何 振，刘尊义，夏 斌



煤矿许用炸药抗爆燃性定量检测技术的研究

何 振，刘尊义，夏 斌

（中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司，安徽 淮北，235000）

设计了一种定量测试煤矿许用炸药抗爆燃性的检测技术，该检测技术采用样本容量=6的小样本升降试验法，并统一采用黑火药作为主爆药卷。通过该检测技术对煤矿许用炸药及岩石型炸药进行了抗爆燃性能测试，结果表明：该检测技术适用于我国所有工业炸药的抗爆燃性测试，可以定量评价煤矿许用炸药的抗爆燃性，以及比较不同产品间的抗爆燃性。

煤矿许用炸药；抗爆燃性；升降法；小样本

煤矿许用炸药的爆燃是指炸药在煤矿井下爆破作业过程中，由于各种原因，如炸药的物理状态、种类、起爆冲量、性能变差引起的爆轰衰减和受压钝化等，而导致炸药出现的爆燃现象。炸药一旦出现爆燃，可导致两种后果：一种是在密闭的炮孔中爆燃可使炮孔内压力增高，残留炸药燃烧加速，形成“二次爆炸”，对操作人员造成伤害；另一种是爆燃产生的火焰直接引爆瓦斯煤尘，导致重大恶性事故发生[1-2]。因此，抗爆燃性是一项重要的安全性能指标，准确测试和评价煤矿许用炸药的抗爆燃性，对提高产品质量、保障煤矿安全生产具有十分重要的意义。

国外早在20世纪60年代就对炸药爆燃问题开展了试验研究，一些国家已建立了标准的测试方法。尽管国外的各种测试装置尺寸、结构不尽一样，但其测试原理是相同的，几乎所有方法都是将被测炸药置于有一定抗压强度的试验管中，用黑火药点燃（燃烧法）或炸药爆炸（爆炸法），在试验管中形成高温、高压环境，然后观察被测炸药的爆燃倾向大小。

我国于20世纪90年代开始进行爆燃倾向的研究，并综合国内外的研究结果，于1995年发布了煤炭行业标准《煤矿用炸药抗爆燃性测定方法和判定规则》[3]（MT378-1995）。标准中规定，对不同类型样品采用不同的主爆药卷以及采用10，10/0，2；1，2的抽样方案进行结果判定[3]，实践证明这种方法不仅工作量大，而且结果判定的可靠性低，只能定性不能定量，对不同产品间的抗爆燃性无法进行比较。因此，本研究主要考察统一采用黑火药作为主爆药卷[4]和采用“样本量=6的小样本升降试验法”进行抗爆燃性试验，探讨此方法的可行性。

1 试验部分

1.1 试验装置

抗爆燃性试验装置主体采用MT 378-1995标准中规定的测试装置（钢制爆燃臼炮外径（560±1）mm；炮孔直径（57±0.5）mm，长度（820±1）mm）。本次研究对装置两端的密封进行了改进，前后两端均以带螺纹的密封塞封闭，以千斤顶的形式作用于密封塞，很好地解决了在试验药量较大情况下的密封性。测试装置见图1。

图1 测试装置示意图

1.2 试验原理

在抗爆燃臼炮室内，主爆药卷起爆后，会产生高温、高压爆轰气体产物。抗爆燃性试验就是通过人为制造高温、高压环境，考察受测炸药燃烧的难易程度，并以此来判定炸药的抗爆燃性。

小样本方法刺激量的变化是通过改变主爆药卷（黑火药）量的大小来实现的，通过小样本方法求出50，再通过50的大小实现量化评价工业炸药的抗爆燃性。50大，则炸药的抗爆燃性高，不易发生爆燃，反之，抗爆燃性低，易发生爆燃。

升降试验法是W.J.Dixon和A·M.Mood在20世纪40年代在美国矿山局炸药试验室创造的。在W.J.Dixon和A.M.Mood发表的第1篇文献里，对采用升降法提出3个条件：（1）试验分布必须是正态的；（2）样本大小必须是很大的，值最好不小于40或50；（3）必须事先估计出试验的标准离差大概有多大，以确定试验步长，应当接近等于或略大于标准离差。

