切缝导爆管在爆破网络中的研究

吴可胤，马广举，陶铁军

(1.贵州贵安商贸投资有限公司, 贵州贵阳 550000；2.贵州新联爆破工程集团有限公司, 贵州贵阳 550000)

切缝导爆管在爆破网络中的研究

吴可胤1，马广举2，陶铁军2

(1.贵州贵安商贸投资有限公司, 贵州贵阳 550000；2.贵州新联爆破工程集团有限公司, 贵州贵阳 550000)

昆明路道路土石方爆破中，因石头尖锐易造成导爆管形成切缝，影响传爆网络。为有效解决该问题，通过高速摄影对塑料导爆管局部出现轴向9 cm切缝传爆过程进行观察和分析，研究了爆轰气体波在传播进程中通过有裂缝部位前后爆速的变动特征，得出完整塑料导爆管爆轰波通过轴向切缝时爆速的变化规律，并在工程中得以指导和运用。

高速摄影；塑料导爆管；切缝；爆轰波

昆明路道路位于遵义市汇川区,是横贯东西的唯一交通大动脉。自开始修建以来,多次因为爆破现场石头尖锐,使塑料导爆管出现轴向切缝,造成导爆管网络传爆中断,形成极大地安全隐患。因此,研究轴向切缝导爆管对于如何避免导爆管传爆网络中断具有十分重要的指导意义。

1 试验材料

试验的目的主要是为了观察完整塑料导爆管出现切缝后整个传爆网络中爆轰波的传爆特征和爆速的变化,并分析切缝后爆速的变化规律。试验采用塑料导爆管,爆速为1700±50 m/s,外径为3.0±0.5 mm,内径为0.9±0.5 mm,试验中取1.5 m长的塑料导爆管段,共10段；在塑料导爆管段上用刀片切取长度为9 cm的轴向切缝。为了试验的准确性,将待试验的导爆管用透明胶布固定在纸板上。

2 高速摄影试验

2.1 高速摄影试验体系

本试验采用FASTCAM SA1.1型数字式高速彩色像机,试验体系由台式电脑、高速摄像机、被测试的塑料导爆管、爆破器、爆破针以及同步控制体系组成,如图1所示。

为了得到塑料导爆管中爆轰气体波传播的准确信息,把被测塑料导爆管固定在正方体纸盒上并贴上A4白纸,在A4白纸上布满单位为1 cm的间隔直线作为一个定额标线,以便在图像中准确的标示出被测塑料导爆管中爆轰气体波各个时间的位移。试验时,高速摄影镜头距塑料导爆管距离为5 m左右,以便摄影到清晰的画面。

图1 高速摄影仪试验体系

因为塑料塑料导爆管的传播速度约为1700 m/s,试验选取的导爆管长度为1.5 m,摄影范围比较窄,为了增大摄影的准确性,将爆破器跟高速摄影相机用导线连通,实现同步。为了提高试验的精确度,对9 cm长度的切缝导爆管做10次试验,选取最具有代表的2组数据进行分析。

2.2 试验结果

在10次试验中,9 cm长度的切缝导爆管有4次传爆成功,6次传爆失败,分别选取一次传爆成功和一次传爆失败的试验图片(如图2所示)。

通过高速摄影仪的摄影功能把塑料导爆管传播全部进程展现在电脑上,分析图像可以看出:塑料导爆管中爆轰气体波的结构可以看作是最左端近似半球面形状的前沿爆轰气体波(头部亮区)、中间区域蘑菇云状的混合粉末化学反应区和反应后爆炸产物区(较暗区)三区域构成。

从图2可知:在轴向裂缝前,爆轰波以恒定的速度传爆,红光比较亮；到达轴向切缝段时,爆轰波的能量减小,红光变暗,表明爆轰波到达导爆管切缝处,随着爆轰波在轴向切缝段的继续传播,爆轰产物不断从轴向切缝处宣泄；经过一段较暗的区域后,红色的光又渐渐增强,说明爆轰气体波又传播到完好段,从图像上可得,在传播一段区域后,爆轰波红光的亮度增大到与切缝前的亮度大致一致,这表示爆轰气体波的能量又达到了完好水平。通过和轴向切缝塑料导爆管断爆时的图像比较,可以看出,当爆轰气体波红光没有表现出由暗变红的过程,而是一直变暗,说明爆轰气体波能量变弱,直到塑料导爆管中没有红色的亮光,爆轰波的传爆终止。

图2 塑料导爆管爆轰气体传爆

2.3 试验数据分析

通过图像上的网格对塑料导爆管传播图像进行数据处理,测量计算前后的两幅图像像间爆轰气体波前部位的位移差,同时确定高速摄影拍摄的帧,确定前后两幅图像的时间间隔,最后可以根据公式(1)计算出前后两幅图像间平均速度,并作为被测塑料导爆管中爆轰气体波的爆速。

由公式(1)可得试验数据,结果见表1、表2和图3。

从表2和图3可以看出切缝导爆管爆速随时间的变化规律:在轴向切缝前塑料导爆管中爆速的比较平稳；进入轴向裂缝区域时,爆速开始降低,下降的幅度比较快,并在轴向切缝段不断出现波动,然后在轴向切缝段的末端下降到最小值,通过切缝段后,爆轰波传爆到完整导爆管后,如果能引起导爆管内壁上的化学物质发生化学反应,爆轰波得到了能量的支持,爆速就会立刻回升,在短时间内恢复到正常传爆速度,在管道效应的作用下,维持正常爆速向前传播；如果爆轰波能量在切缝处宣泄太多,到达完整导爆管时,能量不足引爆导爆管内壁上的炸药,能量不能得到补充,爆速就会减小到零,就会导致导爆管传爆中断。

表1 导爆管传爆失败爆速变化表

表2 导爆管传爆成功爆速变化表

图3 导爆管爆速变化v-t曲线

根据导爆管的传播机理可得,在切缝导爆管传爆中,爆轰波的传爆具有特有的规律。爆轰波到达导爆管切缝处时,爆轰波的能量因从切缝处宣泄出去,造成爆轰波能量损失,爆轰波前部位能量降低,薄层三次甲基三硝胺和其他物质的迅速变少,爆速也降低,当爆轰波的能量下降到最小时,导爆管中的爆速也下降到最小值,当爆轰波能量不能引爆塑料导爆管上薄层三次甲基三硝胺和其他物质发生化学反应时,塑料导爆管就会拒爆。总的来说,塑料导爆管断爆的原因是管道效应的破坏与能量的泄露。

4 结 论

本试验结合工程实例,利用高速摄影对切缝长度为9 cm的导爆管进行研究,得出在切缝长度为9 cm时,导爆管2种不同的传爆规律,对于保证本工程导爆管网络安全、减少爆破安全隐患具有十分重要的指导意义。为了工程安全,工程中容许的最大轴向切缝段不超过8 cm,避免导爆管网络发生网络中断现象。

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2015-03-27)

吴可胤(1977-)，男，贵州绥阳人，爆破工程师，主要从事爆破工程管理工作，Email:570771222＠qq.com。