起爆索的概念及其特性?

朱順官卜令濤李 燕張 琳鄒 濤南京理工大學(xué)化工學(xué)院(江蘇南京，210094)山東天寶化工股份有限公司(山東平邑，273300)

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起爆索的概念及其特性
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朱順官①卜令濤②李 燕①張 琳①鄒 濤①
①南京理工大學(xué)化工學(xué)院(江蘇南京，210094)
②山東天寶化工股份有限公司(山東平邑，273300)

[摘 要]本文采用了新的導(dǎo)爆索芯藥，得到了一種具有起爆特性的索，稱之為起爆索。它能夠被常規(guī)的電點(diǎn)火頭、非電導(dǎo)爆管或延期體點(diǎn)火，并很快形成爆轟輸出，對(duì)工業(yè)炸藥實(shí)現(xiàn)引爆，因而具備工程雷管的功能。經(jīng)過對(duì)起爆索爆速、殉爆距離、點(diǎn)火感度、起爆能力、軸向威力等的測(cè)定，反映出爆速與芯藥線密度有關(guān)，其殉爆距離是普通導(dǎo)爆索的4倍多，對(duì)常規(guī)的電、非電導(dǎo)爆管和延期體點(diǎn)火方式則有較好的感度響應(yīng)，爆速接近5 000 m/s時(shí)能夠?qū)Ψ蹱钫ㄋ?、乳化炸藥或水膠炸藥實(shí)施引爆，而起爆索的軸向威力只達(dá)到2 mm厚鉛板炸孔的合格水平。

[關(guān)鍵詞]導(dǎo)爆索；制索工藝；SY共晶；起爆

[分類號(hào)] TJ45＋7；TD235.2＋2

引言

雷管的應(yīng)用已有150年的歷史了，為人類社會(huì)的基礎(chǔ)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，作出了巨大的貢獻(xiàn)。就雷管的組成單元來看，從未發(fā)生過本質(zhì)性的變化，技術(shù)的進(jìn)步主要體現(xiàn)在起爆藥的推陳出新和新型機(jī)電技術(shù)的運(yùn)用[1-4]。當(dāng)然，煙火藥劑驅(qū)動(dòng)沖擊片的起爆方式[5]，成功地實(shí)現(xiàn)了工程雷管的可靠起爆，算得上是一項(xiàng)卓越的技術(shù)成果。從總體上來分析，雷管的生產(chǎn)可謂是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。每發(fā)雷管所包含的技術(shù)環(huán)節(jié)很多，質(zhì)量控制要求也非常高，只有這樣才能充分保證使用過程的可靠性與安全性。

鑒于雷管的結(jié)構(gòu)和制造特點(diǎn)，力求尋找技術(shù)上的突破，使得這兩方面趨于簡(jiǎn)單，更適合于安全化生產(chǎn)，同時(shí)擴(kuò)大成本可降低的空間，力爭(zhēng)達(dá)到多方面的收益。以此目的而設(shè)計(jì)的技術(shù)途徑有:單一裝藥雷管、無殼雷管或起爆索。原理上它們都是可行的，也具備了技術(shù)基礎(chǔ)，本文將著重介紹起爆索技術(shù)。它是以專利藥劑SY[6]為芯藥主體成分，經(jīng)過混制處理和粒度控制，采用導(dǎo)爆索制造設(shè)備及工藝，拉制出一定線密度、爆速穩(wěn)定、易于點(diǎn)火的起爆索，截取一段后可組裝成電點(diǎn)火頭、非電導(dǎo)爆管或延期體點(diǎn)火組件并形成爆轟輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)炸藥的起爆，由此而具有工程雷管的功能，顯現(xiàn)出多方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

2 試驗(yàn)內(nèi)容

2.1 起爆索的拉制

起爆索的拉制完全沿用了成熟的塑料導(dǎo)爆索(線密度為11.0 g/m)制索工藝，分為制索和擠塑兩步法，具有2根芯線，制索速度為5 m/min，擠塑速度為30 m/min。

起爆索芯藥的制備包含了合成、篩分和混合3大步驟。通過粒度控制，得到了3種線密度的起爆索，分別為9.6、10.5 g/m和11.2 g/m。圖1為30目成品芯藥的外觀圖。

