爆破课程设计

课程设计说明书
课题名称：秒级延期电雷管的设计弹药工程与爆炸技术专业
126011班
学生姓名：钱志杰张雪松
指导教师姓名：郝志坚
能源与水利学院
摘要
本文主要是对于秒延期电雷管进行设计。

其中包括雷管结构设计，延期药设计以及延期药的延时精度影响意思和控制措施。

对于雷管来说，采用普通延时80mm长度雷管。

延期要主要选择是钨系延期药，其中包括材料以及配方的设计计算。

延期精度影响因素主要是来自文献的实验结果。

延期药是雷管中延期元件的装药装填物且容易引燃，不易哑火可以很好的达到秒级延期水平。

雷管中装药的感度较低，其安定性较好，威力较大，且选择材料成本较低。

本文中的延期药设计以及其延时精度是当前正需要的秒级延时雷管，可以说是一种创新。

也是在前人的基础上的一种提高。

通过前人的文献帮助，加上自己的领悟完成此次设计的内容。

秒级延期雷管是能够使延期水平达到秒级以上的延期雷管，更加体现我们的技术水平以及前瞻性。

关键字: 秒级延期；延期雷管；钨系延期药；延时因素
目录
引言 0
1秒级延期雷管的结构 (1)
1.1雷管的选择 (1)
1.2引火药头 (1)
1.3延期体元件结构 (2)
1.4装药结构 (2)
1.5秒延期电雷管装配工艺流程 (2)
2延期药的设计 (2)
2.1秒延期药原材料要求 (3)
2.2延期药配方的确定 (3)
3 影响钨系延期药延时精度的因素及其控制措施 (4)
3.1 W粉细度 (4)
3.2铅管装药 (4)
3.3铅索拉拔与切制 (5)
3.4卡腰直径 (5)
3.5卡腰位置 (6)
结论 (7)
致谢 (8)
参考文献 (9)
引言
雷管是爆破工程的主要起爆材料，它的作用是产生起爆能来引爆各种炸药及导爆索、传爆管。

雷管分为火雷管和电雷管两种。

煤矿井下放灮均采用电雷管。

电雷管分为瞬发电雷管和延期电雷管。

而延期电雷管又分为秒延期电雷管和毫秒延期电雷管[1]。

本课程设计先确定秒级延期雷管的结构。

延期药采用钨系延期药。

采用零氧平衡进行设计，在进行氧平衡修正。

要求延期药能被可靠引燃，具有合适的感度，同时要能达到秒级延期水平且其安定性要好、成本相对较低。

最后，确定雷管的材料，长度以及其他因素。

延期雷管是通电后按规定延期时间引发起爆的雷管。

有秒延期及毫秒延期两种。

与瞬发电雷管的区别是，在点火药头下方的不是加强帽而是一段延期体，一般为带有药芯的铅柱，延期时间由药芯的药剂配比和延期体的长短而定。

一般每隔1秒为一段，现已发展为每隔半秒为延期段差。

毫秒延期雷管应用最广，其基本结构与秒延期者相同，惟延期药燃烧时间的精度控制严格，常采用硅铁（还原剂）、铅丹（氧化剂）混合物，掺入适量硫化锑以调节反应速度。

将此混合物制成胶粒放入点火头与加强帽之间。

间隔段差的时间一般为25米/秒以上，大都分为15段。

目前，我国生产的延期雷管基本上是毫秒系列，延期时间较短。

随着爆破技术的发展，需要一些秒延期雷管，秒延期雷管的延期时间长、精度难以控制、发火可靠性是秒延期电雷管生产的难题。

延期药控制点火和起爆技术，近年来在军民领域中的应用获得了迅速发展。

由该技术所控制的延期时间虽然不如电子延时和机械延时那样准确，但是，它的结构简单、制造方便、成本低、原料丰富、抗温耐震、延期范围很广(毫秒级～100 s级)、体积小、重量轻、使用生产安全、作用可靠性高等。

