一种现场快速评价炸药爆热稳定性的装置及方法

摘要

本发明提供了一种现场快速评价炸药爆热稳定性的装置及方法，该装置包括：爆破桶，为一端开口的金属桶；炸药盒，放置于所述爆破桶内部的几何中心处，用于放置待测试的炸药；压力传感器，均匀设置在所述爆破桶的内圆周侧壁上且与所述炸药盒水平对齐；数据采集器，放置在所述爆破桶的外部，并通过线缆与所述压力传感器连接。本发明能够在现场直接对炸药爆热的稳定性进行评价，测试精度高，工序简单，能够反映现场混装炸药爆热的稳定性。

说明书

技术领域

本发明属于爆炸力学领域，具体地涉及一种现场快速评价炸药爆热稳定性的装置，以及使用该装置的方法。

背景技术

我国从20世纪80年代后期，开始采用露天矿爆破作业混装车技术。与使用成品炸药相比，使用现场混装车进行爆破作业具有机械化程度高、工作效率高、劳动强度低以及运输和使用的安全性高等优点。

在爆破现场，现场混装车的爆破性能受诸多因素的影响，包括炸药配方、炸药敏化、装药车剩药、装药密度、杂质、新旧乳化器及乳化器转速控制等因素，上述因素会使现场混装车炸药的性能存在不稳定性，进而直接影响工程爆破的效果。

对于现场混装车使用的乳化炸药因其产品的特殊性，目前对其做功能力尚无合适的标准测试方法。目前有采用爆破漏斗法对乳化炸药做功能力进行测试的方法，但是该方法一方面需要进行大量的试验，另一方面由于地质条件的复杂性，目前尚未形成统一的标准。

发明内容

本发明的目的是提供一种现场快速评价炸药爆热稳定性的装置，以及使用该装置的方法。

特别地，本发明提供一种现场快速评价炸药爆热稳定性的装置，包括：

爆破桶，为一端开口的金属桶；

炸药盒，放置于所述爆破桶内的几何中心处，用于放置待测试的炸药；

压力传感器，均匀设置在所述爆破桶的内圆周侧壁上且与所述炸药盒在水平方向对齐；

数据采集器，放置在所述爆破桶的外部，并通过线缆与所述压力传感器连接。

本发明一个实施方式中，在所述爆破桶的桶体外表面套有多个法兰环，各所述法兰环在所述爆破桶的外圆周上沿轴线间隔固定。

本发明一个实施方式中，在所述爆破桶的桶体连接缝处固定有增加强度的加筋板。

本发明一个实施方式中，所述爆破桶的外部还设置有与所述数据采集器连接的振动传感器；在所述爆破桶的下方设置有支撑所述爆破桶的现浇混凝土基座。

本发明一个实施方式中，所述炸药盒由上部的雷管安插部和下部的装药盒组成，所述雷管安插部为实心结构，在雷管安插部内设置有平行于轴心的多个对称分布的安插孔；所述装药盒包括位于圆周处的固定柱，在固定柱上对称轴连接两个弧形侧板，两个弧形侧板合拢后形成一个盛药的空心圆桶。

在本发明的另一个实施方式中，提供一种利用前述装置现场快速评价炸药爆热稳定性的方法，包括如下步骤：

步骤100，将爆破桶放置在基座上并保持水平，在爆破桶内注满水；

步骤200，将测试炸药放置在装药盒内，将雷管插入雷管安插部的安插孔内；

步骤300，开启数据采集器，然后起爆雷管，并利用雷管起爆待测炸药；

步骤400，根据数据采集器测量的水压数据，得到此次气泡的脉动周期；

步骤500，重复前述步骤，开展若干次同批次同药量炸药的气泡脉动周期测试实验，并根据实验结果计算该批炸药脉动周期的相对偏差，如果两者的偏差小于5％，表明当前炸药爆热是稳定的，否则不稳定。

