研 究 論 文
硝安の非理想爆轟に関す る研究 ( 第
2報)
‑ マ イ ク . ,プ l )ル の 爆 速 に 及 ぼ す 密 閉 ・薬 径 効 果 一
三宅浮巳' ,小川坪繋書 ,斎藤修二糊.青田信生' + +
1 7 r イタF 'プl Jル硝安について肉厚 と内径の異なる唖 々の銅管中で爆速を湘足 し.帝閉強度 と 薬径の効果について検討 した。その括果.密閉強度.薬経の増加 とともに燥速は上昇するが.
密閉強度 よりも燕径の方が壌速値への影響は大であることがわかった。
また.実簸結果の外挿により無限大桑径を想定 した理想爆速値 として
1㌔.(C.a)=3.83h/Sが得られたが.これ
llWinningの脚走値による外挿値 と良好な一致を示 した。
さらに.各櫛の壌鶴特性計井冶菜 と比較 した ところ
JCZ
3状態方程式を用いた場合の
TIGERコー ドによる計井値はマイ クt 2プ l )ル硝安の爆速に関 し良好な予測値を与えることがわか った。
I.
# ?
蒋梼系爆発性物質の嬢轟伝播に関 しては.爆速債等 の爆轟J tラノータが釈放条件に依存 して理想値以下の 典なる値をとり,非理想壌轟を塁することが知 られて いる。非理想爆轟状態での爆轟J iラ}一夕を決定する 条件 としては.非径.密閉強度等があげ られる。純理 論的に理想壌轟のJ ミラJ‑タを決定する方法が確立 さ れていない現在,理想爆速を推定する方法 として一般 的に用いられているのは.異なる有限薬径で測定 した 爆速を無限大熊住に外挿する方法である。爆再伝播の 際の薬径効果については
.Jone s , Ey r ingちな始め,
Cook.Wood‑Kirkwood,Bd方i
l等により理論的取救 いがなされ 央故値 との此掛 こよりモデルの妥当性が 検肘 されて きたl )‑S ) .一方,拭料を拘束す る密閉容 津の効果について も同様の理論の拡輩に よりい くつか のモデルが捷奏 されてお り.その効果を系統的に促え て産業爆非に適用 した報告がある 6 )‑ 8 ) .
柄安は非理想壌轟額域が広 く.容易に理想爆轟に達 しないが.その取扱の安全及び爆発力の制御や有効利 用のためには.爆轟限界や就験条件への依存性など爆
1 9 9
0年9月 5日受理
● 横浜国立大学工学部物質工学科
〒
240横浜市保土 ヶ谷区常盤台
156 TEL045‑3 3
5‑1451日神岡鉱業㈱
〒
506‑11岐各県書城郡神岡町大字鹿間
1‑1 TEL0578‑2‑5385' ' ●日本化薬㈱姫路工場
〒
679‑21姫路市皇京町包
有3903‑39 TEL0792‑64‑ユool轟特性を把握することが不可欠である。特に璃安の場 合には大丑に貯乱 輸送 される場合が多 く,スケール アップ時の爆轟挙動を的確に把握することが盛費{・ あ る。従来,硝安碑体の爆か こ関 しては.薬圧効果につ いての報告は少な くないが
9)‑121 .密閉強度の効果を 定丑的に述べたものはほとんど無い1 2 ) .
寿報では,肉揮及び薬理の典なる銅管中でのマイク F ,プ 1 )ル硝安の爆速を脚定 し,同一飲料が就験条件の 相違によって示す申開強度及び燕径の効果について粥 べ, これを もとに硝安の非理想爆曲率勅について検肘 を行 ったので報告する。
2.