芯藥的爆炸性能見表1。

2.2 起爆索的主要性能

首先是測(cè)試起爆索的點(diǎn)火性能，包括電點(diǎn)火頭、非電導(dǎo)爆管和延期體點(diǎn)火的可靠性，每種點(diǎn)火方式進(jìn)行60發(fā)試驗(yàn)，起爆索切長(zhǎng)分別為4、5 cm和6 cm，各20發(fā)；通過鋁管殼進(jìn)行收口組裝，起爆索插入管體內(nèi)的深度均控制在2.0 cm，裝配示意圖如圖2。

其次，控制點(diǎn)火元件與起爆索端面間隙。觀察5、10、20 mm和30 mm 4種間隙時(shí)的發(fā)火情況；用電離靶線法測(cè)試3種線密度起爆索的爆速。

最后，測(cè)試了9.6 g/m起爆索的側(cè)向殉爆距離以及軸向威力。殉爆試驗(yàn)中，主發(fā)起爆索的長(zhǎng)度為95 mm，被發(fā)起爆索的長(zhǎng)度為60 mm，主發(fā)起爆索用管殼、橡膠塞與導(dǎo)爆管收口連接，再將它們用502膠固定在2 mm厚鉛皮上，間隔一定的距離，相互平行，且底端對(duì)齊，直至被發(fā)起爆索不能爆轟，即得到最大殉爆距離，布設(shè)示意圖如圖3所示。

表1 起爆索芯藥基本爆炸性能Tab.1 Basic explosion performance of the core charge

軸向威力就是考核鉛板的炸孔情況，起爆索長(zhǎng)度定為50 mm，收入管體內(nèi)的長(zhǎng)度為20 mm，輸出端直立于不同厚度的鉛板上，爆炸后測(cè)凹坑深度或孔徑大小。

2.3 起爆索的初步應(yīng)用試驗(yàn)

考察了起爆索對(duì)普通導(dǎo)爆索、乳化炸藥或粉狀工業(yè)炸藥以及鈍化黑索今炸藥柱的起爆情況。

對(duì)于普通導(dǎo)爆索的起爆試驗(yàn)，先將普通太安導(dǎo)爆索固定切長(zhǎng)(40 mm)，起爆索的長(zhǎng)度由大到小改變。將導(dǎo)爆索和起爆索兩種索通過一個(gè)30 mm長(zhǎng)的鋁管殼對(duì)接或直接在60mm長(zhǎng)的通孔管殼內(nèi)對(duì)接，并收口，以2 mm厚鉛皮進(jìn)行爆炸結(jié)果鑒證，試驗(yàn)的示意圖和爆炸效果圖見圖4。

利用學(xué)?，F(xiàn)有的試驗(yàn)條件，對(duì)一種煤礦許用型乳化炸藥(藥卷直徑27 mm，爆速4 500 m/s)和一種2＃巖石粉狀乳化炸藥(藥卷直徑32 mm，爆速5 500 m/s)進(jìn)行了不同長(zhǎng)度起爆索的引爆試驗(yàn)。后續(xù)試驗(yàn)是在浙江物產(chǎn)長(zhǎng)鵬化工實(shí)業(yè)有限公司進(jìn)行的，公司特制了2種爆速的乳化炸藥藥卷，又在鋼管內(nèi)裝填360 g銨油炸藥和50 g乳化炸藥，分別用50 mm切長(zhǎng)、線密度為10.5 g/m和11.2 g/m起爆索直向插入藥卷內(nèi)進(jìn)行起爆，起爆索點(diǎn)火方式為導(dǎo)爆管瞬發(fā)點(diǎn)火。

為測(cè)試起爆索對(duì)鈍化黑索今猛炸藥的起爆能力，選定藥量為500 mg，壓制了一個(gè)直徑為6.0 mm、高度為10.5 mm的藥柱，密度為1.685 g/cm3，壓藥壓力50 MPa，起爆索直接與藥柱端面接觸，用膠帶纏牢，置于鉛板上起爆。

3 結(jié)果與分析

3.1 點(diǎn)火可靠性

對(duì)于常規(guī)的點(diǎn)火方式，如非電導(dǎo)爆管、硅-鉛丹點(diǎn)火頭和鎢系秒級(jí)延期體(延期時(shí)間3.2～3.8 s)，全部試驗(yàn)樣品計(jì)180發(fā)，都正常起爆，鉛板上都形成很深的炸痕。