本发明一个实施方式中，所述步骤500中，气泡脉动周期通过下式计算：

T＝K(η·q·E)^1/3/P^5/6

式中T为气泡脉动周期，q为药量，E为爆热，η为比例系数，P为爆炸深度的静水压力，K为与炸药相关的系数。

本发明一个实施方式中，所述基座的两个对角点的高差不大于2厘米；所述装药盒悬于所述爆破桶的几何中心，且上下左右位置的偏差不大于1厘米。

本发明一个实施方式中，所述压力传感器和数据采集器的频率响应不低于10KHz。

本发明一个实施方式中，在步骤500中，同批次同药量炸药的气泡脉动周期测试实验的次数应该不少于5次，脉动周期相对偏差的计算公式为：

脉动周期相对偏差＝(脉动周期最大测量值-脉动周期最小测量值)/脉动周期平均测量值。

本发明能够在现场直接对炸药爆热的稳定性进行评价，测试精度高，工序简单，能够反映现场混装炸药爆热的稳定性。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的装置结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的爆破桶外观示意图；

图3是根据本发明一个实施例的爆破桶径向切面示意图；

图4是根据本发明一个实施例的炸药盒的雷管安插部结构示意图；

图5是根据本发明一个实施例的炸药盒的装药盒结构示意图；

图6是根据本发明一个实施例的方法流程示意图。

具体实施方式

炸药的做功能力，取决于炸药爆热以及爆炸产物的体积，在其他条件相同时，炸药的爆热值越高，对外界做的功就越多。因此，正确评价现场混装炸药爆热的稳定性，对于保证工程爆破的效果很有意义。

如图1所示，在本发明一个实施方式的现场快速评价炸药爆热稳定性的装置100一般性地包括爆破桶10、炸药盒20、压力传感器31和数据采集器30。

该爆破桶10为一端开口的金属桶，金属桶可以是铁或钢或不绣钢制成，桶形可以是圆柱形的对称结构。爆破桶10的钢材等级不低于Q345。

该炸药盒20放置于爆破桶10内部的几何中心处，用于安装待测试的炸药。炸药盒20可以采用吊绳进行悬拉定位。炸药一般用量在30克左右。

该压力传感器31可以有多个，各压力传感器31均匀设置在爆破桶10的内圆周侧壁上，且与炸药盒20的位置水平对齐。

该数据采集器30放置在爆破桶10的外部，并通过线缆与爆破桶10内的各压力传感器31连接。

在本实施方式中，需在爆破筒10内注满水40，利用分布在爆破桶10内部的压力传感器31感应爆炸时产生的水压变化，并通过数据采集器30进行计算，基于数据采集器30获得的压力时程曲线分析出此次爆炸产生的气泡脉动周期。根据同批炸药在不同次爆炸获得的气泡脉动周期计算该批炸药的脉动周期相对偏差，基于脉动周期相对偏差评价该批炸药的爆热稳定性。

在本发明的另一个实施方式中，为提高爆破桶10的强度，可以在爆破桶10的桶体外圆周上沿轴线间隔固定多个法兰环11。各法兰环11在爆破桶10的外表面由上至下间隔排列，在爆破桶10的外表面形成多道加强筋。法兰环11可以通过焊接方式固定在爆破桶10的外表面。具体法兰环11的数量根据爆破桶10的高度确定，一般相邻法兰环11的间隔距离在10～20厘米。

在本发明的一个实施方式中，为进一步提高爆破桶10的强度，可以在爆破桶10的桶体接缝处焊接加筋板12。一般的爆破桶10采用焊接的方式形成，其连接缝处的强度低于爆破桶10本体的强度，因此可以在连接缝处再增加一块强化加筋板12。加筋板12既可以仅焊接在爆破桶10连接缝的内表面处，也可以在连接缝的两面同时焊接。

在本发明的另一个实施方式中，为使获取的爆热参数更精确，可以在爆破桶10的外部设置与数据采集器30连接的振动传感器32；该振动传感器32可以有多个，并在爆破桶10的圆周均匀设置。

