鉛芯延期體式雷管延期精度影響因素研究

馬志鋼，劉媛媛，馬 勇，王 瑾，林懷榮，朱曉艷

（1. 安徽理工大學(xué)，安徽 淮南，232001；2. 安徽雷鳴舜泰化工有限公司，安徽 淮南，232001）

自20世紀(jì)70年代以來，我國雷管生產(chǎn)廠逐漸淘汰了在大內(nèi)管里直接裝壓延期藥的結(jié)構(gòu)，而改用鉛芯延期體，因?yàn)殂U芯拉拔工藝簡單、鉛芯內(nèi)延期藥密度高且均勻，其在燃燒時具有較為一致的壓力和溫度環(huán)境，所以延期藥燃燒線速度穩(wěn)定、延期精度高。目前，與同樣采用鉛芯延期體的國外先進(jìn)技術(shù)相比，我國雷管延期精度較差。按照我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的毫秒第1系列中，1～5段誤差在25%～15%，而國外先進(jìn)技術(shù)可達(dá) 2%[1]，差距明顯。本文通過分析鉛芯延期體式雷管延期精度的影響因素，提出了改進(jìn)方法。

1 鉛芯延期精度影響因素分析

影響鉛芯延期體式雷管延期精度的因素很多，大致有以下幾點(diǎn)[2]：

（1）鉛芯上端面的氣室大小。藥頭或?qū)П茳c(diǎn)火端距鉛芯距離遠(yuǎn)近決定氣室大小。按照延期藥燃燒理論[3]，氣室短，靠近鉛芯點(diǎn)火端的延期藥燃燒壓力大，燃燒速度快；氣室長，燃燒壓力小，燃燒速度慢。

（2）點(diǎn)火方式?，F(xiàn)在雷管常見點(diǎn)火方式有藥頭式和導(dǎo)爆管式。導(dǎo)爆管藥量小，且燃燒氣體會沿著導(dǎo)爆管孔流失，點(diǎn)火壓力小。而藥頭藥量大，氣室密閉性好，所以點(diǎn)火能力強(qiáng)。有必要研究對比這兩種點(diǎn)火方式對延期秒量和精度影響的差別程度。

（3）卡中腰。為降低成本，不再將鉛芯壓入大內(nèi)管，而直接將鉛芯壓入雷管殼，為了固定鉛芯，在雷管殼鉛芯部位卡印?？ㄓ∈广U芯變細(xì)，所卡部位藥芯受壓，藥芯直徑變小，密度增高。由于不同雷管之間卡印深度不均勻，對藥芯的影響程度也就不同，因此，有必要研究卡中腰對延期秒量和精度的影響。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)裝置

本研究將點(diǎn)火藥頭和導(dǎo)爆管與鉛芯裝配在雷管殼內(nèi)，通過調(diào)整藥頭底部距鉛芯上端面距離，和插導(dǎo)爆管的橡膠塞底面距鉛芯上端面距離，來調(diào)節(jié)氣室大小。點(diǎn)火藥頭用發(fā)爆器引燃，導(dǎo)爆管用電極引爆。高速攝影儀以1 000幀/s的速度拍攝鉛芯噴火情況，藥頭或?qū)П茳c(diǎn)燃至鉛芯開始噴火之間的時間為鉛芯延期時間。實(shí)驗(yàn)時，先測量每發(fā)鉛芯的長度，再用平頭圓棍將鉛芯裝配在管殼內(nèi)，因?yàn)槔坠芄軞ぽ斎攵酥睆铰源笥谳敵龆酥睆?，而鉛芯直徑又與雷管殼內(nèi)中部直徑相近，所以裝配到一定位置后，鉛芯可以在雷管殼中被固定。此后，在鉛芯位置卡中腰，也可以不卡。導(dǎo)爆管引燃鉛芯的實(shí)驗(yàn)裝置見圖1。

圖1 導(dǎo)爆管引燃鉛芯實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 The experimental apparatus of cup-type lead igniting delay element

從高速攝影儀所拍照片上，可以看見導(dǎo)爆管爆炸時發(fā)出的光亮，此時為起爆時刻。鉛芯剛開始噴火的時刻為延期結(jié)束時刻。這段時間可以通過此間的照片張數(shù)計(jì)算，從而得到鉛芯延期時間。

當(dāng)用藥頭點(diǎn)燃鉛芯時，在藥頭腳線上并聯(lián)一個電極，將此電極插入導(dǎo)爆管，接通發(fā)爆器時，引火藥頭和導(dǎo)爆管將同時被點(diǎn)燃，以導(dǎo)爆管的閃光為點(diǎn)燃鉛芯的時刻，實(shí)驗(yàn)裝置見圖2。

圖2 點(diǎn)火藥頭引燃鉛芯實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.2 The experimental apparatus of match head igniting lead delay element