这些优点使它在兵器、航天、火箭、导弹和国民经济中被大量采用，为提高我国该技术水平，生产出安全、可靠和高质量的延期药制品。

W 系延期药是一种低燃速延期药，在国内外军民领域广泛使用，用于秒延期雷管。

在实际生产中，由于工艺和设备等原因经常经常出现延期药延时精度不合格的情况。

笔者从产品结构和影响W 系延期药延时精度因素及控制措施等方面来研讨W 系延期药用于秒延期雷管的生产。

1秒级延期雷管的结构
秒延期雷管的结构是在基础雷管内装入延期元件后，秒延期雷管卡腰而成，其中管材料为钢质，延期元件包括延期主元件和延期点火元件。

如图1所示。

图 1.1延期雷管剖面图
1.1雷管的选择
(1)管体长度的选择：秒延期雷管管体材料的选择是基于秒延期元件的长度而定，一般选用3 种长度的管体，即68 mm、75mm、80 mm。

(2)管体材料的选择：大量的实践和试验证明，许用雷管管壳的材质对瓦斯安全性是有明显影响的。

其中最理想的管壳要数铜壳，其次是纸壳、复铜壳、铁壳，铝壳被禁止用于煤矿井下。

铜壳对瓦斯安全性较有利的原因可能是：一是铜材的柔软性好、回弹小，管口与封口材料结合较牢固，气密性好，不易脱爆和窜火。

二是铜壳制造工艺简单，管口的裂纹、砂眼等不易产生。

三是铜壳和延期体之间的结合较紧密，不易速爆，若卡中腰后，雷管爆炸以后延期体大部仍留在管壳上，这就起到了封闭延期药或引火头燃烧残渣的作用。

四是铜壳爆炸后的碎片与瓦斯检测器钢板壁或其它物质撞击时不易产生火花。

因此，当使用铁壳之类的材质应用于许用型雷管，尤其是8号雷管，在管壳的几何形状，消焰剂的引入方式，以及铁板材质等方面应严格选择。

否则瓦斯安全性将难以通过。

1.2引火药头
引火药剂种类、引火头大小等因素对瓦斯安全性是有明显影响的。

使用铅丹-硅系列以及硫氰酸铅系列引火药时，虽然药剂点火能力强、气体少、延时精度高，但火焰
温高、持续时间长、固体灼热颗粒较多，容易引燃瓦斯。

木炭系列引火头就不存在这
些现象。

引火药头药量大，在一定的气室长度下，将严重地影响气室压力，易造成脱塞，从而引燃瓦斯。

因此，引火药头种类和重量都应有选择[4]。

1.3延期体元件结构
目前国内有些生产厂家秒延期雷管的延期元件，采用内管式装药结构，其缺点是工艺复杂，安全性差，精度不高，耗药量大。

而有些生产厂家选择铅索拉拔式，其工艺简单、生产效率高的特点，节约成本，因此采用铅索拉拔式延期结构作延期元件[2]。

延期元件的芯体采用为单芯结构，虽然装药密度较难控制，但装药量集中，接受发火冲能的面积较大，在燃烧过程中散热一致性很好，对提高延时精度有利。

1.4装药结构
雷管的装药结构主要体现在两部分：一是主发装药药量，即决定雷管输出威力的指标；二是选择一种性能稳定、生产简便、无污染的起爆药。

根据工业炸药发展趋势表明，含水炸药尤其是以乳化炸药为主的格局已成为必然，由于乳化炸药的胶体是一种热力学不稳定体，加上含水量较大，因此，炸药的起爆感度相对较低，适当地提高雷管主装药量，对于增加雷管的起爆威力是有好处的。

典型的例子是美国几个著名的炸药公司，在产品介绍中的8号毫秒延期雷管，主发药量均在0.7g 以上。

其中奥斯汀公司用于煤矿的Coal Star牌毫秒延期电雷管的主装药量为0.7g，用于岩石爆破的Rock Star毫秒延期电雷管的主装药量为0.8g；原ICI炸药公司生产的导爆管毫秒延期雷管主装药量达0.79g。

原煤炭部也曾行文强行推广煤矿井下必须推广8号许用金属壳雷管，其中的一条原因也是为了提高雷管的输出威力，有利于起爆含水炸药。

在起爆药方面来看，主要是研究用以取代安全性能差、生产污染严重的药剂（如DDNP）等。

在国外大多数厂家仍使用叠氮化铅作起爆药，也有少数厂家使用复合物作起爆药的。

在我国，以取代DDNP为目的的起爆药剂，已经公开报道或经过技术定型的有10种以上。

1.5秒延期电雷管装配工艺流程
图1.2雷管装配工艺流程
2延期药的设计
2.1秒延期药原材料要求
钨粉：纯度≥99 %，粒度≤4 微米；
铬酸钡：纯度≥99 %，粒度≤3微米；
高氯酸钾：纯度≥99 %，粒度≤10微米；
氟化钙纯度≥99.99 %，粒度≤5微米。

