鉛丹-硅系延期藥延期時(shí)間的實(shí)驗(yàn)研究

劉立軍

（河北六○七化工有限公司，河北邯鄲056201）

隨著工程爆破的發(fā)展，雷管在工程爆破中得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)雷管的延期精度根據(jù)不同的工程爆破要求也應(yīng)作出相應(yīng)改變。例如在煤礦井下就必須選用毫秒延期電雷管進(jìn)行爆破[1]。當(dāng)起爆多個(gè)裝藥時(shí)，不同段別的延期時(shí)間分段順序起爆，產(chǎn)生的疊加現(xiàn)象使得巖石相互碰撞而變得更加粉碎，同時(shí)爆炸產(chǎn)生的地震效應(yīng)也會(huì)因多次爆炸震波的相互干擾而削弱。

近年來，延期藥應(yīng)用技術(shù)在工程爆破領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展，雖然該技術(shù)在控制延期時(shí)間的精度方面不如電子精確，但由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、成本低廉且延期時(shí)間范圍廣（毫秒～100秒）、可靠性強(qiáng)而廣泛應(yīng)用于工程爆破實(shí)踐。S.S.AL-Kazraji等[2]研究了硅系延期藥在配方或粒度不同時(shí)反應(yīng)熱和反應(yīng)速度的變化，其中毫秒延期藥及其延期雷管在工程爆破技術(shù)中得到了應(yīng)用。延期精度的提高需要研究延期藥的燃燒機(jī)理以及對(duì)各類延期藥性能的改進(jìn)[3]。顏事龍等[4]研究了鉛丹-硅系延期藥在常溫密閉存儲(chǔ)將會(huì)發(fā)生自身氧化還原反應(yīng)及其反應(yīng)機(jī)理。韓體飛[5]利用高速攝像技術(shù)記錄了延期藥在燃燒傳播時(shí)的動(dòng)態(tài)特性，并且計(jì)算了藥柱在不同壓藥強(qiáng)度下的傳播速度。孫玉玲等[6]采用高速攝影技術(shù)研究了延期藥燃燒的瞬時(shí)速度和平均速度。

鉛丹-硅系延期藥作為一種快速毫秒級(jí)延期藥，由于具有硅來源廣、燃燒熱值相對(duì)于鐵較好、粉碎方便、燃速快、可供調(diào)節(jié)的延期時(shí)間范圍廣、延期精度高等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛運(yùn)用。其中硅系毫秒延期藥可以分為兩種：一種是不含添加劑的基礎(chǔ)延期藥，另一種是在延期藥中加入添加劑（主要是加速或減緩延期藥燃速的調(diào)速劑、加強(qiáng)物理化學(xué)安定性的安定劑、降低摩擦等機(jī)械感度效應(yīng)的鈍感劑和延期效應(yīng)的調(diào)節(jié)劑等）。韓國(guó)[7]采用AM-1和AM-3作為延期藥的緩燃劑，測(cè)定了延期藥的性能變化。廖凱峰[8]分析了DDNP敏化劑對(duì)鉛丹硅系引火藥頭性能的影響，提出了DDNP的質(zhì)量要求。袁和平等[9]為研究點(diǎn)火方式對(duì)民用雷管延期元件延期時(shí)間的影響，采用高速攝影觀察延期體發(fā)火狀態(tài)，得出在引火藥頭點(diǎn)火方式時(shí)，鉛延期體延期時(shí)間更短的結(jié)論。張彥等[10]在研究點(diǎn)火方式對(duì)延期時(shí)間的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)同種配方在等差增加的切長(zhǎng)時(shí)，電點(diǎn)火延期時(shí)間會(huì)逐漸降低。聶祥進(jìn)等[11]通過改變雷管的卡腰尺寸與位置，研究壓藥對(duì)雷管延期時(shí)間的影響，得出卡腰尺寸越大，燃燒速度越快，延期時(shí)間越短，精度越高的結(jié)論。陳磊等[12]研究延期體芯數(shù)對(duì)延期時(shí)間精度的影響，具體研究了三芯和五芯延期體的噴火過程。

本文設(shè)計(jì)Pb3O4/Si系延期藥延期時(shí)間的測(cè)試方法、藥柱結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)工藝、延期藥劑配方以及儲(chǔ)存時(shí)間與延期時(shí)間的關(guān)系。通過鉛丹-硅系延期藥的配方、延期結(jié)構(gòu)、制作工藝等因素對(duì)延期時(shí)間的影響做了實(shí)驗(yàn)研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

延期藥為硅系延期藥，氧化劑為鉛丹Pb3O4，純度98%，過80目篩，手工造粒20目；可燃劑硅粉，純度為99.9%；AM-1和BM-3型緩燃劑；混合劑為無水乙醇。

1.2 延期藥配方

將原料按照河北六○七化工廠的延期藥配方，以表1質(zhì)量比進(jìn)行稱量標(biāo)注批號(hào)。

表1 鉛丹-硅系延期藥配方質(zhì)量比

1.3 制備延期體

目前工業(yè)雷管所用的鉛延期體根據(jù)拉拔形成中粗、單芯、三芯、五芯鉛延期體等型號(hào)，具有延時(shí)精度高、安全、成本低、制作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。本文研究中粗、三芯、五芯鉛延期體對(duì)延期時(shí)間的影響。