K 料
本試験で用いた拭料は,前 報 1 3 1で報告 した
5租税 の硝安の内.試料
Eにあたるもので.一般に
ANFO用
に用 いられ る†イ クt 'プ l )ルであ る。拭科の物性を
Tablelに示す。
Table 1 PhysicalpropertiesoL used ammonium
n
itrateLoadingdensitylk
s
/A]
P
twity〔wt.%]Watercontent[wt.%]
NitrogencontentlWt.%]
P地 IedistribudonlWt.%]
<
350FLn 350‑ 600 600‑ 850 850‑ 1000> 1000
1
322213513361
莱 火 莱 エ
二
室
≦ ≡ FJ'g.1 Experimentalset‑upoEsteeltubetest 3.就敷方法
試験方法を
Fig.1に示す。一端を厚 さ
5血のポ リ カーポネ‑ ト樹脂板で密閉 した鉄管中に試料を装填 し.
その上に起爆薬である水中発破用
GX‑1ダイナマイ ト (こ い 'ゲル
55%.装填比重 :
1600kg
ln f,爆速 :
7.Ohm/
S
)を銅管の断面全体に薬長
50E E dにわた り装填する。
鉄管
IIJISG3445で定める
STKM13A相当のシ‑ムレ ス炭素鋼銅管で,内径は
50‑300E E D,肉厚は
5‑30mの中か ら選択 し,管長はいずれ も
1000皿である。
起爆薬 として用いた
GX‑1は起爆感度が充分に高 いので
6号電気雷管 1本で起爆 したが,薬径が
200皿以上の場合には試料硝安への平面爆轟波の入射を期待 して.専爆線
7本を用いた†ルチポイン ト起爆法を採 用 した。 マルチポイ ン ト起爆の際 の導爆線はお よそ
ECの方法に準拠 してお り 川 .断面の中心 と,中心か ら半径の2 / 3の円周上に中心 との角度が各々
600となる ように
6点選択 して木枠に孔をあけ,導爆線を
GX‑1
の中に
10m挿入 した後.ェポキシ樹脂で固定 した。
爆速は,起爆源とは反対跡
こ50E E D 間隔で鉄管に垂直 に挿入 した
4点の光 フアイJi一によ り抑走 した。光 7 ,イJ1‑ ( 三菱 レイヨン製エスカ
SH‑4001 )か らの 爆発光を光屯変換用 シ1 )コソフォトダイオー ド ( 浜松 ホ トニクス
襲Sl190)を組み込んだパルス発生回路を 介 して t .ラ l /・ }羊 ‑ / トレコーダ 〔 菊水電子工業製
COM‑7061A)に導 き,爆発光の到達時間差 とファイ メ‑設置同距離から爆速を井出 したL S ) .
4.
拭敬着果及び考察
試掛 王.鉄管の内径を一定
(100EEdn)とし,肉厚を 増加 させることにより密閉頚鹿の効果を見る一連の試
敦と .肉厚を一定
(10zn)として薬径の効果を見る試 鼓の
2通 りに大別 して行なった。
試験結果の一覧を
Table2に示す。前報同様,爆速 脚定 借 を V d.
,JCZ3状 態 万巻 式 を用 い た場 合 の
TIGERコー ドによる計井値を
Vd
.で表わ し,両者の
比である無次元爆速 ( 1
ro b .IV 血. )を爆曲の非理想性 を表わす指標 とした。表中,装填比重,爆速測定値及 び計井値は各々
10Jd d f
,0.05kn/ S,0. 01 h/ S 単位で表 示 した。
Fig.2
に,試負結果を示す。横軸は各 々鉄管の肉 厚
(a)及び薬径
(b),縦軸は燦速実測値である。先ず密閉 強度の効果については,内層の増加に伴い爆速値の上 昇が見 られ るが
,15mを越えたあた りから爆速の上昇 は軽やかにな り ,3. 3 0h/ S 前後に収束 している。 これ は,鉄管の肉厚がある程度以上になると密閉強度は充 分大 きくな り,管壁の変形や破壊に伴 って投入す る兼 帯波は反応帯に好守を及ぼ さな くな り.従って爆速個 は燕径のみに依存 し,その薬径における収束値を示す ようになるためであるl ) .適にいえく ま,密閉強度の効 果には限界があ り,ある程度薬径が大 きくなれば爆速 に及ぼす密閉効果は見 られな くな り.密閉強度は薬径 に比べ俺達への影響がな くなると考えられる。 このこ とは.無限大肉厚即ち発破作業における穿孔径の設計 や爆薬の選択に重要な知見であると考えられ る。但 し ここで,鉄管の音速は硝安の爆速 よりも早 く.ブース ターの起爆により生 じた衝撃波が硝安の爆轟鼓 よりも 先に鉄管中を伝播す ることによる鉄管の力学的特性に 及ぼす影響 と,それに基づ く爆轟波の伝播への影響に ついては,錦塑性破壊力学に基づ く解釈が必要である。
一方,薬径効果について札
Fig.2(b)に見られる ように.薬径の増加 とともに俺達の上昇がみられ 今 回の試鼓条件での最大薬径
