不同装药结构对雷管起爆能力的影响研究.pdf

专专专题题题评评评述述述不同装药结构对雷管起爆能力的影响研究熊盟盟(四川省宜宾威力化工有限责任公司,四川 宜宾 644600)摘要:基于炸药理论和爆轰成长规律,雷管的装药结构不同,其起爆能力的强弱也有所不同。若雷管的起爆能力不足会影响爆破效果和爆破安全,通过对 2 种不同装药结构雷管的起爆能力进行对比,试验结果表明,四装三压装药结构的雷管的起爆能力明显优于三装两压装药结构的雷管;在同种装药结构下,适当增加雷管底部药柱的压药压力,形成更加合理的药柱密度梯度可以有效增加雷管的起爆能力。关键词:工业雷管;起爆能力;装药结构;铅板试验中图分类号:TQ565 文献标志码:A 文章编号:1674-3970(2023)02-0008-04收稿日期:2022-09-21作者简介:熊盟盟(1987),女,重庆万州人,工程师,目前从事民用爆破器材生产及安全技术研究。E-mail:。引用格式:熊盟盟.不同装药结构对雷管起爆能力的影响研究J.煤矿爆破,2023,41(2):8-11.XIONG Mengmeng.Study on the influence of different charge structures on the initiation ability of detonatorsJ.Coal Mine Blasting,2023,41(2):8-11.Study on the influence of different charge structures on the initiation ability of detonatorsXIONG Mengmeng(Sichuan Yibin Weili Chemical Co.,Ltd.,Yibin 644600,China)Abstract:Based on the theory of explosives and the law of detonation growth,the charge structure of detonators is different,and their detonation ability is also different.The insufficient detonation ability of detonator will affect the blasting effect and blasting safety.Two kinds of detonators with different charge structures are selected to compare the detonation ability.The results of the tests indicate that the detonator with a four-loaded three-pressure charge structure has a significantly better detonation ability than the one with a three-loaded two-pressure charge structure.Additionally,increasing the pressure of the grain at the bottom of the detonator under the same charge structure to create a more reasonable grain density gradient can effectively enhance the initiation ability.Key words:industrial detonator;initiation capability;charge structure;lead plate test0 引言雷管爆炸时的输出能量有爆炸冲击波、热爆炸气体、管体碎片 3 种,输出能量的方式分为轴向和侧向1。由于雷管在起爆炸药时与炸药直接接触,这 3 种输出能量和 2 种输出方式都会作用在炸药上,而目前工业雷管的管体基本采用金属材质,管体的高强度限制了热爆炸气体和热量的侧向流失,使雷管爆炸作用到炸药上的能量以轴向输出的冲击波为主2-3。8Vol.41 No.2Jun.2023Coal Mine Blasting第 41 卷 第 2 期2023 年 6 月在工程爆破作业中,雷管的起爆能力不足会造成炸药半爆或者拒爆,直接影响爆破效果和爆破安全4。因此,雷管的起爆能力成为衡量工业雷管实用性能的主要指标,它与雷管的原材料品种、装药量、装药结构、生产工艺等多种因素有关5-7。目前爆破作业中偶尔会出现雷管起爆后炸药爆炸不完全、拒爆的情况,为解决这一问题,部分雷管生产厂家采取加大雷管外径、增加雷管装药量等方式来实现提高雷管起爆能力的目的。在雷管管体材质、所装药剂品种和装药量等原材料及基本生产工艺参数条件不变的情况下,通过对比雷管不同装药结构对起爆能力造成的影响,寻找出提高雷管起爆能力的方法则是本文研究的目的。