爆破課程設(shè)計(jì)

沈陽(yáng)工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書課題名稱：秒級(jí)延期電雷管的設(shè)計(jì)彈藥工程與爆炸技術(shù)專業(yè)126011班學(xué)生姓名：錢志杰張雪松指導(dǎo)教師姓名：郝志堅(jiān) 能源與水利學(xué)院目錄TOC\o"1-3"\h\u4359引言 1239061秒級(jí)延期雷管的結(jié)構(gòu) 2162661.1雷管的選擇 2177551.2引火藥頭 2269421.3延期體元件結(jié)構(gòu) 3284191.4裝藥結(jié)構(gòu) 353981.5秒延期電雷管裝配工藝流程 365652延期藥的設(shè)計(jì) 443022.1秒延期藥原材料要求 485132.2延期藥配方的確定 4165953影響鎢系延期藥延時(shí)精度的因素及其控制措施 559683.1W粉細(xì)度 5154673.2鉛管裝藥 5150573.3鉛索拉拔與切制 6423.4卡腰直徑 644603.5卡腰位置 74340結(jié)論 813032致謝 931766參考文獻(xiàn) 10引言雷管是爆破工程的主要起爆材料，它的作用是產(chǎn)生起爆能來(lái)引爆各種炸藥及導(dǎo)爆索、傳爆管。雷管分為火雷管和電雷管兩種。煤礦井下放灮均采用電雷管。電雷管分為瞬發(fā)電雷管和延期電雷管。而延期電雷管又分為秒延期電雷管和毫秒延期電雷管[1]。本課程設(shè)計(jì)先確定秒級(jí)延期雷管的結(jié)構(gòu)。延期藥采用鎢系延期藥。采用零氧平衡進(jìn)行設(shè)計(jì)，在進(jìn)行氧平衡修正。要求延期藥能被可靠引燃，具有合適的感度，同時(shí)要能達(dá)到秒級(jí)延期水平且其安定性要好、成本相對(duì)較低。最后，確定雷管的材料，長(zhǎng)度以及其他因素。延期雷管是通電后按規(guī)定延期時(shí)間引發(fā)起爆的雷管。有秒延期及毫秒延期兩種。與瞬發(fā)電雷管的區(qū)別是，在點(diǎn)火藥頭下方的不是加強(qiáng)帽而是一段延期體，一般為帶有藥芯的鉛柱，延期時(shí)間由藥芯的藥劑配比和延期體的長(zhǎng)短而定。一般每隔1秒為一段，現(xiàn)已發(fā)展為每隔半秒為延期段差。毫秒延期雷管應(yīng)用最廣，其基本結(jié)構(gòu)與秒延期者相同，惟延期藥燃燒時(shí)間的精度控制嚴(yán)格，常采用硅鐵（還原劑）、鉛丹（氧化劑）混合物，摻入適量硫化銻以調(diào)節(jié)反應(yīng)速度。將此混合物制成膠粒放入點(diǎn)火頭與加強(qiáng)帽之間。間隔段差的時(shí)間一般為25米/秒以上，大都分為15段。目前，我國(guó)生產(chǎn)的延期雷管基本上是毫秒系列，延期時(shí)間較短。隨著爆破技術(shù)的發(fā)展，需要一些秒延期雷管，秒延期雷管的延期時(shí)間長(zhǎng)、精度難以控制、發(fā)火可靠性是秒延期電雷管生產(chǎn)的難題。延期藥控制點(diǎn)火和起爆技術(shù)，近年來(lái)在軍民領(lǐng)域中的應(yīng)用獲得了迅速發(fā)展。由該技術(shù)所控制的延期時(shí)間雖然不如電子延時(shí)和機(jī)械延時(shí)那樣準(zhǔn)確，但是，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、成本低、原料豐富、抗溫耐震、延期范圍很廣(毫秒級(jí)～100s級(jí))、體積小、重量輕、使用生產(chǎn)安全、作用可靠性高等。這些優(yōu)點(diǎn)使它在兵器、航天、火箭、導(dǎo)彈和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中被大量采用，為提高我國(guó)該技術(shù)水平，生產(chǎn)出安全、可靠和高質(zhì)量的延期藥制品。W系延期藥是一種低燃速延期藥，在國(guó)內(nèi)外軍民領(lǐng)域廣泛使用，用于秒延期雷管。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于工藝和設(shè)備等原因經(jīng)常經(jīng)常出現(xiàn)延期藥延時(shí)精度不合格的情況。