一、概述

 

　　(一)起爆器材的發展及現狀

　　隨著近代工業和我國國民經濟的發展，工程爆破的大區化、多樣化也不斷發展起來，為適應這一發展的需要，起爆器材的品種也必須相應的發展，為適應各種特殊爆破及各種復雜條件下爆破作業的需要，必須研究和生產這些特殊的起爆器材。

　　我國黑火藥的發明，開辟了爆破器材的途徑。自1831年畢克佛爾特發明以黑火藥為藥芯的導火索(畢氏導火索)，到1867年諾貝爾發明了火雷管，開始形成了最早的起爆系統——導火索起爆系統。而后，隨著一次爆破量的不斷增加，單靠這種簡單的起爆系統滿足不了生產發展的需要，于是出現了工業電雷管。由于工業電器化水平的不斷提高，礦山的電器設備不斷增加，電機車的廣泛應用，以及炮孔機械化裝藥的發展和推廣應用，由此而產生的雜散電流、靜電及各種感應電等電信號對電力起爆系統的干擾，給電力起爆系統的應用帶來了危險，使它的進一步推廣使用產生了困難。為了克服各種電信號對電力起爆系統的干擾，我國20世紀70年代以來，起爆器材得到了迅速發展，先后出現了各種新型起爆器材，如抗雜電、抗靜電雷管、抗電感應、防瓦斯、耐熱、耐壓電雷管以及各種非電起爆系統。國外20世紀70年代如瑞典發明了非電(NoNel)起爆系統；美國發明了普里馬德特(Primadet)低能導爆索起爆系統，赫爾格德特(HeCadet)充氣導爆管起爆系統；日本發明了無線起爆系統——超聲波，電磁波遙控起爆系統。我國20世紀70年代末至80年代研制成功了導爆管起爆系統、電磁波遙控起爆系統、低能導爆索、無起爆藥雷管等。無起爆藥雷管的技術指標居世界領先地位，于1983年，該技術轉讓給瑞典諾貝爾公司，并在世界28個國家和地區申請了專利。

　　起爆器材的品種不斷增加，且各種起爆器材逐步形成系列化、多樣化，用戶可根據不同爆破條件和爆破對象，靈活選擇。自20世紀80年代以來，電和非電雷管向著段數多、延時精度高的方向發展。如瑞典VA毫秒電雷管達45個段別，總延時秒量2000毫秒，其雷管腳線2～20m，雷管的總電阻不變；半秒雷管有12個段別；NoNel起爆系統有30個段別，總延時秒量為2000ms。英國ICI公司毫秒電雷管有30個段別，總延時秒量845ms。日本30個段別，總延時845ms。我國80年代末研制成功了電毫秒雷管30個段別，總延時秒量有1600ms、1000ms和900ms等。這些雷管的技術指標已達到國際先進水平，其獨特的優點是結構簡單，原材料來源廣、成本低，更適合我國國情使用。

　　早在20世紀80年代初期，我國就研究成功了電子毫秒雷管，每個段延期時間間隔為]0ms，可實現100個段，總延時秒量為1000ms，其技術指標達世界先進水平。

　　導爆管非電起爆系統發展很快，除有瓦斯和粉塵爆炸的場所外，幾乎應用于各種爆破工程。導爆管的年使用量達3億m，其用量之多居世界首位。在起爆方法上，形式多樣。起爆網路的聯接方面，靈活多樣，在一些特殊的爆破中，可采用孔內、孔外延期相結合，實現多段延時爆破，最高實現了一次爆破達324個段。

　　從起爆器材的發展趨勢看，它將進一步朝著安全性好的導爆管起爆系統發展，并進一步研制適應各種環境條件下的爆破，如導爆管的強度更高，延時更精確的雷管新品種，同時發展抗電干擾能力強、可靠性高、成本較低的電子延期雷管和推廣無起爆藥雷管系列產品，逐步淘汰導火索和一些安全性能差的起爆器材。