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分布及回歸直線見圖3～9，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖側(cè)，其中n為實(shí)驗(yàn)次數(shù)；L為鉛芯長度；t為延期時間；r為鉛芯長度與延期秒量之間的相關(guān)系數(shù)。

2.2.1 藥頭式點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)結(jié)果

藥頭式點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖 3～4，延期體為三芯 4段毫秒鉛芯延期體，卡中腰。

2.2.2 導(dǎo)爆管式點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)結(jié)果

導(dǎo)爆管式點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5～9，圖5～7中延期體為三芯4段鉛芯，圖8～9中延期體為三芯3段鉛芯。

圖3 藥頭距鉛芯端面2mm的實(shí)驗(yàn)及其數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig.3 Experimental results and data statistics for 2mm distance from match head to end of lead delay element condition

圖4 藥頭距鉛芯端面7mm的實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig.4 Experimental results and data statistics for 7mm distance from match head to end of lead delay element condition

圖5 橡膠塞端面距鉛芯表面2～3mm、卡中腰的實(shí)驗(yàn)及其數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig.5 Experimental results and data statistics for 2～3mm distance from rubber plug to end of lead delay element and middle package chucking condition

圖6 橡膠塞端面距鉛芯表面2～3mm、不卡中腰的實(shí)驗(yàn)及其數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig.6 Experimental results and data statistics for 2～3mm distance from rubber plug to end of lead delay element and no middle package chucking condition

圖7 橡膠塞端面距鉛芯7mm、不卡中腰的實(shí)驗(yàn)及其數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig.7 Experimental results and data statistics for 7mm distance from rubber plug to end of lead delay element and no middle package chucking condition

圖8 橡膠塞端面距鉛芯表面7mm、卡中腰的實(shí)驗(yàn)及其數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig.8 Experimental results and data statistics for 7mm distance from rubber plug to end of lead delay element and middle package chucking condition

圖9 橡膠塞端面距鉛芯12mm、卡中腰的實(shí)驗(yàn)及其數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig.9 Experimental results and data statistics for 12mm distance from rubber plug to end of lead delay element and middle package chucking condition

鉛芯長度與延期秒量之間的相關(guān)性通過相關(guān)系數(shù)大小判斷，相關(guān)系數(shù)r通過式（1）計(jì)算[4]：

式（1）中：r小于等于0.3為不相關(guān)，在0.3～0.5之間為弱相關(guān)，在0.5～0.8之間為顯著相關(guān)，在0.8～1.0之間為高度相關(guān)。

3 結(jié)果分析

3.1 氣室大小對延期秒量長短的影響

3.1.1 藥頭式

對比圖3～4，兩者都是藥頭式、卡中腰、4段鉛芯，前者藥頭距鉛芯距離為2mm，后者為7mm。前者t平均=65ms，s1=4.47，n1=7；后者t平均=68.9ms，s2=2.80，n2=14。α=0.01，df=19，t12=2.466，t0.01=2.86，t12

3.1.2 導(dǎo)爆管式

對比圖8～9，兩者都是導(dǎo)爆管式、卡中腰、3段鉛芯。前者導(dǎo)爆管橡膠塞端面距鉛芯為 7mm，后者為12mm。前者t平均=40.3ms，s6=4.32，n6=21；后者t平均=41.2ms，s7=5.80，n7=21。s67=5.112，t67=0.577，α=0.01，df=40，t0.01=2.70，t67

對比圖6～7，都是導(dǎo)爆管式、不卡中腰、4段鉛芯。前者導(dǎo)爆管橡膠塞端面距鉛芯距離為2～3mm，后者為7mm。前者t平均=73.6ms，s4=2.31，n4=20；后者t平均=72.8ms，s5=2.59，n5=20。延期秒量長短幾乎相同。s42=5.336 1，s52=6.708 1，s452=6.030，s45=2.456，t45=1.030，α=0.01，df=38，t0.01=2.71，t45

以上對比表明，同樣點(diǎn)火方式下，當(dāng)氣室在較小范圍內(nèi)變化時，鉛芯延期秒量長短無明顯變化。

3.2 氣室大小對延期秒量精度的影響

對比圖3～4可見，同是藥頭式、卡中腰、4段鉛芯，前者藥頭距鉛芯2mm，后者7mm。前者t平均=65ms，d1=12ms，s1=4.47；后者t平均=68.9ms，d2=9ms，s2=2.80。前者的極差和標(biāo)準(zhǔn)離差明顯大于后者，這表明對藥頭式而言，氣室小秒量精度差。

對比圖6～7可見，都是不卡中腰、導(dǎo)爆管式、4段鉛芯，前者橡膠塞距鉛芯2～3mm，后者7mm。前者t平均=73.6ms，d4=8ms，s4=2.31；后者t平均=72.8ms，d5=9ms，s5=2.59。兩者不僅延期時間長短沒有顯著差別，極差和標(biāo)準(zhǔn)離差也相差不大。這表明對導(dǎo)爆管式毫秒延期雷管而言，當(dāng)氣室在2～7mm之間變化時，延期秒量精度沒有明顯變化。

