一种秒导爆管雷管的延期结构设计

黄跃全,张成俊

(1.重庆顺安爆破器材有限公司,重庆400700;2.中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司,安徽淮北235000)

0 引言

导爆管雷管以其安全可靠、抗静电、抗水等优点,在矿山、交通、水电等行业得到了广泛应用。目前使用较多的是毫秒延期导爆管雷管,但有的矿山开采场合需要或习惯使用秒延期爆破,这些年来市场对秒延期导爆管雷管的需求在逐年增加。因此,为用户提供一种发火可靠,延时精准的秒延期导爆管雷管产品是生产企业必须考虑的技术问题[1-5]。

1 秒导爆管雷管结构

国内秒延期导爆管雷管的结构多种多样,但用得最多的是单铅芯延期结构和内管式延期结构,如图1(a)、(b)。秒延期单铅芯结构实际上与毫秒延期相同,只是所用延期药一般为低感度低燃速延期药,这种结构的延期精度较好,但存在的问题是在管壳长度有限的情况下仅能实现低段秒延期,且经常由于过程控制不好存在一定数量的瞎火问题。而内管式延期结构是利用内管进行多装多压来实现高段别的秒延期,虽然解决了延期秒量雷管瞎火问题,但与铅芯式延期结构相比,一方面延时精度较差,段别之间容易串段,另一方面其所装延期药用量较大,生产成本较高。基于这些问题,综合两种结构的优缺点,我们对延期结构进行了改进,提出了双铅芯延期结构思路。

2 双铅芯延期结构

双铅芯延期结构是在导爆管与基础雷管间装压两个铅芯体,下部为主延期铅芯,上部为点火铅芯,如图1(c)所示。点火铅芯采用火焰感度较高的延期药芯,这样上端面能被导爆管可靠点火,下端面又与主延期铅芯紧密接触,实现对主延期铅芯点火和传火。影响双铅芯延期结构延时性能及发火可靠性的因素较多,从延期药剂选择、延期体拉制和装填装配工艺三个主要影响因素进行分析和试验,从而确定一个较为合理可行的生产工艺。

图1 秒延期导爆管雷管结构示意图

2.1 延期药剂的选择

主延期铅芯所用的延期药一般选择钨系延期药,以满足高段别高秒量的需要。首先,选择几种配比的钨系延期药进行初步测试(见表1)。根据测试结果同时考虑到发火可靠性,其钨粉配比控制在30% ～50%,对应的单位长度铅芯延时在140 ～340 ms/mm(含点火铅芯延时),能够满足2 ～10 段秒导爆管的延期时间要求。

表1 不同配比的钨系延期药单位延期时间

点火铅芯选择点火药一方面考虑有较高的导爆管点火感度,另一方面要有足够的点火能量输出,一般应选择高热感度低秒量的延期药。通过测试结果(见表2)显示,铅丹硅系点火铅芯出现雷管瞎火(解剖发现是点火铅芯燃烧,主延期铅芯未点火),钨系延期药点火反而更为可靠。查阅相关资料分析原因为,一个合理的传火序列,其燃速差别不宜太大,因为主延期体用延期药剂相对较为钝感,要实现可靠点火,一方面温度要达到其发火点,另一方面点火热源必须维持一定时间才能实现可靠点火,也就是具备一定的点火冲能。铅丹硅系点火药燃速太快,主延期药芯受热时间短,热冲能偏小,不利于点火,而钨粉60%的延期药芯,由于其燃速与主延期体药芯差别不太大,热冲能适中,更有利于点火。当然,确定点火铅芯长度时也应考虑到这点,其长度必须保证药芯能够达到稳定燃烧状态并有一定的持续时间。通过对比测试,点火铅芯切长控制在6 ～8 mm 较为适宜。

表2 点火铅芯用延期药对比测试

2.2 延期体拉制工艺

通常毫秒导爆管雷管的延期体为保证药芯的密度,防止切铅和排铅过程出现端面掉药现象,一般采用一装两套单芯拉制工艺,其药芯直径一般在1.8 ～2.0 mm。而对于秒延期雷管,由于药剂火焰及热感度相对钝感,药芯直径对点火及传火的可靠性影响较大,为此,分别采用一装两套和一装一套两种拉制工艺进行对比测试,测试结果见表3。可以看出,一装两套拉制工艺样品测试中个别雷管出现瞎火,经解剖发现也是主延期铅柱未被引燃。这是由于一装两套拉制工艺药芯较细,点火铅芯输出能量偏小,再加上主延期体药芯受热面积较小,不能实现可靠点火,而一装一套由于药芯相对较粗,药芯直径一般在2.5 ～2.7 mm,能够正常点火及传火,未出现雷管瞎火。因此,秒延期雷管宜采用粗药芯延期体,并且在拉制和装配过程中点火铅柱和主延期铅柱药芯的同轴度应尽可能一致,以确保两药芯接触面完全对位。

表3 延期体拉制工艺对比测试

2.3 装填装配工艺

目前,铅芯延期体与基础雷管装配大多数采用的间隙配合方式,考虑到产品结构稳定和防止雷管速炸,对延期铅柱需要进行卡腰固定。双铅芯延期结构有三种卡腰方式,即点火铅芯卡腰、主延期铅芯卡腰和二者均卡腰,通过对比测试,三种卡腰方式结构稳定,均能满足装配要求,但后两种卡腰方式的雷管延期精度变差。因此,选择点火铅芯卡腰方式进行装填装配较为理想。同时,对不同卡腰直径进行对比测试,结果表明,收缩直径小于5.2 mm 时雷管容易出现瞎火,大于6.0 mm时有速炸出现,因此卡腰直径控制在5.4 ～5.8 mm较为适宜。

3 解决批量试产问题

按照测试所确定的生产工艺进行小批量试生产,来验证此种延期结构的可行性。但在批量试产初期,偶尔出现个别雷管延期时间异常偏高甚至有瞎火,对瞎火雷管解剖发现均是点火铅芯已燃烧,主延期铅芯未被点燃,即点火铅与主延期体接触面出现断火。经模拟测试分析,主要原因是生产过程中,延期铅芯端面出现掉药。当两个接触端面药芯有一个或两个出现掉药时,点火药芯与主延期药芯间将产生空穴,造成延期秒量异常升高,严重时出现断火。为此,一方面适当增加单根铅管装药量,提高药芯密度,另一方面加强生产过程控制,减少对已切延期体的翻动和掉药铅柱的挑选。通过采取这两方面措施,后续生产中未再出现延期秒量异常和雷管瞎火问题。

4 结论

通过一系列摸索试验,确定了适用于双铅芯延期结构的延期药种类、延期体拉制工艺及装填装配工艺,并经批量试生产和用户使用。实践证明,秒导爆管雷管采用双铅芯延期结构是可行的,产品性能符合民爆行业相关标准要求,既具有传统的单铅柱延期结构的延时精度,又具有内管式延期结构的点火可靠性,并且生产工艺简单,可利用现有工装设备进行生产,是一种较为理想的延期结构。