　　(二)起爆器材的種類和基本要求

　　起爆器材的品種較多，據其作用可分為起爆材料和傳爆材料兩大類。各種雷管屬于起爆材料。導火索、導爆索、導爆管屬于傳爆材料，繼爆管、導爆索既可起起爆作用又起傳爆作用，是兩者的綜合，這些材料在爆破作業中都不可少。

　　對起爆器材的要求是：安全可靠，使用簡單、方便。具體為：

　　1．具有足夠的起爆能力和傳爆能力。

　　2．對環境有一定的適應能力，如能在一定的濕度、溫度、壓力等范圍內應用。

　　3．延期起爆器材，要求起爆時間準確，延時精度高。

　　4．產品的化學安全性好，經得起運輸、貯存的考驗。

　　(三)起爆藥

　　在過去的100多年來，人們一直把起爆藥看成工業雷管的核心，甚至稱之為雷管的主裝藥，直到20世紀80年代初，我國才首次在工業雷管中取消起爆藥，研制成世界上最先進、最安全的無起爆藥雷管。它已經并將繼續在國內外推廣應用。

　　1．起爆藥的特征

　　(1)感度高，在外界較小的初始能量如火焰、撞擊、摩擦等作用下，即被激發并在極短的時間內發展為爆轟。

　　(2)爆炸開始后，在極短的時間內就可發展為穩定爆轟。

　　(3)在一定的約束條件下，爆轟后的爆轟能足以引爆大部分猛炸藥。起爆能力用起爆藥量來衡量。某種起爆藥對某種猛炸藥的極限藥量是指引爆0．5g猛炸藥達到爆轟所需的最小藥量。極限藥量越小，表明起爆能力越強。

　　(4)大部分起爆藥是吸熱化合物，生成熱為負值。

　　對于起爆藥的要求，考慮到雷管生產、使用、運輸和貯存的條件，對工業雷管的起爆藥提出如下要求：

　　1)機械感度小，以利安全。

　　2)化學安全性好，以利在一定條件下能經得起長期貯存而不變質，不與雷管管材起化學反應。

　　3)有良好的流散性和防潮性。

　　2．工業雷管常用的起爆藥

　　常用的起爆藥有：雷汞、氮化鉛、二硝基重氮酚以及后來發展的“共晶”、“爆粉”和“KD”起爆藥等，它們各有自己的特點，目前用得最多的是二硝基重氮酚。這些起爆藥的共同特點是敏感度高，容易發生爆炸，因此，在生產、運輸、貯存及使用時要特別小心。

 

　　二、雷管

 

　　雷管是重要的起爆器材之一，一切工程爆破離開了它，就幾乎無法實現。

　　雷管的種類按點火方式可分為：

 

　　其中，火雷管是一切雷管的基礎。

　　按管殼材料可分為，金屬殼——銅、鐵、鋁管殼雷管；非金屬殼——塑料、紙管殼雷管。

　　金屬管殼強度好，加工容易，制成的雷管封閉性能好，有利于防潮抗水，但也有其特點，鋁殼雷管不能用于有瓦斯和礦塵爆破危險的礦山。銅殼管殼的原材料較缺乏，價格較高，且不能裝疊氮化鉛。鋁殼雷管強度好、來源廣、但它與硫氰酸鉛起反應。

　　塑料殼雷管用量少，尺寸易變，強度低，起爆威力小。紙管雷管用量大，大部分火雷管和相當一部分延期雷管都是紙殼雷管。材料來源廣，但強度低，不抗水，防潮能力差。

　　(一)火雷管

　　在工業雷管中，火雷管是最基本、最簡單的一個品種，由火焰直接引爆。火焰是通過導火索等來傳遞的。它具有結構簡單，生產效率高，使用方便、靈活，價格便宜，不受各種雜電、靜電及感應電的干擾等特點，至今仍然廣泛使用。但必須指出，由于導火索難于避免的速燃、緩燃等致命弱點，在使用過程中發生過大量爆破事故，因而，極大地限制了它的用量和使用范圍。

　　1．結構

　　它由管殼、正副裝藥、加強帽組成。管殼的一端開口，另一端封閉并帶有凹槽，起聚能作用，結構如圖3—1。

 

 

