何 振，劉尊義，夏 斌

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煤礦許用炸藥抗爆燃性定量檢測技術的研究

何 振，劉尊義，夏 斌

（中煤科工集團淮北爆破技術研究院有限公司，安徽 淮北，235000）

設計了一種定量測試煤礦許用炸藥抗爆燃性的檢測技術，該檢測技術采用樣本容量=6的小樣本升降試驗法，并統(tǒng)一采用黑火藥作為主爆藥卷。通過該檢測技術對煤礦許用炸藥及巖石型炸藥進行了抗爆燃性能測試，結果表明：該檢測技術適用于我國所有工業(yè)炸藥的抗爆燃性測試，可以定量評價煤礦許用炸藥的抗爆燃性，以及比較不同產(chǎn)品間的抗爆燃性。

煤礦許用炸藥；抗爆燃性；升降法；小樣本

煤礦許用炸藥的爆燃是指炸藥在煤礦井下爆破作業(yè)過程中，由于各種原因，如炸藥的物理狀態(tài)、種類、起爆沖量、性能變差引起的爆轟衰減和受壓鈍化等，而導致炸藥出現(xiàn)的爆燃現(xiàn)象。炸藥一旦出現(xiàn)爆燃，可導致兩種后果：一種是在密閉的炮孔中爆燃可使炮孔內壓力增高，殘留炸藥燃燒加速，形成“二次爆炸”，對操作人員造成傷害；另一種是爆燃產(chǎn)生的火焰直接引爆瓦斯煤塵，導致重大惡性事故發(fā)生[1-2]。因此，抗爆燃性是一項重要的安全性能指標，準確測試和評價煤礦許用炸藥的抗爆燃性，對提高產(chǎn)品質量、保障煤礦安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。

國外早在20世紀60年代就對炸藥爆燃問題開展了試驗研究，一些國家已建立了標準的測試方法。盡管國外的各種測試裝置尺寸、結構不盡一樣，但其測試原理是相同的，幾乎所有方法都是將被測炸藥置于有一定抗壓強度的試驗管中，用黑火藥點燃（燃燒法）或炸藥爆炸（爆炸法），在試驗管中形成高溫、高壓環(huán)境，然后觀察被測炸藥的爆燃傾向大小。

我國于20世紀90年代開始進行爆燃傾向的研究，并綜合國內外的研究結果，于1995年發(fā)布了煤炭行業(yè)標準《煤礦用炸藥抗爆燃性測定方法和判定規(guī)則》[3]（MT378-1995）。標準中規(guī)定，對不同類型樣品采用不同的主爆藥卷以及采用10，10/0，2；1，2的抽樣方案進行結果判定[3]，實踐證明這種方法不僅工作量大，而且結果判定的可靠性低，只能定性不能定量，對不同產(chǎn)品間的抗爆燃性無法進行比較。因此，本研究主要考察統(tǒng)一采用黑火藥作為主爆藥卷[4]和采用“樣本量=6的小樣本升降試驗法”進行抗爆燃性試驗，探討此方法的可行性。

1 試驗部分

1.1 試驗裝置

抗爆燃性試驗裝置主體采用MT 378-1995標準中規(guī)定的測試裝置（鋼制爆燃臼炮外徑（560±1）mm；炮孔直徑（57±0.5）mm，長度（820±1）mm）。本次研究對裝置兩端的密封進行了改進，前后兩端均以帶螺紋的密封塞封閉，以千斤頂?shù)男问阶饔糜诿芊馊?，很好地解決了在試驗藥量較大情況下的密封性。測試裝置見圖1。

圖1 測試裝置示意圖

1.2 試驗原理

在抗爆燃臼炮室內，主爆藥卷起爆后，會產(chǎn)生高溫、高壓爆轟氣體產(chǎn)物?？贡夹栽囼灳褪峭ㄟ^人為制造高溫、高壓環(huán)境，考察受測炸藥燃燒的難易程度，并以此來判定炸藥的抗爆燃性。

小樣本方法刺激量的變化是通過改變主爆藥卷（黑火藥）量的大小來實現(xiàn)的，通過小樣本方法求出50，再通過50的大小實現(xiàn)量化評價工業(yè)炸藥的抗爆燃性。50大，則炸藥的抗爆燃性高，不易發(fā)生爆燃，反之，抗爆燃性低，易發(fā)生爆燃。

升降試驗法是W.J.Dixon和A·M.Mood在20世紀40年代在美國礦山局炸藥試驗室創(chuàng)造的。在W.J.Dixon和A.M.Mood發(fā)表的第1篇文獻里，對采用升降法提出3個條件：（1）試驗分布必須是正態(tài)的；（2）樣本大小必須是很大的，值最好不小于40或50；（3）必須事先估計出試驗的標準離差大概有多大，以確定試驗步長，應當接近等于或略大于標準離差。

