CN107540486A - 一种储氢型乳化震源药柱及使用该震源药柱的震源弹 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种震源药柱，更具体地说是储氢型乳化震源药柱，尤其涉及一种使用储氢材料作为含能敏化剂的乳化震源药柱及使用该震源药柱的震源弹。按重量份数主要由下述组分组成：复合敏化储氢型乳化炸药10‑35份、塑性膜材料2‑15份、化学敏化储氢型乳化炸药60‑95份。本发明通过四步法制备出储氢型乳化震源弹，复合敏化储氢型乳化炸药作为起爆药柱，塑性膜材料对其进行定型，化学敏化储氢型乳化炸药作为主装药。本发明利用了复合敏化储氢型乳化炸药的强威力和化学敏化储氢型乳化炸药的高作功能力，能够很好的替代传统震源弹中的TNT，因而更加安全和环保。同时，该储氢型乳化震源弹制作工艺简单，且对所使用乳化基质的配方无具体要求，因而适合大面积推广应用。

Description

一种储氢型乳化震源药柱及使用该震源药柱的震源弹

技术领域

本发明涉及一种震源药柱，更具体地说是储氢型乳化震源药柱，尤其涉及一种使用储氢材料作为含能敏化剂的乳化震源药柱及使用该震源药柱的震源弹。

背景技术

震源药柱作为一种特殊的民用爆破器材，在地质勘探、油气和煤炭开采等领域被广泛应用。目前，震源药柱主要分为两种：铵梯震源药柱和乳化震源药柱。铵梯震源药柱主要由硝酸铵、TNT、木粉等组成，然而TNT在生产和使用过程中会产生大量的有毒气体，既影响操作人员的身体健康，又会对环境造成严重的污染，已不符合国家及行业的发展要求，属明令禁止的产品；并且TNT作起爆药的震源药柱在使用过程中不抗水，常因为震源药柱在井下进水而发生拒爆；同时，传统震源弹含有的TNT起爆药柱容易被不法分子利用，严重威胁到了人民群众的生命财产安全。在震源弹中添加TNT等军用炸药主要是因为TNT具有较高的爆炸威力和作功能力。因此，研究不含TNT的新型震源弹的主要技术问题就是要保证其能可靠起爆和高的作功能力。乳化震源药柱的主要成分是乳化基质和敏化剂，乳化炸药中不含有TNT，且具有安全、环保、防水等优点，是未来研制环保型震源弹的主要趋势之一。然而，由于乳化基质中含有含有10％左右的水，导致传统乳化炸药的爆炸威力和起爆可靠性比铵梯炸药都要低很多。目前，震源药柱向着小型化和高性能方向发展，小型化要求震源药柱的质量体积较小，高能量需要震源药柱具有高威力、高爆速和高起爆率。因此，提高乳化震源药柱的爆炸威力和高起爆率，是研制不含TNT震源药柱的有效途径之一。

CN102285848A公布了一种耐压高威力乳化震源药柱及其制备方法，其主要技术是通过在乳化炸药中加入铝粉来提高炸药的爆热，从而提高乳化震源药柱的作功能力；CN105418341A公布了一种用于地震勘探领域的震源药柱的主装药，其主要技术是将乳化基质利用珍珠岩敏化，并通过零氧平衡设计实现了勘探所需性能指标的最佳组合。通过添加铝粉和零氧平衡设计能够部分改善乳化炸药的作功能力，但是效果不太理想，与TNT炸药的爆炸威力相差甚远。

CN102432407A和CN102432408A分别公布了两种利用储氢合金粉末化学敏化的乳化炸药，储氢合金在乳化基质爆轰波作用下迅速释放氢，氢参与乳化基质的爆轰反应，因此其具有输出衰减时间长、冲量大和能量高等特点，作功能力显著优于现有普通乳化炸药。程扬帆在其博士论文《基于储氢材料的高能乳化炸药爆轰机理和爆炸性能研究》中提供了一种储氢合金和玻璃微球复合敏化的乳化炸药，其铅柱压缩量达到军用炸药的猛度，爆炸威力较传统乳化炸药显著增强。但是，以上高能储氢型乳化炸药的研究主要是集中的爆轰性能上，对其具体应用没有具体阐述，尤其在震源弹中未曾使用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，目的之一在于提供一种无TNT储氢型乳化震源药柱作为震源弹的主装药。

本发明的另外一个目的在于提供一种无TNT储氢型乳化震源药柱制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种储氢型乳化震源药柱，主要由下述重量份数组成：复合敏化储氢型乳化炸药10-35份、塑性膜材料2-15份、化学敏化储氢型乳化炸药60-95份。

