吳國(guó)群

（煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司，遼寧 撫順 113122）

Micro Trap孔內(nèi)爆速測(cè)試系統(tǒng)在鐵礦山中的應(yīng)用

吳國(guó)群

（煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司，遼寧 撫順 113122）

介紹了Micro Trap測(cè)試系統(tǒng)，并實(shí)際利用Micro Trap測(cè)試系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥和現(xiàn)場(chǎng)混裝重銨油炸藥孔內(nèi)爆速進(jìn)行測(cè)量對(duì)比。結(jié)果顯示現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥次孔內(nèi)爆速為5 467.0 m/ s，現(xiàn)場(chǎng)混裝重銨油炸藥孔內(nèi)爆速為5 926.5 m/s。分析得出在鐵礦石爆破中孔內(nèi)巖石的約束作用是炸藥孔內(nèi)爆速比地表爆速高的主要原因。

混裝炸藥；爆速；MicroTrap測(cè)試系統(tǒng)；比對(duì)

0 引 言

炸藥的爆速是指炸藥由于受到外界能量的作用形成的爆轟波在炸藥中穩(wěn)定傳播的速度，是現(xiàn)階段炸藥爆炸性能中唯一可以通過(guò)高科技電子儀器自動(dòng)讀取，人為誤差最小的一個(gè)爆炸性能測(cè)試結(jié)果?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)露天采礦不斷發(fā)展促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥技術(shù)也在不斷提高，使得現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥在礦山、水利及基建等眾多大型露天工程使用越來(lái)越廣泛。但是關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥的爆炸參數(shù)，特別是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混裝并裝入炮孔內(nèi)部的炸藥的爆速，現(xiàn)階段對(duì)其分析研究還未形成完整的系統(tǒng)化的觀點(diǎn)，同時(shí)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、方法的統(tǒng)一還未形成[1]，擬采用MicroTrap孔內(nèi)爆速測(cè)試系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥和現(xiàn)場(chǎng)混裝重銨油炸藥在同一鐵礦場(chǎng)中同一斷面中的炮孔進(jìn)行孔內(nèi)爆速測(cè)試，并分析這2種不同含水炸藥在孔內(nèi)爆速與在地表爆速的區(qū)別和以及產(chǎn)生原因，探討影響不同現(xiàn)場(chǎng)混裝炸藥爆速的影響因素和具體規(guī)律，為以后開(kāi)展相關(guān)技術(shù)工作做一些實(shí)踐鋪墊。

1 孔內(nèi)爆速測(cè)試系統(tǒng)

目前，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[2]中對(duì)爆速測(cè)定方法一般采用：①電測(cè)法；②道特里士法；③高速攝影法。按照該文獻(xiàn)要求的仲裁方法電測(cè)法，是一種操作簡(jiǎn)單、精確度高，同時(shí)不需要受試藥卷很長(zhǎng)，它是利用炸藥爆炸形成的爆轟波陣面上產(chǎn)物是高壓、高溫、電離狀態(tài)，測(cè)定的爆轟波依次通過(guò)炸藥內(nèi)（外）不同位置探針?biāo)拈g隔時(shí)間就是爆轟波在固定距離傳播需要的時(shí)間[3]，但是這種測(cè)法首先只能測(cè)定在炸藥內(nèi)部固定距離的平均速度，并不能反映炸藥爆炸后變化的爆轟成長(zhǎng)及形成爆轟波變化的過(guò)程；其次由于這種方法是需要利用信號(hào)線(xiàn)對(duì)探針和測(cè)試儀器進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)脑蚬识荒軐?duì)孔內(nèi)爆速進(jìn)行測(cè)量。道特里士法又被稱(chēng)為導(dǎo)爆索法，其利用的原理是用已知高爆速的導(dǎo)爆索來(lái)比較來(lái)定被測(cè)相對(duì)低速炸藥的爆速[4]，其試驗(yàn)過(guò)程中需要先考慮導(dǎo)爆索的性能穩(wěn)定性，其次還有確定所采用導(dǎo)爆索爆速數(shù)值的可靠性以及使用的過(guò)程外界爆炸過(guò)程中對(duì)導(dǎo)爆索的影響，因此也不能用來(lái)對(duì)孔內(nèi)炸藥爆速進(jìn)行測(cè)定；高速攝影法是利用高速攝影儀對(duì)炸藥爆炸整個(gè)過(guò)程進(jìn)行高速連拍攝影后對(duì)炸藥爆速的分析，由于高速攝影儀在炸藥爆炸的環(huán)境中會(huì)受到爆炸力的作用而被損壞，也就不能深入炮孔內(nèi)部進(jìn)行直接攝影，故而不能利用高速攝影儀對(duì)孔內(nèi)炸藥爆速進(jìn)行測(cè)試，可以看出以上常見(jiàn)對(duì)炸藥爆速測(cè)定的方法由于各種使用條件的限制均不能對(duì)炮孔內(nèi)炸藥爆速進(jìn)行測(cè)定，所以采用MicroTrap爆速測(cè)試系統(tǒng)對(duì)炸藥在炮孔內(nèi)部爆速進(jìn)行測(cè)定并且和采用電測(cè)法測(cè)定的地表爆速進(jìn)行比較。