1 影响雷管威力的理论依据雷管对炸药的起爆主要是冲击波起爆,根据炸药理论,单质炸药的威力可用爆压来表示,因为雷管中装填的猛炸药 RDX 中仅含有少量消焰剂或钝感剂、造粒胶质等,可近似地当作一种单质炸药,所以理论上也常用雷管的爆压 P 来表示其威力的大小,爆压越高,威力越大,起爆能力越强,其爆压与爆速、密度之间的关系可用下式表示8-9:P=n+1D2(1)式中,P 为炸药的爆炸压力,Pa;D 为炸药的爆速,m/s;为炸药的密度,g/cm3;n 为一般猛炸药(如黑索今),n=3。由式(1)可知,在其他条件确定后,炸药药柱的爆速越大,威力越大,且炸药爆速随药柱密度的增大呈线性增高,因此,雷管底部黑索今药柱的密度越大,雷管的威力就越大。同时根据爆轰成长规律,炸药药柱密度只有呈现出由小到大的梯度状况时才有利于爆轰的成长,否则一味增加药柱密度只会降低其冲击波起爆感度。在初始冲能作用下,引发炸药反应的机理仍然是热点机理,当炸药密度比较大时,炸药间的空隙率会随之降低,于是可以作为热点的微气泡数量也会相应减少,从而导致炸药引爆难度增大,使爆轰成长期加长甚至爆轰中断,造成雷管半爆。例如,梯恩梯(压装成型)的密度为 1.0 g/cm3时可以用 8 号雷管引发爆轰,但是当密度加大到 1.5 g/cm3时,8 号雷管就已经不能起引爆作用,而需要借助传爆药柱。因此,在提高雷管药柱密度的同时,药柱密度梯度的合理性也是影响雷管起爆能力的重要因素。2 试验条件及方法目前,工业雷管的装药结构大致分为 2 种:一种装药结构为三装两压,即一次装炸药、一次压炸药、二次装炸药、三次装起爆药、加强帽压合;另一种装药结构为四装三压,即一次装炸药、一次压炸药、二次装炸药、二次压炸药、三次装炸药、四次装起爆药、加强帽压合。三装两压装药结构在工业雷管的生产中已使用多年,其基本装药量及药柱压制压力等主要参数已经多次被研究讨论,各生产厂家的技术参数也比较成熟和稳定。四装三压装药结构出现时间较晚,目前,各生产企业在装药量和药柱压制压力、所装药剂品种等各项参数设置上存在较大差异。因此,本次试验将主要对比以上 2 种不同装药结构对雷管起爆能力的影响,并从中寻找提高雷管起爆能力的方法。其中,三装两压装药结构试样的装压参数为本公司沿用多年的成熟参数;四装三压试样的装压参数为根据以上理论依据选用的试验对比研究参数,并根据试验结果情况,将其作为本公司下一步工业雷管生产使用的装压参数。2.1 试验条件试验雷管统一采用发蓝钢质管体,内装猛炸药均为钝化黑索今,起爆药为 DDNP。药量称量使用分析天平,采用全自动机械装药机装药,药柱采用四柱油压机压制(压药压力以表压为准),每次装药和压制的样本量为 50 发。2.2 试样准备本次试验共准备了 3 组试样,且 3 组试样均在本公司正常使用的生产线进行现场装压。为了研究对比 2 种不同装药结构对雷管起爆能力所造成的影响,在单发雷管总装药量一致的前提下,本次试验设计准备的 3 组试样的各项参数条件分别为:A 组试样为本公司生产使用多年的三装两压结构雷管;B 组试样为一次药柱压制压力不变、猛炸药由一次装药改为两次装药并增加二次药柱压制的9第 41 卷 第 2 期2023 年 6 月Coal Mine BlastingVol.41 No.2Jun.2023四装三压结构雷管;C 组试样为各次装药量不变、改变两次药柱压制压力的四装三压结构雷管,具体装压条件见表 1。通过有针对性地改变试样的分次装药量、药柱压制的压力等装压条件参数,对雷管的起爆能力进行对比。表 1 试样装配条件编号一次药量/g一次压力/MPa二次药量/g二次压力/MPa三次药量/gDDNP 药量/gA0.486.00.22散装00.3B0.30 6.00.204.50.20.3C0.30 8.00.206.00.20.32.3 试验方法及结果根据 GB/T 132261991工业雷管铅板试验方法,对以上准备的 3 组试样分别进行穿铅孔径的测试试验,得到 3 组试样穿铅孔径对比折线图,如图 1 所示。穿铅孔径/m m1 3.01 2.51 2.01 1.51 1.01 0.51 0.0171 31 92 53 13 74 34 9样本量/个A试样B 试样C 试样图 1 3 组试样穿铅孔径对比折线图将得到的 3 组试样穿铅孔径数据分别进行分析处理后,得到更加详细直观的数据对比,见表 2。表 2 三组试样穿铅孔径数据对比编号最大值/mm 最小值/mm 平均值/mm 标准偏差A11.310.210.70.30B11.811.011.30.24C12.511.411.80.283 试验结果分析根据图 1 和表 2 中的数据分析可以看出,试样C 和试样 B 的穿铅孔径普遍大于试样 A,且穿铅孔径的最大值和最小值均大于试样 A,而更小的标准偏差说明试样 B 和试样 C 穿铅孔径的一致性也较试样 A 更好。对比试样 A 和试样 B,在单发雷管总装药量一致、一次压炸药压力不变的情况下,采用四装三压装药结构的雷管,其起爆能力明显强于采用三装两压装药结构的雷管。