论文部分内容阅读
高温煤矿爆破属于矿山爆破界新生事物，与传统工程爆破有着很大的区别，存在因高温炮孔装药意外起爆引发整个爆破网络发生早爆，爆破网络缺乏单向门控制功能，即只能允许传爆信号单向传输等问题。此前，宁夏某矿区曾发生了多起此类事故，而国内关于高温煤矿爆破的安全性研究主要集中在高温炮孔注水降温、孔内温度场分布、反程序快速施工方法、工业炸药的传统物理隔热防护方面，但尚未形成适用性较好的高温爆破开采技术。为了解决这一问题，作者以传爆学、药剂起爆动力学、传热学、爆炸理论等理论为基础，提出了复合隔热胶体防护结构，全面研究了导爆索、乳化炸药复合隔热胶体结构的耐温性能、传爆特性、现场应用操作性，分析了乳化炸药在外界热效应作用下的爆炸性能衰减规律以及破乳析晶特性。针对爆炸网络的不安全性，设计一种具有控制爆轰信号单向传播的不可逆起爆网络，其中爆炸二极管元件在网络中实现单向门传爆功能，研究了爆炸二极管的传爆、阻爆机理及其组成的不可逆起爆网络的正向传爆、反向隔爆特性。 通过对高温煤矿现场炮孔进行温度测量以及热电偶传感器标定，并对复合隔热胶体防护结构进行现场应用测温实验，得到了导爆索、乳化炸药复合隔热胶体防护结构的温度变化曲线及高温炮孔温度特性。对现场高温炮孔进行测温分析，高温炮孔中80℃-150℃的炮孔约占70％，150℃-300℃的炮孔约占24.5％，300℃以上的炮孔约占5.5％。导爆索-复合隔热防护结构可以安全耐温40分钟，防护后导爆索外观完好，传爆优良;乳化炸药-复合隔热结构耐温45分钟后，其内部温度均未达到胶体材料沸点温度，炸药药卷处于安全温度范围内并且具有安全可靠传爆性能。 本文研究了三种敏化类型乳化炸药在水浴加热后的爆速、水下爆炸参数受影响情况，利用药包的恒温水浴加热模拟高温炮孔装药防护。研究表明:水浴加热将影响乳化炸药的爆炸参数，相应指标（冲击波压力、爆速、比冲量、比冲击波能、比气泡能、总能量）的受影响程度主要由水浴温度和时间决定。水浴加热后，三种敏化类型炸药爆炸性能衰减程度与加热时间均呈现出正相关性。在1h水浴加热后，物理敏化型乳化炸药总能量衰减约2％，化学敏化型总能量损失已达10％。在6h水浴加热后，玻璃微球型与珍珠岩型乳化炸药冲击波压力峰值、爆速、比冲量、比冲击波能、比气泡能以及总能量等爆炸参数衰减比例相差不大。在外界水浴加热作用下，乳化炸药体系油包水结构被缓慢破坏，总能量保持在80％以上。亚硝酸钠型乳化炸药则因在高温环境下后续敏化发泡（后效作用）与缓慢破乳双重影响，导致敏化热点被严重破坏造成炸药起爆失去了雷管感度，其析晶量达到0.465 g·g-1，是物理敏化型炸药析晶量的两倍以上。在3h水浴加热后，亚硝酸钠型炸药总能量保持在79％左右。其析晶量为0.252g·g-1仍然高于物理敏化型炸药水浴6h的析晶量。 进行水溶法实验对水浴加热后的乳化炸药进行了析晶量的测定，分析了玻璃微球型、膨胀珍珠岩型、亚硝酸钠型三种敏化类型乳化炸药水浴加热后的稳定性以及其析晶量与炸药爆炸性能衰减之间的关系。6h水浴加热后，玻璃微球型、珍珠岩型乳化炸药外观及颜色基本保持不变;亚硝酸钠型药包在水浴加热过程中，颜色由金黄色逐渐变为深红色直至暗红色，最后发生了明显的油相与水相分层现象。三种类型乳化炸药析晶量与水浴加热时间呈现正相关性。然而，三种敏化类型乳化炸药的冲击波压力、爆速、比冲量与总能量均呈现出下降的趋势。玻璃微球型与珍珠岩型乳化炸药爆炸性能衰减比例以及析晶量接近;化学敏化型炸药则由于严重破乳失去了雷管感度。物理敏化型与化学敏化型乳化炸药体系的破乳机理不同。 通过爆炸二极管及其组成的不可逆起爆网络进行正向传爆、反向隔爆实验，元件内部飞片冲击起爆测速实验，分析得到元件实现爆轰信号单向传递的关键参数。爆炸二极管内部消爆通道尺寸为15-25mm时，可以实现爆轰信号正向传递及反向阻断的门功能。撞击下层装药结构的高速运动飞片平均速度为774m/s，依据阻抗匹配法计算得到起爆能量阈值满足冲击起爆判据条件，与实验结果吻合性好。对不可逆起爆网络进行了可靠性实验研究，在起爆网络正向传爆实验中，爆轰信号通过“起爆端-主网络-子网络”顺利完成正向起爆;在反向隔爆实验时，爆炸二极管阻断了来自子网络的误起爆信号，实现反向隔爆要求。表明不可逆起爆网络可以实现正向可靠传爆、反向可靠阻爆的性能。