内相粒径对现场混装乳化炸药爆炸性能的影响探究实践

内相粒径对现场混装乳化炸药爆炸性能的影响探究实践

孙绍飞

葛洲坝易普力湖北昌泰民爆有限公司      湖北宜昌     443100

摘要：本文主要简单介绍了现场混装乳化炸药的制备，探讨了内相粒径对现场混装乳化炸药爆炸性能的影响，旨在加强对现场混装乳化炸药的研究。现场混装乳化炸药内相粒径大小的不同，使得其在微观结构上有一定的差异性，会对混装乳化炸药的爆破性能、热稳定性等有一定的影响，通过科学的试验研究，能够为后续现场混装乳化炸药的运用提供可靠的参考依据，保证现场混装乳化炸药爆破质量和安全。

关键词：内相粒径；现场混装；乳化炸药；爆炸性能

乳化炸药是借助乳化剂的作用，使氧化剂盐类水溶液的微滴均匀分散在含有分散气泡或空心玻璃微珠等多孔物质的油相连续介质中形成一种油包水型的乳胶状炸药。近年来，随着我国科学技术水平的不断提升，现场混装乳化炸药也随之蓬勃发展，取得了不错的应用效果。现场混装乳化炸药是先进的一体化生产技术，其涵盖了炸药原材料的运输，并于现场进行混制，使用机械设备来进行装药，具有较高的自动化水平，是我国乳化炸药发展过程中的关键一环，必须予以高度重视，不容忽视。现场混装乳化炸药呈现乳状液，是油包水型，其油相中含有颗粒状的硝酸铵水溶液，内相粒径的大小与连续相的油膜厚度有着一定的关系，会在一定程度上影响爆炸反应速率。通过研究内向粒径对现场混装乳化炸药爆炸性能的影响，能够进一步发挥现场混装乳化炸药的作用，取得较好的爆炸效果[1-2]。

一、现场混装乳化炸药的制备

（一）试验原料

试验过程中需要使用到的原料主要有以下几种：第一种是水相原料，主要是硝酸铵、自制去离子水和硝酸钠；第二种是添加剂，试验中使用的添加剂是亚硝酸钠和磷酸；第三种是油相原料，主要有Span-80、复合蜡和0#柴油。

（二）试验配方

本文使用的现场混装乳化炸药基质配方具有一定的典型性，主要是：硝酸铵的质量百分比为72.5；硝酸钠的质量百分比为4；水的质量百分比为16；MF系列复合蜡的质量百分之比为1.5；0#柴油的质量百分比为4；span—80的质量百分比为2。

（三）试验设备

试验中常见的设备有变频多用分散器、电子天平、可调式电热板和恒温水浴。

（四）制备工艺

首先，要控制内相粒径。确定试验原料后，可通过五组不同的制备转速来控制内相粒径大小，具体数据如表1:

表1 现场混装乳化炸药基质的制备转速

其次，在制备现场混装乳化炸药基质的时候，需要严格按照配方来进行制作，不锈钢容器中装称量好的水相原料，并进行混合加热，温度控制在一百摄氏度至一百零五摄氏度之间，进行保温备用；再将称量好的油箱原料放置于另外一个不锈钢容器中，加热至九十至九十五摄氏度后备用。恒温水浴的温度应当控制在九十五摄氏度，需在其中固定已经加热好的油箱材料，并于保温油相容器正上方架设分散机，之后再准备乳化。根据制备转速设计来调节分散器的转速，分散机转子下沉后和油相液面接触，之后再添加水相溶液，水相溶液要在四十秒内均匀缓慢地加入油相，并均匀高速搅拌乳化炸药基质，时间在三分钟左右。不同组别的转速依次进行试验，并按照相同的编号来标记乳化炸药基质试样。完成制备之后，需将其放置于玻璃烧杯中进行冷却备用。

最后，在进行现场混装乳化炸药制备的时候，可使用化学敏化法，称取一定量的硝酸钠，添加质量相等的水，形成亚硝酸钠溶液，然后进行水浴加热，直至亚硝酸钠晶体全部溶解停止，做好保温备用工作。同时还要称取适量的磷酸，加等量水形成磷酸溶液，通过搅拌使之稀释。等到所制备的各乳化炸药基质试样冷却后，温度在四十五至五十摄氏度的时候，可按照比例来称取亚硝酸钠溶液，使之加入乳化炸药基质中，迅速搅拌，使溶液均匀扩散，充分反应，再添加适量磷酸溶液，搅拌后将其倒入到PVC管中，进行后续测试。

二、内相粒径对现场混装乳化炸药爆炸性能的影响

（一）爆炸性能理论计算

在研究内相粒径对现场混装乳化炸药爆炸性能的时候，需要先进行爆炸性能的理论计算，可根据配方表从以下方面着手：一是计算现场混装乳化炸药各元素物质的量，并根据配方来计算现场混装乳化炸药的氧平衡OB值，计算可发现该配方的现场混装乳化炸药属于微负氧平衡型乳化炸药；二是要计算爆热。爆热指的是在某特定条件下一定量炸药爆炸时所释放的热量。炸药爆炸速度非常快，过程较短，而且存在一定的复杂性，一般被认定为是定容过程，在进行理论计算的时候可运用盖斯定律，对炸药爆炸的定压热容进行计算，再将其转化为定容热容；三是要计算爆容。爆容指的是一千克炸药发生了理想中的稳定爆炸，其所形成的气态的爆炸生成物在标准状态下的体积；四是计算爆速。指的是炸药在爆炸过程中爆轰波的传播速度，可基于能力守恒定律，结合理想气体状态方程来构建爆轰波参数关系式。