K·A·Brownlee等人[5]在其基础上经过对升降法的悉心研究认为：（1）样本大小不必太大，=6、10亦可；（2）Dixon的条件1可以大大放宽；（3）第1次试验的刺激水平0是人为确定的，没有带来任何信息，计算时应当舍去，而第+1次试验虽然没做，却含有一定的信息，应当参与计算；（4）由于0选择不当，最初的试验可能呈现相同感应的符号，应当舍去。由此，K·A·Brownlee等人提出小样本升降法的观点。

小样本升降法的实质就是通过一系列试验求出试验结果的平均值，根据前一次试验结果来确定后一次试验的水平，对于炸药抗爆燃性试验把该平均值称为半数引火量。

由于工业炸药是一种有变差体系，试验条件、炸药本身理化性能等都对试验结果有影响，但不同炸药厂家、品种和批次而产生的变差大于其它变差，当样本量减小到一定程度，只要所产生的变差不大于其它各项的变差，就认为采用这一样本量是可以接受的[6]。

实际上，炸药抗爆燃性试验是一种精度很差的试验，重现性很低，要严格控制试验条件几乎是不可能的。显然，试验精度是随着样本量的增大而提高，但为了提高试验效率、降低试验成本，需采用小样本，通过较少的试验次数来判定炸药的抗爆燃性。

1.3 试验样品和试验条件

1.3.1受测药卷制备

受测样品均由正规厂家生产，且在有效期范围之内，样品均按照《煤矿用炸药抗爆燃性测定方法和判定规则》（MT 378-1995）之规定，检验合格，见表1。

表1 受测样品

Tab.1 Samples in the test

试验研究以煤矿许用炸药为主，岩石类炸药作为对比。受测炸药药卷按照MT 378-1995的要求进行改装（药卷尺寸：直径（35±1）mm，质量30g）。

1.3.2主爆药卷制备

为了使试验更加科学、规范，测试条件应保持一致，试验对含水炸药和粉状炸药，均以黑火药作为主爆药卷，依据《煤矿用炸药抗爆燃性测定方法和判定规则》（MT378-1995）制备。以测试乳化炸药的抗爆燃性为例，主爆药卷、受测药卷分别见图2~3。

图2 主爆药卷——黑火药

图3 受测药卷——乳化炸药

1.3.3 试验参数

起始刺激水平（0）、步长()和样本容量（）是升降法的主要参数，对试验结果有重大影响[6]。本研究采用小样本升降法试验时，所产生的变差在起始试验水平的10%左右时，大部分试样分布在3～4个水平内。经试验考察初步确定本次试验的参数，见表2。

表2 试验参数

Tab.2 Parameters of the test

2 结果及讨论

2.1 试验现象分析

试验过程中发生爆燃时，受测炸药完全燃尽或只留下一片熔融的残留物，残留物的大小因受测炸药中消焰剂或其它惰性物质的含量而存在差异，一般煤矿许用炸药的残留物较大，岩石炸药很小或几乎没有；判定炸药是否出现爆燃的依据是有无残留物或燃尽。由于粉状炸药和水胶炸药中消焰剂等惰性物质含量较高，在燃烧后会出现片状的残留物；对于含有珍珠岩敏化的含水炸药，有时氧化剂与燃料油已全部燃尽，药卷体积缩小，没有弹性，呈蜂窝状，已经发生爆燃，见图4。试验过程中样品出现仅发生部分燃烧的现象，有明显残药的现象，依据MT 378-1995的判定要求，认定受测炸药未发生爆燃，测试结果记为“0”。见图5。

图 4 粉状炸药测试后残留物

图5 乳化炸药测试后部分燃烧残留物

2.2 试验结果

由于条件限制，测试样品种类不齐全。本次试验测试了10个品种炸药的半数引火量，每个品种测试数量有限，结果仅具有一定参考性。测试结果见表3。前两次试验结果相同，在计算半数引火量时应舍去第1次试验结果，第7次试验水平的“”是根据第6次试验结果虚拟的，即第6次试验“引火”，则降1个步长，反之升1个步长。

50=1/7ΣKM（1）

式（1）中：50为半数引火量，g；M为第次试验水平的装药量，g；K为第次试验水平下的试验次数。根据表3，按照式（1）对样品半数发火量进行计算，得出的50值见表4。

