影響導(dǎo)爆管雷管延時(shí)精度的因素分析

陳 劍，解立峰

（1. 神斧集團(tuán)向紅機(jī)械化工有限責(zé)任公司，湖南 岳陽(yáng)，414100；2. 南京理工大學(xué)化工學(xué)院，江蘇 南京，210094）

導(dǎo)爆管雷管是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一種起爆器材，與電雷管相比具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用安全等優(yōu)點(diǎn)，已得到廣泛應(yīng)用[1]。長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)導(dǎo)爆管雷管的發(fā)火、傳爆機(jī)理做了大量的研究，在影響雷管秒量因素方面也做了一定的探究，但由于導(dǎo)爆管性能及雷管生產(chǎn)工藝不盡相同，這方面的研究尚缺乏一致性。延時(shí)精度問(wèn)題是雷管技術(shù)的關(guān)鍵，延時(shí)精度的高低直接影響到爆破的效果。隨著微差爆破的發(fā)展，爆破中對(duì)雷管延時(shí)精度的要求也越來(lái)越高。雷管延時(shí)精度的影響因素較多，如藥劑種類選擇，原材料的純度、粒度，延期體結(jié)構(gòu)以及制造工藝，雷管的裝配條件，溫濕度等。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)導(dǎo)爆管雷管的秒量影響因素進(jìn)行分析，以獲取影響秒量精度的規(guī)律。

1 非電延期雷管的秒量精度分析

非電延期雷管的發(fā)火序列為：導(dǎo)爆管起爆、傳爆→導(dǎo)爆管出口發(fā)火→點(diǎn)燃延期藥→延期藥燃燒→起爆藥爆炸→炸藥爆轟。根據(jù)發(fā)火序列，延期時(shí)間是這幾個(gè)程序的延期時(shí)間的總和。如果對(duì)多發(fā)雷管進(jìn)行測(cè)試，就會(huì)得出一個(gè)最大值tmax和一個(gè)最小值tmin，兩者之差就是秒量精度Δt（極差）：

根據(jù)以上分析可知，這5個(gè)程序的延期時(shí)間會(huì)對(duì)秒量精度△t產(chǎn)生影響，即可通過(guò)控制這些程序的延期時(shí)間提高秒量精度。對(duì)于各程序的延期時(shí)間，有以下說(shuō)明：（1）影響導(dǎo)爆管發(fā)火及傳爆時(shí)間的因素有導(dǎo)爆管的長(zhǎng)度、內(nèi)徑、導(dǎo)爆藥的均勻性，其延期時(shí)間一般情況下在幾毫秒以內(nèi)。（2）導(dǎo)爆管出口發(fā)火引燃延期藥的時(shí)間通?？梢院雎浴＃?）影響延期藥燃燒時(shí)間的因素有藥劑的種類以及配方、延期藥藥量、原材料粒度等因素，還與消爆空間大小、封口性能及導(dǎo)爆管長(zhǎng)度有著密切的關(guān)系。（4）延期藥引燃起爆藥的延期時(shí)間也常被忽略。（5）起爆藥引起炸藥爆轟的時(shí)間是微秒級(jí)，一般情況下不計(jì)。

綜上所述，影響導(dǎo)爆管雷管延時(shí)精度的因素主要是導(dǎo)爆管發(fā)火及傳爆時(shí)間和延期藥燃燒時(shí)間兩大因素。下面針對(duì)這兩大因素進(jìn)行分析討論。

2 秒量及精度影響因素的測(cè)試

2.1 藥劑種類的選擇

國(guó)內(nèi)常用的延期藥有硅系、鈦系、鎢系、硼系等[2]。實(shí)驗(yàn)證明，不同種類的延期藥的延期精度差別很大，如表1所示。

表1 不同種類延期藥延時(shí)精度對(duì)比Tab.1 Delay precision comparison of different category of delay composition

由表 1數(shù)據(jù)可知，硅系延期藥延期時(shí)間范圍較寬，精度高；鈦系延期藥延期時(shí)間較短，精度較高，適合做低段延期藥；鎢系延期時(shí)間比較長(zhǎng)，火焰感度低，精度適中，適合高段延期藥；硼系延期藥延期時(shí)間適中，精度較差。

