徐敏瀟 尹光春

①江蘇警官學院警務指揮與戰(zhàn)術系(江蘇南京，210031)

②南京公安局巡特警支隊(江蘇南京，210017)

引言

液態(tài)二氧化碳爆破技術最早由美、英等國開發(fā)[1]，早期用于管道清堵和大型儲罐管壁清理；20世紀中期以來，廣泛應用于英、美等國家的煤礦爆破。 二氧化碳致裂器的工作原理是:將液態(tài)二氧化碳充入主管內，將管裝入炮孔并堵塞，接通電源，發(fā)熱管內藥劑被點燃并加熱主管內的液態(tài)二氧化碳，二氧化碳氣化在管內形成高壓，當壓力高于破裂片的抗剪(壓)應力時，高壓氣體從破裂片位置噴射出來，作用于周邊介質[2-3]。 它屬于一種非炸藥類的特殊爆破方法，在爆破過程中無明火、振動小、煙塵少，大大地降低了煤礦爆破中引燃瓦斯的概率，有利于井下施工，并在煤礦增透(瓦斯抽采)施工過程中表現優(yōu)異[4-5]。

近年來，我國陸續(xù)出現多起利用二氧化碳致裂器技術非法制造爆炸品的刑事案件以及涉及二氧化碳致裂器的事故，二氧化碳致裂器的危險性分類成為了大家關注的問題。

二氧化碳致裂器從結構上分為裝有液體二氧化碳的金屬管和裝有藥劑的發(fā)熱管。 從機理方面看，如果沒有發(fā)熱管的放熱反應就不會引起二氧化碳的瞬間氣化，二氧化碳致裂器就不會發(fā)生爆炸。 裝有液體二氧化碳的主管本身是沒有爆炸性的，影響其安全性的不穩(wěn)定因素主要來源于發(fā)熱管中的藥劑。

公安部門對二氧化碳致裂器的監(jiān)管越來越重視。 而對二氧化碳致裂器發(fā)熱管中的藥劑是否是爆炸品，仍沒有相應的國家標準和鑒定依據。 為了引導二氧化碳致裂器生產行業(yè)安全、可控地發(fā)展，給公安部門制定二氧化碳致裂器的相關監(jiān)管政策提供參考依據，本文中，以二氧化碳致裂器發(fā)熱管中的藥劑(英國經典藥劑配方)為研究對象，通過試驗分析研究其爆炸性及敏感程度。

1 常見激發(fā)管藥劑的爆炸性

國外的爆炸品在研制成功后，要按照規(guī)定的標準和實驗方法進行危險性分級[6]；確定爆炸品的危險性等級后，按照規(guī)定對爆炸品進行生產、運輸、儲存、使用和管理，并制定出合理的防護和管理措施。

目前，在國際上常用的爆炸品危險性分級標準主要有:

1)聯合國發(fā)布的《關于危險貨物運輸的建議書:試驗和標準手冊》(簡稱橘黃書)中的第一部分[7]；

2)北約組織制定的《關于軍用彈藥和爆炸性物質危險性分級規(guī)則手冊》(NATO AASTP—3)[8]；

3)美國國防部制定的《國防彈藥和爆炸品危險性分級程序和試驗方法》(TB700—2)[9]。

國際上現有的爆炸品危險性分級標準大都是在聯合國橘黃書的爆炸品危險性分級標準基礎上發(fā)展起來的，并且在不斷地完善。 目前，國內對爆炸品危險性分級標準有GB/T 14372—2013，是等同采用聯合國橘黃書中的標準作為爆炸品危險性分級的標

準[10-13]。

針對二氧化碳致裂器的特點，將參照聯合國發(fā)布橘黃書第一部分和國內GB/T 14372—2013 中的分類標準及試驗方法，對二氧化碳致裂器中的激發(fā)管藥劑進行試驗分類。 圖1 為激發(fā)管藥劑的分級流程。

1.1 樣品

國內的二氧化碳致裂器技術(包括激發(fā)管藥劑配方)從國外引進，經過多年的消化吸收，部分企業(yè)對其有所改進。 但基本上是從優(yōu)化結構、作業(yè)方式等方面入手改善使用效果，核心工作原理鮮有顛覆性創(chuàng)新。 本文中，以英國引進的常用藥劑配方為研究樣品，藥劑的組分有:高氯酸鉀 KClO4、草酸銨(NH4)2C2O4、水楊酸 C7H6O3。 該配方中含有較敏感的強氧化劑和可燃組分，符合可爆炸物質的組分結構。

