雷管延期體的藥劑和結(jié)構(gòu)對發(fā)火可靠性和延期精度的影響研究

趙鵬飛

(重慶順安爆破器材有限公司,重慶400711)

在毫秒級工業(yè)雷管延期元件的選擇中,目前較為常用的鉛芯有單芯、三芯、五芯3種制式結(jié)構(gòu)。在實際生產(chǎn)中,相關(guān)廠家根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗,針對不同品種的延期藥劑、不同的火焰感度和點火延滯期,采用不同結(jié)構(gòu)的鉛芯結(jié)構(gòu)具有一定的局限性。

從發(fā)火可靠性、延期精度方面著手,分別驗證硅系、硼系、鎢系延期藥的3種鉛芯結(jié)構(gòu)的發(fā)火可靠性和延期精度,以摸索在確?？煽堪l(fā)火的基礎(chǔ)上的延期精度的延期藥和延期鉛芯體結(jié)構(gòu)的最優(yōu)組合方案。

1 理論依據(jù)及試驗方案

1.1 理論依據(jù)

根據(jù)延期藥密閉燃燒理論,延期藥的燃速與壓力成正比關(guān)系,如式(1)所示。

式中:u為燃燒速度；A、B為與炸藥品種有關(guān)的常數(shù)；P為壓力。

假定延期藥的燃燒是穩(wěn)定的一維燃燒,并且燃燒符合平行層燃燒規(guī)律,根據(jù)式(1)可知,同一種延期藥,其A、B值為固定常數(shù),隨著延期藥燃燒的進行,將產(chǎn)生大量的氣體,導(dǎo)爆管雷管因與外界連通,產(chǎn)生的氣體不斷從導(dǎo)爆管中溢出,壓力降低；電雷管由于封口塞的作用,氣體無法外溢,壓力增加。在同樣的雷管裝填裝配條件下,采用鉛芯延期的延期雷管可以提供一個恒定的燃燒條件,確保壓力有規(guī)律地變化,因此,燃燒速度的變化規(guī)律和延期燃燒精度是可以掌握和控制的。

采用單芯鉛延期體,藥芯較粗,點火面積大,發(fā)火可靠性強,但是,產(chǎn)生氣體量大且易掉渣,延時精度下降。采用三芯或五芯延期體,藥芯較細,產(chǎn)生氣體量小、高溫?zé)崃亢透邷貧堅可?可保證較好的延期精度,但是,點火面積較小,發(fā)火可靠性較低。

1.2 確定試驗方案

選用硅系、硼系、鎢系延期藥的最高燃速和最低燃速的配比,用相同的鉛芯制造工藝制造同一鉛芯結(jié)構(gòu),分別制造單芯、三芯和五芯鉛芯,鉛芯長度和裝填裝配條件相同的情況下,分別裝配電雷管和導(dǎo)爆管雷管進行正交測試。

2 試驗數(shù)據(jù)結(jié)果及分析

2.1 藥劑和延期體結(jié)構(gòu)與發(fā)火可靠性研究

采用不同藥劑品種、不同燃速、不同鉛芯結(jié)構(gòu)、不同引火元件下的樣品做發(fā)火可靠性試驗,以確定在確保發(fā)火的情況下,不同的延期藥劑所能夠匹配的鉛芯結(jié)構(gòu)。

2.1.1 硅系延期藥的可靠發(fā)火結(jié)構(gòu)

采用燃速為5～22 ms/mm的硅系延期藥和不同的鉛芯結(jié)構(gòu),并分別采用電引火元件和導(dǎo)爆管,進行發(fā)火可靠性試驗,數(shù)據(jù)見表1、表2。

表1 采用單、三、五芯延期結(jié)構(gòu)電雷管發(fā)火可靠性統(tǒng)計

表2 采用單、三、五芯延期結(jié)構(gòu)導(dǎo)爆管雷管發(fā)火可靠性統(tǒng)計

由表1、表2可知,對于硅系延期藥,不論采用何種鉛芯結(jié)構(gòu)及點火方式,均可正常發(fā)火。因此,在延期鉛芯的結(jié)構(gòu)選擇上,就不需要考慮點火可靠性的問題,采用單芯、三芯、五芯均可。

