导爆管长度对导爆管雷管延期时间的影响.pdf

ｄｏｉ１０. ３９６９/ ｊ. ｉｓｓｎ. １００１-８３５２. ２０１４. ０５. ００８ 导爆管长度对导爆管雷管延期时间的影响 ❋ 侯建华① 鲍国钢② 朱长江② ①南京理工大学化工学院江苏南京,２１００９４ ②南京理工科技化工有限责任公司江苏南京,２１１１５１ [摘 要] 对 ５ 种导爆管雷管进行了延期时间的测试,发现导爆管长度对延期时间有影响,５ 种雷管影响程度各 不相同。 理论分析认为,延期药燃烧过程中产生的气体与导爆管传爆时产生气体所引起的雷管腔室压力的改变是 造成延期时间变化的直接原因。 利用动态压力测试装置,模拟了不同长度的导爆管通过消爆腔对延期雷管进行点 火的过程,试验验证了理论分析结论。 [关键词] 塑料导爆管； 导爆管雷管； 延期时间； 导爆管长度 [分类号] ＴＱ５６５ ＋ . ２；ＴＪ４５ ＋７ 引言 导爆管雷管是由导爆管和火雷管通过联结件 常用卡口塞组合而成,根据延期时间不同可分为 瞬发和延期毫秒延期、半秒延期、秒延期雷管两 类[１]。 导爆管雷管性能指标很多,其中延期时间是 最重要的指标之一[２]。 影响延期时间的因素也很 多[３-４],本文只讨论导爆管长度以下简称管长对 雷管延期时间的影响。 通过对市场上流通的 ５ 种导爆管雷管进行系统 的测试与分析,发现管长变化对雷管的延期时间有 明显影响。 相同段别的导爆管雷管随着管长增加, 延期时间缩短；不同厂家生产的导爆管雷管受管长 变化影响的程度不尽相同,个别产品还会出现随管 长增加发生段别颠倒的现象。 延期时间受导爆管雷管管长影响将给用户爆破 网络设计和现场施工带来影响。 解决这个问题是雷 管制造企业义不容辞的责任。 １ 试验及现象 １. １ 试验条件 试验样品雷管分别来自不同的生产厂家,为了 叙述方便,分别用 Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ 代替。 导爆管选用南京理工科技化工有限责任公司产 品,属普通变色塑料导爆管,黑索金为主装药,外径 为 ３. ０ ｍｍ,内径为 １. ５ ｍｍ 左右,导爆管实测爆速 为 １８５０ ｍ/ ｓ。 试验仪器起爆器为电脉冲起爆器,南京理工大 学生产；起爆针粗１. ２ ｍｍ,测时仪分辨率０. １ ｍｓ,一 靶为光电靶,二靶为振动靶。 试验方法测试不同管长条件下的雷管延期时 间,每一条件下测试 １０ 发,延期时间取平均值。 常 温试验,熟练工人操作。 １. ２ 试验结果 １导爆管长变化对导爆管雷管的延期时间有 明显影响。 随着导爆管长度增加,导爆管雷管的延 期时间均会变短。 ２不同生产厂家的导爆管雷管,导爆管长度对 延期时间的影响程度不同,Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ 变化幅度较 小,Ａ 变化幅度最大。 ３不同延期类别的导爆管雷管,管长对延期时 间的影响程度不同。和标准延期时间相比,毫秒延 期导爆管雷管的延期时间受管长的影响相对较大, 半秒延期导爆管雷管的延期时间受管长的影响相对 图 １ 不同段别、不同导爆管长度对应雷管延期时间 Ｆｉｇ. １ Ｄｅｌａｙ ｔｉｍｅ ｏｆ ｄｅｔｏｎａｔｏｒ ｆｏｒ ｄｅｔｏｎａｔｉｎｇ ｔｕｂｅｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｅｒｉｏｄ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｅｎｇｔｈ ５３２０１４ 年 １０ 月 导爆管长度对导爆管雷管延期时间的影响 侯建华,等 ❋ 收稿日期２０１４-０１-１８ 作者简介侯建华１９７４ ,硕士,工程师,主要从事民用爆破器材生产工艺及技术研究。 