筆者從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和影響W系延期藥延時(shí)精度因素及控制措施等方面來(lái)研討W系延期藥用于秒延期雷管的生產(chǎn)。1秒級(jí)延期雷管的結(jié)構(gòu)秒延期雷管的結(jié)構(gòu)是在基礎(chǔ)雷管內(nèi)裝入延期元件后，秒延期雷管卡腰而成，其中管材料為鋼質(zhì)，延期元件包括延期主元件和延期點(diǎn)火元件。如圖1所示。圖1.1延期雷管剖面圖1.1雷管的選擇(1)管體長(zhǎng)度的選擇：秒延期雷管管體材料的選擇是基于秒延期元件的長(zhǎng)度而定，一般選用3種長(zhǎng)度的管體，即68mm、75mm、80mm。(2)管體材料的選擇：大量的實(shí)踐和試驗(yàn)證明，許用雷管管殼的材質(zhì)對(duì)瓦斯安全性是有明顯影響的。其中最理想的管殼要數(shù)銅殼，其次是紙殼、復(fù)銅殼、鐵殼，鋁殼被禁止用于煤礦井下。銅殼對(duì)瓦斯安全性較有利的原因可能是：一是銅材的柔軟性好、回彈小，管口與封口材料結(jié)合較牢固，氣密性好，不易脫爆和竄火。二是銅殼制造工藝簡(jiǎn)單，管口的裂紋、砂眼等不易產(chǎn)生。三是銅殼和延期體之間的結(jié)合較緊密，不易速爆，若卡中腰后，雷管爆炸以后延期體大部仍留在管殼上，這就起到了封閉延期藥或引火頭燃燒殘?jiān)淖饔?。四是銅殼爆炸后的碎片與瓦斯檢測(cè)器鋼板壁或其它物質(zhì)撞擊時(shí)不易產(chǎn)生火花。因此，當(dāng)使用鐵殼之類的材質(zhì)應(yīng)用于許用型雷管，尤其是8號(hào)雷管，在管殼的幾何形狀，消焰劑的引入方式，以及鐵板材質(zhì)等方面應(yīng)嚴(yán)格選擇。否則瓦斯安全性將難以通過(guò)。1.2引火藥頭引火藥劑種類、引火頭大小等因素對(duì)瓦斯安全性是有明顯影響的。使用鉛丹-硅系列以及硫氰酸鉛系列引火藥時(shí)，雖然藥劑點(diǎn)火能力強(qiáng)、氣體少、延時(shí)精度高，但火焰溫高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、固體灼熱顆粒較多，容易引燃瓦斯。木炭系列引火頭就不存在這些現(xiàn)象。引火藥頭藥量大，在一定的氣室長(zhǎng)度下，將嚴(yán)重地影響氣室壓力，易造成脫塞，從而引燃瓦斯。因此，引火藥頭種類和重量都應(yīng)有選擇[4]。1.3延期體元件結(jié)構(gòu)目前國(guó)內(nèi)有些生產(chǎn)廠家秒延期雷管的延期元件，采用內(nèi)管式裝藥結(jié)構(gòu)，其缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜，安全性差，精度不高，耗藥量大。而有些生產(chǎn)廠家選擇鉛索拉拔式，其工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)，節(jié)約成本，因此采用鉛索拉拔式延期結(jié)構(gòu)作延期元件[2]。延期元件的芯體采用為單芯結(jié)構(gòu)，雖然裝藥密度較難控制，但裝藥量集中，接受發(fā)火沖能的面積較大，在燃燒過(guò)程中散熱一致性很好，對(duì)提高延時(shí)精度有利。1.4裝藥結(jié)構(gòu)雷管的裝藥結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在兩部分：一是主發(fā)裝藥藥量，即決定雷管輸出威力的指標(biāo)；二是選擇一種性能穩(wěn)定、生產(chǎn)簡(jiǎn)便、無(wú)污染的起爆藥。根據(jù)工業(yè)炸藥發(fā)展趨勢(shì)表明，含水炸藥尤其是以乳化炸藥為主的格局已成為必然，由于乳化炸藥的膠體是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定體，加上含水量較大，因此，炸藥的起爆感度相對(duì)較低，適當(dāng)?shù)靥岣呃坠苤餮b藥量，對(duì)于增加雷管的起爆威力是有好處的。典型的例子是美國(guó)幾個(gè)著名的炸藥公司，在產(chǎn)品介紹中的8號(hào)毫秒延期雷管，主發(fā)藥量均在0.7g以上。其中奧斯汀公司用于煤礦的CoalStar牌毫秒延期電雷管的主裝藥量為0.7g，用于巖石爆破的RockStar毫秒延期電雷管的主裝藥量為0.8g；原ICI炸藥公司生產(chǎn)的導(dǎo)爆管毫秒延期雷管主裝藥量達(dá)0.79g。