工业炸药水下爆炸能量测试方法.docx

工业炸药水下爆炸能量测试方法.docx

《工业炸药水下爆炸能量测试方法.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业炸药水下爆炸能量测试方法.docx（16页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

工业炸药水下爆炸能量测试方法

工业炸药水下爆炸能量测试方法

编制说明

（征求意见稿）

年月

工业炸药水下爆炸能量测试方法

一、工作简况

（一）任务来源

工业和信息化部安全生产司于年向国家民用爆破器材质量监督检验中心下达了“工业炸药水下爆炸能量测试方法”的研究任务，年月该项目通过了工信部安全生产司组织的项目评审。

年课题组编制工业炸药水下爆炸能量测试方法行业标准项目建议书并通过评审，年月正式与中国爆破器材行业协会签订民用爆炸物品行业标准制（修）订合同书，承担的国家标准制修订项目《工业炸药水下爆炸能量测试方法》计划号为：

。

（二）工作概况

南京理工大学南京理工大学接到制订任务后，成立了标准制订小组。

本标准制订主要由南京理工大学为主负责，参编单位有：

四川雅化实业集团股份有限公司、贵州久联民爆器材发展股份有限公司、湖南南岭民用爆破器材股份有限公司、石家庄成功机电有限公司、西安近代化学研究所。

编制组成员具体分工见表。

表参编单位及分工协作表

姓名

单位

项目分工

张兴明

南京理工大学

项目负责人

徐森

南京理工大学

组织试验和编写

高欣

四川雅化实业集团股份有限公司

提供样品、参与编写

林辉

四川雅化实业集团股份有限公司

提供样品、参与编写

彭文林

贵州久联民爆器材发展股份有限公司

参与编写

王自然

湖南南岭民用爆破器材股份有限公司

参与编写

任卫东

石家庄成功机电有限公司

参与编写

王建灵

西安近代化学研究所

测试系统比对

本项目工作情况如下：

（）年月月，确定了项目研究的基本内容，制定了研究大纲；

（）年月月，完成了炸药水下爆炸能量测试的方法研究和校准；

（）年月月，形成了工业炸药水下爆炸能量测试方法的研究总结，并于年月通过了工信部安全生产司组织的项目评审；

（）年编制工业炸药水下爆炸能量测试方法行业标准项目建议书并通过评审，并于年月正式签订民用爆炸物品行业标准制（修）订合同书。

（）年月到年月成立标准编制组，选取了乳化炸药、膨化硝铵炸药、粉状硝铵炸药和粉状乳化炸药等常见工业炸药，进行了水下爆炸能量测试方法的研究，结合年的研究情况，编制组对炸药试样制备方式进行了改进，统一了散装炸药和包装工业炸药的测试方法。

（）年月完成工业炸药水下爆炸能量测试方法的标准送审稿。

二、编制原则和主要内容

（一）编制原则

目前国内对炸药作功能力测试方法主要采用铅壔法，铅壔法通过测量炸药在铅壔法中爆炸后的扩孔值来定性表征炸药的作功能力，但铅壔法的测试结果受铅的质量、铅壔制造工艺等因素的影响较大，且还造成铅污染（部分铅在炸药爆炸过程中进入空气），对试验人员健康产生影响。

水下爆炸法就克服了上述影响，水下爆炸法主要测量炸药在水中爆炸后产生的气泡能和冲击波能，能够比较直观地给出炸药的作功能量，且随着水下爆炸试验测试技术的发展，越来越多的国家开始研究采用水下爆炸法测试工业炸药能量来替代作功能力试验，尤其是国外发达国家更是走在前列。

该标准是以有关的水下爆炸测试的基础理论为依据，在分析研究国内外在水下爆炸测试方法的研究基础上，重点研究了试验条件（试验深度、测点位置和药量）对水下爆炸试验结果的影响，确定了水下爆炸最优的试验条件，形成了水下爆炸试验测试方法。