圖3—1  火雷管結構示意圖

1—管殼；2—傳火孔；3—加強帽；4—DDNP；5—加強藥；6—聚能穴

 

　　(1)管殼：管殼材料如上所述。管殼有一定的強度，可減小正、副裝藥爆炸時所受的側向擴散，保證起爆能力；管殼可以避免起爆藥受外能的直接作用，確保安全；又可以避免起爆藥直接與外界接觸，提高雷管的防潮能力。

　　(2)正裝藥(起爆藥)：它直接受導火索火焰作用，首先爆轟。其主要特征是感度高。目前國產雷管大多采用二硝基重氮酚(DDNP)。

　　(3)副裝藥：它由起爆藥爆轟而引爆，用于加強起爆藥的威力。一般比起爆藥感度低，爆炸威力大。通常由鈍化黑索金，特屈兒或黑索金一梯恩梯(TNT)壓制而成。

　　(4)加強帽：加強帽為中心帶有一小孔的金屬罩，多為銅或鐵材沖壓而成。它的作用有三個：減少起爆藥的暴露面積、提高抗震能力并減少受外界作用的可能性、增加雷管的安全性；防止起爆藥受潮，增加雷管的防潮能力；它在雷管中形成一個密閉小室，促使起爆藥爆炸時壓力的增長，提高雷管起爆的可靠性和起爆能力。

　　加強帽中心孔的作用是讓火焰能直接噴射于起爆藥上，中心孔徑為1．9～2．1mm。為防止雜物、水分的浸入和起爆藥的散失，中心孔及加強帽周圍常采取防潮處理。

　　2．雷管號數和起爆能力

　　工業雷管按其裝藥量的多少分為十個等級。號數愈大，起爆藥量愈多，則起爆能力愈強。工業爆破較常用的是8號和6號雷管。

　　雷管的起爆能力可用雷管鉛板穿孔試驗來檢驗。把雷管聚能穴端放置于直徑為50mm、厚為5±0．1mm的鉛板中央，銅板用內徑40mm的鋼管架空，如圖3—2。雷管起爆后，鉛板被擊穿的孔徑應不小于雷管外徑方為合格。

 

 

圖3—2  雷管鉛板穿孔試驗

1—導火索；2—雷管；3—鉛板；4—鋼圈；5—防爆箱；6—鉛襯

 

　　(二)電雷管

　　如前所述。電雷管的品種較多，但其基礎部分與火雷管相同。兩者的區別僅在于采用電引火裝置，此裝置由橋絲、藥頭、塑料塞和向管外引出的兩根絕緣導電線——腳線組成。

　　1．瞬發電雷管

　　瞬發電雷管就是通電后，雷管瞬間(數毫秒內)發火爆炸的電雷管。它是由火雷管和一個發火元件組成，有直插式和引火藥頭兩種型式，其結構如圖3—3。當接通電源后，電流通過橋絲發熱，使起爆藥或引火頭發火，從而使整個雷管爆轟。

 

 

圖3—3  瞬發電雷管結構示意圖

a—直插式；  b—引火頭式

1—角線；2—管殼；3—密封塞；4—紙墊；5—線芯；6—橋絲(引火藥)；7—加強帽；8—散裝DDNP；9—正起爆藥；10—副起爆藥

 

　　到目前為止，直插式雷管已很少生產。因此，金屬殼雷管大部分以塑料柱代替過去的熔化的硫磺塞。這種生產工藝簡單、安全。

　　(1)電阻：2m鐵腳線成品雷管的全電阻，康銅絲的不大于4Ω；鎳鉻絲的不大于6．3Ω。

　　(2)安全電流：通0．05A恒定直流電5min不爆炸。

　　(3)發火電流：單發雷管的發火電流不大于0．7A，20發串聯準爆電流，康銅絲的不大于2．0A，鎳鉻絲的不大于1．5A(均為恒定直流電)。

　　(4)鉛板穿孔和串聯試驗：對5mm鉛板的穿孔直徑不小于雷管外徑，20發串聯齊爆。

　　(5)振動試驗，在振機上，頻率60次／min，振幅150mm，連續振動5min，雷管的各項性能不變。

　　(6)封口牢固性：荷重1kg lmin，封口塞無肉眼可見的移動。

　　(7)在規定的貯存條件下，貯存期為2年。

　　2．普通延期電雷管

　　延期電雷管是通電后隔一定時間，順次起爆。按照時間間隔的長短，延期雷管分為秒延期雷管，半秒延期雷管和毫秒延期雷管。

　　(1)秒或半秒延期電雷管

　　秒或半秒延期電雷管構造如圖3—4a、b，它有兩種結構形式：即索式結構和裝配式結構。

 