1.1 測(cè)試系統(tǒng)

本次測(cè)定采用MicroTrap孔內(nèi)爆速測(cè)試系統(tǒng)示意圖如圖1所示。連續(xù)速度探頭線(xiàn)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，探頭線(xiàn)的單位長(zhǎng)度電阻值為R0（10.8 ohms/m），則探頭線(xiàn)的電阻值可以表示為：R1=R0×L,采用設(shè)備提供的直流恒流源供給測(cè)試線(xiàn)路的電流即為I，整個(gè)測(cè)試線(xiàn)路（包括采集裝置電阻為R2，接頭部分的電阻為R3，其中上式含有的R0、I、R2、R3為常量，因此整個(gè)測(cè)試線(xiàn)路的總電阻是R總=R1+R2+R3。所以測(cè)試回路中的電壓值可以表示為V1=I×R總=I×（R1+R2+R3），式中I×（R2+R3）在測(cè)試過(guò)程中為常量，即上式可以進(jìn)一步表示為：V1=I×R0×L+ C（C為常量）；隨著測(cè)試炸藥爆炸后形成的爆轟波面的不斷向前推進(jìn)，使得速度探針縮短，當(dāng)探針長(zhǎng)度縮至△L時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)電壓降可以表示成△V/t=I ×RO（△L）/△t，既而單位時(shí)間內(nèi)電阻探針減少的長(zhǎng)度可以表示為（△L/△t），就是炸藥爆炸后形成爆轟波向前傳播的速度，即爆速，D=△L/△t=（1/I× RO）×（△V/△t）=k×dV/dt（k為理論常數(shù)）[5].

1.2 數(shù)據(jù)處理

利用MicroTrap爆速/數(shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)可以方便采集到電壓和時(shí)間的變化相關(guān)曲線(xiàn)dV/dt，利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，將電壓-時(shí)間變化曲線(xiàn)轉(zhuǎn)化為探針變化的長(zhǎng)度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)dL/dt，從坐標(biāo)軸上L-t曲線(xiàn)的斜率變化可以直觀的看出測(cè)試炸藥爆速連續(xù)變化趨勢(shì)[6]。

圖1 孔內(nèi)連續(xù)爆速探針?lè)y(cè)試技術(shù)結(jié)構(gòu)圖

2 孔內(nèi)不同炸藥爆速測(cè)試實(shí)例

本次進(jìn)行孔內(nèi)炸藥爆速測(cè)試在遼寧鞍山某鐵礦，該礦區(qū)采用大直徑液壓鑿巖設(shè)備進(jìn)行鉆孔，鉆孔孔徑160 mm，分成3排。

2.1 爆破參數(shù)選擇

在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥和現(xiàn)場(chǎng)混裝重銨油炸藥進(jìn)行測(cè)試，這2種中的混裝乳化炸藥是利用泵的壓力把在地面站中水相和融化的油相按照一定比例吸入管道中進(jìn)行混合，并且連續(xù)不斷地進(jìn)入乳化器內(nèi)利用攪拌的作用和乳化劑的作用下進(jìn)行油包水型的乳化，乳化后的乳膠體注入混合器與（或鋁粉）微量元素進(jìn)行再混合，混合后形成的炸藥漿經(jīng)漏斗流入螺桿泵內(nèi)，藥漿中的微量元素經(jīng)5～10 min自身發(fā)泡后，形成現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥[7]，而現(xiàn)場(chǎng)混裝重銨油炸藥乳化過(guò)程和混裝乳化炸藥相同，只是在形成乳膠基質(zhì)后再按照一定的比例加入多孔粒硝銨按混合而形成的防水型混裝油包水炸藥[8]，其炸藥密度、爆炸性能都優(yōu)于現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥。