2.2延期药配方的确定
延期药配比的理论计算就是按零氧平衡计算配比，钨系延期药零氧平衡时的反应方程式为：
8W+3KClO4+8BaCrO4=8BaWO4+4Cr2O3+3KCl (2.1) 计算得理论上的最佳化学计量比率为:
W:KClO4 :BaCrO4=37.6:10.7:51.7
(2.2)
考虑实际影响因素，除成分和配比外，还有各组分含有杂质及药粒细度和装药密度等，因此在零氧平衡的基础上进行调整。

保持KClO4含量不变的情况下进行试验(见表2.1)，所得的数据绘成曲线图(见图 2.1)，由图2.1实际试验的燃速曲线看，W（钨）含量在20~50之间对燃速的线性关系非常明显，即W 含量增加，BaCrO4含量减少，单位长度的燃烧时间迅速减少，燃速逐渐加快。

表2.1延期药实验配比
成分配比
W 50~40 30~40 25~30
KClO4 10 10 10
BaCrO4 40~60 70~60 75~70
图2.1配速与燃速的关系通过配方调整和外加调速剂氟化物，钨系延期药的燃烧速度符合秒延期系列高段别雷管延期时间的要求，故采用钨系延期药进行秒延期电雷管2~10段调试[3]。

3 影响钨系延期药延时精度的因素及其控制措施
3.1W粉细度
生产所用的W粉是外购的成品粉末，生产W粉的厂家应提供合适粒度的产品。

通常某种粉状物质的平均粒度越细，它的比表面积越大[5]。

在生产质量管理中，入厂时进行比表面积检测来控制W 粉的细度是简单易行、非常有效的方法，这种检测分析对保证延期药的质量是很关键的环节。

试验采用激光颗粒分布测量仪对W粉的粒度进行检测，测绘出粒度分布曲线图和比表面积作为衡量W 粉粒度的主要技术指标。

选用比表面积不同的4种W粉，按相同配比、相同方法混药，拉制成铅延期体，测试燃速及延时精度，结果如表 3.1。

表 3.1 不同比表面积的W粉燃速及延时精度
表比面积/(cm2·g-1) 粒度/(um)平均燃速/(mm·s-1) 极差/s标准差/s 3800 4.5 3.6 0.43 0.18
4000 4.0 4.2 0.34 0.12
4500 3.8 4.6 0.30 0.09
4800 3.5 4.9 0.24 0.08
根据表3.1试验结果，比表面积4800 cm2/g的W 粉延时精度最好，但因为燃速太快，无法满足工艺和质量的要求，所以选用比表面积在4000~4500 cm2/g的W 粉最合适。

从表3.1的结果可以看出，W 粉的平均粒度越细，延期药燃速越快，延时精度越好，为得到合适燃速和较好的延时精度，经多次试验，选择比表面积4000~4500 cm2/g最合适[3]。

3.2 铅管装药
一般采用干式手工装药，需要经过 3 次装药才能完整的装好一颗。

铅管，其中第一次装填部分的延期药密度最大，第二次装填部分的延期药密度较大，最后一次装填部分的延期药密度最小，导致了装药管中延期药装填密度相差较大，导致了雷管延时精度偏差大。

以机械化自动装药方式代替手工操作，消除传统工艺造成的装药管中延期药装填密度不均匀的问题，以提高秒延期雷管的延时精度，保证秒延期雷管延时精度的稳定一致性。

3.3 铅索拉拔与切制
(1)传统拔铅索工艺不能有效消除装药管中延期药装填密度不均匀，而且浪费延期药，工艺方法本身存在缺陷，雷管延时精度差。

引进双向引拔的工艺生产理念[6]，通过多次套管并进行正、反双向引拔，进一步补偿传统引拔工艺造成的同一延期体各部位延期药密度不均匀的问题，提高雷管的延时精度。

(2)使用切铅机的切铅方式和切铅精度远落后于生产技术先进的国家水平。

通常，同一规格铅延期元件的切长精度在0.2~0.5 mm 范围内，而且还有马蹄面，马蹄面对雷管的延时精度存在一定的影响，铅索式延期元件的切长精度直接影响雷管延时精度。

