动压作用下乳化炸药的微观实验

唐根山

（安徽理工大学， 安徽 淮南232001）

1 前言

目前，随着乳化炸药的研究发展，其在工程爆破中得到广泛采用。但是，很多工程爆破案例表明，当用乳化炸药实施毫秒延时爆破时，会经常出现不完全爆炸或拒爆，当炮孔间距较小或实施水下爆破或在有水的工作面进行爆破时尤其容易发生［1］。这类情况下产生的不完全爆炸或拒爆现象是由于乳化炸药具有热力学不稳定体系。而这种体系会随着所受到的动态压力作用发生变化，炸药的爆炸性能会急剧下降［2－3］。这种现象较早被叫作“受压钝化”，贯荔称为“压力减敏作用”［4］。美国人 Richard J.Mainiero和 Michael S.Wieland在实施煤矿延期爆破时得出炮孔间距是引起乳化炸药压力减敏的主要因素［5］。陈东梁，颜事龙，刘义等利用激光粒度分析仪和显微照相技术对乳化炸药受动压前后的微观结构进行了研究，得出导致乳化炸药减敏的原因在于动态压力破坏了敏化载体，热点数减少；两相间的化学反应速率下降；体系中形成的热点引发两相间的化学反应的效率降低［6］。本实验运用扫描电镜分别观察了受动压作用前后的乳化炸药，由其微观结构的变化可看出乳化炸药的破乳程度。

2 实验

2.1 实验仪器

实验装置由爆炸水池、主发药包、次发药包、固定药包的铁架、8号瞬发电雷管、起爆器、恒定电源、扫描电镜及固定在水池上方横梁上的小型行车构成。爆炸水池直径为5.5 m，水深3.62m。实验时，为避免爆炸冲击波的反射波对次发药包的影响，将药包放入水池中心水深2／3处（即2.4m 处）［7］。主发药包是将3g钝感黑索金装入用牛皮纸卷制成的内径为1.4cm、壁厚约为2mm、长约为12 cm的外壳中，装药长度约为20mm。因长径比20／14≈1.43＜4，所以可看作集中药包。由于实验是在水中进行，所以实验前需对主发药包做防水处理。次发药包均为10g实验室制备的乳化炸药，根据实验需要，用两层聚乙烯薄膜包裹。

2.2 乳化炸药的实验室制备

实验中所用的乳化基质的质量百分比组成见表1。

表1 乳化基质的质量百分比

在固定的配方下，加工工艺对乳化炸药爆炸性能的优劣影响很大。为了制得爆轰性能较好的乳化炸药，实验设计的加工工艺和相关参数如图1所示。

图1 实验室制备乳化炸药工艺示意图

当乳化基质冷却到50℃～60℃时，添加2.5%的玻璃微球对其进行敏化。

2.3 实验步骤

按照表1配方和图1所示工艺制备乳化炸药，然后在爆炸水池内做压力减敏试验。主发药包药量为3g黑索金，次发为10g乳化炸药，受压距离分别为10cm，20cm，30 cm，50cm和70cm。实验时，先将主发药包固定在铁架子中央，根据受压距离调整主次药包间距，距离确定好后，用横梁上的小行车将铁架子送到水中的预定位置，然后引爆主发药包。

2.4 SEM 观 察

用SEM对受动压作用前后乳化炸药进行观察。观察结果如图2所示。

图2 乳化炸药受压前后SEM观察结果（放大400倍）

3 结果分析

图2分别表示乳化炸药未受压、受压距离为10cm、20cm、30cm、50cm和70cm时的扫描电镜观测情况。可以看出，受压后乳化炸药发生破乳现象。这是因为敏化剂均匀分布于乳化炸药内部之后形成无数个敏化剂颗粒或气泡与乳胶基质的微界面，当乳化炸药受到冲击波作用时，微界面随之改变导致乳胶基质局部破乳［8－9］。从图a 中可以看出，用玻璃微球敏化后的乳化炸药在制备好后具有很清晰的油包水微结构，分散相粒子大都呈球形或椭球形并且分布比较均匀，玻璃微球除少量破碎外，均保持完好；由图b中可以看出，当乳化炸药受压距离为10cm时，大部分玻璃微球被冲击波的压力压碎，油膜被破坏，水相液滴的聚结，即发生破乳现象；图c中的破乳程度和玻璃微球破碎程度都相对图b中的好些，图d中的破乳程度和玻璃微球破碎程度都相对图c中的好些，图e中的破乳程度和玻璃微球破碎程度都相对图d中的好些，图f中的破乳程度和玻璃微球破碎程度都相对图e中的好些，因此乳化炸药破乳程度和玻璃微球的破碎程度均随着受压距离的增大呈下降趋势。

4 结论

乳化炸药的破乳程度随着受压距离的增加而减小，因此，在爆破作业时适当提高炮孔间距，可降低乳化炸药破乳程度，从而保证乳化炸药的稳定性。受动压作用后，乳化炸药的微观结构会发生改变。而这种改变是由于在强大的冲击波作用下敏化载体会发生破碎以及碎片会发生运动，这样可能直接导致炸药内部的界面膜破裂，从而促进了炸药破乳的进行。

［1］Qian Liu，PaulTidman，DearieTunaley，et al.Observation of the shock resistance of emulsion explosives in rock blasting［A］.Proceeding of the eleventh symposium on explosion and blasting research［C］.Nashvile，Tennessee，U.S.A Publ by：International Society of Explosives Engineers.1995.

［2］Toshio Matsuzawa，Masaharu Murakaml.Det－onability of emulsion explosive under dynamic pressure［J］.Journal of the Industrial Explosives Society（Japan），1982，43（5）：317－322.

［3］Sumiya，Hirosaki F，Kato Y，et al.Characrterisitics of pressure wave propagation in emulsion explosives［C］.Proceedings of the 27th Annual Conference on Explosives and Blasting Technique.Orlando，Eloisa，2001（Ⅱ）：1－11.

［4］贯荔.乳化炸药的压力减敏作用［J］.爆破器材，1994，23（2）：35－37.

［5］Richard J.Mainicro，Michael S.Wieland.The Relationship Between Hole－Spacing and Misfires of Permissible Explosives［C］.Proceedings of The Second Mini－Symposium on Explosives and Blasting Research.1986.

［6］陈东梁，颜事龙，刘义，等.动压作用下乳化炸药微结构变化的实验［J］.煤炭学报，2006，31（3）：287－291.

［7］王建灵，赵东奎，郭炜，等.水下爆炸能量测试中炸药入水深度的确定［J］.火炸药学报，2002，25（2）：30－32.

［8］王尹军.乳化炸药压力减敏的实验研究与机理分析［D］.北京：北京科技大学，2005.

［9］WANG Yin－jun，WANG Xu－guang，YAN Shi－long.Influence of an emulsifier on the pressure desensitization of emulsion explosives［J］.Journal of University of Science and Technology Beijing，2006，13（2）：102－107.