K·A·Brownlee等人[5]在其基礎上經(jīng)過對升降法的悉心研究認為：（1）樣本大小不必太大，=6、10亦可；（2）Dixon的條件1可以大大放寬；（3）第1次試驗的刺激水平0是人為確定的，沒有帶來任何信息，計算時應當舍去，而第+1次試驗雖然沒做，卻含有一定的信息，應當參與計算；（4）由于0選擇不當，最初的試驗可能呈現(xiàn)相同感應的符號，應當舍去。由此，K·A·Brownlee等人提出小樣本升降法的觀點。

小樣本升降法的實質就是通過一系列試驗求出試驗結果的平均值，根據(jù)前一次試驗結果來確定后一次試驗的水平，對于炸藥抗爆燃性試驗把該平均值稱為半數(shù)引火量。

由于工業(yè)炸藥是一種有變差體系，試驗條件、炸藥本身理化性能等都對試驗結果有影響，但不同炸藥廠家、品種和批次而產(chǎn)生的變差大于其它變差，當樣本量減小到一定程度，只要所產(chǎn)生的變差不大于其它各項的變差，就認為采用這一樣本量是可以接受的[6]。

實際上，炸藥抗爆燃性試驗是一種精度很差的試驗，重現(xiàn)性很低，要嚴格控制試驗條件幾乎是不可能的。顯然，試驗精度是隨著樣本量的增大而提高，但為了提高試驗效率、降低試驗成本，需采用小樣本，通過較少的試驗次數(shù)來判定炸藥的抗爆燃性。

1.3 試驗樣品和試驗條件

1.3.1受測藥卷制備

受測樣品均由正規(guī)廠家生產(chǎn)，且在有效期范圍之內，樣品均按照《煤礦用炸藥抗爆燃性測定方法和判定規(guī)則》（MT 378-1995）之規(guī)定，檢驗合格，見表1。

表1 受測樣品

Tab.1 Samples in the test

試驗研究以煤礦許用炸藥為主，巖石類炸藥作為對比。受測炸藥藥卷按照MT 378-1995的要求進行改裝（藥卷尺寸：直徑（35±1）mm，質量30g）。

1.3.2主爆藥卷制備

為了使試驗更加科學、規(guī)范，測試條件應保持一致，試驗對含水炸藥和粉狀炸藥，均以黑火藥作為主爆藥卷，依據(jù)《煤礦用炸藥抗爆燃性測定方法和判定規(guī)則》（MT378-1995）制備。以測試乳化炸藥的抗爆燃性為例，主爆藥卷、受測藥卷分別見圖2~3。

圖2 主爆藥卷——黑火藥

圖3 受測藥卷——乳化炸藥

1.3.3 試驗參數(shù)

起始刺激水平（0）、步長()和樣本容量（）是升降法的主要參數(shù)，對試驗結果有重大影響[6]。本研究采用小樣本升降法試驗時，所產(chǎn)生的變差在起始試驗水平的10%左右時，大部分試樣分布在3～4個水平內。經(jīng)試驗考察初步確定本次試驗的參數(shù)，見表2。

表2 試驗參數(shù)

Tab.2 Parameters of the test

2 結果及討論

2.1 試驗現(xiàn)象分析

試驗過程中發(fā)生爆燃時，受測炸藥完全燃盡或只留下一片熔融的殘留物，殘留物的大小因受測炸藥中消焰劑或其它惰性物質的含量而存在差異，一般煤礦許用炸藥的殘留物較大，巖石炸藥很小或幾乎沒有；判定炸藥是否出現(xiàn)爆燃的依據(jù)是有無殘留物或燃盡。由于粉狀炸藥和水膠炸藥中消焰劑等惰性物質含量較高，在燃燒后會出現(xiàn)片狀的殘留物；對于含有珍珠巖敏化的含水炸藥，有時氧化劑與燃料油已全部燃盡，藥卷體積縮小，沒有彈性，呈蜂窩狀，已經(jīng)發(fā)生爆燃，見圖4。試驗過程中樣品出現(xiàn)僅發(fā)生部分燃燒的現(xiàn)象，有明顯殘藥的現(xiàn)象，依據(jù)MT 378-1995的判定要求，認定受測炸藥未發(fā)生爆燃，測試結果記為“0”。見圖5。

圖 4 粉狀炸藥測試后殘留物

圖5 乳化炸藥測試后部分燃燒殘留物

2.2 試驗結果

由于條件限制，測試樣品種類不齊全。本次試驗測試了10個品種炸藥的半數(shù)引火量，每個品種測試數(shù)量有限，結果僅具有一定參考性。測試結果見表3。前兩次試驗結果相同，在計算半數(shù)引火量時應舍去第1次試驗結果，第7次試驗水平的“”是根據(jù)第6次試驗結果虛擬的，即第6次試驗“引火”，則降1個步長，反之升1個步長。

50=1/7ΣKM（1）

式（1）中：50為半數(shù)引火量，g；M為第次試驗水平的裝藥量，g；K為第次試驗水平下的試驗次數(shù)。根據(jù)表3，按照式（1）對樣品半數(shù)發(fā)火量進行計算，得出的50值見表4。