據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，最小抵抗線(xiàn)W底=（25-45）d[9]，爆破設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及鉆機(jī)平臺(tái)的所處的位置，選擇炮孔最小抵抗線(xiàn)W底=5 m。孔距設(shè)計(jì)根據(jù)巴隆公式[4]

本工程采用三角形布孔方式，取

單孔藥量[10]=qabH

式中：q為單位耗藥量，根據(jù)鐵礦石特性等選??；孔距a=6.0 m；排拒b=4.5 m；H為設(shè)計(jì)的臺(tái)階高度。

2.2 炮孔裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

單孔裝藥藥量：裝藥方式采用炮孔不耦合裝藥，在選擇的炮孔孔徑為160 mm的情況下，為了防止爆破后形成底根，我們調(diào)整炮孔底部裝藥量為20 kg/m左右，炮孔上部為自然密度裝藥，在炮孔頂部為了降低飛石帶來(lái)的危害，頂部選擇成都為1.5 m進(jìn)行減弱裝藥。在臺(tái)階爆破時(shí)，前排孔先起爆，由于存在自由面影響對(duì)炮孔中裝藥量采取一定限制，后排孔由于前排孔夾制作用，其炮孔裝藥量要比前排孔相應(yīng)裝藥量大。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)施工

為了對(duì)比上述2種不同含水炸藥在同樣外界條件下孔內(nèi)爆速情況，選擇現(xiàn)場(chǎng)中第1排任意選擇2個(gè)炮孔進(jìn)行孔內(nèi)爆速的試驗(yàn)。由于重銨油炸藥的密度大于乳化炸藥，因此炮孔中實(shí)際裝入的藥量不同。

2.4 起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

為了簡(jiǎn)化起爆網(wǎng)路，提高起爆的準(zhǔn)爆性，爆破作業(yè)全部采用導(dǎo)爆管-導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)路[11]，同時(shí)為了降低先起爆孔對(duì)后起爆網(wǎng)絡(luò)的影響和破壞，本爆破設(shè)計(jì)擬采用在炮孔內(nèi)高段，炮孔外低段導(dǎo)爆管雷管微差爆破起爆網(wǎng)路。為了降低自由面等其他外界因素對(duì)測(cè)量結(jié)果可能產(chǎn)生的誤差，我們選擇第1排2個(gè)炮孔進(jìn)行混裝乳化炸藥和混裝重銨油炸藥進(jìn)行裝藥并且對(duì)其孔內(nèi)爆速測(cè)定。

設(shè)計(jì)充分利用了現(xiàn)場(chǎng)中存在自由面對(duì)爆破效果的影響作用，選定2個(gè)自由面相交的炮孔用一段導(dǎo)爆管雷管先起爆為后續(xù)的起爆炮孔創(chuàng)造更大的自由面有利于爆破效果，同時(shí)第1排炮孔內(nèi)用二段導(dǎo)爆管雷管先起爆，排與排之間炮孔利用二段導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行逐孔起爆；后排用四段導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行炮孔延期起爆，排間炮孔利用二段導(dǎo)爆管雷管進(jìn)行逐孔起爆。具體起爆網(wǎng)路如圖2所示：圖中序號(hào)為起爆導(dǎo)包爆管雷管段別。

圖2 爆破網(wǎng)路示意圖

3 數(shù)據(jù)分析

由MicroTrap孔內(nèi)爆速測(cè)試系統(tǒng)得到現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥孔內(nèi)爆速變化圖如3所示。由MicroTrap孔內(nèi)爆速測(cè)試系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)混裝重銨油炸藥爆速變化圖如圖4所示。