优选地，按重量份数主要由下述组分组成：复合敏化储氢型乳化炸药15-25份、塑性膜材料4-10份、化学敏化储氢型乳化炸药70-85份。

优选地，复合敏化储氢型乳化炸药20份、塑性膜材料5份、化学敏化储氢型乳化炸药75份。

优选地，所述的复合敏化储氢型乳化炸药中乳化基质90-99份、包覆后的储氢材料粉末2-5份、物理敏化剂1-5份。

优选地，所述的塑性膜材料包含膜材料85-98份，增塑剂5-15份。

优选地，所述的化学敏化储氢型乳化炸药中乳化基质95-99.8份，储氢材料粉末0.2-5份。

优选地，所述的储氢材料粉末为硼氢化钠、氢化钛、硼氢化锂、氢化镁、氢化钙、稀土系储氢材料、碳质储氢材料中的一种。

优选地，所述储氢型乳化震源药柱的制备方法，具体步骤如下：

St1：复合敏化储氢型乳化炸药的制备：先将储氢材料粉末利用包覆材料进行包覆防水处理，然后将包覆后的储氢材料与物理敏化剂按比例混合后，在常温下加入到乳化基质中搅拌均匀，制得复合敏化储氢型乳化炸药。

St2：复合敏化储氢型乳化炸药药柱的成型：将塑性膜材料中的膜材料溶于有机溶剂，然后按比例加入增塑剂后制成溶液，然后将该溶液涂抹在复合敏化储氢型乳化炸药圆柱形药柱的外表面，最后在真空干燥箱中烘20-50分钟，温度控制在30-45℃，制得塑性膜材料包覆成型的复合敏化储氢型乳化炸药的圆柱形药柱。

St3：化学敏化储氢型乳化炸药的制备：将乳化基质在恒温箱40-60℃条件下加热30-50分钟，然后在乳化基质中加入储氢材料粉末进行发泡，最后制得化学敏化储氢型乳化炸药。

St4：储氢型乳化震源弹的制备：首先将化学敏化储氢乳化炸药按要求填入震源弹的塑料弹壳内，然后将塑化膜成型的复合敏化储氢型乳化炸药药柱作为起爆药柱加入到震源弹中，加盖封装后制成储氢型乳化震源弹。

优选地，所述St1中，储氢材料粉末的包覆材料为石蜡、硬脂酸、氟橡胶、明胶、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。

优选地，所述St1中，物理敏化剂为树脂微球、玻璃微球、珍珠岩中的一种。

优选地，所述St2中，膜材料为明胶、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚氯乙烯树脂。

优选地，所述St2中，有机溶剂为汽油、石油醚、酒精、乙酸乙酯、丙酮中的一种。

优选地，所述St2中，增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、己二酸二辛酯、癸二酸二辛酯、磷酸三甲苯酯。

本发明采用上述技术方案具有的有益技术效果：

1.复合敏化储氢型乳化炸药爆炸威力超过军用炸药TNT，用其代替震源弹中的起爆药柱TNT，不仅解决了TNT造成的环保问题，同时避免了震源药柱中TNT因不抗水而发生的拒爆问题。

2.化学敏化储氢型乳化炸药的爆轰反应程度达到95％以上，作功能力较传统乳化炸药提高了30％以上，显著高于铵梯炸药，而高的作功能力对提高震源弹的性能非常关键。

3.利用高威力储氢乳化炸药作为震源弹的起爆药柱，有效减少了军用炸药作为起爆药柱而带来的管制和流通困难问题，同时可以避免军用炸药起爆药柱被不法分子利用的威胁。

4.该储氢型乳化震源弹制作工艺简单，且对所使用乳化基质的配方无具体要求，因而适合大面积推广应用。

附图说明

图1是储氢型乳化震源弹的结构示意图，图1中1是复合敏化储氢型乳化炸药，图1中2是塑性膜，图1中3是化学敏化储氢型乳化炸药，图1中4是震源弹的塑料外壳。

具体实施方式：

以下通过具体实施例对本发明做进一步解释说明，但并不构成对本发明的任何限制。

实施例1

储氢型乳化震源弹：该震源弹含复合敏化储氢型乳化炸药22份、塑性膜材料4份、化学敏化储氢型乳化炸药74份。

储氢型乳化震源弹的制备方法，具体方法步骤如下：

St1：复合敏化储氢型乳化炸药的制备：先将碳质储氢材料粉末利用明胶进行包覆防水处理，然后将包覆后的储氢材料与树脂微球按质量比例4:1混合后，在常温下加入到乳化基质中搅拌均匀，制得复合敏化储氢型乳化炸药。

St2：复合敏化储氢型乳化炸药药柱的成型：将聚甲基丙烯酸甲酯溶于丙酮，然后按质量比例4:1加入增塑剂后制成溶液，并将该溶液涂抹在复合敏化储氢型乳化炸药圆柱形药柱的外表面，最后在真空干燥箱中烘35分钟，温度控制在40℃，制得聚甲基丙烯酸甲酯包覆成型的复合敏化储氢型乳化炸药的圆柱形药柱。

St3：化学敏化储氢型乳化炸药的制备：将乳化基质在恒温箱60℃条件下加热40分钟，然后在乳化基质中加入硼氢化钠粉末进行发泡，最后制得化学敏化储氢型乳化炸药。

St4：储氢型乳化震源弹的制备：首先将化学敏化储氢乳化炸药按要求填入震源弹的塑料弹壳内，然后将塑化膜成型的复合敏化储氢型乳化炸药药柱作为起爆药柱加入到震源弹中，加盖封装后制成储氢型乳化震源弹。