本标准规定了用水下爆炸法测量工业炸药作功能力方法。

1.先进性

该测试方法采用水做介质进行炸药作功能力的测试，样本使用量大，测试数据与铅壔法相比更加实用、准确，所测数据可以直接应用于爆破设计。

2.环保性

铅是一种重金属，铅壔铸造会对环境产生铅污染，试验人员长期接触和使用也会对身体产生危害。

采用水下爆炸法替代现有作功能力试验，更加环保。

（二）主要技术内容说明

.爆炸试验水池的选择和试验药量的确定

根据国内外不同机构的水下爆炸测试结果发现，由于反射冲击波的存在，试验水池尺寸、结构等对试验结果具有较大的影响，水池越小，水池边界效应越明显。

通过对一次气泡脉动所达到的最大气泡半径的倍计算，结合测试需要，水池大小与试验药量的相关性应满足表：

表水池大小与试验药量的关系

试样药量（按计）（）

水池直径（最小边长）（不小于）（）

水池深度（不小于）（）

此外，工业炸药是一种混合炸药，通常情况下，测试的药量越大，越能减小因炸药混合不均匀所带来误差，测试结果准确度越高。

因此根据上表，结合试验药量对爆炸水池、传感器的使用寿命影响，本标准规定爆炸水池为直径不小于、深度不小于的圆柱形刚性水池，试验时水深不小于，试验药量为。

该药量比用铅壔法测工业炸药作功能力试验的试验药量大倍。

对于有天然水域的试验单位也可采用符合该条件的天然水域进行试验。

.试验深度和测试距离确定

大量试验结果表明，不同的试验深度、测试距离都会对水下爆炸的试验结果产生影响。

为了研究不同试验深度和测点位置对水下爆炸测试结果的影响规律，本项目选择的药柱（浇铸）作为试验样品（药柱的长径比为：

，密度为）,分别测试了不同深度和测点位置的水下爆炸参数。

药柱气泡的最大直径估算：

…………………………………………………式（）

—气泡最大半径的数值，单位为米（）；

—炸药爆热的数值，单位为兆焦每千克（）；

—试样质量的数值，单位为千克（）；

—炸药距水面的距离的数值，单位为米（）。

计算可知：

药柱的气泡直径为：

。

试验条件对冲击波峰值压力的影响规律研究

试验测得药柱在不同测点位置和深度条件下的冲击波峰压值见表。

表药柱在不同位置的冲击波峰压

测点距离（）

冲击波峰压（）

理论值

图药柱在不同深度和测点位置的冲击波峰值压力

由表和图的结果可知，药柱在不同试验深度条件下不同位置的冲击波峰值压力基本一致，且与理论计算值非常吻合，表明试验深度对冲击波峰值压力无明显影响。

由图中冲击波在不同测点位置的峰值压力可知，但冲击波峰值压力随测点距离的增加，衰减较快，根据试验测得的结果，得到药柱的冲击波峰压的衰减规律满足：

……………………………………………（式）

式中：

—梯太的冲击波峰压的数值，单位为兆帕（）；

—梯太的质量的数值，单位为千克（）；

—传感器距装药中心的距离的数值，单位为米（）。

试验条件对冲击波能的影响规律研究

水下爆炸的经典理论中，提出了比冲击波能的理论计算公式：

比冲击波能按式（）计算：

…………………………………………式（）

式中：

—比冲击波能的数值，单位为兆焦每千克（）；

—传感器距炸药试样的距离的数值，单位为米（）；

—试验水域中水的密度的数值，单位为千克每立方米（），一般取；

—试验水域中声速的数值，单位为米每秒（），一般取；

—样品质量，；

—冲击波压力的数值，单位为兆帕（）；

—冲击波时间常数的数值，单位为秒（）。

按式（）估算：

在水下爆炸试验测试中，根据测得的冲击波峰压衰减曲线和计算软件，可以得到药柱在不同深度条件，不同位置的比冲击波能，具体的处理结果见表。

表药柱在不同位置的比冲击波能

测点距离（）

冲击波能（）

注：

为水池深度

图药柱在不同深度和测点位置的比冲击波能

由表的数据得到药柱在不同深度和测点位置的比冲击波能曲线，见图。

由图的曲线可知，当测点距离大于时，试验深度对药柱的比冲击波能无明显影响；在相同深度条件下，当测点距爆心的距离大于，随着测点距离的增加，冲击波能逐渐降低，这主要是因为测点距离爆心越远，冲击波能损失越大。

当测点与爆心距离小于时，测得的冲击波能反而较小，这主要是因为，冲击波能的计算公式与测点距离有较大关系，且冲击波能的计算公式是在大量试验结果（远距离）的基础上拟合得到的，由本项目的试验数据可知，该公式对于近距离的冲击波能计算并不适用。

建议最近的测点应大于倍的药柱气泡直径。

试验条件对气泡脉动周期的影响规律研究

试验测得药柱在不同测点位置和深度条件下的气泡脉动周期见表。

表药柱在不同位置的气泡脉动周期

测点距离（）

气泡脉动周期（）

图药柱在不同深度和测点位置的气泡脉动周期

由表和图可知，试验深度对才气泡脉动周期具有较大影响，随着试验深度的增加，气泡脉动周期逐渐变小；且在同一深度条件下，不同测点位置的气泡脉动周期基本一致，即测点位置对气泡脉动周期无明显影响。

