影响导爆管雷管延时精度的因素分析

陈 剑，解立峰

（1. 神斧集团向红机械化工有限责任公司，湖南 岳阳，414100；2. 南京理工大学化工学院，江苏 南京，210094）

导爆管雷管是20世纪70年代发展起来的一种起爆器材，与电雷管相比具有生产工艺简单，生产、运输、使用安全等优点，已得到广泛应用[1]。长期以来，人们对导爆管雷管的发火、传爆机理做了大量的研究，在影响雷管秒量因素方面也做了一定的探究，但由于导爆管性能及雷管生产工艺不尽相同，这方面的研究尚缺乏一致性。延时精度问题是雷管技术的关键，延时精度的高低直接影响到爆破的效果。随着微差爆破的发展，爆破中对雷管延时精度的要求也越来越高。雷管延时精度的影响因素较多，如药剂种类选择，原材料的纯度、粒度，延期体结构以及制造工艺，雷管的装配条件，温湿度等。本文结合生产实际，对导爆管雷管的秒量影响因素进行分析，以获取影响秒量精度的规律。

1 非电延期雷管的秒量精度分析

非电延期雷管的发火序列为：导爆管起爆、传爆→导爆管出口发火→点燃延期药→延期药燃烧→起爆药爆炸→炸药爆轰。根据发火序列，延期时间是这几个程序的延期时间的总和。如果对多发雷管进行测试，就会得出一个最大值tmax和一个最小值tmin，两者之差就是秒量精度Δt（极差）：

根据以上分析可知，这5个程序的延期时间会对秒量精度△t产生影响，即可通过控制这些程序的延期时间提高秒量精度。对于各程序的延期时间，有以下说明：（1）影响导爆管发火及传爆时间的因素有导爆管的长度、内径、导爆药的均匀性，其延期时间一般情况下在几毫秒以内。（2）导爆管出口发火引燃延期药的时间通常可以忽略。（3）影响延期药燃烧时间的因素有药剂的种类以及配方、延期药药量、原材料粒度等因素，还与消爆空间大小、封口性能及导爆管长度有着密切的关系。（4）延期药引燃起爆药的延期时间也常被忽略。（5）起爆药引起炸药爆轰的时间是微秒级，一般情况下不计。

综上所述，影响导爆管雷管延时精度的因素主要是导爆管发火及传爆时间和延期药燃烧时间两大因素。下面针对这两大因素进行分析讨论。

2 秒量及精度影响因素的测试

2.1 药剂种类的选择

国内常用的延期药有硅系、钛系、钨系、硼系等[2]。实验证明，不同种类的延期药的延期精度差别很大，如表1所示。

表1 不同种类延期药延时精度对比Tab.1 Delay precision comparison of different category of delay composition

由表 1数据可知，硅系延期药延期时间范围较宽，精度高；钛系延期药延期时间较短，精度较高，适合做低段延期药；钨系延期时间比较长，火焰感度低，精度适中，适合高段延期药；硼系延期药延期时间适中，精度较差。

2.2 延期药粒度对燃速的影响

以钨系延期药为试验对象，研究粒度对于其延期精度的影响。称取300mg钨系延期药剂，在205MPa的压力下压制成延期管。延期管装药孔直径为 Φ3.5 mm。延期管发火测时采用 BD-2型爆破器材综合测时仪进行记录，用电离靶进行测时。试验批各配装20发产品进行试验，试验结果如表2所示。

表2 钨粉粒度对燃速的影响Tab.2 Influence of particle size of W powder on combustion rate

由表2可知，钨粉粒度对延期药燃烧速度影响很大，颗粒越小，接触面越大，反应也越完全[3-4]。按照延期药燃速适中（1.0～2.0mm/s）的要求，可知只有C、D批满足要求。但D批相比C批延期精度明显较差。综合上述，只有C批药剂燃速与精度均较理想。通过试验得出，随着钨粉粒度减少，药剂燃速增加，延期精度明显提高[5]。

2.3 不同配比对延期精度的影响

以钨系延期药为例，考查延期药配比对其延期精度的影响。钨系延期药由钨粉、铬酸钡、高氯酸钾为主要成分，外加部分硅藻土、粘合剂等成分[5]。钨粉是可燃剂，在钨系延期药中也是缓燃剂，主要作用是供氧和调节燃速；高氯酸钾、铬酸钡是氧化剂，也是反应促进剂；硅藻土是惰性物质，它本身不参与燃烧过程，而是冲淡反应物的浓度，并吸收热量，降低燃速；粘合剂的作用是为了药剂造粒，增加药剂的流散性，利于装药，同时钝化药剂。为了使试验具有典型性，选取零氧平衡的配方。根据总的反应方程式：

可以得到3种组分的质量比：

美军标推荐[6]，药剂中KClO4的含量应保持相对比例不变，最好在10%左右。因此，固定KClO4的含量，以零氧平衡配比为基础，通过改变钨粉和BaCrO4的比例，测出钨粉与BaCrO4在不同配比时的延期时间，从而得出钨粉、BaCrO4的含量对燃速的影响。选取粒度为5.8～6.2μm的钨粉，测试不同钨粉含量时的延期时间。试验结果见表3。

表3 W-BaCrO4的配比对延期精度的影响Tab.3 Influence of delay composition ratio on delay precision

由表3可见，随着延期药中钨粉含量的增加，燃烧速度不断加快，延期药精度也不断提高。但按照对燃烧速度的要求，只有钨粉含量不大于36%的延期药能够满足要求，而且3号延期药精度最高，故当延期药中钨粉含量在36%左右时，延期药具有较理想的燃速和延期精度。