2.1.2 硼系延期藥的可靠發(fā)火結(jié)構(gòu)

采用燃速為12～35 ms/mm的硼系延期藥和不同的鉛芯結(jié)構(gòu),并分別采用電引火元件和導(dǎo)爆管,進行發(fā)火可靠性試驗,數(shù)據(jù)見表3、表4。

由表3、表4可知,對于硼系延期藥,采用電引火元件引燃,不論采用何種鉛芯結(jié)構(gòu),均可正常發(fā)火；采用導(dǎo)爆管引燃,單芯、三芯均可正常發(fā)火,但是五芯就有瞎火的可能性。因此,在延期鉛芯的結(jié)構(gòu)選擇上,若采用電引火元件,就不需要考慮點火可靠性的問題,采用單芯、三芯、五芯均可；若采用導(dǎo)爆管,則只能在單芯和三芯中選擇。

2.1.3 鎢系延期藥的可靠發(fā)火結(jié)構(gòu)

采用燃速為20～115 ms/mm的鎢系延期藥和不同的鉛芯結(jié)構(gòu),并分別采用電引火元件和導(dǎo)爆管,進行發(fā)火可靠性試驗,數(shù)據(jù)見表5、表6。

表5 采用單、三、五芯延期結(jié)構(gòu)電雷管發(fā)火可靠性統(tǒng)計

表6 采用單、三、五芯延期結(jié)構(gòu)導(dǎo)爆管雷管發(fā)火可靠性統(tǒng)計表

由表5、表6可知,對于鎢系延期藥,采用電引火元件引燃,不論采用何種鉛芯結(jié)構(gòu),均可正常發(fā)火；采用導(dǎo)爆管引燃,單芯、三芯均可正常發(fā)火,但是五芯就有瞎火的可能性。因此,在延期鉛芯的結(jié)構(gòu)選擇上,若采用電引火元件,就不需要考慮點火可靠性的問題,采用單、三、五芯均可；若采用導(dǎo)爆管雷管,則只能在單芯中選擇。不同延期藥劑、不同引火方式鉛芯結(jié)構(gòu)的選擇匯總見表7。

表7 不同延期藥劑、不同引火方式鉛芯結(jié)構(gòu)選擇

由表7可知,同樣條件下,硅系、硼系、鎢系3種延期藥,在裝配成為密閉燃燒的電雷管時發(fā)火可靠性為100%,裝配為導(dǎo)爆管雷管時,硅系延期藥發(fā)火最為可靠,其他2種藥劑在可燃劑含量較低時均出現(xiàn)“瞎火”現(xiàn)象。因而對于硼系和鎢系延期藥這種相對“鈍感”的藥劑,需要既確保點火能力又要兼顧獲取長延期時間,只能采取裝藥量較集中、發(fā)火沖能面積大的三芯、單芯結(jié)構(gòu)或者“定容法”的內(nèi)管裝藥結(jié)構(gòu)。

2.2 延期精度的影響因素研究

采用不同藥劑品種、不同燃速、不同鉛芯結(jié)構(gòu)、不同引火元件下的樣品做延期精度試驗,在確保發(fā)火的情況下,研究不同的延期藥劑最佳延期精度所匹配的鉛芯結(jié)構(gòu)。

2.2.1 硅系延期藥的延期精度研究

采用燃速為5～22 ms/mm的硅系延期藥和不同的鉛芯結(jié)構(gòu),分別采用電引火元件和導(dǎo)爆管,進行發(fā)火可靠性試驗,數(shù)據(jù)見表8、表9。

表8 采用單、三、五芯延期結(jié)構(gòu)電雷管延期精度

由表8、表9可知,對于硅系延期藥,采用單芯、三芯、五芯均能可靠發(fā)火,但當(dāng)采用五芯延期結(jié)構(gòu)時,不論采用什么引火方式,其延期精度均最好。