試驗(yàn)中還分別截取了40、30、15 mm和10 mm的起爆索(線密度為10.5 g/m)，用于起爆工業(yè)導(dǎo)爆索，從鉛皮上的炸痕來看(圖4)，一旦被起爆就能達(dá)到穩(wěn)定爆轟，而小尺度下會(huì)發(fā)生半爆，試驗(yàn)結(jié)果列于表2中。

表2 起爆普通導(dǎo)爆索的試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Results of initiating tests to the detonating core

基于表2的結(jié)果，應(yīng)該認(rèn)為在15 mm長(zhǎng)度的起爆索激發(fā)下，普通導(dǎo)爆索能夠?qū)崿F(xiàn)快速爆轟，這無疑也是一種新穎的起爆方式，不但適用于起爆導(dǎo)爆索，也有可能兩者組合后，用來起爆工業(yè)炸藥。

表3是3種點(diǎn)火方式在與起爆索留有一定間隙下的點(diǎn)火感度，相應(yīng)條件下試驗(yàn)5發(fā)。

可以看出，起爆索對(duì)導(dǎo)爆管和電點(diǎn)火頭的作用能有很好的感度響應(yīng)，而對(duì)延期體輸出能，由于采用的是大內(nèi)管反扣結(jié)構(gòu)，不利于輸出能對(duì)起爆索端面發(fā)揮點(diǎn)火效能，故在稍大間隙下難以點(diǎn)著，但5 mm的間隙裕度，已能確保使用中的高可靠性要求。

3.2 爆速

實(shí)際測(cè)得的爆速列于表4。

表4 3種線密度起爆索的實(shí)測(cè)爆速Tab.4 Measured detonation velocity of initiating cores with 3 linear densities

顯然，隨著線密度的增大，爆速也是增大的，但還沒有達(dá)到期望的5 500 m/s以上，只有達(dá)到了這樣高的爆速，才有足夠的軸向和徑向輸出威力，以保證可靠地起爆各類工業(yè)炸藥，甚至是起爆猛炸藥。這需要進(jìn)一步在芯藥粒度級(jí)配和約束強(qiáng)度上做必要的優(yōu)化改進(jìn)。

3.3 殉爆距離

起爆索側(cè)向的殉爆距離數(shù)據(jù)見表5。

表5 殉爆試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.5 Results of sympathetic detonation test

由表5數(shù)據(jù)看出，對(duì)于起爆索來說，安全的殉爆距離為14 cm，相同條件下普通太安導(dǎo)爆索測(cè)到的值為3.0 cm，兩者比率超過4倍多。試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，在被發(fā)索未爆炸的距離或稍大的一定距離上，存在著被發(fā)索起爆端部的一個(gè)起爆深度(鉛皮上有明顯凹坑)，長(zhǎng)度在15 mm左右，應(yīng)該說，這個(gè)長(zhǎng)度內(nèi)，炸藥發(fā)生了燃燒向爆轟的轉(zhuǎn)變過程，但因受到激發(fā)能不足所限，沒有成長(zhǎng)為爆轟。

3.4 軸向威力

取線密度為10.5 g/m的起爆索，切長(zhǎng)50 mm，組合成非電導(dǎo)爆管瞬發(fā)系統(tǒng)，進(jìn)行鉛板威力試驗(yàn)。結(jié)果只在2 mm厚鉛板上炸孔達(dá)到?5.0 mm，而在3 mm厚鉛板上只有深1.5 mm的炸坑。說明芯藥密度還是小，且不帶聚能穴，軸向輸出威力無法達(dá)到雷管的水平，但整體的爆炸威力并不小，故具備起爆工業(yè)炸藥的能力，對(duì)威力的考核有待下一步的鉛壔試驗(yàn)來比對(duì)測(cè)試。

3.5 起爆工業(yè)炸藥

起爆工業(yè)炸藥的試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)于表6中。

表6 起爆索對(duì)工業(yè)炸藥的起爆情況Tab.6 Initiation percentage for initiating core to industrial explosives

