雷管延期体的药剂和结构对发火可靠性和延期精度的影响研究

赵鹏飞

(重庆顺安爆破器材有限公司,重庆400711)

在毫秒级工业雷管延期元件的选择中,目前较为常用的铅芯有单芯、三芯、五芯3种制式结构。在实际生产中,相关厂家根据生产经验,针对不同品种的延期药剂、不同的火焰感度和点火延滞期,采用不同结构的铅芯结构具有一定的局限性。

从发火可靠性、延期精度方面着手,分别验证硅系、硼系、钨系延期药的3种铅芯结构的发火可靠性和延期精度,以摸索在确保可靠发火的基础上的延期精度的延期药和延期铅芯体结构的最优组合方案。

1 理论依据及试验方案

1.1 理论依据

根据延期药密闭燃烧理论,延期药的燃速与压力成正比关系,如式(1)所示。

式中:u为燃烧速度；A、B为与炸药品种有关的常数；P为压力。

假定延期药的燃烧是稳定的一维燃烧,并且燃烧符合平行层燃烧规律,根据式(1)可知,同一种延期药,其A、B值为固定常数,随着延期药燃烧的进行,将产生大量的气体,导爆管雷管因与外界连通,产生的气体不断从导爆管中溢出,压力降低；电雷管由于封口塞的作用,气体无法外溢,压力增加。在同样的雷管装填装配条件下,采用铅芯延期的延期雷管可以提供一个恒定的燃烧条件,确保压力有规律地变化,因此,燃烧速度的变化规律和延期燃烧精度是可以掌握和控制的。

采用单芯铅延期体,药芯较粗,点火面积大,发火可靠性强,但是,产生气体量大且易掉渣,延时精度下降。采用三芯或五芯延期体,药芯较细,产生气体量小、高温热量和高温残渣量少,可保证较好的延期精度,但是,点火面积较小,发火可靠性较低。

1.2 确定试验方案

选用硅系、硼系、钨系延期药的最高燃速和最低燃速的配比,用相同的铅芯制造工艺制造同一铅芯结构,分别制造单芯、三芯和五芯铅芯,铅芯长度和装填装配条件相同的情况下,分别装配电雷管和导爆管雷管进行正交测试。

2 试验数据结果及分析

2.1 药剂和延期体结构与发火可靠性研究

采用不同药剂品种、不同燃速、不同铅芯结构、不同引火元件下的样品做发火可靠性试验,以确定在确保发火的情况下,不同的延期药剂所能够匹配的铅芯结构。

2.1.1 硅系延期药的可靠发火结构

采用燃速为5～22 ms/mm的硅系延期药和不同的铅芯结构,并分别采用电引火元件和导爆管,进行发火可靠性试验,数据见表1、表2。

表1 采用单、三、五芯延期结构电雷管发火可靠性统计

表2 采用单、三、五芯延期结构导爆管雷管发火可靠性统计

由表1、表2可知,对于硅系延期药,不论采用何种铅芯结构及点火方式,均可正常发火。因此,在延期铅芯的结构选择上,就不需要考虑点火可靠性的问题,采用单芯、三芯、五芯均可。

2.1.2 硼系延期药的可靠发火结构

采用燃速为12～35 ms/mm的硼系延期药和不同的铅芯结构,并分别采用电引火元件和导爆管,进行发火可靠性试验,数据见表3、表4。

由表3、表4可知,对于硼系延期药,采用电引火元件引燃,不论采用何种铅芯结构,均可正常发火；采用导爆管引燃,单芯、三芯均可正常发火,但是五芯就有瞎火的可能性。因此,在延期铅芯的结构选择上,若采用电引火元件,就不需要考虑点火可靠性的问题,采用单芯、三芯、五芯均可；若采用导爆管,则只能在单芯和三芯中选择。

2.1.3 钨系延期药的可靠发火结构

采用燃速为20～115 ms/mm的钨系延期药和不同的铅芯结构,并分别采用电引火元件和导爆管,进行发火可靠性试验,数据见表5、表6。

表5 采用单、三、五芯延期结构电雷管发火可靠性统计

表6 采用单、三、五芯延期结构导爆管雷管发火可靠性统计表

由表5、表6可知,对于钨系延期药,采用电引火元件引燃,不论采用何种铅芯结构,均可正常发火；采用导爆管引燃,单芯、三芯均可正常发火,但是五芯就有瞎火的可能性。因此,在延期铅芯的结构选择上,若采用电引火元件,就不需要考虑点火可靠性的问题,采用单、三、五芯均可；若采用导爆管雷管,则只能在单芯中选择。不同延期药剂、不同引火方式铅芯结构的选择汇总见表7。