2.2 延期藥粒度對(duì)燃速的影響

以鎢系延期藥為試驗(yàn)對(duì)象，研究粒度對(duì)于其延期精度的影響。稱取300mg鎢系延期藥劑，在205MPa的壓力下壓制成延期管。延期管裝藥孔直徑為 Φ3.5 mm。延期管發(fā)火測(cè)時(shí)采用 BD-2型爆破器材綜合測(cè)時(shí)儀進(jìn)行記錄，用電離靶進(jìn)行測(cè)時(shí)。試驗(yàn)批各配裝20發(fā)產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 鎢粉粒度對(duì)燃速的影響Tab.2 Influence of particle size of W powder on combustion rate

由表2可知，鎢粉粒度對(duì)延期藥燃燒速度影響很大，顆粒越小，接觸面越大，反應(yīng)也越完全[3-4]。按照延期藥燃速適中（1.0～2.0mm/s）的要求，可知只有C、D批滿足要求。但D批相比C批延期精度明顯較差。綜合上述，只有C批藥劑燃速與精度均較理想。通過(guò)試驗(yàn)得出，隨著鎢粉粒度減少，藥劑燃速增加，延期精度明顯提高[5]。

2.3 不同配比對(duì)延期精度的影響

以鎢系延期藥為例，考查延期藥配比對(duì)其延期精度的影響。鎢系延期藥由鎢粉、鉻酸鋇、高氯酸鉀為主要成分，外加部分硅藻土、粘合劑等成分[5]。鎢粉是可燃劑，在鎢系延期藥中也是緩燃劑，主要作用是供氧和調(diào)節(jié)燃速；高氯酸鉀、鉻酸鋇是氧化劑，也是反應(yīng)促進(jìn)劑；硅藻土是惰性物質(zhì)，它本身不參與燃燒過(guò)程，而是沖淡反應(yīng)物的濃度，并吸收熱量，降低燃速；粘合劑的作用是為了藥劑造粒，增加藥劑的流散性，利于裝藥，同時(shí)鈍化藥劑。為了使試驗(yàn)具有典型性，選取零氧平衡的配方。根據(jù)總的反應(yīng)方程式：

可以得到3種組分的質(zhì)量比：

美軍標(biāo)推薦[6]，藥劑中KClO4的含量應(yīng)保持相對(duì)比例不變，最好在10%左右。因此，固定KClO4的含量，以零氧平衡配比為基礎(chǔ)，通過(guò)改變鎢粉和BaCrO4的比例，測(cè)出鎢粉與BaCrO4在不同配比時(shí)的延期時(shí)間，從而得出鎢粉、BaCrO4的含量對(duì)燃速的影響。選取粒度為5.8～6.2μm的鎢粉，測(cè)試不同鎢粉含量時(shí)的延期時(shí)間。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 W-BaCrO4的配比對(duì)延期精度的影響Tab.3 Influence of delay composition ratio on delay precision

由表3可見(jiàn)，隨著延期藥中鎢粉含量的增加，燃燒速度不斷加快，延期藥精度也不斷提高。但按照對(duì)燃燒速度的要求，只有鎢粉含量不大于36%的延期藥能夠滿足要求，而且3號(hào)延期藥精度最高，故當(dāng)延期藥中鎢粉含量在36%左右時(shí)，延期藥具有較理想的燃速和延期精度。

2.4 延期體結(jié)構(gòu)及制造工藝的影響

延期體是確保延期時(shí)間及其精度的關(guān)鍵部件，其制造工藝的關(guān)鍵是藥芯密度的大小和密度的均勻一致性?，F(xiàn)用內(nèi)徑為Φ3.40mm的鋁延期管裝配鎢系3號(hào)延期藥，在相同藥量（320mg）、不同壓力下，得到不同的藥芯密度。表4是用同一批鎢系延期藥在不同壓力下樣品的試驗(yàn)結(jié)果。每個(gè)樣品裝配20發(fā)。