试验条件对气泡能的影响规律研究

在水下爆炸测试的基础理论中，比气泡能按式（）计算：

………………………………………（）

式中：

—比气泡能的数值，单位为兆焦每千克（）；

—测点处的静水压力的数值，单位为兆帕（）；

—试验水域中水的密度的数值，单位为千克每立方米（），一般取；

—样品质量，；

—实测气泡脉动周期的数值，单位为秒（）。

按式（）计算：

…………………………………………（）

式中：

—试验时当地大气压力的数值，单位为帕（）；

—试验水域中水的密度的数值，单位为千克每立方米（），一般取；

—试验时当地重力加速度的数值，单位为米每平方秒（），一般取。

—试验深度，；

表药柱在不同测点位置的气泡能

测点距离（）

气泡能（）

图药柱在不同深度和测点位置的气泡能

由表的数据得到药柱在不同深度和测点位置的比冲击波能曲线，见图。

由图的曲线可知，随着试验深度的增加，药柱气泡能逐渐增加；且在同一深度条件下，不同测点位置的气泡能基本一致，由此可见，在水下爆炸过程中，气泡能受试验深度的影响较大，测点与爆心的距离对气泡能无明显影响。

试验条件对总能量的影响规律研究

通过水下爆炸测试样品的总能量为测点处比冲击波能与比气泡能之和。

根据上述的测试结果，计算得到药柱在不同深度和位置的总能量见表。

表药柱在不同测点位置的总能量

测点距离（）

总能量（）

图药柱在不同深度和测点位置的总能量

由表和图可见，当测点位置与爆心的距离大于时，随着测点位置与爆心的距离增加，测得样品能量逐渐降低。

结合前人的研究成果可知，在水下爆炸试验测试过程中，传感器与爆心的距离应大于两倍的气泡半径。

由图的四条曲线可知，随着试验深度的增加，测得的药柱能量逐渐增加。

比较药柱与药柱在处的水下爆炸总能量测试结果，见表。

表的当量

样品

试验深度

总能量（）

当量

药柱

药柱

药柱

药柱

药柱

根据和的理论爆热计算可知，的理论当量为，由表的计算结果可知，试验深度为的测试值明显偏低，～深度的能量测试值与理论值基本一致,在深度处的测试结果与理论值吻合度最好，这与水下爆炸测试理论中的假设完全一致。

上述试验结果表明：

水下爆炸的试验深度在～比较合适。

为了使不同研究机构的试验结果具有可比性，本标准规定试样距水池壁的距离应不小于三倍气泡最大半径；试样入水深度为水池水深的～，试样距水面及池底的距离应不小于两倍气泡最大半径；传感器至试样的距离应不小于气泡最大半径，一般为气泡最大半径的两倍。

.工业炸药水下爆炸试验

从国内不同厂家选取了种典型工业炸药进行了水下爆炸测试，品种包括乳化炸药、粉状乳化炸药、膨化硝铵炸药、改性铵油炸药，基本涵盖了目前主要的炸药品种。

工业炸药装药与长径比的选择

从水下爆炸的试验测试原理出发，最理想的装药方式是球形装药，但在实际操作中，几乎无法实现，其次是长径比的柱状装药。

因此在测试时，采用了直径（外径）、高的塑料瓶作为装药容器，对工业炸药进行改装，以满足试样长径比。

工业炸药样品的水下爆炸试验

在确定了水下爆炸试验条件后，本项目选择了种工业炸药样品来进行水下爆炸试验，具体的试验条件如下：

深度，测点与爆心距离为，样品药量为，每个样品平行测试两次，取平均值，参比药柱采用的药柱，长径比为。

试验结果见表。

表典型工业炸药样品试验情况

样品名称

号岩石乳化炸药

号岩石乳化炸药

二级煤矿许用乳化炸药

三级煤矿许用乳化炸药

粉状乳化炸药

岩石膨化硝铵炸药

改性硝铵炸药

（参比药柱）

冲击波峰值（）

冲击波能（）

气泡能（）

总能量（）

当量

上述试验表明，该方法通过测试工业炸药在水下爆炸产生的冲击波能和气泡能，完全能够满足工业炸药的爆炸能量即作功能力测试需求，且数据更加直观可靠，可以间接用于爆破工程的设计。

三、标准中无涉及专利知识产权问题。

无。

四、预期社会和经济效果

填补了我国用水下爆炸法测定工业炸药作功能力的空白，该标准的制定对我国工业炸药测试手段的发展具有重要意义。

五、与同类标准水平的对比情况

国内目前，还没有公开发表的同类标准。

六、与现行法律、法规及标准的关系

本标准结合民爆产品的产业政策编制，与国家、行业现行标准和文件的有关条文内容协调一致。

七、重大分歧意见的处理

无

八、标准性质的建议

该文件编制组建议其定为推荐性技术文件。

九、贯彻标准的要求和建议

该文件颁布后，应在爆炸品相关管理、生产及科研院所进行宣贯。