出现这一结果的原因可能为在同样压力下,一次装炸药药量较少的雷管经压制后药柱底部密度会大于一次装炸药药量较多的雷管,且药柱密度的一致性也会更好,于是其爆炸后爆速更高、威力更大、起爆能力更强。对比分析两次装炸药、两次分别进行炸药药柱压制的四装三压装药结构和一次装炸药、炸药药柱一次成型的三装两压装药结构,三装两压装药结构的炸药药柱因一次装药药量较多且一次性压制成型,于是药柱上部直接受到挤压的程度会更大,传递到药柱底部的作用压力会小于上部,导致实际形成的炸药药柱密度结构为上紧下松。四装三压装药结构因分段进行药柱压制,且两次压制的药量更小,压力呈现上小下大的状态,使雷管的炸药药柱密度真正实现了上松下紧的密度梯度结构,而根据爆轰成长规律,这样的密度梯度结构更加有利于爆轰成长与传播,使雷管具有更大的威力、更强的起爆能力。对比试样 B 和试样 C,在三次装炸药药量不变的前提下,适当增加两次压炸药压力后,试样 C 的穿铅孔径较试样 B 更大,轴向起爆能力更强。这一试验结果表明,即使是同样的装药结构,管体材质、药剂品种及装药量不同,雷管各部分的耐压承受极限也有所不同;在各种材料的极限耐压范围内,压制炸药药柱时适当增大压药压力,使药柱密度尽可能增大,让药柱从上到下形成由小到大且更加紧实合理的密度梯度,可以进一步提高雷管的威力,增强雷管的起爆能力。4 结论1)由于改善了三装两压装药结构的雷管主装药密度上紧下松的缺陷程度,四装三压装药结构的雷管能够形成更有利于 DDT 过程的密度梯度,有效增加了雷管轴向冲击波能量,显著提升了雷管起爆能力。2)在同样的四装三压装药结构下,每次装药的装药量、压药压力发生改变,各级装药的密度随之变化,进而影响纵向输出能量。实际应用要根据药剂的耐压情况,选择相应的压力,形成合理的装药密度梯度,提高雷管的起爆能力。01Vol.41 No.2Jun.2023Coal Mine Blasting第 41 卷 第 2 期2023 年 6 月3)试验结果表明,雷管采用四装三压装药结构可以提高雷管的起爆能力,为了进一步改良雷管品质,尽量避免用户在爆破作业中出现因雷管起爆能力不足造成炸药局部或全部拒爆进而影响爆破效果和爆破安全的情况。目前,本公司工业雷管的装压参数已由原来的三装两压装药结构更改为四装三压装药结构,经推广使用后效果良好,客户满意度较高,未出现因雷管起爆能力不足造成炸药拒爆的情况。参考文献 1 张华 郭宝义.管体材质和装药量对雷管起爆能力影响的研究 J.辽宁工程技术大学学报 自然科学版 2001 1 29-31.2 刘晓文 任冬梅 詹旭.电子雷管推广应用问题及对策措施 J.煤矿爆破 2022 40 1 32-34.3 陈文基 陈姗姗 杜华善.数码电子雷管电子引火元件发火可靠性影响因素研究 J.煤矿爆破 2021 39 3 15-18.4 许宜安 唐洪 农家笑 等.浅谈雷管带不动炸药 J.科技信息 2011 36 344.5 陈森.提高煤矿许用电雷管起爆能力的装药方式 J.煤矿爆破 2008 2 5-7.6 端家荣 陶培培 韩震 等.一种低感度点火药头在电子数码雷管中的应用 J.煤矿爆破 2021 39 3 32-34.7 井志明.减小密度梯度提高雷管威力 J.爆破器材 1990 5 15-17.8 吴春蓉.影响铝壳火雷管穿孔能力的主要工艺参数探讨 J.科技资讯 2005 26 32.9 黄跃全 张成俊.浅析数码电子雷管的发火可靠性 J.煤矿爆破 2019 37 3 24-26.(上接第 4 页)表 3 电子雷管相关性能试验结果检验项目数量/发结果发火可靠性200合格抗震性能20合格抗撞击性能50合格抗跌落性能100合格静电感度100合格延期时间180合格由表 3 可知,湿态中性三硝基间苯二酚铅作为引火药剂应用于电子雷管时,其各项性能指标符合WJ 90852015 性能指标要求。4 结语湿态中性三硝基间苯二酚铅制备工艺可实现批量化生产,且易制取、易保存。通过测试表明,以湿态中性三硝基间苯二酚铅为引火药剂的电子雷管具有发火可靠性高、综合性能稳定的特点,特别是药头感度、雷管感度不太高,生产使用的安全性高,可实现电子引火药头的自动化、连续化等人机隔离生产,符合“十四五”民用爆炸物品行业安全发展规划的要求,在电子雷管生产中具有较好的应用前景。参考文献 1 张建国 张同来.三硝基间苯二酚铅发展概况 J.火工品 1999 2 34-39.2 蓝卯 席晟华 郑琪 等.湿态三硝基间苯二酚铅 细结晶 LTNR 的批量化制备与应用 J.科学技术创新 2021 25 159-160.3 张英豪.数码电子雷管应用问题的研究 J.煤矿爆破 2018 36 1 19-24.4 任泰昌 邹志兵.GT-1A 型电子雷管的研究与应用 J.煤矿爆破 2020 38 2 34-37.5 王德鑫.H 型电子雷管起爆及管控系统设计 D.石家庄 河北科技大学 2018.6 刘晓文 任冬梅 詹旭.电子雷管推广应用问题及对策措施 J.煤矿爆破 2022 40 1 32-34.11第 41 卷 第 2 期2023 年 6 月Coal Mine BlastingVol.41 No.2Jun.2023