 

圖3—4  秒和半秒延時電雷管

a—索式結構；b—裝配式結構

1—腳線；2—電引火線；3—排氣孔；4—精制導火索；5—火雷管；6—延期體殼；7—延期藥

 

　　秒、半秒延期電雷管，是在電引火元件和起爆藥之間加延期裝置構成的。延期裝置是用精制導火索段或在延期體殼內壓入延期藥并由其長度、藥量和延期藥配比來調節延期時間。對于索式結構，在管殼上鉆有兩個排氣孔排出延期裝置燃燒時產生的氣體。排氣孔有防潮措施。起爆過程是：通電后引火頭發火，引起延期裝置燃燒，延遲一段時間后雷管爆炸。國產秒、半秒延期雷管如表3—1和表3—2。

 

表3－1  秒延期電雷管的段別與秒量

 

 

表3－2  半秒延期電雷管的段別與秒量

 

 

　　秒或半秒延期電雷管，以紙殼鐵腳線為主，主要用于隧道掘進、土石方開挖等爆破作業中。在有瓦斯和煤塵等有爆炸危險的工作面，不準使用這種延期雷管。

　　(2)毫秒電雷管

　　毫秒延期電雷管，簡稱為毫秒雷管。它主要用于微差爆破中。近來它的應用范圍不斷擴大，在控制爆破中，已成為不可缺少的起爆器材。毫秒雷管有等間隔和非等間隔之分，段與段之間的間隔時間相等的稱為等間隔，反之為非等間隔，如表3—3中的第一、三、四系列產品，分別以25、100、300毫秒為段間間隔，而第二、五系列為非等間隔毫秒電雷管。

 

表3—3  國內毫秒雷管段別與秒量

 

 

　　毫秒電雷管的結構有多種形式，以延期藥的裝配關系分為直填式和裝配式，裝配式又有管式、索式和多芯結構。

　　1)直填式：這種結構是把延期藥直接裝入雷管內。其優點是工藝簡單，缺點是壓藥壓力需嚴格控制，否則壓力太大時起爆藥將被“壓死”而產生半爆。

　　2)裝配式：如圖3—5，裝配式結構被廣泛應用。其優點是結構簡單，延期藥可承受高壓而不受起爆藥的限制，生產時延期體與火管分開加工后裝配，因此安全性較好。其他結構形式，國內僅有少數廠家生產，不贅述。國內毫秒雷管的段別與秒量見表3—3。

 

 

　　圖3—5  毫秒延期電雷管

1—塑料塞；2—延期內管；3—延期藥；4—加強帽

 

　　毫秒雷管在工程爆破中越來越顯示出它的生命力，對于降低爆破地震、保護邊坡、控制飛石等爆破有害效應起了很好作用。對于控制爆破和水利水電工程爆破的保護地基基礎起了重要作用。它的應用將越來越廣泛，發展趨勢是：段數多、秒量精度高；發展等間隔毫秒雷管；品種多，形成系列化，有抗雜電、抗靜電、耐高溫、抗深水等各種毫秒雷管以適應各種特殊爆破的需要。

　　3．抗雜散電流毫秒電雷管

　　抗雜散電流毫秒電雷管，簡稱為抗雜電雷管。按其抗雜電的原理可分為容抗式、無橋絲式、低阻橋絲式三種。我國于20世紀70年代中期研制成功了無橋絲式和低阻橋絲式兩種抗雜電雷管。