表4 藥芯密度對(duì)延期精度的影響Tab.4 Influence of composition density on delay precision

由表4可見(jiàn)，壓力的變化會(huì)造成延期時(shí)間的明顯變化。在一定范圍內(nèi)，隨著壓力的增大，藥芯密度隨之增大，其燃速也隨之增加，延時(shí)精度也提高。但當(dāng)密度超過(guò)一定范圍內(nèi)時(shí)，其燃速隨著密度的增大而減小，同時(shí)延時(shí)精度也隨之減小。試驗(yàn)證明，當(dāng)壓力在294MPa時(shí)，藥芯密度適中，藥劑均勻，不掉藥，延時(shí)精度也較高。而在壓力大于等于392MPa時(shí)，藥芯掉藥，嚴(yán)重影響延時(shí)精度。當(dāng)壓力大于等于490MPa時(shí)，藥芯不但掉藥，而且出現(xiàn)雷管瞎火現(xiàn)象。因此，藥芯密度對(duì)雷管的延時(shí)精度和發(fā)火都是尤為重要的一個(gè)因素。

2.5 雷管裝配條件的影響

導(dǎo)爆管雷管裝配過(guò)程中影響延期時(shí)間及其精度的因素主要來(lái)自導(dǎo)爆管和中印、封口。這3項(xiàng)因素中，導(dǎo)爆管對(duì)延時(shí)精度的影響尤為重要。導(dǎo)爆管一旦穿孔，就會(huì)因泄壓造成延期時(shí)間大幅度地上升，嚴(yán)重影響延時(shí)精度。因此控制導(dǎo)爆管藥芯藥量，使藥芯在導(dǎo)爆管內(nèi)壁均勻附著、無(wú)積累、無(wú)浮藥，從而保證導(dǎo)爆管勻速傳爆、無(wú)穿孔，是除延期體之外的又一個(gè)保證延時(shí)精度的重要因素。此外，中印直徑尺寸的一致性對(duì)延期藥燃燒時(shí)間有較大的影響，中印直徑過(guò)大易產(chǎn)生速爆，過(guò)緊易造成延期藥燃燒中斷，從而產(chǎn)生拒爆。再者，封口直徑對(duì)延時(shí)也有影響。由于導(dǎo)爆管起爆和延期藥燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生氣體，雖然導(dǎo)爆管與外管相通，其氣室壓力還會(huì)存在，當(dāng)封口過(guò)緊時(shí)，氣室壓力會(huì)適當(dāng)增加，造成延期藥燃速提高，延期藥燃燒時(shí)間、引爆起爆藥的延遲時(shí)間減少，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)爆管傳爆中斷；相反，當(dāng)封口過(guò)松時(shí)，延期藥燃燒時(shí)間、引爆起爆藥延遲時(shí)間會(huì)相應(yīng)增長(zhǎng)，總的延期時(shí)間隨之增長(zhǎng)，嚴(yán)重的可能產(chǎn)生脫塞，導(dǎo)致拒爆。

另外，在裝配時(shí)如不能保證延期體兩個(gè)切面都平整，將延期體的平面一端全部朝上裝入雷管中，對(duì)提高延時(shí)精度也有一定的作用。

2.6 消爆距離和消爆空間的影響

消爆距離和消爆空間的設(shè)計(jì)都是為了使沖擊波得到有效衰減，減少其對(duì)延期藥發(fā)火的影響，使沖擊波火焰和高溫殘?jiān)Ｗ幼饔玫玫接行ヅ?。消爆空間通常采用直管和錐體兩種，它們所需的消爆距離是不同的。兩種消爆空間和不同消爆距離的測(cè)試情況如表5所示。

表5 不同消爆距離的測(cè)試結(jié)果Tab.5 Delay time results of different detonation elimination distance

由表5可見(jiàn)，隨著直管消爆距離的增加，秒量也相應(yīng)增加，但秒量精度以消爆距離20mm最好，而錐體消爆空間比直管要好?？梢哉J(rèn)為，消爆空間和消爆距離決定了導(dǎo)爆管的點(diǎn)火能力，點(diǎn)火能力強(qiáng)弱的變化使點(diǎn)燃延期藥的時(shí)間也相應(yīng)改變，也影響了雷管的整體延期時(shí)間。