Ｅ-ｍａｉｌ１３８５１５７７５４３＠１６３. ｃｏｍ 表 １ 不同导爆管雷管和段别在不同管长下的延期时间 Ｔａｂ. １ Ｄｅｌａｙ ｔｉｍｅ ｏｆ ｄｅｔｏｎａｔｏｒ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｋｉｎｄ, ｐｅｒｉｏｄ ａｎｄ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｄｅｔｏｎａｔｉｎｇ ｔｕｂｅ 雷管 代号 段别 标准延期时间[２]/ ｍｓ 管长/ ｍ 测定延期时间/ ｍｓ 变化幅度和 ３ｍ 管长相比 / ｍｓ 变化百分率/ ％ ＡＭＳ-８２５０ ＋３０ －２５ ３２４７ ＡＭＳ-８２５０ ＋３０ －２５ ３１６２**－８５－３４. ４ ＡＭＳ-８２５０ ＋３０ －２５ ５１８６－６１－２４. ７ ＡＭＳ-８２５０ ＋３０ －２５ １０１３２－１１５－４６. ６ ＡＭＳ-８２５０ ＋３０ －２５ １８１２８－１１９－４８. ２ ＡＭＳ-８２５０ ＋３０ －２５ １８２４９*＋２＋０. ８ ＡＭＳ-１０３８０ ＋４０ －３５ ３３７５ ＡＭＳ-１０３８０ ＋４０ －３５ ３３００**－７５－２０. ０ ＡＭＳ-１０３８０ ＋４０ －３５ ５３１０－６５－１７. ３ ＡＭＳ-１０３８０ ＋４０ －３５ １０２１１－１６４－４３. ７ ＡＭＳ-１０３８０ ＋４０ －３５ １８１７７－１９８－５２. ８ ＡＨＳ-４１５００ ２５０３１６００ ＡＨＳ-４１５００ ２５０５１５４０－６０－３. ８ ＡＨＳ-４１５００ ２５０１０１４１０－１９０－１１. ９ ＡＨＳ-４１５００ ２５０１８１１９０－４１０－２５. ６ ＡＨＳ-４１５００ ２５０１８１６００*００ ＢＭＳ-８２５０ ＋３０ －２５ ３２４７ ＢＭＳ-８２５０ ＋３０ －２５ ８２２６－２１－８. ５ ＢＭＳ-８２５０ ＋３０ －２５ １８２２１－２６－１０. ５ ＢＨＳ-４１５００ ２５０３１５４０ ＢＨＳ-４１５００ ２５０８１５１０－３０－１. ９ ＢＨＳ-４１５００ ２５０１８１４１０－１３０－８. ４ ＣＭＳ-１０３８０ ＋４０ －３５ ３３９２ ＣＭＳ-１０３８０ ＋４０ －３５ ３３７０**－２２－５. ６ ＣＭＳ-１０３８０ ＋４０ －３５ ５３８１－１１－２. ８ ＣＭＳ-１０３８０ ＋４０ －３５ ８３７０－２２－５. ６ ＣＭＳ-１０３８０ ＋４０ －３５ １０３７１－２１－５. ４ ＣＭＳ-１０３８０ ＋４０ －３５ １８３６２－３０－７. ６ ＣＭＳ-１０３８０ ＋４０ －３５ １８３９５*＋３＋０. ８ ＤＨＳ-３１０００ ２５０３１０９０ ＤＨＳ-３１０００ ２５０８１０７０－２０－１. ８ ＥＨＳ-９４５００ ＋５００ －４５０ ３４２３０ ＥＨＳ-９４５００ ＋５００ －４５０ ５４２５０＋２０＋０. ４７ ＥＨＳ-９４５００ ＋５００ －４５０ １０３８８０－３５０－８. ２７ ＥＨＳ-９４５００ ＋５００ －４５０ １８３７３０－５００－１１. ８２ 注*管长 １８ ｍ 的导爆管雷管在距雷管口部 ３ ｍ 处,切开 １ ｃｍ 长的轴向切口所测得延期时间数据； **固定导爆管和起爆针使其不脱落时的雷管延期时间测定数据。 较小。 影响较严重者,在实际使用中会发生延期时 间串段现象如图 １ 所示。 所谓串段,是指在爆破 施工中,延期雷管未按照事先计划的顺序爆炸,发生 后一段雷管比前一段雷管先爆的现象。 串段会影响 爆破效果,并有可能引发安全事故[５-６]。 ２ 分析 ２. １ 理论分析 雷管延期体中的延期药由氧化剂、可燃剂及少 ６３ 爆 破 器 材 Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ 第 ４３ 卷第 ５ 期 量黏合剂组成。 可燃剂多使用金属粉；氧化剂多使 用无机氧化物或盐类；另外,为了成型与强度的需要 常加入少量的胶作为黏合剂,常用的黏合剂有火棉 胶、松虫胶等。 常见的延期药种类有硅系、硼系、钨 系等 ３ 种[７-９]。 