为减少外界影响，可以在爆破桶10的下方设置现浇混凝土基座。在爆热实验时，将爆破桶10水平放置在基座上再进行爆炸。

在本发明的一个实施方式中，为方便安装炸药，该炸药盒20可以包括上部的雷管安插部21和下部的装药盒22，该雷管安插部21可以为实心结构，然后在雷管安插部21内设置平行于轴心的多个对称分布的安插孔211，起爆炸药用的雷管可以插入安插孔211中；该装药盒22包括位于圆周处的固定柱221，和通过轴连接方式固定在固定柱221上的两个带半圆形底的弧形侧板222，两个弧形侧板222合拢后可形成一个盛药的带底空心圆桶，使用时打开可绕固定柱221旋转的弧形侧板222，把待测试的炸药放置在装药盒22内后，再合拢弧形侧板222。为避免弧形侧板222不受控制的打开，可以在两个弧形侧板222的未固定一端安装相互锁合的锁扣，在不实验时或已经安装好炸药时，将两个弧形侧板222锁在一起。

在本实施方式中虽然限定了由两个带半圆形底的弧形侧板222形成装药盒22侧壁的方案，但在其它的实施方式中，也可以由固定侧板来形成一段装药盒222的固定侧壁，然后由弧形侧板222来形成可开合的侧壁结构。

在本发明的一个实施例中，还提供一种利用前述装置现场快速评价炸药爆热稳定性的方法，包括如下步骤：

步骤100，将爆破桶放置在基座上，保持水平，在爆破桶内注满水；

在本实施方式中，基座采用现场制作的混凝土平台，其厚度可以为10cm，面积可以为2.5×2.5米，还可以在基座上布设厚度为5cm左右的硬泡沫板作为缓冲层，缓冲层可以减少炸药爆炸时产生的振动。

爆破桶10采用不锈钢制作，其直径可以为2米，高度6米，壁厚为10毫米。法兰环11焊接6个，各法兰环11的宽度为10厘米、厚度为10毫米，相邻法兰环11之间的间距为20厘米。其中基座的两个对角点的高差不大于2厘米。

爆破桶10加满水可以充分保证爆炸气体在水中形成气泡，气泡形成脉动。

步骤200，将测试炸药放置在炸药盒20的装药盒22内，将雷管插入雷管安插部21的安插孔211内；

炸药盒20需要放置在爆破桶10的几何中心处，且上下左右位置的偏差不大于1厘米。

步骤300，开启数据采集器30，然后起爆炸药；

各压力传感器31的位置与炸药盒20的位置水平对齐，这有利于压力传感器31接收水压变化过程的信号。压力传感器31和数据采集器30的频率响应不低于10KHz，水压传感器31可以采用PVDF压电薄片。

起爆前开启数据采集器30，可以充分保证采集到有效的信号。

步骤400，根据数据采集器30测量的水压数据，得到气泡脉动周期；

该气泡脉动周期可以通过下式计算：

T＝K(η·q·E)^1/3/P^5/6

式中T为气泡脉动周期，q为药量，E为爆热，η为比例系数，P为爆炸深度的静水压力，K为与炸药相关的系数。

步骤500，重复前述步骤，开展若干次同批次同药量炸药的气泡脉动周期测试实验，并根据实验结果计算该批炸药脉动周期的相对偏差，如果两者的相对偏差小于5％，说明当前的炸药爆热是稳定的，否则不稳定。

同批次同药量炸药的气泡脉动周期测试实验的次数应该不少于5次，脉动周期相对偏差的计算公式为：

脉动周期相对偏差＝(脉动周期最大测量值-脉动周期最小测量值)/脉动周期平均测量值。

在本发明的装置条件下，爆热与气泡脉动周期的三次方近似成正比关系，如果周期的相对偏差小于5％，那么爆热的相对偏差将小于15％。

实施例1：

测量水中爆炸的冲击波压力P_冲击。爆炸源放置在水下3米处，位于爆破桶10的中心。两个压力传感器31分别布于距离爆炸源0.70米和1.20米处(径向)，高度与爆炸源同高(水深也是3米)。实验用标准乳化炸药密度为1200kg/m³，含敏化剂3％，爆热值为5000kJ/kg。测试结果见表1。

表1乳化炸药水下爆炸压力测试结果

根据表1中的数据，拟合log(T)～log(q)的关系。

拟合关系式为：