圖1 激發(fā)管藥劑分級流程Fig.1 Classification process of the charge in excitation tube

1.2 聯合國隔板試驗Ⅰ

本試驗用于測定激發(fā)管藥劑在鋼管的封閉條件下受到起爆藥爆炸的影響后傳播爆轟的能力。

1.2.1 裝置、材料及程序

試驗裝置、材料及程序參考聯合國橘黃書中的試驗Ⅰ(a):隔板試驗。

1.2.2 試驗標準和評估結果的方法

試驗結果是根據鋼管的破裂形式和驗證板是否穿孔進行評估的。 得出最嚴重評估結果的試驗應當用于分類。

如果出現鋼管完全破裂和驗證板穿孔的情況，試驗結果即為“ +”，亦即物質傳播爆轟；任何其他結果都被視為“ -”，即物質對爆炸沖擊不敏感。

1.2.3 試驗結果

試驗鋼管破碎，驗證板穿孔，試驗結果為“ +”，見圖2。

根據聯合國危險品分類標準和試驗方法，如果試驗樣品在隔板試驗Ⅰ、克南試驗Ⅰ以及時間/壓力試驗Ⅰ3 種試驗中的任一試驗結果為“ +”，即可說明此激發(fā)管藥劑具有爆炸性。 因此該藥劑樣品具有爆炸性。

圖2 隔板試驗Ⅰ測試結果Fig.2 Test result of diaphragm test Ⅰ

1.3 聯合國隔板試驗Ⅱ

根據聯合國隔板危險品分類標準和試驗方法，在確定藥劑具有爆炸性后需要進一步試驗，測定藥劑的敏感程度，以確定其是否定為爆炸品。

1.3.1 裝置、材料及程序

試驗裝置、材料及程序參考聯合國橘黃書中的試驗Ⅱ(a):隔板試驗。

1.3.2 試驗標準和評估結果的方法

試驗結果是根據鋼管的破裂形式和驗證板是否穿孔進行評估的。 得出最嚴重評估結果的試驗應當用于分類。 如果出現下列情況，試驗結果即為“ +”，亦即物質對沖擊敏感:

1)鋼管完全破裂；

2)驗證板穿孔。

任何其他結果都被視為“ -”，即物質對爆炸沖擊不敏感。

1.3.3 試驗結果

試驗鋼管未破碎，驗證板變形但未穿孔，試驗結果為“ -”，見圖3。

圖3 隔板試驗Ⅱ測試結果Fig.3 Test result of diaphragm test Ⅱ

1.4 克南試驗Ⅱ

本試驗用于確定藥劑在高度封閉條件下對高熱作用的敏感度。

1.4.1 裝置、材料及程序

試驗裝置、材料及程序參考聯合國橘黃書中的試驗Ⅱ(b):克南試驗。

1.4.2 試驗標準和評估結果的方法

可辨別出下列效應:

O: 鋼管無變化；A:鋼管底部凸起；B:鋼管底部和管壁凸起； C:鋼管底部破裂；D:管壁破裂；E:鋼管裂成兩片；F:鋼管裂成3 片或更多片，主要是大碎片，在有些情況下這些大碎片之間可能有一狹條相連； G:鋼管裂成許多片，主要是小碎片，閉合裝置沒有損壞； H:鋼管裂成許多非常小的碎片，閉合裝置凸起或破裂。

如果試驗得出O 至E 中的任何一種效應，結果即被視為無爆炸。 如果試驗得出F、G 或H 效應，結果即被評定為爆炸。

1.4.3 試驗結果

極限直徑小于2.0 mm，試驗結果為“ -”，管壁破裂情況見圖4。

圖4 克南實驗Ⅱ試驗結果Fig.4 Test result of Koenen test Ⅱ

1.5 時間/壓力試驗Ⅱ

本試驗用于確定自制炸藥在封閉條件下點火的效應，以便確定自制炸藥在正常包件中可能達到的壓力下點火是否導致具有爆炸猛烈性的爆燃。

1.5.1 裝置、材料及程序

試驗裝置、材料及程序參考聯合國橘黃書中的試驗Ⅱ(c):(一)時間/壓力試驗。

1.5.2 試驗標準和評估結果的方法

試驗進行了3 次。 記下表壓從690 kPa 上升至2 070 kPa 所需的時間。 用最短的時間來進行分類。

試驗結果是根據表壓是否達到2 070 kPa和如果達到的話表壓從690 kPa 升至2 070 kPa 所需的時間來解釋的。

如果壓力從690 kPa 升至2 070 kPa 所需的時間小于30 ms，結果即為“ +”，亦即物質顯示迅速爆燃的能力。 如果上升時間是30 ms 或更大，或者表壓沒有達到2 070 kPa，結果即為“ -”，亦即物質顯示不爆燃或緩慢爆燃。 不點燃不一定表明物質沒有爆炸性質。

1.5.3 試驗結果

樣品未點著，最大壓力小于2 070 kPa，結果為“ - ”。

1.6 藥劑爆炸性試驗結果討論

根據聯合國橘黃書第一部分及國內標準GB/T 14372—2013 中的分類及試驗方法，如果試驗樣品在聯合國隔板試驗Ⅰ、克南試驗Ⅰ和時間/壓力試驗Ⅰ3 項試驗中任一試驗結構為“ +”，即可將其定性為具有爆炸性。 進一步通過試驗判斷該物質的敏感程度，即如果試驗樣品在聯合國隔板試驗Ⅱ、克南試驗Ⅱ和時間/壓力試驗Ⅱ3 項試驗中任一試驗結果為“ +”，即可將其定性為爆炸品。

