不耦合装药系数对炸药瓦斯安全性的影响

赵晓莉

(中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司，安徽 淮北235000)

0 引言

耦合装药和不耦合装药的区别为炮孔直径与炸药药卷直径的比值是否为1[1]。 炮孔内装满炸药时为最小,等于1,该状态下炸药充满了整个炮孔,没有任何孔隙,此时称为耦合装药;反之,不耦合装药是指炸药药卷和炮孔之间有一定的孔隙,当炸药药卷直径一定,炮孔直径越大,不耦合系数也就越大。 不耦合装药技术在爆破工程实践中应用较广,与常规装药方式相比,不仅可以降低爆破成本,还能有效提高爆破质量和减弱爆破危害,是现今行业主推的爆破形式[2-5]。

杨小林等[6]在试验室对不同装药直径、不耦合装药结构的爆炸作用进行了模拟试验。 潘长良[7]、林大泽等[8]在试验的基础上,研究了炸药在爆炸后产生的爆破效果与不耦合系数之间的关系。 万元林等[9]通过理论计算,对几种不同情形下的不耦合装药初始冲击压力进行了数据分析。 徐颖等[10]在分析整理试验数据的基础上提出了不耦合装药系数与岩石爆破作用的本构关系,得出不耦合系数为1.67 时,爆破裂纹长度最长的结论。 通过上述分析,很多学者主要集中在对炸药不耦合装药结构理论、岩石爆破机理等方面,但关于不耦合装药结构对瓦斯安全性影响的研究较少。

煤矿瓦斯安全直接影响着煤矿的安全生产,炸药的瓦斯安全性是煤矿许用炸药的一项重要安全性能指标。 炸药爆炸引燃瓦斯的影响因素有很多,有关资料表明:装药量相同,而孔径不同的炮孔起爆时,考虑到爆破场地系数与衰减指数不同,振动强度也有所不同,引燃瓦斯的概率也会不同。 笔者对装药直径相同,不耦合装药系数不同炸药的瓦斯安全性进行了试验。 通过乳化炸药样品的瓦斯安全性能试验考查了不同的不耦合装药系数对炸药瓦斯安全性的影响。

1 试验方案

试验选取A、B 两厂生产的三级煤矿许用乳化炸药,药卷直径32 mm,质量300 g。 试验在试验巷道中进行,用2 种规格臼炮分别试验,试验条件和参数的选择参照现行标准MT 61—1997《煤矿许用炸药井下可燃气安全度试验方法和判定规则》和GB 18097—2000《煤矿许用炸药可燃气安全度试验方法及判定》进行。 其他试验条件相同。

1)主要试验设备

试验采用两种规格的臼炮进行。 大臼炮为煤矿瓦斯抽采水胶药柱试验臼炮,炮孔直径100 mm,长度1 200 mm。小臼炮炮孔直径为55 mm,长度900 mm。

2)试验设计

①样本大小n:n 取6。

②梯距d:相邻两试验水平之差的绝对值,g,此次试验d 取50 g。

③初始试验水平M0:M0=m50+d,m50为半数引火量标准值,大臼炮的初始试验水平为600 ～650 g,小臼炮的初始试验水平为450 g。

④升降规则:试验在水平引火,下一次试验水平减少一个梯距,否则增加一个梯距,不许跳过梯距或保持试验水平不变。

3)计算不耦合系数

式中:K 为装药不耦合系数;db为药室直径,mm;da为药包直径,mm。 小臼炮试验时,不耦合系数为: K=55/32=1.719;大臼炮试验时,不耦合系数为: K=100/32=3.125。

4)试验方法

将受试炸药置于发射臼炮炮孔内爆炸,分别对大小两种规格的臼炮进行试验,根据试验巷道内可燃气-空气混合气体引火结果,计算半数引火量。

2 试验结果及分析

试验分2 组进行,分析A 厂、B 厂受试样品在大小2 种臼炮中的半数引火量,评价炸药的装药不耦合系数对炸药可燃气安全度的影响。 表1、表2为第1 组试验结果,表3、表4 为第2 组试验结果。试验序列中的“1”表示引燃,“0”表示未引燃,“X”表示虚拟结果。 各组试验条件见表5。

表1 A 厂三级煤矿许用乳化炸药大臼炮试验结果

表2 A 厂三级煤矿许用乳化炸药小臼炮试验结果

表3 B 厂三级煤矿许用乳化炸药大臼炮试验结果

表4 B 厂三级煤矿许用乳化炸药小臼炮试验结果

表5 试验条件

由表1 至表4 的数据可见,同一试样采用不同臼炮进行试验,结果有明显差异,采用大臼炮进行试验得到的半数引火量较高。 在不考虑样品均匀性影响的前提下,产生差异的原因主要是采用大臼炮试验时装药的不耦合系数(均值为3.125)远比小臼炮(均值为1.719)大,用大臼炮试验时的自由空间也远大于小臼炮。 因此,采用大臼炮试验时,装药爆轰产物有更多的空间可供膨胀、冷却,导致引燃瓦斯的概率降低。

3 结语

此次试验中,煤矿许用乳化炸药的瓦斯安全度与装药不耦合系数有关,不耦合系数越大,瓦斯安全度越高。 但由于试验受时间及设备条件所限,一些考查试验未能深入进行,现有试验结果只作定性参考。