CN111978135B - 一种物理敏化深水爆破乳化炸药的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于炸药的应用技术领域，提供一种物理敏化深水爆破乳化炸药的制造方法，步骤如下：对作为物理敏化剂的无机闭孔泡沫粒子先进行试验选择，测得物理敏化剂的真密度后，对其施加所需水深同样的液压压力测得高压下的压溃率；选用压溃率η小于18％，真密度ρ_z在0.1～0.3/cm³之间的无机闭孔泡沫粒子作为深水炸药的物理敏化剂；对无机闭孔泡沫粒子表面进行亲油处理；已知物理敏化剂的压溃率η，真密度ρ_z，材质理论密度ρ_t，乳化炸药基质密度ρ_b，根据调整物理敏化剂的质量含量x，计算炸药深水密度ρ_h。采用物理敏化常规乳化炸药基质，不改变乳化炸药原有生产线和基本工艺，不显著提高乳化炸药的制造成本。

Description

一种物理敏化深水爆破乳化炸药的制造方法

技术领域

本发明属于炸药的应用技术领域，涉及一种物理敏化深水爆破乳化炸药的制造方法。

背景技术

深水爆破在我国的港口改建、扩建，港口及航道施工等项目中发挥着重要的作用。以硝酸铵为主的乳化炸药由于其良好的爆炸性能、抗水性能和安全性能，在含水环境爆破作业中得到了广泛的应用，无论是炸药制备还是性能检测，在技术上均已经相当成熟。但是当乳化炸药应用于水下爆破时，特别是在大型水下爆破施工中，其爆炸性能下降非常明显，甚至出现起爆不完全、拒爆、传爆中断等现象，严重影响爆破效果，普通乳化炸药已经无法满足深水工程爆破的需要。

关于乳化炸药在深水环境下的拒爆现象，目前的主要原因是因为“压力减敏”，水压的作用使乳化炸药中的微气泡压实，起爆时无法形成灼热核而导致拒爆；或者，炸药微气泡减少后密度增大导致熄爆[王尹军,李进军，方宏.乳化炸药密度对其压力减敏的影响.爆炸与冲击，2009，(5):529-534；王尹军，黄文尧，汪旭光.乳化炸药压力减敏作用与敏化气泡含量的关系.爆破器材，2005，(6):13-16]。然而，现场的爆破实验却发现，无论是气泡敏化还是空心微珠敏化的乳化炸药，在深水压力下不爆炸的炸药，经卸载到常压后却依然可以顺利地被引爆，这表明深水炸药拒爆的原因并非仅仅因为缺少灼热核，一定还有其它更深层次的原因。

为适应深水爆破工程需要，人们也开展了模拟深水乳化炸药的爆轰实验和测试其抗水压能力的研究工作，为乳化炸药改进提供了测试与研究手段[刘磊,汪旭光,杨溢等.水下爆破中乳化炸药抗水性能的实验研究.工程爆破，2010，(1):66-69；张玉健，孙玉红，刘静等.乳化炸药抗水压能力测试装置.中国专利，CN201521030742.5；吴善泽.一种乳化炸药抗水抗压性能检测装置.中国专利，CN201420627990.7]。另外，对于深水乳化炸药本身，人们也进行了大量的研究与发明。研究工作主要集中在改变乳化炸药的敏化方式及改善炸药配方方面[侯志明.深水耐压型乳化炸药的配方研究.科技与创新，2017，(14)：72-74；马宏昊，王波，沈兆武等.一种游离态氢敏化型乳化炸药及制备方法.中国专利，CN106588521A；许雷生，殷军君，贾健强.一种高爆速深水爆破用胶状乳化炸药及其制备方法.中国专利，CN201710630997.2；陈焕波，刘桢祥，林振贵等.一种用于深水的乳化炸药及其制备方法.中国专利，CN201110175298.6]。在这些对深水乳化炸药的改进中，一般会添加高氯酸盐、氢化物或添加其他阴离子型乳化剂等等。这除成本较高之外，更容易导致乳化炸药生产和储存安全性降低，有的需要改变现有的炸药生产线和基本工艺，这会导致生产成本大幅升高。另一方面，由于乳化炸药在深水下的密度会因水压变化，炸药爆轰性能就会随水深变化，往往成为未知数，造成爆破效果不均匀，难于估算。另外在野外现场深水高压环境中直接测试炸药爆轰的试验程序复杂，取得数据可靠性差，所以往往需要较大量的爆破后，以实际爆破效果作为炸药评定标准，这就对炸药深水性能预判提出了更大的需求。因此，在当前水下爆破工程需要一种更安全可靠、生产过程简单、爆轰性能稳定的深水乳化炸药；达到随水深爆破性能变化小，并可以对乳化炸药水下爆轰能力进行预先评价的要求。