表9 采用單、三、五芯延期結(jié)構(gòu)導(dǎo)爆管雷管延期精度

2.2.2 硼系延期藥的延期精度研究

采用燃速12～35 ms/mm的硼系延期藥和不同的鉛芯結(jié)構(gòu),并分別采用電引火元件和導(dǎo)爆管,進行發(fā)火可靠性試驗,數(shù)據(jù)見表10、表11。

表10 采用單、三、五芯延期結(jié)構(gòu)電雷管延期精度

表11 采用單、三、五芯延期結(jié)構(gòu)導(dǎo)爆管雷管延期精度

由表10、表11可知,對于硼系延期藥,采用電引火元件引燃,不論采用何種鉛芯結(jié)構(gòu),均可正常發(fā)火,采用五芯結(jié)構(gòu)的延期精度最好；采用導(dǎo)爆管引燃,五芯結(jié)構(gòu)有瞎火的可能性,因此,不予考慮。在單芯、三芯中,采用三芯結(jié)構(gòu)的延期精度最好。

2.2.3 鎢系延期藥的延期精度研究

采用燃速為20～115 ms/mm的鎢系延期藥和不同的鉛芯結(jié)構(gòu),并分別采用電引火元件和導(dǎo)爆管,進行發(fā)火可靠性試驗,數(shù)據(jù)見表12、表13。

表12 低燃速采用單、三、五芯延期結(jié)構(gòu)電雷管延期精度表

表13 低燃速采用單、三、五芯延期結(jié)構(gòu)導(dǎo)爆管雷管延期精度表

由表12、表13可知,對于鎢系延期藥,采用電引火元件引燃,不論采用何種鉛芯結(jié)構(gòu),均可正常發(fā)火,采用五芯結(jié)構(gòu)的延期精度最好；采用導(dǎo)爆管引燃,因三芯、五芯有瞎火的可能性,因此,不予考慮,只能采取單芯結(jié)構(gòu)。確保發(fā)火時,不同延期藥劑、不同引火方式精度最好鉛芯結(jié)構(gòu)的選擇匯總見表14。

表14 確保發(fā)火時,精度最好鉛芯結(jié)構(gòu)選擇

由表14可知,同樣條件下,硅系、硼系、鎢系3種延期藥,在采用電引火元件引燃時,都可以可靠發(fā)火,而使用五芯結(jié)構(gòu)時延期精度最好,因此,在生產(chǎn)時,可以根據(jù)延期時間的要求,采用五芯結(jié)構(gòu)。而采用導(dǎo)爆管引燃時,硅系3種結(jié)構(gòu)都可以可靠發(fā)火,可采用精度最好的五芯結(jié)構(gòu)；硼系在單芯、三芯情況下可靠發(fā)火,可采用精度最好的三芯結(jié)構(gòu)；鎢系只能在單芯情況下可靠發(fā)火,只能選擇單芯結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)論

1)在延期精度上,五芯結(jié)構(gòu)優(yōu)于三芯結(jié)構(gòu),三芯結(jié)構(gòu)優(yōu)于單芯結(jié)構(gòu)。

2)在保證可靠發(fā)火的情況下,采用電引火元件引燃,硅系、硼系、鎢系3種延期藥均可拉成五芯結(jié)構(gòu)以確保精度較好。

3)若采用導(dǎo)爆管引燃,硅系延期藥在3種鉛芯結(jié)構(gòu)下均發(fā)火可靠,以五芯結(jié)構(gòu)的延期精度最高；硼系延期藥因拉制五芯結(jié)構(gòu)存在瞎火現(xiàn)象,單芯精度較差,宜拉制成三芯結(jié)構(gòu)；鎢系延期藥拉制成五芯和三芯結(jié)構(gòu)時存在瞎火現(xiàn)象,故宜拉制成單芯結(jié)構(gòu)。