延期药柱的燃烧符合多阶段燃烧规律[１０]稳定 燃烧过程中,药柱燃烧表面轴向分为未反应区、加热 区、固相反应区和气相反应区,固相、气相反应区的 放热对下层加热区进行预热,温度达到下层燃烧所 需的最低温度,使加热区发生反应,如此燃烧层层向 下传递。 无气体产生的延期药柱没有气相反应区, 维持正常燃烧的热源仅来自固相反应放热,热量传 递方式是热传导。 有气体产生的药柱除了有固相反 应放热外还有气相反应放热,此时维持正常燃烧的 热源来自于固相和气相两个反应区,热量传递方式 除了热传导外还有强制对流与辐射。 燃速公式为 ｕ ＝ ａ ＋ ｂｐｖ１ 其中ｕ 为燃速；ａ 为常数,取决于固相反应与传热 条件；ｂ 为常数,取决于气相反应与传热条件；ｐ 为环 境压力；ｖ 为压力指数,取决于气相反应的级数,一 般随着气体产生量的增加而增大。 由燃速公式可以看出,对于反应过程中无气体 产生的延期药柱,其燃速仅取决于固相反应与传热 条件,而不受环境压力的影响；对于反应过程中有气 体产生的延期药柱,其燃速除了与固相反应与传热 条件有关外,还与反应中所产生的气体量及燃烧环 境压力有关。 ５ 种延期雷管在不同管长下的延期时间变化试 验结果表明,５ 种延期药柱在燃烧过程中均有气体 产生。 不同延期药柱在燃烧过程中所产生气体量的 差异,造成当管长变化时延期雷管延期时间变化幅 度的差异。 延期药柱在燃烧过程中所产生的气体量 越少,其燃速随管长变化而变化的幅度也越小。 随着管长的变化,延期药柱燃烧时的环境压力 也发生了变化。 环境压力的变化除了与延期药燃烧 所产生的气体量有关外,更与管长有直接的关系。 以上推断可从下面的试验中得到验证。 ２. ２ 验证试验 使用如图 ２ 所示的动态压力测试装置[１１],模拟 不同长度的导爆管通过消爆腔对延期雷管进行点火 的过程消爆腔体积为 １２６ ｍｍ３,测定点火后延期 药面处的压力与时间关系,考察延期体被点火后燃 烧环境压力的变化情况。 试验结果见图 ３。 １ － 传感器；２ － 传感器固定架；３ － 消爆腔； ４ － 固定螺母；５ － 卡口塞；６ － 导爆管 图 ２ 动态压力测试装置 Ｆｉｇ. ２ Ｔｅｓｔ ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ 图 ３ 不同管长时的 ｐ-ｔ 曲线 Ｆｉｇ. ３ ｐ-ｔ ｃｕｒｖｅｓ ｆｏｒ ｄｅｆｆｅｒｅｎｔ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｄｅｔｏｎａｔｉｎｇ ｔｕｂｅ 由图 ３ 可以看出,导爆管通过消爆腔对延期雷 管点火时,延期药面处先后经历了两次压力变化过 程。 第 １ 次为压力突变,压力峰值较大,持续作用时 间极短。 随后出现第 ２ 次压力迅速升高而后缓慢衰 减的过程,该过程中压力峰值相对较小,但持续作用 时间较长。 在第 ２ 次压力变化过程中,管长 ３、１０、 ２０ ｍ 所对应的压力峰值分别约为 ０. ４、１. ０、０. ９ ＭＰａ,从点火开始至压力衰减至常压０. １ ＭＰａ所用 时间分别约为 ２００、６００、１０００ ｍｓ。 分析认为,在开始点火阶段,延期药面在导爆管 出口冲击波作用下压力急剧升高又迅速衰减,出现 第 １ 次压力变化过程。 相关研究指出,当消爆腔体 积为 ３００ ｍｍ３以下时,点火持续时间仅为 ０. ５ ０. ７ ｍｓ[１１]。 由于该过程持续时间极短,因此,对延期药 面点火后的燃烧过程影响极小。 然后由于导爆管爆 轰产物的作用,延期药面压力又经历了迅速升高而 后逐渐衰减的过程。 试验结果显示,随着管长的增加,导爆管对延期 药点火后延期药面压力增幅变大,压力衰减过程持 续时间变长。 这是因为随着管长的增加,导爆管传 爆过程中所产生的气体量也会相应增加,而在由雷 管消爆腔和导爆管管腔所组成的半敞开燃烧体系 中,只有导爆管管腔这一唯一的气体压力释放通道。 ７３２０１４ 年 １０ 月 导爆管长度对导爆管雷管延期时间的影响 侯建华,等 导爆管越长,气体压力释放的时间就越长,对延期药 的作用时间也就越长,对延期时间的影响也就越大。 