发明内容

针对在深水下乳化炸药密度会随水压变化，影响炸药爆轰性能，甚至“压力减敏”熄爆问题，本发明提出一种不显著改变当前炸药生产线和基本工艺的深水爆破乳化炸药制备方法。

本发明的技术方案：

不显著改变常规乳化炸药生产线和基本生产工艺，采用空心玻璃微珠、膨胀珍珠岩粉等无机闭孔泡沫粒子材料在常规乳化炸药生产线上对常规乳化基质进行物理敏化，制成适用于深水爆破的乳化炸药。首先，对物理敏化剂进行真密度和高水压下压溃率测试。以压溃率指标选择优质的物理敏化剂，并设计物理敏化剂添加量；即以物理敏化剂的真密度和高压压溃率预估乳化炸药在深水压力下的密度，并据此确定物理敏化剂在乳化基质中的加入量，使在深水条件下的炸药密度小于“压熄密度”，从而保证其水下爆轰能力。在乳化炸药生产时，为了防止物理敏化剂加入时在乳化基质中带入空气气泡，影响炸药密度和水下爆轰性能，对物理敏化剂进行亲油处理；之后，在常规乳化炸药生产线的连续凉药装置后方将物理敏化剂按剂量加入其中，与乳化基质拌合混合均匀，即成为物理敏化的深水乳化炸药。根据预估的炸药深水水下密度，通过地面实验检测预测深水乳化炸药水下爆轰速度。对每一批次的物理敏化剂进行真密度和高水压下的压溃率测试，调整炸药生产时的物理敏化剂加入量，保证产品的质量稳定性。

本发明方法按照以下步骤实现深水爆破乳化炸药制备：

1)物理敏化剂选则

物理敏化剂在炸药中起到的作用主要为提供炸药热点和调节炸药密度。通常是当将物理敏化剂与乳化基质混合并不考虑所带入的空气泡时，物理敏化剂的使用量与真密度ρ_z共同决定了所生产炸药的密度。但当含有物理敏化剂炸药在水下装药时，物理敏化剂会受到深水压力的挤压而发生部分破碎，这会使炸药中的孔隙体积减小、密度增大；一旦炸药密度接近“压熄密度”，就会降低炸药爆轰能力甚至造成熄爆。因此，只有当物理敏化剂的真密度和抗压能力都处于一定范围时，才能满足深水爆破乳化炸药使用要求。在本专利中定义所选物理敏化剂的压溃率η为，在一定加载压力和加载时间内物理敏化剂的破损质量比。为了保证乳化炸药物理敏化剂在深水中的工艺性能，本专利以液压加载10小时以上为限，选用压溃率η<18％，真密度ρ_z在0.10～0.30g/cm³的无机泡沫粒子材料作为深水炸药物理敏化剂选用标准。

2)计算确定敏化剂的质量浓度x

经过简单推导可以获得如下考虑敏化剂压溃的炸药密度计算公式：

可用上式，根据物理敏化剂压溃率η和质量浓度x，计算炸药深水密度ρ_h。其中：ρ_t为物理敏化剂材质的理论密度(无孔的密实密度)；ρ_b为乳化炸药基质密度，通常为1.44g/cm³。

在本例中，根据压溃率η调整物理敏化剂的质量x，使3.6％≤x≤5％，且需保证乳化炸药的常压装药密度大于1.10g/cm³，可以在水下爆破时顺利下沉装药，并保证炮孔中炸药的装填量。在水下时，保证装药密度ρ_h小于1.200g/cm³使深水乳化炸药可正常爆轰。

3)物理敏化剂表面亲油改性

为保证物理敏化剂与乳化基质混合过程不带入额外的空气泡，影响炸药密度；并在混合过程不产生粉尘污染、隔绝其他可能的化学反应和防止机械磨损，事先对物理敏化剂表面亲油改性处理。

4)炸药生产制备

在现有乳化炸药生产线上，将常规乳化炸药基质与经表面改性的微珠按(1-x):x质量比例混合成为深水乳化炸药。物理敏化剂的加入过程是，在常规乳化炸药生产线的连续凉药装置后方加入，与乳化基质搅拌混合均匀，即制成为物理敏化的深水乳化炸药。

本发明的效果和益处：1)采用物理敏化常规乳化炸药基质，不改变乳化炸药原有生产线和基本工艺，不显著提高乳化炸药的制造成本；2)除物理敏化外不加入其他化学物质，没有化学相容性问题，可保证炸药生产和存储的安全性；3)预先表面亲油改性的物理敏化剂在生产过程不产生粉尘污染、隔绝其他可能的化学反应和防止机械磨损，更重要的是保证物理敏化剂与乳化基质混合过程不带入额外的空气泡，不影响炸药密度的稳定性；4)通过预先对物理敏化剂的抗压能力和真密度进行测试，可以预测乳化炸药的深水密度，进而可预测和预评价炸药水下爆轰能力，更便于实际工程应用。5)每批次炸药生产时，通过对抗压能力和真密度测试控制物理敏化剂原料的质量，及时调整炸药中的物理敏化剂含量，稳定炸药的生产质量。