2.3 结果分析

由表3~4可以看出：

（1） 试验共测试5类工业炸药的50，可以初步总结为乳化炸药的50大于水胶炸药的50；水胶炸药的50大于粉状乳化炸药的50；粉状乳化炸药的50大于膨化硝铵炸药的50；即乳化炸药比水胶炸药抗爆燃性好，水胶炸药比粉状乳化炸药的好，粉状乳化炸药比膨化硝铵炸药的好。

表3 测试结果

Tab.3 Results of the test

表450的计算结果

Tab.4 Calculations of M50

（2）现有的方法标准中，主爆药卷药量分别采用35g黑火药和15g 2号抗水煤矿炸药都不能准确评价受测炸药的抗爆燃性。本文采用黑火药作为主爆药卷和样本量=6的小样本升降试验法，统一了衡量标准，可以测试出各类炸药抗爆燃性的半数引火量数值，定量评价炸药的抗爆燃性，使测试更加科学、规范。

（3）通常情况下，煤矿许用炸药在使用过程中出现爆燃，易发生安全事故，造成损失。炸药的抗爆燃测试仅限于煤矿许用炸药。本研究表明，岩石型炸药在使用过程中同样会由于某些原因未被引爆，可能在密闭高温、高压环境下出现爆燃现象，造成意外爆炸事故，由此可见，岩石型炸药同样需要抗爆燃性检测，从而减少炸药本身性能不好引起的意外爆炸事故。

（4）由表4可见，对于同类型炸药，如岩石、一级、二级、三级乳化炸药，以及其他同种类不同级别的炸药，其抗爆燃性在同一水平。受条件限制，由于同类炸药生产厂家不同，本文没有对不同级别炸药之间的抗爆燃性关系进行研究。

3 结 论

（1）试验证明，黑火药--小样本升降法可以用来对我国目前所有品种炸药进行抗爆燃测试。小样本升降法与原标准的10，10/0，2；1，2引燃频数法相比，能够定量评价每个样品的抗爆燃性，同时也间接考察了每个样品抗爆燃性的稳定性。（2）研究表明，同种类型工业炸药可执行统一的合格指标，具体合格指标需通过大量试验验证确定。相信通过不断实践会使小样本升降法更好地适应炸药抗爆燃性检验, 更有利于炸药生产企业提高炸药质量，为炸药的安全使用提供可靠的技术保证。（3）岩石型炸药同样具有爆燃倾向，应进行抗爆燃性测试。

[1] 吴洁红.炸药爆燃测试方法的探讨[J].煤矿爆破,2003(4): 22-23, 26.

[2] 吴洁红,夏斌,周平.煤矿许用炸药爆燃测试倾向方法综述[J]. 煤矿爆破, 2005(2):25-27.

[3] MT378-1995煤矿用炸药抗爆燃性测定方法和判定规则[S]. 中华人民共和国煤炭工业部,1995.

[4] 张春雨.黑火药代替2号抗水煤矿许用铵梯炸药可行性研究[C]//煤矿重大灾害防治技术与实践-2008年全国煤矿安全学术年会论文集.徐州:中国矿业大学出版社,2008.

[5] 秦太杰.小样本升降试验法在巷道检验中应用的可行性[J]. 煤矿爆破, 1995(2):19-25.

[6] 张春雨,弓启祥. 煤矿许用炸药抗爆燃性评测试条件的改进[J].煤矿安全, 2009 (09):7-9.

Research on Detecting the Anti-deflagration of Permissible Explosive Quantitatively

HE Zhen, LIU Zun-yi, XIA Bin

(China Coal Technology Engineering Group Huaibei Blasting Technology Institute, Huaibei, 235000)

In this paper, a quantitative analysis of detection technique on the anti-deflagration of permissible explosive was designed. The detection technique uses up-and-down method with a small sample size of 6, and black powder as the main explosive volume. By the detection technique, the anti-deflagration of permissible explosive and rocky explosive was tested. The results show that this technology is feasible to test the anti-deflagration of all of the industrial explosives, and can evaluates the anti-deflagration of permissible explosive quantitatively, then the difference between different products can be obtained.

Permissible explosive；Anti-deflagration；Up-and-down method；Small sample

1003-1480（2014）05-0038-04

TQ560.72

A

2014-04-09

何振（1986-），男，助理工程师，主要从事民爆器材的检测及安全研究。

中煤科工集团重庆研究院青年创新基金项目（2012QNJJ032）。