由此可以推断,改变半敞开体系的气体压力释 放通道,将会改变雷管的延期时间。 表 １ 中的试验 结果也验证了上述推断管长１８ ｍ 的导爆管雷管在 距雷管口部 ３ ｍ 处,切开 １ ｃｍ 长的轴向切口,其延 期时间接近管长 ３ ｍ 导爆管雷管的延期时间；测定 延期时间时,导爆管从起爆针上自然脱落时所测得 数据与固定导爆管和起爆针使其不脱落时所测得数 据有明显差异,导爆管不脱落时所测得延期时间相 对较短。 ３ 结论 １导爆管雷管中随着管长增加延期时间会变 短,５ 个不同厂家生产的导爆管雷管延期时间下降 的幅度不一样。 ２不同延期类别的导爆管雷管,管长对延期时 间的影响程度不同。 毫秒延期导爆管雷管受管长的 影响相对较大,半秒延期导爆管雷管受管长的影响 相对较小。 影响较严重者,在实际使用中会发生延 期时间串段现象,会影响爆破效果并可能引发安全 事故。 ３延期药燃烧产生气体和由导爆管传爆时产 生气体所引起的雷管腔室压力改变是造成延期药燃 速加快的直接原因。 参 考 文 献 [１] 陈嘉琨,范钦文,高耀林. 塑料导爆管[Ｍ]. 北京国防 工业出版社,１９８７. 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Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙ- ｓｉｓ ｓｕｇｇｅｓｔｓ ｔｈａｔ ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈａｎｇｅ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｔｏｎａｔｏｒ ｃｈａｍｂｅｒ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｇａｓ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｃｏｍ- ｂｕｓｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｌａｙ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈｏｃｋ-ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｔｕｂｅ. Ｄｙｎａｍｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｅｓｔ ｄｅｖｉｃｅ ｗａｓ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｄｅｌａｙ ｄｅｔｏｎａｔｏｒ ｏｎ ｄｅｔｏｎａｔｉｎｇ ｔｕｂｅｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｅｎｇｔｈｓ ｕｓｉｎｇ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ ｃｈａｍｂｅｒ. Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｇｒｅｅ ｗｅｌｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ. [ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ] ｐｌａｓｔｉｃ ｄｅｔｏｎａｔｉｎｇ ｔｕｂｅ； ｎｏｎｅｌ ｄｅｔｏｎａｔｏｒ； ｄｅｌａｙ ｔｉｍｅ； ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｄｅｔｏｎａｔｉｎｇ ｔｕｂｅ ８３ 爆 破 器 材 Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ 第 ４３ 卷第 ５ 期