃瓦斯的概率也會(huì)不同。 筆者對(duì)裝藥直徑相同,不耦合裝藥系數(shù)不同炸藥的瓦斯安全性進(jìn)行了試驗(yàn)。 通過(guò)乳化炸藥樣品的瓦斯安全性能試驗(yàn)考查了不同的不耦合裝藥系數(shù)對(duì)炸藥瓦斯安全性的影響。

1 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)選取A、B 兩廠生產(chǎn)的三級(jí)煤礦許用乳化炸藥,藥卷直徑32 mm,質(zhì)量300 g。 試驗(yàn)在試驗(yàn)巷道中進(jìn)行,用2 種規(guī)格臼炮分別試驗(yàn),試驗(yàn)條件和參數(shù)的選擇參照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)MT 61—1997《煤礦許用炸藥井下可燃?xì)獍踩仍囼?yàn)方法和判定規(guī)則》和GB 18097—2000《煤礦許用炸藥可燃?xì)獍踩仍囼?yàn)方法及判定》進(jìn)行。 其他試驗(yàn)條件相同。

1)主要試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)采用兩種規(guī)格的臼炮進(jìn)行。 大臼炮為煤礦瓦斯抽采水膠藥柱試驗(yàn)臼炮,炮孔直徑100 mm,長(zhǎng)度1 200 mm。小臼炮炮孔直徑為55 mm,長(zhǎng)度900 mm。

2)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

①樣本大小n:n 取6。

②梯距d:相鄰兩試驗(yàn)水平之差的絕對(duì)值,g,此次試驗(yàn)d 取50 g。

③初始試驗(yàn)水平M0:M0=m50+d,m50為半數(shù)引火量標(biāo)準(zhǔn)值,大臼炮的初始試驗(yàn)水平為600 ～650 g,小臼炮的初始試驗(yàn)水平為450 g。

④升降規(guī)則:試驗(yàn)在水平引火,下一次試驗(yàn)水平減少一個(gè)梯距,否則增加一個(gè)梯距,不許跳過(guò)梯距或保持試驗(yàn)水平不變。

3)計(jì)算不耦合系數(shù)

式中:K 為裝藥不耦合系數(shù);db為藥室直徑,mm;da為藥包直徑,mm。 小臼炮試驗(yàn)時(shí),不耦合系數(shù)為: K=55/32=1.719;大臼炮試驗(yàn)時(shí),不耦合系數(shù)為: K=100/32=3.125。

4)試驗(yàn)方法

將受試炸藥置于發(fā)射臼炮炮孔內(nèi)爆炸,分別對(duì)大小兩種規(guī)格的臼炮進(jìn)行試驗(yàn),根據(jù)試驗(yàn)巷道內(nèi)可燃?xì)?空氣混合氣體引火結(jié)果,計(jì)算半數(shù)引火量。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)分2 組進(jìn)行,分析A 廠、B 廠受試樣品在大小2 種臼炮中的半數(shù)引火量,評(píng)價(jià)炸藥的裝藥不耦合系數(shù)對(duì)炸藥可燃?xì)獍踩鹊挠绊憽?表1、表2為第1 組試驗(yàn)結(jié)果,表3、表4 為第2 組試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)序列中的“1”表示引燃,“0”表示未引燃,“X”表示虛擬結(jié)果。 各組試驗(yàn)條件見(jiàn)表5。

表1 A 廠三級(jí)煤礦許用乳化炸藥大臼炮試驗(yàn)結(jié)果

表2 A 廠三級(jí)煤礦許用乳化炸藥小臼炮試驗(yàn)結(jié)果

表3 B 廠三級(jí)煤礦許用乳化炸藥大臼炮試驗(yàn)結(jié)果

表4 B 廠三級(jí)煤礦許用乳化炸藥小臼炮試驗(yàn)結(jié)果

表5 試驗(yàn)條件

由表1 至表4 的數(shù)據(jù)可見(jiàn),同一試樣采用不同臼炮進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果有明顯差異,采用大臼炮進(jìn)行試驗(yàn)得到的半數(shù)引火量較高。 在不考慮樣品均勻性影響的前提下,產(chǎn)生差異的原因主要是采用大臼炮試驗(yàn)時(shí)裝藥的不耦合系數(shù)(均值為3.125)遠(yuǎn)比小臼炮(均值為1.719)大,用大臼炮試驗(yàn)時(shí)的自由空間也遠(yuǎn)大于小臼炮。 因此,采用大臼炮試驗(yàn)時(shí),裝藥爆轟產(chǎn)物有更多的空間可供膨脹、冷卻,導(dǎo)致引燃瓦斯的概率降低。

3 結(jié)語(yǔ)

此次試驗(yàn)中,煤礦許用乳化炸藥的瓦斯安全度與裝藥不耦合系數(shù)有關(guān),不耦合系數(shù)越大,瓦斯安全度越高。 但由于試驗(yàn)受時(shí)間及設(shè)備條件所限,一些考查試驗(yàn)未能深入進(jìn)行,現(xiàn)有試驗(yàn)結(jié)果只作定性參考。