299t E nでは
3.70bJ
sが得 ら れた。 これは無次元爆速で表わせば
0.95とな り,最大 肉厚時の
0.85を上回っている。 また,薬径が
2001 町以 上においてもわずかではあるが燥速の上昇がみられ, さらに薬径を大 きくすることにより,より高い爆速が 得られ ると推定 される。
Fig.3.4
に,肉厚 の遵数及び薬径の遭数に対 して
プt 'ッ トした無次元爆速を示す。両者がいずれ も燥速
と直線関係にあると仮定すると,それ らの的係は
K6gy6Kayaku,Voll52.No.5,1991 ‑337‑
Table 2 Detonadonvel∝itesofmicro‑prilIAN
也
V■HH
1iV也V
I.D. 0.D. Wau Tube Bcoster Loading V 血 .
t
hickness tength ' density
'
'(也 ) (皿 ) ((a) (也) (g) (kS/nt)
( h/
S)329277670000
84‑̀A︼AT89993333
858070拡2222
00008182幻幻
剛剛600帥
100 110 5
AT37700
489933
009922 2.d79055LL'77777770000000
4一14888899999993333333
8590t08000伽002232333
00000008383幻8484848
00000000oo00006666666
爪V0000000000O∧U0000000011IIl‑l 22229188811.078000000
朗88919‑949333333
000000222212333333
0000008t8t8282お出
榊oooooooo006666丘V6
000000000000oo00001l■l一■.●■■‑1 83828286別8000∧V00
8185舶舶94033333一「
51J'050LL)1I2332333333
7907908‑0810脚8
600600剛600帥6
帥伽Mooo㈹㈹1111I●l▲ 385Lh88880000
8585朗883333
00002■4‑333333
nV00000l18888
伽0000006666
00oooOoO0000 8139566一hV∧V000
18880U8893333
0LL'LL'LL'23432222
90̲0川47888
00005555111■ll 72747970757570000000
44.▲︼888899999993333333
5000nUlnV08918爪U002232333
0000000838383朗朗糾糾
600600600剛600帥伽
ooomooooooooo柳川1111Il一l 潤.800
9933
LL.)02433
002288
1000 1350
1000 1350
工業火薬
99 219 8888 1222 0000
00000000A︼一「.d「▲12222
000000000000 680288990000
811189993333
550′lU34563333
0爪V0555666333
000nU0nU000 000999000
558888333
550.4一一15333
299 319 別封朗a; oom脚00
ooooooooo㈹ 112599990000
99993333
5555伽73333
000022228888
'GX‑1Dynamitewa
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釈dtoinitiateAN'm eoTeticauypredictedyalt)ecakuhtedbytheTIGERcodewiththeJCZ3巴OS
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Ⅰ C
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JC Z 3
. 冒
/9‑
‑ 8 小 一
( b )
l l l
0 10 20 30 40 0 100 200 30
0 400 Vallthichess 【En]
C
hwBcdi姐Otbrlm】
Fig.2 DetonationvelocityoEmicro‑prillANasafunctioT10f(a)wallthich鰯 (chargediaJneteriS 100EEP) aJld(b)chargediameter(Wallthicknessisl
Ot E D).
TtLedottedlineindicatesthetheoreticallypredicated valuebytheTIGERcodewiththeJ
CZ3EOS.