改变传统延期元件的切制工艺，大幅度提高延期元件切长的精度，运用自动送料方式进行切制，消除马蹄面，来提高切长精度，把切长偏差降到0.1 mm 以内。

3.4 卡腰直径
将切制好的W 系延期元件有序的装入基础雷管中，再将延期元件进行卡印，卡铅直径与点火率如图3.1所示。

从图 3.1可以看出，卡铅直径小于 5.1 mm 时，点火率下降，主要原因是卡铅导致卡铅部位药芯直径变小，药芯密度增大，延期药燃烧至卡铅部位时，燃烧中断，导致瞎火。

卡铅直径宜控制住 5.3~5.8 mm，卡铅直径大于 6.1 mm，雷管容易产生速爆现象，因此在实际生产中卡印直径选择在 5.6~5.8 mm。

图3.1点火率与卡铅直径的关系曲线
3.5卡腰位置
卡腰位置对雷管延时精度的影响，生产中卡腰容易让延期元件里的延期药出现的
现象，特别是双道延期元件的段别，在生产中易出现大量的药块掉落下来。

实验期初，为防止延期雷管卡腰时延期元件中的延期药被挤掉药块，卡腰位置选在延期点火元件的中下段，时常有瞎火现象。

解剖瞎火的延期雷管发现，延期元件中延期药在燃烧时由于“层状龟裂现象”[7]，燃烧产物向后推移并排出铅芯体外，使点火药燃烧产物和未燃主延期药之间形成空隙，阻碍了热量的传导，从而造成瞎火。

延期元件从点火到稳定燃烧有一过程，合理的卡腰位置应在延期元件的稳定燃烧部位。

把延期雷管卡腰位置调整至延期点火元件端面以下2~3 mm处，经多次实验，解决了瞎火问题。

结论
（1）管体长度选择80mm,雷管壳体材料选取铜壳，引火信头使用铅丹-硅系列或硫氰酸铅系列引火药。

发火方式为电发火方式。

延期元件结构采用铅索拉拔式延期结构作延期元件。

炸药的起爆感度相对较低，适当地提高雷管主装药量。

从而使得感度降低，威力上升，提高安定性。

（2）延期药材料选择
钨粉：纯度≥99 %，粒度≤4 微米；
铬酸钡：纯度≥99 %，粒度≤3微米；
高氯酸钾：纯度≥99 %，粒度≤10微米；
氟化钙纯度≥99.99 %，粒度≤5微米。

（3）延期药配方选择
其比例为W:KClO4 :BaCrO4=35:10:65
其氧平衡为负氧平衡，接近零氧平衡。

（4）对于钨系延期药的延时精度及其控制
在钨系延期药生产线上，进行局部改变来进行W 系延期药生产，以用于秒延期雷管，改变生产工艺中的不足，并加强监视质量关键控制工序，以使秒延期雷管2~10 段的延时精度满足国家标准的要求。

致谢
时间匆匆而过，转眼间一周的时间就这从我的生命里流过。

虽然这周的课程设计任务比较重，但是我们还是如期的完成此次课程设计的所有任务。

在这里我要向我的指导老师郝志坚老师表达衷心的感谢。

在他的帮助下，我及时的找对了思路，及时的去查阅了资料。

在延期药的设计计算中给我的解答和帮助。

同时我也要感谢我的同学们，尤其是学委。

在他们的帮助下顺利的完成此次课程设计。

还要感谢我使用的文献的前辈们，正是有了他们的文献参考，我才能如此顺利的完成。

在这次的课程设计中收获颇丰，既收获了的专业知识，又增长实践动手能力和团队合作能力。

话虽不多，最后我还是要再次感谢郝老师给了我们这次课程设计的机会和期间的辛勤指导以及陪伴！
参考文献
[1]来自百度百科.
[2]吴幼成等。

延期药技术综述[J].爆破器材，2004，29(2).
[3]刘占阳，李祥友．W 系延期药延时精度控制方法探讨[J]．爆破器材：中国兵工学
会，2011，6．
[4]杨祖一.延期雷管（三）。

爆破器材，2000-02-29期刊
[5]蔡瑞娇．火工品设计原理[M]．北京：北京理工大学出版社，1999．
[6]孙德强，赵培亮．延期药的设计在生产实践中的应用[J]．煤矿，2006．
[7]刘自铴，蒋荣光．工业火工品[J]．2003，8．。