原煤炭部也曾行文強(qiáng)行推廣煤礦井下必須推廣8號(hào)許用金屬殼雷管，其中的一條原因也是為了提高雷管的輸出威力，有利于起爆含水炸藥。在起爆藥方面來(lái)看，主要是研究用以取代安全性能差、生產(chǎn)污染嚴(yán)重的藥劑（如DDNP）等。在國(guó)外大多數(shù)廠家仍使用疊氮化鉛作起爆藥，也有少數(shù)廠家使用復(fù)合物作起爆藥的。在我國(guó)，以取代DDNP為目的的起爆藥劑，已經(jīng)公開報(bào)道或經(jīng)過(guò)技術(shù)定型的有10種以上。1.5秒延期電雷管裝配工藝流程圖1.2雷管裝配工藝流程2延期藥的設(shè)計(jì)2.1秒延期藥原材料要求鎢粉：純度≥99%，粒度≤4微米；鉻酸鋇：純度≥99%，粒度≤3微米；高氯酸鉀：純度≥99%，粒度≤10微米；氟化鈣純度≥99.99%，粒度≤5微米。2.2延期藥配方的確定延期藥配比的理論計(jì)算就是按零氧平衡計(jì)算配比，鎢系延期藥零氧平衡時(shí)的反應(yīng)方程式為：8W+3KClO4+8BaCrO4=8BaWO4+4Cr2O3+3KCl(2.1)計(jì)算得理論上的最佳化學(xué)計(jì)量比率為:W:KClO4:BaCrO4=37.6:10.7:51.7(2.2)考慮實(shí)際影響因素，除成分和配比外，還有各組分含有雜質(zhì)及藥粒細(xì)度和裝藥密度等，因此在零氧平衡的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整。保持KClO4含量不變的情況下進(jìn)行試驗(yàn)(見表2.1)，所得的數(shù)據(jù)繪成曲線圖(見圖2.1)，由圖2.1實(shí)際試驗(yàn)的燃速曲線看，W（鎢）含量在20~50之間對(duì)燃速的線性關(guān)系非常明顯，即W含量增加，BaCrO4含量減少，單位長(zhǎng)度的燃燒時(shí)間迅速減少，燃速逐漸加快。表2.1延期藥實(shí)驗(yàn)配比成分配比W50~4030~4025~30KClO4101010BaCrO440~6070~6075~70圖2.1配速與燃速的關(guān)系通過(guò)配方調(diào)整和外加調(diào)速劑氟化物，鎢系延期藥的燃燒速度符合秒延期系列高段別雷管延期時(shí)間的要求，故采用鎢系延期藥進(jìn)行秒延期電雷管2~10段調(diào)試[3]。3影響鎢系延期藥延時(shí)精度的因素及其控制措施3.1W粉細(xì)度生產(chǎn)所用的W粉是外購(gòu)的成品粉末，生產(chǎn)W粉的廠家應(yīng)提供合適粒度的產(chǎn)品。通常某種粉狀物質(zhì)的平均粒度越細(xì)，它的比表面積越大[5]。在生產(chǎn)質(zhì)量管理中，入廠時(shí)進(jìn)行比表面積檢測(cè)來(lái)控制W粉的細(xì)度是簡(jiǎn)單易行、非常有效的方法，這種檢測(cè)分析對(duì)保證延期藥的質(zhì)量是很關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。試驗(yàn)采用激光顆粒分布測(cè)量?jī)x對(duì)W粉的粒度進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)繪出粒度分布曲線圖和比表面積作為衡量W粉粒度的主要技術(shù)指標(biāo)。選用比表面積不同的4種W粉，按相同配比、相同方法混藥，拉制成鉛延期體，測(cè)試燃速及延時(shí)精度，結(jié)果如表3.1。表3.1不同比表面積的W粉燃速及延時(shí)精度表比面積/(cm2·g-1)粒度/(um)平均燃速/(mm·s-1)極差/s標(biāo)準(zhǔn)差/s38004.53.60.430.1840004.04.20.340.1245003.84.60.300.0948003.54.90.240.08根據(jù)表3.1試驗(yàn)結(jié)果，比表面積4800cm2/g的W粉延時(shí)精度最好，但因?yàn)槿妓偬欤瑹o(wú)法滿足工藝和質(zhì)量的要求，所以選用比表面積在4000~4500cm2/g的W粉最合適。從表3.1的結(jié)果可以看出，W粉的平均粒度越細(xì)，延期藥燃速越快，延時(shí)精度越好，為得到合適燃速和較好的延時(shí)精度，經(jīng)多次試驗(yàn)，選擇比表面積4000~4500cm2/g最合適[3]。