Y, &
.WPL‑0.86 4‑
0・869(I/Ih) (I) (相関係数
T=0.847)
1 ㌔ノY
dI0.971‑9.72(lJR)(2) (相飼係故
′‑0.969) 但 し,Ih:鉄管の内厚 (昆),R:試
料の兼任 (tE) とIrり.無限大肉厚及び無限大薬径
を想定 した場合の 無次元爆速は各 々0.86.0.97と何ら
れ る。 この場合, 上述 したように肉厚 と爆速の関係は
ある一定個以上で は成立 しないの{・無限大内厚の計井
債はあま り意味が 無い。実軌 こ突放で用いた駄科の平均
的な裳頓比並IC ある830kg/Ftの ときのTIGERコー ド(
JCZ3状態式使 用)に よる計井値 :3.94hJBを考慮
す ると.実故値か ら求めた無限大爆速偽 と して
Y. 4 . ( 斡)
=3・83h/Sが 縛られた。蕪怪即ち非丘の相加に伴い
爆
轟特性が変化 し.爆速
の上昇がみ られ るとい うことか ら.爆発時の威力は小 規模試験か らのJP純なスケールアッ
プに よる予脚を上 回 り,条件次第{・11理想蛾轟に連す
る可能性が示唆 さ れた。 また逆に,(I).(2)式 より.任
意の暢達を持るた めの稚 条件の決定が可位 とlz:り.
爆発力の制御や有 効利用を回る場合の基確 データが拘
られた といえる。
硝安単体の爆速の重任効果に関す
る研究 と してll Paterson,Cbok.Winningの報告があるが
,)〜ll
)
.彼
らのデータか ら無限大熊径での蛾速を井出す ると各 々, 2.37h/S.3.18b/S.3.94h/8と柑 られ
る16).前二者 は低す ぎるように思われ るが.装填比
兎が820也相 前 後 の プ リル硝安 につ いて行 な ったWin
nirLgの値 は TIGERコー ドに よる値及び本釈放
に よる債 と良好な
‑丑を示 している。札 無限大薬怪
へ爆速を外挿 して 理想爆速 とす る場合の直線関係につい
てlt妖故条件に よって必ず しも適切ICない とい う報告 も
あるがLT),秦 実験の場合,封定訳益帝を考慮すれ
ば容盈 され るもの K6gy8 Kayaku.Vol・52.No・5‑199
1.0
1 ‑ l ー
>So.5
\
TS>・
0
‑ 増 ̲昌o
l l
0 0.05 0.1 0.15 0.2
0.25
1/Wallthickness ll
u‑1] Fig.3 EfLectofvariationofthewallthicknessof
t he detonation velocity ofmicro‑Frill
AN.
(chargediaJneteris100dn
)
考えて処理を
行 った。
繁者らは さきに,前報で示 した試料 D ( AN FO用 プ I )′ L)について本報 と同様の一題の銅管試負
を行なっ ているが
lZl
.その結果に よると.密閉強度,
薬径効果 ともに本報 と同様の餌向を示 しているが,無
限大内厚 における収束噸速値 として
3.OhJsを得ている
。 また.
内径
50E Z Z ) では不煤
,100皿 では
2.60h/Sであ るのに, 内径
300n では
3.95h/Sを得てお り,薬径効
果が 著し い 。 この ように.硝安の非理想爆曲挙動はそ
の試料の 形状や粒径.表面状態等の物理的田子に も大
きく左右 され 一般化することは容 易でない。起爆,
伝爆機構 の解明のためには物理的及び化学的因子につ
いて,特 に反応市内部に関する圧力,温度分布等の詳
細な検討 が必要で
あろ う。
叔後に,前報で示 した他の爆轟特性値計算 結果 と比 較 してみ る と.
DETONATE<V
co,(D3)<TIGER (JCZ3)<ⅩHT<TIGER(JIKW)
の ように
な った。
特に
TIGER(JCZ3)に よる値は本実験か ら 得 られ る 理想爆速値 と近い値を示 し,マイ クpプ リル
硝安に関 して良好な予測値を与えることがわか った。
爆薬の壌 轟特性値計井や爆轟波伝播挙動のシ ミIL ,‑シ
き. /に 紘.用いる状態方程式中の各唖定数.未反応
状態での サゴニオや反応速度定数等が不可欠であるが
.従来の 計井では
PETNやRDXとい った高性能爆薬
の爆速乗 謝位に適合するように定款が定め られている
ため,硝 安の ような非理想爆轟挙動の計井には必ず し
も適当で はなか った。 またそれらの定数は璃安の場合
にはいず れ も充分に得 られておらず.定丑的な把握を
困難に し ている。故に襲負債から求めた壌轟バラ}‑
タを利用 して計井に必葬な定数の決定を行 うことがで
きれば, より倍額性の高い計昇が可能になると思
5.