由于毫秒段別時(shí)間短，所以延期體的切長(zhǎng)會(huì)比較小，本文將對(duì)改變延期體切長(zhǎng)大小來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)切長(zhǎng)范圍在6 mm～14.5 mm之間，研究了延期體切長(zhǎng)對(duì)延期時(shí)間的影響。

本文對(duì)延期體的中腰卡印類型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，類型分為單印與雙印卡腰。卡腰對(duì)延期體延期精度的影響主要在于改變延期藥的密度。本實(shí)驗(yàn)主要研究單印卡腰與雙印卡腰的區(qū)別，其尺寸均為5.9 mm。

為了研究點(diǎn)火方式對(duì)延期元件延期時(shí)間的影響，本文試驗(yàn)的鉛延期體點(diǎn)火方式分為普通導(dǎo)爆管點(diǎn)燃和電引火藥頭點(diǎn)燃兩種方式。導(dǎo)爆管雷管特點(diǎn)是安全性較強(qiáng)，具有抗靜電能力以及抗雜散電流的能力。

DDNP作為鉛丹硅系引火藥的敏化劑，該敏化劑的含量與發(fā)火電流密切相關(guān)。DDNP應(yīng)多次漂洗以降低酸性，溶液酸性越弱，氣體產(chǎn)生越少，操作性越強(qiáng)。

毫秒延期藥由于延期時(shí)間短，延期藥經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存后，延期藥或延期體受潮，引起延期時(shí)間不準(zhǔn)。

將表1中各配方裝配成延期藥制成的延期體按要求裝配成導(dǎo)爆管雷管與電起爆雷管，按實(shí)驗(yàn)要求分為18組，每組測(cè)試20發(fā)，用BC-1B型多功能爆速儀測(cè)定秒量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 鉛丹-硅系延期藥燃燒反應(yīng)機(jī)理

通過不同配比的Pb3O4/Si的反應(yīng)機(jī)理的分析認(rèn)為，在反應(yīng)的初始階段主要是氧化劑Pb3O4中的氧在硅的表面與硅充分發(fā)生反應(yīng)，該反應(yīng)的發(fā)生隨著硅的表面積的增加而增加，但由于氧的含量有限，繼而生成SiO2包裹在硅的表面。

當(dāng)溫度達(dá)到480℃時(shí)，Pb3O4分解反應(yīng)開始發(fā)生，反應(yīng)式如下：

表2 延期體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

其中固-固反應(yīng)、固-氣反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。

2.2 延期時(shí)間的測(cè)量結(jié)果

根據(jù)BC-1B型多功能爆速儀測(cè)定秒量得出延期時(shí)間制成表2。

2.3 結(jié)果分析

由表2測(cè)試結(jié)果可知：

（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)序號(hào)1與2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以三芯與五芯作為拉拔的鉛丹硅系列延期藥延期時(shí)間，五芯鉛丹延期體的延期時(shí)間略高于三芯鉛延期體。

（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)序號(hào)3、4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，隨著雷管切長(zhǎng)的變化，延期時(shí)間也會(huì)有不同程度的改變。在批號(hào)650的兩組實(shí)驗(yàn)中切長(zhǎng)在10 mm～10.5 mm的延期時(shí)間明顯高于8 mm～8.5 mm切長(zhǎng)的延期時(shí)間。后面序號(hào)為9、12，13、14與17、18實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了這一結(jié)論。

（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)序號(hào)3、5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，單印卡中腰對(duì)比于雙印卡中腰，單印卡中腰在延期時(shí)間上較長(zhǎng)。

（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)7、8實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)可知，二硝基重氮酚（代號(hào)DDNP）在延期藥中起到敏化作用，所以含有DDNP的延期體延期時(shí)間較短。

（5）實(shí)驗(yàn)還設(shè)計(jì)了將批號(hào)為801延期藥存放三個(gè)月后測(cè)試延期時(shí)間，延期時(shí)間將隨存放時(shí)間的延長(zhǎng)而增長(zhǎng)。

（6）根據(jù)實(shí)驗(yàn)延期藥配方的不同，Si的添加量增多，延期時(shí)間將會(huì)小范圍增長(zhǎng)，添加劑的增多也會(huì)增長(zhǎng)一定延期時(shí)間。

3 結(jié)論

本文充分運(yùn)用對(duì)比性實(shí)驗(yàn)，研究了不同芯數(shù)、不同切長(zhǎng)、卡中腰的單雙、DDNP的使用、儲(chǔ)存時(shí)間、延期藥配方對(duì)延期時(shí)間的影響。在相同條件下，采用三芯拉拔的延期體時(shí)間較短；延期體切長(zhǎng)越長(zhǎng)，延期時(shí)間越長(zhǎng)；采用單印卡中腰相對(duì)于雙印卡中腰延期時(shí)間越長(zhǎng)；敏化劑（DDNP）會(huì)使延期藥的延期時(shí)間縮短；延期藥會(huì)隨存放時(shí)間的增長(zhǎng)，延期時(shí)間將增長(zhǎng)；延期藥配方中硅的含量減小，延期時(shí)間將減少；添加劑增多，延期時(shí)間也會(huì)增長(zhǎng)。