由圖3、圖4可以直觀看出，由于試驗(yàn)采用的這兩種炸藥都受到自身的重力影響，造成炮孔內(nèi)部的裝藥量隨著炮孔深度的增加而增加，進(jìn)而2種炸藥的密度都是越往下越大，造成越往炮孔底部，2種炸藥的爆速都稍微增大，體現(xiàn)在圖3、圖4中是曲線(xiàn)初始階段時(shí)的斜率較后一段的斜率大；同時(shí)可以在圖3、圖4中明顯看出現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥次孔內(nèi)爆速為5 467.0 m/s，現(xiàn)場(chǎng)混裝重銨油炸藥孔內(nèi)爆速為5 926.5 m/s。

利用文獻(xiàn)[2]中所規(guī)定仲裁的方法：電測(cè)法來(lái)實(shí)際測(cè)定同一批現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥、現(xiàn)場(chǎng)混裝重銨油炸藥在地表測(cè)試時(shí)，由于這2種炸藥的爆速較大，選擇炸藥的測(cè)距L=100 mm，其測(cè)定時(shí)間為：現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥為t=21.9 μs，現(xiàn)場(chǎng)混裝重銨油炸藥t= 20.8 μs，由公式炸藥的爆速D=L/t，可以分別得出現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥的爆速為4 566 m/s，現(xiàn)場(chǎng)混裝重銨油炸藥的爆速為4 785 m/s，在這個(gè)測(cè)試過(guò)程中采用的測(cè)試裝置、傳感裝置均符合文獻(xiàn)[2]要求。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥孔內(nèi)爆速變化圖

圖4 現(xiàn)場(chǎng)混裝重銨油炸藥爆速變化圖

4 結(jié) 語(yǔ)

利用Micro Trap測(cè)試系統(tǒng)對(duì)不同炸藥孔內(nèi)爆速的測(cè)試，分別得出現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥和現(xiàn)場(chǎng)混裝重銨油炸藥在同一鐵礦山孔內(nèi)爆速的變化情況，得出：

1）在炮孔內(nèi)部，隨著底部炸藥裝藥密度的增加，這2種炸藥的初始爆速都比上部炸藥爆速大；

2）現(xiàn)場(chǎng)混裝乳化炸藥次孔內(nèi)爆速為5 467.0 m/ s，現(xiàn)場(chǎng)混裝重銨油炸藥孔內(nèi)爆速為5 926.5 m/s，都比同樣炸藥在地表測(cè)定的爆速高，主要是由于這2種炸藥在炮孔內(nèi)都受到巖石的約束、夾制作用，降低了炸藥在爆炸時(shí)能量的不必要損耗，使得炸藥爆炸所產(chǎn)生的能量得到充分利用，能更真實(shí)反映炸藥能量變化情況以及對(duì)外界作功的情況。

3）Micro Trap測(cè)試系統(tǒng)操作非常簡(jiǎn)單，設(shè)備使用成本不高，可以同時(shí)測(cè)取多個(gè)炮孔內(nèi)炸藥在整個(gè)爆炸過(guò)程的爆速變化情況，在同樣外界使用環(huán)境下，對(duì)比不同種類(lèi)炸藥爆炸性能，為提高爆破效果判斷使用合適的炸藥選擇提供參考。

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【責(zé)任編輯：解連江】

Application of MicroTrap testing system in iron mine

WU Guoqun
(China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Research Institute,Fushun 113122,China)

The article introduces MicroTrap testing system and measures on site mixed emulsion explosives and on-site mixed heavy ANFO detonation velocity.The results show that the average speed of the emulsion explosive in the hole is 5 467.0 m/s the average speed of mixed heavy ANFO explosives in the hole is 5 926.5 m/s.The constraining force in hole is the main reason that internal velocity ratio of explosive hole is higher than surface detonation velocity.

mixed-explosive;detonation velocity;MicroTrap testing system;comparison

TD235.3

B

1671－9816（2017）06－0059－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.06.017

吳國(guó)群.Micro Trap孔內(nèi)爆速測(cè)試系統(tǒng)在鐵礦山中的應(yīng)用［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（6）：59-62.

2017-03-25

吳國(guó)群（1981—），男，安徽淮南人，工程師，碩士，2009年畢業(yè)安徽理工大學(xué)，現(xiàn)從事民用爆炸產(chǎn)品檢測(cè)檢驗(yàn)工作，發(fā)表論文多篇。