（二）爆速测试

在研究乳化炸药爆炸性能时，爆速是关键参数，其直接影响着乳化炸药的使用。可根据实际情况来选择适宜的爆速测试方法，常见的有高速摄影法、连续示波器法和导爆索法等。该试验中使用的是测试仪法，在高温高压、电离等作用下爆炸物到断路探针后，会有电信号输出，可通过测试断路探针导通后的时间间隔来计算炸药的平均爆炸速度。试验时要基于五组不同的乳化炸药基质试样，来实施敏化试验，了解其敏化比，不同的计量敏化比胶乳到不同粒径的现场混装乳化炸药试样中，并做好搅拌工作，后将试验放置到PVC管中，模拟发泡过程。孔内发泡完成后，需要对乳化炸药的装药质量、体积、密度进行测量和计算，利用爆速仪来进行爆速测试，每一组试样都要进行两次测试，取平均值。

可使用智能五段爆速仪来进行测试，采用“断-通”探针模式，当爆炸未达到1号探针位置前，1号探针一直处于断路状态；达到1号探针的瞬间，探针会被电离导通，这一状态下会形成电信号，爆炸计时仪会被触发。等到爆炸波到达2号探针后，会又一次触发电信号，计时仪会停止计时，此时便可以进行爆速计算。用1号到2号探针之间的距离除以测试仪记录的时间，便可以得出被测炸药的平均爆速。试验过程中要控制好1号探针到起爆段的距离，至少要有两三倍装药直径，探针材质可使用铜芯漆包线。

试验发现：敏化比例相同的情况下，粒径大小会影响乳化炸药爆炸的反应速度，当炸药的内相粒径越小的时候，内外相的汽化时间相同，可同时反应，在一定程度上加快了爆炸反应传播，爆速增大，而内相粒径越大则结果相反，爆速会降低。相同内相粒径下，炸药敏化比例会影响乳化炸药的装药密度，爆速也会因此而受到影响。一定范围内当炸药密度越大时，爆速就会越大，也就是说炸药敏化剂比例越大，炸药试样密度就会越小，此时爆速也会随之降低。

（三）猛度测试

    猛度主要指的是炸药爆炸后，接触介质的破裂程度。当乳化炸药的爆速越高的时候，炸药的猛度就越大。可采用铅柱压缩法或是弹道摆实验法来进行测试，前者是本次试验中选择的方式。乳化炸药爆炸作用于钢质垫片上，垫片会对铅柱进行挤压，铅柱会压缩，对比铅柱受压前后的变形压缩量，便能够测量出乳化炸药的爆炸猛度。试验过程中要将内相粒径、敏化比例不同的混装乳状炸药，放入到牛皮纸卷药筒中，装药装量一般在五十克左右，于铅柱顶端绘制两条基准线，相互垂直，再利用游标卡尺来进行分别测量基准线端点位置铅柱的高度，取平均值。完成装置后进行起爆，确定安全后重新测量压缩后铅柱顶端基准线端点位置的高度，同样取平均值，两个高度之间的差值便是炸药猛度[3-4]。

试验发现：内相粒径、敏化比例不同，乳化炸药的猛度也有所不同。当乳化炸药敏化比例相同时，内相粒径越小，炸药猛度越大；当乳化炸药内径相同时，敏化比例越大，炸药猛度越小。

结束语

该试验中的配方现场混装乳化炸药，主要是利用模拟孔内敏化的方式来进行爆炸性能试验。试验证明，乳化炸药的内相粒径和敏化比例，会对乳化炸药的猛度、爆速造成一定的影响。在实际生产过程中，想要保证现场混装乳化炸药的制备质量和使用效果，就需要通过添加适宜的添加剂，不断地优化装药工艺，来提高乳化炸药的稳定性和安全性。同时，还要在制备现场混装乳化炸药机制的时候，控制好内相粒径和转速。另外，在研究内相粒径对现场混装乳化炸药的影响时，需将理论计算和试验相结合，准备好相关的试验设备，把控好试验中的每一个环节，从而保证试验结果的准确性。
参考文献
[1]刘锋,何祥,吴攀宇等.内相粒径对现场混装乳化炸药爆炸性能的影响[J/OL].火炸药学报:1-10[2023-09-11].

[2]张蓓蓓,姚雨乐,王浩等.硼粉型含能微囊乳化炸药的制备及其爆轰性能研究[J].爆破器材,2022,51(04):23-28.

[3]刘锋,汪全,吴攀宇等.内相粒径对现场混装乳化炸药基质抗振动性能的影响[J].化工学报,2022,73(09):4217-4225.

[4]吴攀宇,刘锋,魏国等.内相粒径对现场混装乳化炸药非等温热分解特性的影响[J].火炸药学报,2022,45(02):249-256.