2.3 結果分析

由表3~4可以看出：

（1） 試驗共測試5類工業(yè)炸藥的50，可以初步總結為乳化炸藥的50大于水膠炸藥的50；水膠炸藥的50大于粉狀乳化炸藥的50；粉狀乳化炸藥的50大于膨化硝銨炸藥的50；即乳化炸藥比水膠炸藥抗爆燃性好，水膠炸藥比粉狀乳化炸藥的好，粉狀乳化炸藥比膨化硝銨炸藥的好。

表3 測試結果

Tab.3 Results of the test

表450的計算結果

Tab.4 Calculations of M50

（2）現(xiàn)有的方法標準中，主爆藥卷藥量分別采用35g黑火藥和15g 2號抗水煤礦炸藥都不能準確評價受測炸藥的抗爆燃性。本文采用黑火藥作為主爆藥卷和樣本量=6的小樣本升降試驗法，統(tǒng)一了衡量標準，可以測試出各類炸藥抗爆燃性的半數(shù)引火量數(shù)值，定量評價炸藥的抗爆燃性，使測試更加科學、規(guī)范。

（3）通常情況下，煤礦許用炸藥在使用過程中出現(xiàn)爆燃，易發(fā)生安全事故，造成損失。炸藥的抗爆燃測試僅限于煤礦許用炸藥。本研究表明，巖石型炸藥在使用過程中同樣會由于某些原因未被引爆，可能在密閉高溫、高壓環(huán)境下出現(xiàn)爆燃現(xiàn)象，造成意外爆炸事故，由此可見，巖石型炸藥同樣需要抗爆燃性檢測，從而減少炸藥本身性能不好引起的意外爆炸事故。

（4）由表4可見，對于同類型炸藥，如巖石、一級、二級、三級乳化炸藥，以及其他同種類不同級別的炸藥，其抗爆燃性在同一水平。受條件限制，由于同類炸藥生產(chǎn)廠家不同，本文沒有對不同級別炸藥之間的抗爆燃性關系進行研究。

3 結 論

（1）試驗證明，黑火藥--小樣本升降法可以用來對我國目前所有品種炸藥進行抗爆燃測試。小樣本升降法與原標準的10，10/0，2；1，2引燃頻數(shù)法相比，能夠定量評價每個樣品的抗爆燃性，同時也間接考察了每個樣品抗爆燃性的穩(wěn)定性。（2）研究表明，同種類型工業(yè)炸藥可執(zhí)行統(tǒng)一的合格指標，具體合格指標需通過大量試驗驗證確定。相信通過不斷實踐會使小樣本升降法更好地適應炸藥抗爆燃性檢驗, 更有利于炸藥生產(chǎn)企業(yè)提高炸藥質量，為炸藥的安全使用提供可靠的技術保證。（3）巖石型炸藥同樣具有爆燃傾向，應進行抗爆燃性測試。

[1] 吳潔紅.炸藥爆燃測試方法的探討[J].煤礦爆破,2003(4): 22-23, 26.

[2] 吳潔紅,夏斌,周平.煤礦許用炸藥爆燃測試傾向方法綜述[J]. 煤礦爆破, 2005(2):25-27.

[3] MT378-1995煤礦用炸藥抗爆燃性測定方法和判定規(guī)則[S]. 中華人民共和國煤炭工業(yè)部,1995.

[4] 張春雨.黑火藥代替2號抗水煤礦許用銨梯炸藥可行性研究[C]//煤礦重大災害防治技術與實踐-2008年全國煤礦安全學術年會論文集.徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2008.

[5] 秦太杰.小樣本升降試驗法在巷道檢驗中應用的可行性[J]. 煤礦爆破, 1995(2):19-25.

[6] 張春雨,弓啟祥. 煤礦許用炸藥抗爆燃性評測試條件的改進[J].煤礦安全, 2009 (09):7-9.

Research on Detecting the Anti-deflagration of Permissible Explosive Quantitatively

HE Zhen, LIU Zun-yi, XIA Bin

(China Coal Technology Engineering Group Huaibei Blasting Technology Institute, Huaibei, 235000)

In this paper, a quantitative analysis of detection technique on the anti-deflagration of permissible explosive was designed. The detection technique uses up-and-down method with a small sample size of 6, and black powder as the main explosive volume. By the detection technique, the anti-deflagration of permissible explosive and rocky explosive was tested. The results show that this technology is feasible to test the anti-deflagration of all of the industrial explosives, and can evaluates the anti-deflagration of permissible explosive quantitatively, then the difference between different products can be obtained.

Permissible explosive；Anti-deflagration；Up-and-down method；Small sample

1003-1480（2014）05-0038-04

TQ560.72

A

2014-04-09

何振（1986-），男，助理工程師，主要從事民爆器材的檢測及安全研究。

中煤科工集團重慶研究院青年創(chuàng)新基金項目（2012QNJJ032）。