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【摘要】非电导爆管是非电导爆系统的主要组成部分，是影响非电起爆器材发展和技术革新的重要因素，本文结合爆轰理论，分析了导爆管内爆轰波是沿管道不断反应并不断向前稳定传播的爆轰过程，得出了爆轰波稳定传爆的原因是超前空气冲击波的主导作用，管壁薄层炸药的能源供给，管道内冲击波反射效应三者相互反馈的结果。同时结合高速摄影技术，对拍摄到的图像进行处理和分析，并得到了爆轰波稳定传播的结构模型，并对各反应区进行测量和分析。
【关键词】导爆管；传爆机理；传爆性能；爆轰波结构
1.前言
随着现代科学技术的发展，爆破这门科学也得到了飞速的发展，它在国民经济的建设中发挥着重要的作用，并越来越显示出其巨大的经济效益和社会效益。而在现代工程爆破中，非电导爆系统凭借着其安全、可靠、便捷的性能在现代工程爆破中发挥着越来越重要的作用。
非电导爆管是非电导爆系统的主要组成部分，是内壁涂有一层微量混合炸药粉体的软性空心塑料管，非电导爆管在接受一定强度的外界能量的作用下，粘附在管内壁上的薄层炸药便可以被激发，发生快速的化学反应，并能形成一个向前传播的弱冲击波信号，在传播的过程中引爆粘附在管壁的薄层炸药，获取能量来支持爆轰波以1700~2000m/s向前传播，这样就形成了炸药不断的发生爆炸反应放出能量支持爆轰波向前传播的稳定爆轰过程。当爆轰波传播到管口时就会释放出高温高压、高速流动并且含有灼热固体粒子的点火源对次级点火元件实施点火。在爆轰波传播的过程中塑料软管壁没有任何破损，速度快且稳定，可以看作是无损传爆。如果要进行多排孔大面积爆破，则由内部装有微型雷管的连接块或毫秒分路器组成爆破网络，将能量逐级的传递下去，实现大面积爆破。塑料导爆管是非电导爆系统的的主要组成部分，再配合其他的次点火元件，例如起爆药、延期药等，就构成了非电起爆系统。
非电导爆系统有以下优点：
① 爆破作业的安全性好。在现代的矿山爆破中，普通的电雷管容易受到杂散电流、静电或雷电干扰而发生意外的爆炸事故。导爆管系统则能不受干扰，因此在使用上比较安全。
② 节约原材料。导爆管每米重5~6g，药芯炸药不超过0.02g/m,所以材料消耗较少。
③ 导爆管结构简单，生产工艺易实现自动化。
④ 起爆安全可靠，操作简单。
⑤ 防水性能好。
由此可以看出非电导爆管的性能对非电起爆器材的发展和创新有着深刻的影响，并直接影响着非电起爆系统的现场应用和推广，关乎着整个爆破工程的成败，所以对非电导爆管爆轰波传播特性的研究变得尤为的重要。
本研究课题研究了导爆管内爆轰波的传播机理，同时利用高速摄影方法对理论推导进行了验证，本研究课题对深入研究非电导爆管爆内爆轰波的传播特性机理具有极其重要的意义。试验得出的结果对导爆管产品性能的提升有一定的使用价值，并有利于导爆管的进一步的推广和运用。
2、爆轰波传播特性的理论基础
2.1爆轰波传播的过程
塑料导爆管在受到一定外界能量的作用下被激发，管内的初始气体受到强烈的压缩形成了前沿冲击波，粘附在管内壁的薄层炸药粉受到前沿冲击波的作用后，表层炸药颗粒首先发生快速的化学反应，随后反应产物在管内迅速扩散，反应所放出的热量一部分用来维持管内爆轰波传播所必须的温度和压力；令一部分则用来促使没反应的炸药颗粒继续反应，并扩散到管内与管内空气混合发生快速的化学反应，由于接触面积大这次化学反应更激烈，反应所放出的热量用来支持爆轰波的前进和抵消在此过程中的能量损失。在爆轰波向前不断传播的过程中又激发管内壁的炸药发生快速的化学反应，化学反应所释放的用于支持冲击波向前传播的能量渐趋稳定，爆轰波的传播速度也渐趋稳定，最终在塑料导爆管内形成稳定的爆轰过程。如图2.1的循环过程就是导爆管内爆轰波能稳定传播的过程示意图。
图2.1 导爆管内爆轰波传播的循环图
2.2 传爆机理的定性分析