2.7 導(dǎo)爆管長(zhǎng)度的影響

對(duì)于導(dǎo)爆管雷管，通常忽略了導(dǎo)爆管長(zhǎng)度的影響，在導(dǎo)爆管較短（5m以下）時(shí)可以認(rèn)為其與大氣直接相通，延期藥自然燃燒，但當(dāng)較長(zhǎng)（10m以上）時(shí)，由于導(dǎo)爆管內(nèi)延期藥燃燒氣體的存在，產(chǎn)生氣體壓力，此時(shí)應(yīng)視為半密閉空間，特別是氣體量較大的延期藥更是如此。表6是不同長(zhǎng)度導(dǎo)爆管對(duì)延時(shí)精度的影響。

表6 不同長(zhǎng)度導(dǎo)爆管對(duì)秒量的影響Tab.6 Influence of different length of nonel on delay time

2.8 貯存溫度的影響

貯存試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，雷管的延期時(shí)間會(huì)隨季節(jié)的變化而產(chǎn)生波動(dòng)性變化。從貯存試驗(yàn)結(jié)果可以推論：溫季定尺生產(chǎn)的雷管到寒季使用，延期時(shí)間會(huì)增長(zhǎng)；反之，寒季定尺生產(chǎn)的雷管到了溫季使用，延期時(shí)間會(huì)縮短。盡管這種季節(jié)性變化對(duì)普通的秒、半秒雷管的延期時(shí)間及精度的影響不是很大，但是對(duì)低段的毫秒雷管來(lái)說(shuō)卻是不可忽略的。因此，在使用低段的毫秒雷管時(shí)，盡量將同批或同季節(jié)生產(chǎn)的雷管配段使用，會(huì)使延時(shí)精度更高，爆破效果更好。

3 結(jié)論

本文根據(jù)導(dǎo)爆管和非電延期雷管的發(fā)火機(jī)理，通過(guò)對(duì)導(dǎo)爆管雷管延期精度的試驗(yàn)研究，探討了延期藥的藥劑種類、延期藥粒度、延期藥配比、延期體結(jié)構(gòu)和制造工藝、雷管裝配技術(shù)條件、消爆距離和消爆空間、導(dǎo)爆管長(zhǎng)度等因素對(duì)導(dǎo)爆管雷管延時(shí)精度的影響規(guī)律，研究結(jié)果表明：（1）不同種類、段別的雷管可以根據(jù)要求選擇不同的延期藥；（2）在生產(chǎn)中控制好延期藥粒度，對(duì)藥劑燃速、延時(shí)精度尤為重要；（3）不同配比的延期藥其延期時(shí)間、延時(shí)精度也不同；（4）在一定范圍內(nèi)，隨著延期體藥芯密度逐漸增大，其燃速也增大，延時(shí)精度也隨之提高；（5）雷管裝配條件的影響主要來(lái)自導(dǎo)爆管和中印、封口的影響；（6）隨著直管消爆距離的增加，秒量也相應(yīng)增加，而錐體消爆空間比直管要好；（7）當(dāng)導(dǎo)爆管長(zhǎng)度大于10m時(shí)，其對(duì)延時(shí)精度的影響不可忽視；（8）溫度對(duì)低段雷管延時(shí)精度的影響不容忽視。

[1]劉自鐋,蔣榮光.工業(yè)火工品[M].北京:兵器工業(yè)出版社,2003.

[2]吳幼成,宋敬埔. 延期藥技術(shù)綜述[J].爆破器材,2000，29(2):23-39.

[3]李慧琴,成一,姜顯光.濕法壓藥對(duì)B/BaCrO4延期藥延期精度的影響[J].含能材料,2006,14(1):42-44.

[4]胡坤倫,馬紅衛(wèi),李光.B/BaCrO4延期藥在導(dǎo)爆管雷管中的應(yīng)用研究[J].火工品,2009(6):14-16.

[5]李向宇,韓體飛,邸云信. W/BaCrO4延期藥延期性能的實(shí)驗(yàn)研究[J].煤礦爆破,2011,93(2):19-20.

[6]雷鈁琴,易勇,付志斌.鎢系延期藥的實(shí)驗(yàn)研究[J].爆破器材,2011, 40(2):25 -27.

[7]艾魯群.國(guó)外火工手冊(cè)[M].北京:國(guó)家機(jī)械工業(yè)委員會(huì)兵器標(biāo)準(zhǔn)化研究所出版, 1998.