2.4 延期体结构及制造工艺的影响

延期体是确保延期时间及其精度的关键部件，其制造工艺的关键是药芯密度的大小和密度的均匀一致性。现用内径为Φ3.40mm的铝延期管装配钨系3号延期药，在相同药量（320mg）、不同压力下，得到不同的药芯密度。表4是用同一批钨系延期药在不同压力下样品的试验结果。每个样品装配20发。

表4 药芯密度对延期精度的影响Tab.4 Influence of composition density on delay precision

由表4可见，压力的变化会造成延期时间的明显变化。在一定范围内，随着压力的增大，药芯密度随之增大，其燃速也随之增加，延时精度也提高。但当密度超过一定范围内时，其燃速随着密度的增大而减小，同时延时精度也随之减小。试验证明，当压力在294MPa时，药芯密度适中，药剂均匀，不掉药，延时精度也较高。而在压力大于等于392MPa时，药芯掉药，严重影响延时精度。当压力大于等于490MPa时，药芯不但掉药，而且出现雷管瞎火现象。因此，药芯密度对雷管的延时精度和发火都是尤为重要的一个因素。

2.5 雷管装配条件的影响

导爆管雷管装配过程中影响延期时间及其精度的因素主要来自导爆管和中印、封口。这3项因素中，导爆管对延时精度的影响尤为重要。导爆管一旦穿孔，就会因泄压造成延期时间大幅度地上升，严重影响延时精度。因此控制导爆管药芯药量，使药芯在导爆管内壁均匀附着、无积累、无浮药，从而保证导爆管匀速传爆、无穿孔，是除延期体之外的又一个保证延时精度的重要因素。此外，中印直径尺寸的一致性对延期药燃烧时间有较大的影响，中印直径过大易产生速爆，过紧易造成延期药燃烧中断，从而产生拒爆。再者，封口直径对延时也有影响。由于导爆管起爆和延期药燃烧时会产生气体，虽然导爆管与外管相通，其气室压力还会存在，当封口过紧时，气室压力会适当增加，造成延期药燃速提高，延期药燃烧时间、引爆起爆药的延迟时间减少，严重者会导致导爆管传爆中断；相反，当封口过松时，延期药燃烧时间、引爆起爆药延迟时间会相应增长，总的延期时间随之增长，严重的可能产生脱塞，导致拒爆。

另外，在装配时如不能保证延期体两个切面都平整，将延期体的平面一端全部朝上装入雷管中，对提高延时精度也有一定的作用。

2.6 消爆距离和消爆空间的影响

消爆距离和消爆空间的设计都是为了使冲击波得到有效衰减，减少其对延期药发火的影响，使冲击波火焰和高温残渣粒子作用得到有效匹配。消爆空间通常采用直管和锥体两种，它们所需的消爆距离是不同的。两种消爆空间和不同消爆距离的测试情况如表5所示。

表5 不同消爆距离的测试结果Tab.5 Delay time results of different detonation elimination distance

由表5可见，随着直管消爆距离的增加，秒量也相应增加，但秒量精度以消爆距离20mm最好，而锥体消爆空间比直管要好。可以认为，消爆空间和消爆距离决定了导爆管的点火能力，点火能力强弱的变化使点燃延期药的时间也相应改变，也影响了雷管的整体延期时间。

2.7 导爆管长度的影响

对于导爆管雷管，通常忽略了导爆管长度的影响，在导爆管较短（5m以下）时可以认为其与大气直接相通，延期药自然燃烧，但当较长（10m以上）时，由于导爆管内延期药燃烧气体的存在，产生气体压力，此时应视为半密闭空间，特别是气体量较大的延期药更是如此。表6是不同长度导爆管对延时精度的影响。

表6 不同长度导爆管对秒量的影响Tab.6 Influence of different length of nonel on delay time

2.8 贮存温度的影响

贮存试验中发现，雷管的延期时间会随季节的变化而产生波动性变化。从贮存试验结果可以推论：温季定尺生产的雷管到寒季使用，延期时间会增长；反之，寒季定尺生产的雷管到了温季使用，延期时间会缩短。尽管这种季节性变化对普通的秒、半秒雷管的延期时间及精度的影响不是很大，但是对低段的毫秒雷管来说却是不可忽略的。因此，在使用低段的毫秒雷管时，尽量将同批或同季节生产的雷管配段使用，会使延时精度更高，爆破效果更好。

3 结论

本文根据导爆管和非电延期雷管的发火机理，通过对导爆管雷管延期精度的试验研究，探讨了延期药的药剂种类、延期药粒度、延期药配比、延期体结构和制造工艺、雷管装配技术条件、消爆距离和消爆空间、导爆管长度等因素对导爆管雷管延时精度的影响规律，研究结果表明：（1）不同种类、段别的雷管可以根据要求选择不同的延期药；（2）在生产中控制好延期药粒度，对药剂燃速、延时精度尤为重要；（3）不同配比的延期药其延期时间、延时精度也不同；（4）在一定范围内，随着延期体药芯密度逐渐增大，其燃速也增大，延时精度也随之提高；（5）雷管装配条件的影响主要来自导爆管和中印、封口的影响；（6）随着直管消爆距离的增加，秒量也相应增加，而锥体消爆空间比直管要好；（7）当导爆管长度大于10m时，其对延时精度的影响不可忽视；（8）温度对低段雷管延时精度的影响不容忽视。

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