利用爆速和猛度实验，对复合敏化储氢型乳化炸药、树脂微球单独敏化乳化炸药、TNT的爆速和猛度进行了测试，实验结果见表1。由表1可知，复合敏化储氢型乳化炸药的爆轰性能显著优于传统乳化炸药，其猛度(铅柱压缩值)甚至超过军用炸药TNT，因而作为复合敏化储氢型乳化炸药能够替代震源弹中的TNT起爆药柱。

表2不同配方乳化炸药水下爆炸性能对比

实施例2

储氢型乳化震源弹：该震源弹含复合敏化储氢型乳化炸药19份、塑性膜材料5份、化学敏化储氢型乳化炸药76份。

储氢型乳化震源弹的制备方法，具体方法步骤如下：

St1：复合敏化储氢型乳化炸药的制备：先将氢化钙粉末利用聚甲基丙烯酸甲酯进行包覆防水处理，然后将包覆后的储氢材料与珍珠岩按质量比例7:2混合后，在常温下加入到乳化基质中搅拌均匀，制得复合敏化储氢型乳化炸药。

St2：复合敏化储氢型乳化炸药药柱的成型：将聚乙烯醇溶于热水，然后按质量比例5:1加入增塑剂后制成溶液，并将该溶液涂抹在复合敏化储氢型乳化炸药圆柱形药柱的外表面，最后在真空干燥箱中烘40分钟，温度控制在45℃，制得聚乙烯醇包覆成型的复合敏化储氢型乳化炸药的圆柱形药柱。

St3：化学敏化储氢型乳化炸药的制备：将乳化基质在恒温箱55℃条件下加热35分钟，然后在乳化基质中加入硼氢化钠粉末进行发泡，最后制得化学敏化储氢型乳化炸药。

St4：储氢型乳化震源弹的制备：首先将化学敏化储氢乳化炸药按要求填入震源弹的塑料弹壳内，然后将塑化膜成型的复合敏化储氢型乳化炸药药柱作为起爆药柱加入到震源弹中，加盖封装后制成储氢型乳化震源弹。

利用水下爆炸实验，对氢化钙化学敏化储氢型乳化炸药、传统NaNO₂化学敏化型乳化炸药、铵梯炸药的爆轰性能进行了测试。实验中，所有炸药样品所含乳化基质的质量都是10g，乳化炸药样品距离压力传感器的距离为120cm，利用数字示波器记录信号，实验结果见表2。由表2可知，化学敏化储氢型乳化炸药能够显著提高乳化炸药的比冲量、比冲击波能和比气泡能，其作功能力优于铵梯炸药。

表2不同配方乳化炸药水下爆炸性能对比

Claims (6)

1.一种储氢型乳化震源药柱，主要由下述重量份数组成：复合敏化储氢型乳化炸药10-35份、塑性膜材料2-15份、化学敏化储氢型乳化炸药60-95份。

2.根据权利要求1所述的储氢型乳化震源药柱，按重量份数主要由下述组分组成：复合敏化储氢型乳化炸药15-25份、塑性膜材料4-10份、化学敏化储氢型乳化炸药70-85份。

3.根据权利要求1或2所述的复合敏化储氢型乳化炸药中，乳化基质90-99份、包覆后的储氢材料粉末2-5份、物理敏化剂1-5份。

4.根据权利要求3所述的塑性膜材料，包含膜材料85-98份，增塑剂5-15份。

5.根据权利要求1或2所述的化学敏化储氢型乳化炸药中，乳化基质95-99.8份，储氢材料粉末0.2-5份。

6.根据权利要求1或2所述的储氢型乳化震源弹的制备方法，具体步骤如下：

St1：复合敏化储氢型乳化炸药的制备：先将储氢材料粉末利用包覆材料进行包覆防水处理，然后将包覆后的储氢材料与物理敏化剂按比例混合后，在常温下加入到乳化基质中搅拌均匀，制得复合敏化储氢型乳化炸药。

St2：复合敏化储氢型乳化炸药药柱的成型：将塑性膜材料中的膜材料溶于有机溶剂，然后按比例加入增塑剂后制成溶液，然后将该溶液涂抹在复合敏化储氢型乳化炸药圆柱形药柱的外表面，最后在真空干燥箱中烘20-50分钟，温度控制在30-45℃，制得塑性膜材料包覆成型的复合敏化储氢型乳化炸药的圆柱形药柱。

St3：化学敏化储氢型乳化炸药的制备：将乳化基质在恒温箱40-60℃条件下加热30-50分钟，然后在乳化基质中加入储氢材料粉末进行发泡，最后制得化学敏化储氢型乳化炸药。

St4：储氢型乳化震源弹的制备：首先将化学敏化储氢乳化炸药按要求填入震源弹的塑料弹壳内，然后将塑化膜成型的复合敏化储氢型乳化炸药药柱作为起爆药柱加入到震源弹中，加盖封装后制成储氢型乳化震源弹。