具体实施方式

以下结合技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

对所选用的物理敏化剂进行真密度和压溃率检测，并制备深水乳化炸药，进行陆地与深水水下爆轰速度测试对比。

实施例一

选用一种空心玻璃微珠作为物理敏化剂，制备深水乳化炸药，测试微珠真密度ρ_z为0.202g/cm³，3atm压力下加压10h，测得压溃率η为27.926％。将玻璃微珠亲油处理，按质量浓度x为3.6％与乳化基质混合制备出乳化炸药，常压密度为1.180g/cm³，露天爆破时正常起爆，测得爆速为5037m/s。将炸药在3atm压力下加压12h，完全拒爆，按公式计算炸药密度ρ_h为1.246g/cm³(玻璃密度ρ_t取2.2g/cm³；乳化炸药基质密度ρ_b取为1.44g/cm³)。

实施例二

选用一种空心玻璃微珠作为物理敏化剂，制备深水乳化炸药，测试微珠真密度ρ_z为0.213g/cm³，3atm压力下加压10h，测得压溃率η为15.98％。将玻璃微珠亲油处理，按玻璃微珠质量浓度x为3.6％与乳化基质混合制备出乳化炸药，常压密度为1.192g/cm³，露天爆破时正常起爆，测得爆速为5578m/s。将炸药在3atm压力下加压12h，半爆，按公式计算炸药密度ρ_h为1.228g/cm³(玻璃密度ρ_t取2.2g/cm³；乳化炸药基质密度ρ_b取为1.44g/cm³)。

实施例三

选用一种空心玻璃微珠作为物理敏化剂，制备深水乳化炸药，测试微珠真密度ρ_z为0.212g/cm³，3atm压力下加压10h，测得压溃率η为15.98％。将玻璃微珠亲油处理，按玻璃微珠质量浓度x为4.2％与乳化基质混合制备出乳化炸药，常压密度为1.158g/cm³，露天爆破时正常起爆，测得爆速为5240m/s。将炸药在3atm压力下加压24h，正常爆轰，测试爆速为5385m/s。按公式计算炸药密度ρ_h为1.197g/cm³(玻璃密度ρ_t取2.2g/cm³；乳化炸药基质密度ρ_b取为1.44g/cm³)。

该配方已经应用于大连湾海底隧道建设工程水下项目，爆破水深10～30m。

实施例四

选用一种空心玻璃微珠作为物理敏化剂，制备深水乳化炸药，测试微珠真密度ρ_z为0.214g/cm³，3atm压力下加压10h，测得压溃率η为8.081％。将玻璃微珠亲油处理，按玻璃微珠质量浓度x为4.2％与乳化基质混合制备出乳化炸药，常压密度为1.161g/cm³，露天爆破时正常起爆，测得爆速为5240m/s。将炸药在3atm压力下加压24h，正常爆轰，测试爆速为5582m/s。按公式计算炸药密度ρ_h为1.180g/cm³(玻璃密度ρ_t取2.2g/cm³；乳化炸药基质密度ρ_b取为1.44g/cm³)。

该配方已经应用于大连湾海底隧道建设工程水下项目，爆破水深10～30m。

Claims (2)

1.一种物理敏化深水爆破乳化炸药的制造方法，其特征在于，步骤如下：

1)对作为物理敏化剂的无机闭孔泡沫粒子先进行试验选择，测得物理敏化剂的真密度后，对其施加所需水深同样的液压压力测得高压下的压溃率；液压加载为10小时，选用压溃率η小于18％，真密度ρ_z在0.1～0.3/cm³之间的无机闭孔泡沫粒子作为深水爆破乳化炸药的物理敏化剂；物理敏化剂的压溃率η为在一定加载压力和加载时间内物理敏化剂的破损质量比；

2)对无机闭孔泡沫粒子表面进行亲油处理；

3)已知物理敏化剂的压溃率η，真密度ρ_z，材质理论密度ρ_t，乳化炸药基质密度ρ_b，根据调整物理敏化剂的质量含量x，按下式计算炸药深水密度ρ_h：

其中，物理敏化剂的质量含量x为乳化炸药的3.6～5.0％，深水密度ρ_h小于1.200g/cm³；

4)炸药生产制备

在现有乳化炸药生产线上，将乳化炸药基质与经表面进行亲油处理的无机闭孔泡沫粒子按(1-x):x质量比例混合成为深水爆破乳化炸药；物理敏化剂的加入过程是：在乳化炸药生产线的连续凉药装置后方加入，与乳化基质搅拌混合均匀，即制成为物理敏化的深水爆破乳化炸药。

2.根据权利要求1所述的物理敏化深水爆破乳化炸药的制造方法，其特征在于，作为物理敏化剂的无机闭孔泡沫粒子为空心玻璃微珠和/或闭孔珍珠岩粉。