括 甘 われる。
1.0
【l
■ . . . .
■⊥;
㌔0.5
\
..亡
Ol>・
0 一 l
ら 8 ‑ ㌔
l l
0 0.01 0.02 0.03 0
.04 0.05 1/Ra
ditLS 【皿ー1】 FJrg.4 EfLectofyariationoEthecharge
diameteron thedetonationvelodtyofmicr
o‑FrillAN.
(cbrgediamete
rislOtEn)
硝安の非理想爆曲餌域におけ
る爆碑特性評価 として, 内原及び薬経の界なる唖 々の
銅管中で起爆 した†イク F 2プ l )ル硝安の爆速を耐定
し.以下の群項を持た。
[1
]爆速の増加については密閉亀鑑 よりも薬径の方 が効果的である。
[2]
鉄管の肉厚の増加に伴
い爆速は上昇す るが,一 定値を越えるともはや燦速
は上昇せず' 内径
100 mの鉄管{・ は
3.30h
/ S前後に収束 した。
【3
〕薬径の増加に伴い爆速は上
昇 し.内径
299亡 山こ おいて最高
3.70kn
/ Sを得た。
[4]
実験値の外挿によ り.
無限大燕径での爆速 とし て
3.83h/ Sを得た。 これは
Winming
の報告に よ る値の外挿値
3.94kn/
Sと良好な一致を得た。
[5]JCZ3
状恐式を用いた
TIGER
コー ド計井値はマ イ クF ]7'l )ル硝安 の爆速 に閑 し良好な予
測値 を与えた。
周知のように硝安の爆轟特
性はその物性に大 きく依 存す るため.ここで示 した債
は今回用いた拭料につい てのみ言えることである。 また
.硝安に限 らず' .推進 薬や他の爆発危険性物賓の爆
心特性評価のための方法 としては本報の ような系統
的な紬 を契施 し,その結 果を もとに保安対熊や取扱方
法,政見尋について換肘 する必要があ
ると考える。
謝 本研究の‑執 土 ( 辞 財)火薬
工業技術奨励金及び文部 省科学研究費補助金の助成に
よ り行ない ました。 ここ に記 して謝意を来 します。
文 献
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ShuJ'iSAITOH桝,NobuoYOSHmAH'
InordertoobtainabetterunderstaAdingofthenon‑idealdetonationbehaviourofam・
monium nitrate(AN),thedetonationvelocitiesofmicro‑prillANweremeasuredinsteel tubes
w i
th diLferentwallthicknessesaLndinnerdiaJneterS.Itwasfound
t hat
thetubediameterhasamudhhrgerinfluenceonthedetorLationveloci‑ tyt h
antheco血 ement.TheextrapolateddetonationvelocitytotheinLhitediameter (3.83kzJs)showsagoodagr改mentw i t h t h
atoEWinning'sdata(3.94kzBIs).aJlditalso coincidesw i t h
thecalculateddetonadonvel∝itypredictedbytheTIGERcodew i t
hthe JCZ3equationoEstate.(●DepartmentoESafetyEt)gineering,YokohamaNational University.
156,Tokiwadai.Hodogaya‑kn,Yokohama240,Japan
HMiningDivision.KamiokaMining皮SmeltiJ)gCo.Ltd.,1‑1,Oam Shikama,Ⅹamioka‑Cho,Yoshiki‑gun,Gifu 506‑11,Japan
H'HimeJ‑iFactory,NipponKayakuCo.Ltd.
3903‑39.Toyotomi.Himeji,Hyougo67
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‑21,Japan)‑SARI 工桑火薬