一種秒導爆管雷管的延期結構設計

黃躍全,張成俊

(1.重慶順安爆破器材有限公司,重慶400700;2.中煤科工集團淮北爆破技術研究院有限公司,安徽淮北235000)

0 引言

導爆管雷管以其安全可靠、抗靜電、抗水等優點,在礦山、交通、水電等行業得到了廣泛應用。目前使用較多的是毫秒延期導爆管雷管,但有的礦山開采場合需要或習慣使用秒延期爆破,這些年來市場對秒延期導爆管雷管的需求在逐年增加。因此,為用戶提供一種發火可靠,延時精準的秒延期導爆管雷管產品是生產企業必須考慮的技術問題[1-5]。

1 秒導爆管雷管結構

國內秒延期導爆管雷管的結構多種多樣,但用得最多的是單鉛芯延期結構和內管式延期結構,如圖1(a)、(b)。秒延期單鉛芯結構實際上與毫秒延期相同,只是所用延期藥一般為低感度低燃速延期藥,這種結構的延期精度較好,但存在的問題是在管殼長度有限的情況下僅能實現低段秒延期,且經常由于過程控制不好存在一定數量的瞎火問題。而內管式延期結構是利用內管進行多裝多壓來實現高段別的秒延期,雖然解決了延期秒量雷管瞎火問題,但與鉛芯式延期結構相比,一方面延時精度較差,段別之間容易串段,另一方面其所裝延期藥用量較大,生產成本較高。基于這些問題,綜合兩種結構的優缺點,我們對延期結構進行了改進,提出了雙鉛芯延期結構思路。

2 雙鉛芯延期結構

雙鉛芯延期結構是在導爆管與基礎雷管間裝壓兩個鉛芯體,下部為主延期鉛芯,上部為點火鉛芯,如圖1(c)所示。點火鉛芯采用火焰感度較高的延期藥芯,這樣上端面能被導爆管可靠點火,下端面又與主延期鉛芯緊密接觸,實現對主延期鉛芯點火和傳火。影響雙鉛芯延期結構延時性能及發火可靠性的因素較多,從延期藥劑選擇、延期體拉制和裝填裝配工藝三個主要影響因素進行分析和試驗,從而確定一個較為合理可行的生產工藝。

圖1 秒延期導爆管雷管結構示意圖

2.1 延期藥劑的選擇

主延期鉛芯所用的延期藥一般選擇鎢系延期藥,以滿足高段別高秒量的需要。首先,選擇幾種配比的鎢系延期藥進行初步測試(見表1)。根據測試結果同時考慮到發火可靠性,其鎢粉配比控制在30% ～50%,對應的單位長度鉛芯延時在140 ～340 ms/mm(含點火鉛芯延時),能夠滿足2 ～10 段秒導爆管的延期時間要求。

表1 不同配比的鎢系延期藥單位延期時間

點火鉛芯選擇點火藥一方面考慮有較高的導爆管點火感度,另一方面要有足夠的點火能量輸出,一般應選擇高熱感度低秒量的延期藥。通過測試結果(見表2)顯示,鉛丹硅系點火鉛芯出現雷管瞎火(解剖發現是點火鉛芯燃燒,主延期鉛芯未點火),鎢系延期藥點火反而更為可靠。查閱相關資料分析原因為,一個合理的傳火序列,其燃速差別不宜太大,因為主延期體用延期藥劑相對較為鈍感,要實現可靠點火,一方面溫度要達到其發火點,另一方面點火熱源必須維持一定時間才能實現可靠點火,也就是具備一定的點火沖能。鉛丹硅系點火藥燃速太快,主延期藥芯受熱時間短,熱沖能偏小,不利于點火,而鎢粉60%的延期藥芯,由于其燃速與主延期體藥芯差別不太大,熱沖能適中,更有利于點火。當然,確定點火鉛芯長度時也應考慮到這點,其長度必須保證藥芯能夠達到穩定燃燒狀態并有一定的持續時間。通過對比測試,點火鉛芯切長控制在6 ～8 mm 較為適宜。

表2 點火鉛芯用延期藥對比測試

2.2 延期體拉制工藝

通常毫秒導爆管雷管的延期體為保證藥芯的密度,防止切鉛和排鉛過程出現端面掉藥現象,一般采用一裝兩套單芯拉制工藝,其藥芯直徑一般在1.8 ～2.0 mm。而對于秒延期雷管,由于藥劑火焰及熱感度相對鈍感,藥芯直徑對點火及傳火的可靠性影響較大,為此,分別采用一裝兩套和一裝一套兩種拉制工藝進行對比測試,測試結果見表3。可以看出,一裝兩套拉制工藝樣品測試中個別雷管出現瞎火,經解剖發現也是主延期鉛柱未被引燃。這是由于一裝兩套拉制工藝藥芯較細,點火鉛芯輸出能量偏小,再加上主延期體藥芯受熱面積較小,不能實現可靠點火,而一裝一套由于藥芯相對較粗,藥芯直徑一般在2.5 ～2.7 mm,能夠正常點火及傳火,未出現雷管瞎火。因此,秒延期雷管宜采用粗藥芯延期體,并且在拉制和裝配過程中點火鉛柱和主延期鉛柱藥芯的同軸度應盡可能一致,以確保兩藥芯接觸面完全對位。

表3 延期體拉制工藝對比測試

2.3 裝填裝配工藝

目前,鉛芯延期體與基礎雷管裝配大多數采用的間隙配合方式,考慮到產品結構穩定和防止雷管速炸,對延期鉛柱需要進行卡腰固定。雙鉛芯延期結構有三種卡腰方式,即點火鉛芯卡腰、主延期鉛芯卡腰和二者均卡腰,通過對比測試,三種卡腰方式結構穩定,均能滿足裝配要求,但后兩種卡腰方式的雷管延期精度變差。因此,選擇點火鉛芯卡腰方式進行裝填裝配較為理想。同時,對不同卡腰直徑進行對比測試,結果表明,收縮直徑小于5.2 mm 時雷管容易出現瞎火,大于6.0 mm時有速炸出現,因此卡腰直徑控制在5.4 ～5.8 mm較為適宜。

3 解決批量試產問題

按照測試所確定的生產工藝進行小批量試生產,來驗證此種延期結構的可行性。但在批量試產初期,偶爾出現個別雷管延期時間異常偏高甚至有瞎火,對瞎火雷管解剖發現均是點火鉛芯已燃燒,主延期鉛芯未被點燃,即點火鉛與主延期體接觸面出現斷火。經模擬測試分析,主要原因是生產過程中,延期鉛芯端面出現掉藥。當兩個接觸端面藥芯有一個或兩個出現掉藥時,點火藥芯與主延期藥芯間將產生空穴,造成延期秒量異常升高,嚴重時出現斷火。為此,一方面適當增加單根鉛管裝藥量,提高藥芯密度,另一方面加強生產過程控制,減少對已切延期體的翻動和掉藥鉛柱的挑選。通過采取這兩方面措施,后續生產中未再出現延期秒量異常和雷管瞎火問題。

4 結論

通過一系列摸索試驗,確定了適用于雙鉛芯延期結構的延期藥種類、延期體拉制工藝及裝填裝配工藝,并經批量試生產和用戶使用。實踐證明,秒導爆管雷管采用雙鉛芯延期結構是可行的,產品性能符合民爆行業相關標準要求,既具有傳統的單鉛柱延期結構的延時精度,又具有內管式延期結構的點火可靠性,并且生產工藝簡單,可利用現有工裝設備進行生產,是一種較為理想的延期結構。