對比圖8～9可見，均是導(dǎo)爆管式、卡中腰、3段鉛芯，前者橡膠塞距鉛芯 7mm，后者 12mm。前者t平均=40.3ms，d6=17ms，s6=4.32；后者t平均=41.2ms，d7=19ms，s7=5.80。兩者的平均延期時間、極差和標(biāo)準(zhǔn)離差相差不大。所以，對于氣室燃燒壓力較小的導(dǎo)爆管式而言，當(dāng)氣室長度在7mm以上時，氣室的壓力本已很小，氣室容積發(fā)生較小變化時，不會對鉛芯延期精度造成明顯影響。因此，對于藥頭式，當(dāng)氣室在2～7mm之間變化時，延期精度會隨著氣室變小而變差。對于導(dǎo)爆管式，當(dāng)氣室在2～7mm和7～12 mm之間變化時，延期精度無明顯變化。

3.3 點(diǎn)火方式對延期秒量長短的影響

對比圖3和圖5可見，都是4段鉛芯，氣室長度均為2mm左右，前者為藥頭式，后者為導(dǎo)爆管式。前者t平均=65ms，d1=12ms，n1=7，s1=4.47；后者t平均=88.4ms，d3=22ms，n3=20，s3=4.85。s132=22.673，s13=4.762，t13=11.213，查t分布表，α=0.01、df=25時，t0.01=2.79，t13>t0.01，兩者秒量長短存在顯著性差異，即藥頭式秒量明顯短于導(dǎo)爆管式。這可能是因?yàn)閷?dǎo)爆管單位長度裝藥量只有14mg/m，而藥頭質(zhì)量30mg，再加上導(dǎo)爆管在引爆后，噴口處高壓氣體產(chǎn)物會從導(dǎo)爆管內(nèi)孔向外排出，壓力迅速下降；而藥頭在燃燒時，因?yàn)樗幜看螅紵a(chǎn)物難以迅速排放，燃燒壓力高，所以能較長時間維持氣室處的燃燒壓力。壓力高，則鉛芯內(nèi)的延期藥燃燒迅速，壓力低則延期藥燃燒速度變慢，所以藥頭式延期秒量短，導(dǎo)爆管式延期秒量長。

3.4 卡中腰對延期秒量長短的影響

圖5～6均為導(dǎo)爆管式、4段鉛芯，氣室長度均為2～3mm，前者卡中腰，后者不卡中腰。前者t平均=88.4ms，d3=22ms，n3=20，s3=4.85；后者t平均=73.6ms，d4=8ms，n4=20，s4=2.31；s32=23.522 5，s42=5.336 1，s342=14.429 3，s34=3.799，t34=12.403，α=0.01，df=38，t0.01=2.71，t34>t0.01，所以兩者延期秒量差別顯著，即卡中腰會使延期秒量變長。這是因?yàn)?，卡中腰會使鉛芯的藥芯變細(xì)，加大此處延期藥密度，使燃燒氣體難以前竄，加熱未燃延期藥更慢，所以燃燒速度變慢，鉛芯延期時間長。

3.5 鉛芯切長誤差對秒量長短的影響

分析圖3～9可見，當(dāng)鉛芯長度在8～9mm、長度極差在0.40～0.96mm之內(nèi)變化時，延期秒量與鉛芯長度之間有5組無相關(guān)性，兩組呈弱相關(guān)。即在大多數(shù)情況下，在鉛芯不長、切長變化不大時，延期時間并不隨鉛芯長度增加而延長。這表明當(dāng)鉛芯長度變化不大時，影響鉛芯延期時間的主要因素不是鉛芯長度，而是別的一些因素。這些因素可能是延期藥的粒度一致性、延期藥混合均勻性或延期藥密度一致性等。這些因素可能與原材料加工、鉛芯拉拔工藝和拉拔過程控制有關(guān)。

4 結(jié)論

（1）在同樣點(diǎn)火方式下，當(dāng)氣室在較小范圍內(nèi)變化時，鉛芯延期秒量不會發(fā)生無明顯變化；（2）對于藥頭式點(diǎn)火，當(dāng)氣室在2～7mm之間變化時，延期精度會隨著氣室變小而變低。對于導(dǎo)爆管式點(diǎn)火，當(dāng)氣室在2～7mm和7～12mm之間變化時，延期精度無明顯變化；（3）藥頭點(diǎn)火時，鉛芯延期秒量明顯短于導(dǎo)爆管點(diǎn)火的延期秒量；（4）卡中腰會明顯延長鉛芯延期時間；（5）在目前工廠鉛芯切長誤差水平下，切長精度不是導(dǎo)致鉛芯延期精度差的主要原因。

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