產生原因
溝槽效應造成爆後炮窩內留有殘藥,影響爆破效果。對於在瓦斯隧道內進行的爆破作業,若炸藥由爆轟轉變為燃燒,就有可能引發瓦斯爆炸事故。關於溝槽效應產生的原因,有以下兩種比較流行的解釋。
1.空氣衝擊波作用機理
通過超高速掃描攝影機對聚乙烯塑膠管內藥柱(35%硝化甘油膠質硝銨炸藥,藥柱直徑為25 mm,管內徑27 mm)爆轟過程的研究表明:當藥柱爆轟時,在空氣間隙內產生超前於爆轟波傳播的空氣衝擊波。
空氣衝擊波作用機理認為:在空氣衝擊波壓力作用下,炸藥內產生白藥柱表面向內部傳播的壓縮波,使藥柱發生變形,壓縮藥柱表面形成錐形壓縮區。炮孔內超前於爆轟波的空氣衝擊波存在有最大波長,因此在達到最大波長後,空氣衝擊波波頭和爆轟波波頭將以相同的速度傳播,並保持速度不變,達到穩定狀態。但是,如果在未達到穩定狀態之前,藥柱的有效直徑已減小到炸藥的f臨界直徑,或密度超過其臨界密度,爆轟就會中斷。
2.電漿作用機理
美國埃列克化學公司的M·A·庫克和L·L·尤迪等人採用電漿探針試驗裝置,對溝槽效應進行了一系列研究。他們認為,溝槽效應是由於炸藥爆轟產生的電漿引起的。
炸藥起爆後,在爆轟波陣面的前方有一等離子層(離子光波),對爆轟波前方未反應的藥卷表層產生壓縮作用,妨礙該層炸藥的完全反應。等離子波陣面和爆轟波陣面分開的越大,或者等離子波越強烈,炸藥表層被穿透的就越深,能量衰減的就越大。隨著等離子波的進一步增強,就會引起藥包爆轟的熄滅。
影響因素
一般來說,溝槽效應與炸藥配方、物理結構,炸藥包裝條件和加工工藝有關:
(1)由於乳化炸藥是用乳化技術製備的,使其具有極細的油包水型物理內部結構,氧化劑與可燃劑以近似分子大小的距離彼此緊密接觸著,爆轟傳遞迅速,其爆速接近或超過等離子波的速度,電漿的超前壓縮作用不再存在。按照尤迪等人的理論,乳化炸藥的溝槽效應是很小的,甚至是不存在的。但是對於含敏化氣泡的乳化炸藥,隨著貯存時間的延長以及爆速等爆炸性能的衰減,其溝槽效應也會逐漸顯著起來。
(2)實踐表明,工藝控制條件的變更對乳化炸藥的質量有著明濕的影響。就溝槽效應而言,凡是能改善和增強乳化混合條件的工藝因素(如增大剪下強度),都能提高乳化炸藥的質量,減少其溝槽效應。
(3)不同的包裝條件也會影響乳化炸藥的溝槽效應,例如增大藥卷外殼的強度會使乳化炸藥的溝槽效應顯著減小,甚至消除。這是由於增強約束條件,不僅提高了乳化炸藥的爆速,而且抵禦了電漿的壓縮穿透作用。
消除措施
1.採用偶合散裝炸藥消除徑向間隙,可以從根本上克服溝槽效應。
2.沿藥卷全長布設導爆索,可以有效地起爆炮眼內排列的所有藥卷。
3.每裝數個藥卷後,裝1個能填實炮孔的大直徑藥卷,以阻止空氣衝擊波或電漿的超前傳播。
4.給藥卷套上由硬紙板或其他材料做成的隔環。隔環其外徑稍小於炮眼直徑,將間隙隔斷,以阻止間隙內空氣衝擊波的傳播或削弱其強度。
5.選用不同的包裝塗覆物,如柏油瀝青、石蠟、蜂蠟等,可以削弱或消除溝槽效應。
6.採用臨界直徑小,對溝槽效應抵抗能力大的炸藥。與混合炸藥不同,多數單質炸藥在增大炸藥密度後,能夠提高爆速並減小臨界直徑,所以溝槽效應對多數單質炸藥起著有利於爆轟傳播的作用。實踐證明,水膠炸藥和乳化炸藥對溝槽效應有較強的抵抗能力。
關於溝槽效應產生的理論解釋,還不很成熟,還在進一步的研究中。但如何防止這種效應的產生則是爆破工程中重要的實際問題,進一步的試驗研究也是極為必要的。