普通塑料导爆管的管径仅为1.5mm左右，然而在工程爆破的使用中所选取的导爆管的长度从几米到几百米之间不等，所以爆轰波在管内壁传播的距离是管径的千倍以上。同时，根据对管内爆速的测试和实际的使用经验的研究可知，普通塑料导爆管内爆轰波传播的距离并不影响爆轰波能以稳定的速度向前传播，所以，我们可以把爆塑料导爆管内的爆轰波看作是沿管轴向稳定传播的一维平面爆轰波[1]。
在外界能量的作用下，粘附在管壁内的薄层炸药粉在超前冲击波和管壁的应力波的作用下开始剥落，又由于导爆管内存在初始气体，所以剥落后的炸药颗粒与管内空气混合并汽化成蒸汽，发生爆炸反应，提供爆轰波稳定传播的能量来源。所以固相和气相同时存在于爆轰波阵面的的前后，在波阵面的后面为管内的原始空气被压缩的高压、高温并高速流动的气体。固相炸药颗粒通过这些气体的传递能量等一系列的作用，发生爆燃并生成气体，放出热量并继续混合汽化，局部会发生爆炸反应，使前沿冲击波得到加强，当爆燃的速度达到某一极限时爆燃就会转变为爆轰，并能稳定的向前传播，在此过程中炸药颗粒的粒径在不断的减小，直到最后全部生成气体。所以导爆管内的爆轰过程可以看作是气-固两相混合物的爆轰过程，符合云雾爆轰理论。
3爆轰波的结构模型
图3.2 导爆管内爆轰波结构模型
0区：未反应区。管内未发生扰动现象，介质处静止状态。
Ⅰ区：弧光区。管内空气被电离所致。由实验测定宽度约为1.4cm.
Ⅱ区：压缩汽化区。在前沿冲击波和其后高温高热气流作用下，粘附在管壁的炸药颗粒被冲击脱落、破碎、汽化，并与导爆管内的空气混合。由于塑料导爆管的阻力的作用，其最前端也近似为弧形。前沿冲击波阵面就在其最前端，以速度D向前传播。由实验测定宽度约为1.1cm。
Ⅲ区：前化学反应区。该区未汽化的炸药颗粒在前沿冲击波和其后高温高热气流的作用下继续汽化并产生炸药蒸汽的爆炸，爆炸反应所释放出的能量补充给超前冲击波，以保证其不衰减并能保持以恒定的速度传播。同时，由于塑料软管对爆轰波的反射作用，使其在管心形成聚心冲击波，极大的增加了管心的压力，有力的支持了冲击波，防止了端部稀疏波的侵入。该区的压力最大、温度最高、发光最强，其放热以气体膨胀的形式支持冲击波阵面。实验测定宽度约为6cm左右。
Ⅳ区：后化学反应区。该区主要是Ⅲ区的爆轰产物的膨胀以及少量尚未完全反应的炸药颗粒的爆炸反应，其产生的膨胀波已经不能传播到冲击波阵面，因此对维持冲击波阵面的强度基本没有贡献。
Ⅴ区：膨胀区。此区化学反应已经完成，只有爆轰产物的膨胀，其长度和Ⅳ总长度在50cm以上。
由于塑料管壁的粘滞作用，实际各面应为曲面。其中A-为反应波阵面，B-为经典爆轰理论中的C-J面，C-为反应终止面。A-面与B-为有效反应区。
4、结论
本文通过对导爆管内爆轰波的传播特性的理论研究，解释了导爆管内爆轰波传播的规律并详细分析了导爆管内爆轰波稳定爆轰的原理。爆轰是靠其超前的空气冲击波与塑料管的管道效应共同作用的结果，爆轰过程可以看作是气-固两相混合物的稳定爆轰过程，并通过高速摄影实验，对导爆管内各性能参数进行了验证，并给出了导爆管内爆轰波稳定传播时的结构模型，并对各分区进行了解释及测量。本文对导爆管的研究、制造和应用有一定的参考价值，并有利于非电导爆管进一步的推广和应用。
参考文献
[1]何中其，彭金华，刘大斌.导爆管传爆性能设计与参数分析[J].南京：爆破器材，2010.
[2]陈嘉琨，范钦文，高耀林，塑料导爆管[M].北京：国防工业出版社，1987
[3]陈士海，胡峰.导爆管的起爆特性[J].爆破器材，1990（2):9-12.
[4]刘大斌.塑料导爆管的起爆、传爆及输出性能研究[D].南京：南京理工大学，2002.
[5]魏伴云，赵建勤，朱建平.模拟导爆管传爆过程的高速纹影摄影与分析[J].爆破器材.1985（3）：1-3，7.
论文作者:李彦
论文发表刊物:《科技新时代》2018年5期
论文发表时间:2018/7/19
标签：管内论文; 冲击波论文; 炸药论文; 电导论文; 稳定论文; 化学反应论文; 管壁论文; 《科技新时代》2018年5期论文;