3.2鉛管裝藥一般采用干式手工裝藥，需要經(jīng)過(guò)3次裝藥才能完整的裝好一顆。鉛管，其中第一次裝填部分的延期藥密度最大，第二次裝填部分的延期藥密度較大，最后一次裝填部分的延期藥密度最小，導(dǎo)致了裝藥管中延期藥裝填密度相差較大，導(dǎo)致了雷管延時(shí)精度偏差大。以機(jī)械化自動(dòng)裝藥方式代替手工操作，消除傳統(tǒng)工藝造成的裝藥管中延期藥裝填密度不均勻的問(wèn)題，以提高秒延期雷管的延時(shí)精度，保證秒延期雷管延時(shí)精度的穩(wěn)定一致性。3.3鉛索拉拔與切制(1)傳統(tǒng)拔鉛索工藝不能有效消除裝藥管中延期藥裝填密度不均勻，而且浪費(fèi)延期藥，工藝方法本身存在缺陷，雷管延時(shí)精度差。引進(jìn)雙向引拔的工藝生產(chǎn)理念[6]，通過(guò)多次套管并進(jìn)行正、反雙向引拔，進(jìn)一步補(bǔ)償傳統(tǒng)引拔工藝造成的同一延期體各部位延期藥密度不均勻的問(wèn)題，提高雷管的延時(shí)精度。(2)使用切鉛機(jī)的切鉛方式和切鉛精度遠(yuǎn)落后于生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家水平。通常，同一規(guī)格鉛延期元件的切長(zhǎng)精度在0.2~0.5mm范圍內(nèi)，而且還有馬蹄面，馬蹄面對(duì)雷管的延時(shí)精度存在一定的影響，鉛索式延期元件的切長(zhǎng)精度直接影響雷管延時(shí)精度。改變傳統(tǒng)延期元件的切制工藝，大幅度提高延期元件切長(zhǎng)的精度，運(yùn)用自動(dòng)送料方式進(jìn)行切制，消除馬蹄面，來(lái)提高切長(zhǎng)精度，把切長(zhǎng)偏差降到0.1mm以內(nèi)。3.4卡腰直徑將切制好的W系延期元件有序的裝入基礎(chǔ)雷管中，再將延期元件進(jìn)行卡印，卡鉛直徑與點(diǎn)火率如圖3.1所示。從圖3.1可以看出，卡鉛直徑小于5.1mm時(shí)，點(diǎn)火率下降，主要原因是卡鉛導(dǎo)致卡鉛部位藥芯直徑變小，藥芯密度增大，延期藥燃燒至卡鉛部位時(shí)，燃燒中斷，導(dǎo)致瞎火?？ㄣU直徑宜控制住5.3~5.8mm，卡鉛直徑大于6.1mm，雷管容易產(chǎn)生速爆現(xiàn)象，因此在實(shí)際生產(chǎn)中卡印直徑選擇在5.6~5.8mm。圖3.1點(diǎn)火率與卡鉛直徑的關(guān)系曲線3.5卡腰位置卡腰位置對(duì)雷管延時(shí)精度的影響，生產(chǎn)中卡腰容易讓延期元件里的延期藥出現(xiàn)的現(xiàn)象，特別是雙道延期元件的段別，在生產(chǎn)中易出現(xiàn)大量的藥塊掉落下來(lái)。實(shí)驗(yàn)期初，為防止延期雷管卡腰時(shí)延期元件中的延期藥被擠掉藥塊，卡腰位置選在延期點(diǎn)火元件的中下段，時(shí)常有瞎火現(xiàn)象。解剖瞎火的延期雷管發(fā)現(xiàn)，延期元件中延期藥在燃燒時(shí)由于“層狀龜裂現(xiàn)象”[7]，燃燒產(chǎn)物向后推移并排出鉛芯體外，使點(diǎn)火藥燃燒產(chǎn)物和未燃主延期藥之間形成空隙，阻礙了熱量的傳導(dǎo)，從而造成瞎火。延期元件從點(diǎn)火到穩(wěn)定燃燒有一過(guò)程，合理的卡腰位置應(yīng)在延期元件的穩(wěn)定燃燒部位。把延期雷管卡腰位置調(diào)整至延期點(diǎn)火元件端面以下2~3mm處，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，解決了瞎火問(wèn)題。結(jié)論（1）管體長(zhǎng)度選擇80mm,雷管殼體材料選取銅殼，引火信頭使用鉛丹-硅系列或硫氰酸鉛系列引火藥。發(fā)火方式為電發(fā)火方式。延期元件結(jié)構(gòu)采用鉛索拉拔式延期結(jié)構(gòu)作延期元件。炸藥的起爆感度相對(duì)較低，適當(dāng)?shù)靥岣呃坠苤餮b藥量。從而使得感度降低，威力上升，提高安定性。（2）延期藥材料選擇鎢粉：純度≥99%，粒度≤4微米；鉻酸鋇：純度≥99%，粒度≤3微米；高氯酸鉀：純度≥99%，粒度≤10微米；氟化鈣純度≥99.99%，粒度≤5微米。（3）延期藥配方選擇其比例為W:KClO4:BaCrO4=35:10:65其氧平衡為負(fù)氧平衡，接近零氧平衡。（4）對(duì)于鎢系延期藥的延時(shí)精度及其控制在鎢系延期