本文中，所測試的激發(fā)管藥劑在隔板試驗Ⅰ中的試驗結果為“ +”；而在隔板試驗Ⅱ、克南試驗Ⅱ和時間/壓力試驗Ⅱ 3 項試驗中的試驗結果均為“ -”。 因此，可以認定其為具有爆炸性的物質，但由于其足夠鈍感，可不劃為爆炸品。

2 國內部分二氧化碳致裂器產品事故的原因

我國二氧化碳致裂器產品生產至今未形成相應的行業(yè)規(guī)范文件，部分企業(yè)根據本企業(yè)情況，將從國外引進的二氧化碳致裂器技術從優(yōu)化結構、改變激發(fā)管藥劑配方等方面入手改善使用效果，生產出的產品質量差別較大。 通過對我國多個廠家所生產的二氧化碳致裂器發(fā)熱管藥劑的危險性分類試驗研究發(fā)現，大多數廠家生產的發(fā)熱管藥劑在聯合國橘黃書系列Ⅰ類型試驗的隔板試驗Ⅰ或克南試驗Ⅰ中結果為“ +”，在隔板試驗Ⅱ、克南試驗Ⅱ和時間/壓力試驗Ⅱ3 項試驗中的結果均為“ -”，可判定為足夠鈍感的爆炸性物質，不劃為爆炸品。

從目前掌握的二氧化碳致裂器發(fā)熱管藥劑基于聯合國橘黃書的試驗測試結果來看，我國大多數廠家生產的二氧化碳致裂器發(fā)熱管藥劑具有較好的安全性。

但仍有少數企業(yè)所生產的二氧化碳致裂器因為激發(fā)管藥劑引發(fā)了爆炸事故。 事故可能原因可以分為以下兩種:

1)大多數二氧化碳致裂器的發(fā)熱管藥劑需要在一定壓力、足夠的藥量條件下才能高效激發(fā)液體二氧化碳氣化。 有些廠家為了提高發(fā)熱管藥劑能量，保證可靠引爆，會在藥劑中加入可以提高爆熱的高熱值金屬粉。 這些金屬粉的加入會提高藥劑的敏感程度，讓藥劑在聯合國隔板試驗Ⅱ、克南試驗Ⅱ和時間/壓力試驗中Ⅱ呈現“ +”結果，變成爆炸品。

2)發(fā)熱管藥劑同樣需要一定程度的外界能量來引燃，有些廠家為了讓藥劑更容易被激發(fā)，會在藥劑中加入一些提高藥劑敏感程度的物質。 被敏化后的藥劑在聯合國隔板試驗Ⅱ、克南試驗Ⅱ和時間壓力試驗Ⅱ中會是“ +”結果，變成爆炸品。

3 結論

二氧化碳致裂器作為一種非炸藥類爆破裝置，其使用安全性，特別是發(fā)熱管藥劑安全性是關注的焦點。 目前，我國還沒有專門判斷二氧化碳致裂器發(fā)熱管藥劑是否是爆炸品的國家標準和鑒定依據，本文中所參考的聯合國橘黃書中的分類及試驗方法目前主要用于危險品貨物運輸，該系列試驗方法雖然不是對二氧化碳致裂器發(fā)熱管藥劑危險性進行判定的專門方法，但其試驗結果可以作為判斷該類藥劑危險性的參考。 通過危險品貨物運輸分類方法對含高氯酸鉀、草酸銨、水楊酸經典發(fā)熱管藥劑配方開展試驗，從試驗結果來看，可將該藥劑定性為爆炸性物質，但由于其足夠鈍感，可不劃為爆炸品。

二氧化碳致裂器技術作為一種理念先進、使用方便、安全系數較高的物理爆破技術，在一些可能存在瓦斯等可燃氣體的爆破場合使用具有顯著的優(yōu)越性。 但由于我國個別廠家生產的發(fā)熱管藥劑配方不合理，提高了二氧化碳致裂器在使用過程中的不穩(wěn)定性和危險性，甚至引發(fā)了事故，給二氧化碳致裂器的使用帶來了困擾。 為了保障和引導二氧化碳致裂器技術高效、有序地發(fā)展，給出關于二氧化碳致裂器管理和處置方面的兩點建議:

1)為了保障二氧化碳致裂器的生產、運輸和使用的安全性，減少爆炸事故的發(fā)生，建議規(guī)范二氧化碳致裂器激發(fā)管藥劑的生產配方；

2)在涉及二氧化碳致裂器的刑事案件中，由于目前我國還沒有出臺有關國家標準和鑒定依據，難以形成有效的司法意見，建議有關部門盡快出臺相關國家標準和鑒定依據，為鑒定此類案件中涉及的具體二氧化碳致裂器性質提供指導意見。