表7 不同延期药剂、不同引火方式铅芯结构选择

由表7可知,同样条件下,硅系、硼系、钨系3种延期药,在装配成为密闭燃烧的电雷管时发火可靠性为100%,装配为导爆管雷管时,硅系延期药发火最为可靠,其他2种药剂在可燃剂含量较低时均出现“瞎火”现象。因而对于硼系和钨系延期药这种相对“钝感”的药剂,需要既确保点火能力又要兼顾获取长延期时间,只能采取装药量较集中、发火冲能面积大的三芯、单芯结构或者“定容法”的内管装药结构。

2.2 延期精度的影响因素研究

采用不同药剂品种、不同燃速、不同铅芯结构、不同引火元件下的样品做延期精度试验,在确保发火的情况下,研究不同的延期药剂最佳延期精度所匹配的铅芯结构。

2.2.1 硅系延期药的延期精度研究

采用燃速为5～22 ms/mm的硅系延期药和不同的铅芯结构,分别采用电引火元件和导爆管,进行发火可靠性试验,数据见表8、表9。

表8 采用单、三、五芯延期结构电雷管延期精度

由表8、表9可知,对于硅系延期药,采用单芯、三芯、五芯均能可靠发火,但当采用五芯延期结构时,不论采用什么引火方式,其延期精度均最好。

表9 采用单、三、五芯延期结构导爆管雷管延期精度

2.2.2 硼系延期药的延期精度研究

采用燃速12～35 ms/mm的硼系延期药和不同的铅芯结构,并分别采用电引火元件和导爆管,进行发火可靠性试验,数据见表10、表11。

表10 采用单、三、五芯延期结构电雷管延期精度

表11 采用单、三、五芯延期结构导爆管雷管延期精度

由表10、表11可知,对于硼系延期药,采用电引火元件引燃,不论采用何种铅芯结构,均可正常发火,采用五芯结构的延期精度最好；采用导爆管引燃,五芯结构有瞎火的可能性,因此,不予考虑。在单芯、三芯中,采用三芯结构的延期精度最好。

2.2.3 钨系延期药的延期精度研究

采用燃速为20～115 ms/mm的钨系延期药和不同的铅芯结构,并分别采用电引火元件和导爆管,进行发火可靠性试验,数据见表12、表13。

表12 低燃速采用单、三、五芯延期结构电雷管延期精度表

表13 低燃速采用单、三、五芯延期结构导爆管雷管延期精度表

由表12、表13可知,对于钨系延期药,采用电引火元件引燃,不论采用何种铅芯结构,均可正常发火,采用五芯结构的延期精度最好；采用导爆管引燃,因三芯、五芯有瞎火的可能性,因此,不予考虑,只能采取单芯结构。确保发火时,不同延期药剂、不同引火方式精度最好铅芯结构的选择汇总见表14。

表14 确保发火时,精度最好铅芯结构选择

由表14可知,同样条件下,硅系、硼系、钨系3种延期药,在采用电引火元件引燃时,都可以可靠发火,而使用五芯结构时延期精度最好,因此,在生产时,可以根据延期时间的要求,采用五芯结构。而采用导爆管引燃时,硅系3种结构都可以可靠发火,可采用精度最好的五芯结构；硼系在单芯、三芯情况下可靠发火,可采用精度最好的三芯结构；钨系只能在单芯情况下可靠发火,只能选择单芯结构。

3 结论

1)在延期精度上,五芯结构优于三芯结构,三芯结构优于单芯结构。

2)在保证可靠发火的情况下,采用电引火元件引燃,硅系、硼系、钨系3种延期药均可拉成五芯结构以确保精度较好。

3)若采用导爆管引燃,硅系延期药在3种铅芯结构下均发火可靠,以五芯结构的延期精度最高；硼系延期药因拉制五芯结构存在瞎火现象,单芯精度较差,宜拉制成三芯结构；钨系延期药拉制成五芯和三芯结构时存在瞎火现象,故宜拉制成单芯结构。