從表6數(shù)據(jù)可以看出，起爆索對(duì)炸藥的引爆，存在著兩者爆速的匹配關(guān)系，起爆索爆速高于炸藥，起爆索40 mm長(zhǎng)度就能夠引爆炸藥；而前者低于后者超過1 500m/s，就難以起爆；在爆速差1 000 m/s以內(nèi)時(shí)，可以增加起爆索長(zhǎng)度來實(shí)施對(duì)炸藥的引爆。從實(shí)用角度出發(fā)，增大起爆索爆速，以確保小的長(zhǎng)度上就能可靠引爆炸藥，將具有更大的實(shí)用價(jià)值。

后續(xù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)爆速4 800 m/s的乳化炸藥，10.5 m/g的起爆索，6次試驗(yàn)都正常爆炸；爆速5 200 m/s的乳化炸藥和銨油＋50 g乳化藥裝藥，分別進(jìn)行3次和2次試驗(yàn)，用11.2 g/m的起爆索，也全部正常爆炸。

起爆索裝入乳化炸藥后的炮頭，放置24 h和48 h后起爆，也都正常爆炸。

至此，初步的考核試驗(yàn)證明了起爆索具有對(duì)工業(yè)炸藥的起爆能力。

3.6 起爆炸藥柱

3種線密度的起爆索，切長(zhǎng)50 mm，點(diǎn)火方式為非電導(dǎo)爆管瞬發(fā)點(diǎn)火，對(duì)鈍化黑索今藥柱進(jìn)行軸向起爆，結(jié)果均為半爆；改為側(cè)向起爆模式，同樣也是半爆。說明低爆速下，不能實(shí)現(xiàn)爆速匹配，而無法起爆猛炸藥，需要提高起爆索爆速，且藥柱帶孔或增強(qiáng)組合時(shí)的約束，這才有可能實(shí)現(xiàn)炸藥柱的可靠起爆。

4 結(jié)論

通過對(duì)起爆索性能的初步測(cè)試和分析，已經(jīng)顯現(xiàn)出可以認(rèn)可的特性，如易于點(diǎn)火、小尺度下達(dá)到爆轟輸出、有效起爆工業(yè)炸藥等。在其制索工藝優(yōu)化完善后，起爆索性能能夠達(dá)到更高的水平，完全能夠由單一起爆索或與導(dǎo)爆索組合而取代基礎(chǔ)雷管，從而大大簡(jiǎn)化民用起爆器材的制造流程，具備成本上的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具有與微電子延期技術(shù)相結(jié)合，形成新型高安全、高精度起爆技術(shù)的潛在能力，藉此而加快民爆行業(yè)的發(fā)展。

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Concept and Performance of the Initiating Cord

ZHU Shunguan①，BU Lingtao②，LI Yan①，ZHANG Lin①，ZOU Tao①
①School of Chemical Engineering，Nanjing University of Science＆Technology (Jiangsu Nanjing，210094)
②Shandong Tianbao Chemical Co.，Ltd.(Shandong Pingyi，273300)

[ABSTRACT]With the usage of a new formula as the charge for detonating cord，the formed cords will obtain initiating ability which is named as initiating cord.It can be ignited by the output energy like conventional fusehead，shock tube or delay element，and then transfer to detonation immediately.A segment of initiating cord possesses the function of blasting caps.Detonation velocity，sympathetic detonation distance，igniting sensitivity，initiating ability and axial power of explosives were measured.It is found that the detonation velocity is correlated to linear densities of the core charge，and the sympathetic detonation distance of explosives is more than four times of that initiated by conventional initiating cord.It has a better induction of loudness to the ignition of nonel and delay element.When the detonation velocity is near 5 000 m/s，it can initiate the powdery explosive，emulsion explosive and slurry explosive.As the testing result of axial output，the initiating cord only perforates the 2 mm thick lead plate.

[KEY WORDS]detonating cords；technique for cord production；SY cocrystal；initiation

作者簡(jiǎn)介:朱順官(1962～)，男，研究員，博導(dǎo)，主要從事火工藥劑技術(shù)研究。E-mail:zhusg@ mail.njust.edu.cn

收稿日期:?2015-08-25

doi:10.3969/j.issn.1001-8352.2016.02.005