煤矿许用粉状乳化炸药安全性探究

　　摘要：粉状乳炸药是最近几年发展起来的一种新型固态含水炸药，它是以硝酸盐为主的氧化剂组成的水相溶液与矿物油及其它可燃剂组成的油相溶液，经乳化形成一种油包水的乳化体系，然后以喷雾成粉工艺制成粉状乳化炸药，该种炸药性能优良，不含任何单质炸药，具有良好的抗水性能和储存稳定性，不含有毒成份，对人体无毒害，对环境无污染，成本低，生产工艺先进。这种炸药的安全性直接受其微观结构得影响，本为通过其微观结构的研究来分析它的安全性。

　　关键词：煤矿粉状乳化炸药安全性微观结构

　　1概述

　　煤矿许用粉状乳化炸药的微观结构的外层为油膜，内部是形态松散的硝酸铵和消焰剂的结晶，在油膜与结晶之间有饱和态的盐溶液。煤矿许用粉状乳化炸药的安全性与这种微观结构密切相关，这种微观结构使煤矿许用粉状乳化炸药具有较低的机械感度、较高的热稳定性和良好的雷管感度。但是在近几年的粉状乳化炸药生产过程中乳化罐，乳化器，螺杆泵处发生多起爆烽事故，表明粉状乳化炸药存在着相当程度的潜在爆炸危险性。对于有着多种优越性能的粉状乳炸药我们只有找出其事故原因所在，才能更好的加以利用，使其更好的为人民服务。所以正确认识粉状乳化炸药的乳化作业，基质感度，保证合理完善的生产工艺及正确的工艺操作，并对其安全性能进行探讨是非常有意义的。

　　2煤矿许用粉状乳化炸药的微观结构研究

　　煤矿许用粉状乳化炸药是由氧化剂、消焰剂和高热值燃料形成的乳胶基质通过喷雾干燥制成的。乳胶基质中的分散相是硝酸铵和消焰剂溶液，连续相是油相溶液。在喷雾干燥过程中，随着颗粒水分的快速蒸发和温度的迅速下降，分散相中的硝酸铵和消焰剂结晶析出;由高熔点油相构成的连续相油膜迅速冷却，乳胶基质被固化成型，已结晶的水相仍被包覆在连续相油膜中;同时水分蒸发和油膜的迅速冷却固化，使产品的颗粒中形成很多微气泡。因此煤矿许用粉状乳化炸药属油包水型结构(W/O)，成品含水量约在2%~3%。

　　2.1微观结构通过电镜照相，观察煤矿许用粉状乳化炸药的油包水型微观结构可以清晰地看到，其油包水型微观结构(W/O)颗粒直径约为6~9um，外层为油膜，内部是形态松散的硝酸铵和消焰剂的结晶。在油膜与结晶之间，以及结晶的“裂隙”间，还有另外两相存在。根据颗粒的固化过程分析应为饱和态的溶液水相和气相，但由于分析手段的制约，电镜照片对此无法分辨。

　　2.2微观结构的成因分析在乳化剂的作用下，煤矿许用粉状乳化炸药的油相和水相在乳化机中被混合乳化成均匀的油包水的胶体，然后喷雾制粉。在雾化过程中，假设结晶可以在胶体内任一点率先出现或在多点同时出现，由于硝酸铵和消焰剂在结晶时不形成结晶水，因此未被干燥脱除的水分，会在结晶周围形成饱和的水相。根据表面活性剂的作用原理，乳化剂存在于油相和水相的界面上，它的亲油基团和亲水基团，一端在油相中，一端在水相中。因此在被雾化的胶体颗粒中，受乳化剂亲水基团的影响，未结晶的饱和水相会向油膜处迁移，最终在油膜与晶体之间形成饱和的水相层。微气泡是基质雾化过程中水分蒸发产生的。在水分蒸发、温度下降的同时，硝酸铵和消焰剂迅速发生结晶，并形成“裂隙”。在“裂隙”中和油膜与结晶之间微气泡与盐饱和水相共存。

　　3微观结构对感度影响

　　3.1机械感度炸药的机械感度是指炸药在机械作用下发生爆炸的难易程度，了解炸药的安全性与其微观结构的关系至关重要。通过研究，可以指导企业加强相关生产环节的控制，更好地提高产品的生产安全性。

　　热点学说认为，炸药受到机械作用后局部形成热点，当热点的数量足够多，温度足够高，就可能引起炸药燃烧和爆炸。首先当机械作用发生时，由于油膜与晶体之间存在饱和的盐溶液，溶液会迅速传播机械作用能量。传播的能量对微气泡进行绝热压缩，由此产生的热能又迅速被与其共存的水相吸收，导致水相温度的迅速上升，进而又使水相变为不饱和溶液，引起周围已结晶的硝酸铵发生溶解，吸收大量的热，结果微气泡周围的温度迅速下降，难以形成热点。

　　由此可见，煤矿许用粉状乳化炸药的这种微观结构对外界的能量作用，有较大的缓冲能力。只有当外界的激发能量大到足以克服这种缓冲能力后，才能形成热点，引发爆炸。因此，煤矿许用粉状乳化炸药的机械感度较低，实验结果也证明了这一点。

　　3.2热感度煤矿许用粉状乳化炸药在受热时，对热不敏感，这取决于煤矿许用粉状乳化炸药的微观结构和组分。当受热时，高熔点油相形成的油膜，会将热能传递给饱和硝酸铵的水相层，液相有较高的热传导能力，热量被迅速分散、吸收。同前述一样，温升导致已结晶的硝酸铵溶解，大量的热被吸收。由于硝酸铵的水溶液几乎没有氧化作用，而高熔点油相又不易挥发和分解，要使它发生燃烧或爆炸，还要进一步使水分挥发，使硝酸铵分解。因此，煤矿许用粉状乳化炸药具有较好的热稳定性，试验也证明了这一点：①热感度试验。依据GB-2000乳化炸药标准中的热感度测定方法，进行了多次试验，煤矿许用粉状乳化炸药未出现燃烧现象。②爆发点试验。爆发点测定依据GJB772A-97方法606.1爆发点5秒延滞期法，对煤矿许用粉状乳化炸药进行了试验，测定的爆发点范围为293℃~326℃。

　　3.3雷管感度煤矿许用粉状乳化炸药是采用喷雾干燥工艺生产的。在乳胶基质颗粒的脱水过程中，分散相会产生很多微气泡，与盐的饱和溶液共存。当雷管被激发后，雷管的冲击波会对临近的药体产生猛烈的压缩，从而使得分散相中的微气泡被绝热压缩。由于冲击波的作用时间非常短，强度非常大，产生的高温、高压大大超出了微观结构对外界的激发能量的缓冲能力，于是这些微气泡形成的热点引发爆炸。因此，煤矿许用粉状乳化炸药具有良好的雷管感度。

　　4结束语

　　煤矿许用粉状乳化炸药是一种不含单质炸药的高性能新型工业炸药。它采用乳化技术，将氧化剂、消焰剂与高热值燃料混合，形成高均一性的乳胶基质，然后通过喷雾干燥将乳胶基质分散并固化成粉状炸药。因此，该炸药的每个颗粒都具有油包水的微观结构，构成了煤矿许用粉状乳化炸药的最小结构。对煤矿许用粉状乳化炸药的微观结构进行分析与研究，可以更好地了解这种炸药微观结构与其优良的安全性的关系。