　　(1)無橋絲式抗雜電毫秒電雷管，如圖3—6。其特點是用導電藥代替橋絲。導電藥起導電、發熱作用，其電阻與電壓呈非線性關系，如圖3—7。當它通入低電壓時，呈高電阻，通高電壓時呈低電阻，依靠其電阻和電壓呈非線性關系實現了既能抗雜電又能滿足工業爆破的群爆要求。

 

 

圖3—6  無橋絲式抗雜雷管結構示意圖

1—腳線；2—封口；3—紙墊；4—管殼；5—引火頭；6—延期裝置；7—加強帽；8—點火藥；9—正起爆藥；10—副起爆藥(黑索金)；11—純化黑索金

 

 

圖3—7  抗雜電藥頭的R-V特性曲線

 

　　導電藥由銻粉、氯酸鉀、石墨、乙炔黑等組成。

　　該種雷管的主要技術指標如下：

　　1)電阻R＝50—400Ω

　　2)安全電壓：5V 5min不發火。

　　3)準爆電壓：20V／發。

　　4)380V交流電，一次串聯起爆20發。

　　5)抗溫性能：－20℃恒溫5h、+55℃下恒溫2h，發火性能不變。

　　6)段別和延期時間同表3—3中的第二系列。

　　使用起爆器起爆串并聯網路時，一臺QLDF-1000型起爆器，一次起爆總數不大于120發。

　　一臺GM-2000型高能起爆器，單串不超過100發，并聯不超過400發。

　　使用380V交流電起爆時，一次起爆總數不超過400發。在上述條件下，可確保起爆可靠。

　　這種雷管的結構，除藥頭外，與普通毫秒電雷管相同，其爆炸性能也同普通工業8號雷管。優點是：具有一定的抗雜電能力，能滿足絕大部分礦山抗雜電的要求；群爆性能好；結構簡單，使用方便，使用時串并聯網路連接各串，只要雷管數平衡，不需電阻平衡，因此免去了復雜的網路計算。缺點是每個雷管電阻范圍大，網路連好后，難于用儀表進行檢查。

　　(2)低阻橋絲式抗雜電毫秒電雷管。此類結構特點是采用低阻紫銅絲作為橋絲。據發熱公式：Q＝0．24I²Rt，采取降低橋絲電阻R來控制藥頭發熱量，使雜散電流的能量大部分消耗在腳線上，以達到抗雜電之目的。其優點是：結構簡單，除橋絲與普通電雷管橋絲有區別外，其他方面均與普通毫秒電雷管同；具有較高的抗雜電能力，以滿足國內大部分有雜電的礦山爆破要求。缺點是：橋絲電阻很小，當兩極短路時，很難用儀表查出；因橋絲電阻太小，所用起爆器能量大，對網路絕緣要求很高，否則易產生拒爆；起爆能量大部分消耗在網路線路上。

　　4．無起爆藥毫秒電雷管

　　無起爆藥雷管是目前世界上最先進和最安全的雷管。其結構特點是取消雷管中最敏感的起爆藥，實現整個雷管只裝單一猛炸藥或混合猛炸藥，并解決了無起爆藥電雷管的群爆問題。

　　(1)無起爆藥雷管的優點是：由于雷管中取消了起爆藥，因此雷管廠就可取消生產起爆藥的車間，避免了生產起爆藥時的危險性及對空氣和環境的污染；生產、運輸、使用、貯存安全性好；結構簡單，完全與普通毫秒電雷管一樣使用。

　　(2)性能

　　1)一切電性能和爆炸威力及段別秒量同普通毫秒電雷管；

　　2)沖擊感度低于普通雷管，見表3—4。

 

表3—4  無起爆藥雷管與普通雷管的沖擊感度

 

 

　　3)耐火試驗如下：

　　A．瞬發雷管：將25發瞬發雷管(敞口)，口部朝上略傾斜裝入紙盒中(雷管約占紙盒容積的1／3)，將盒放入木料堆(約1kg)，在木材上灑柴油，用明火將木材點燃；約燒5min時，有一爆炸聲，等到木材燒完后檢查，將未爆雷管收集起來，發現有3／5的雷管外殼燒黑，里面起爆元件完好；1／5的起爆元件被沖出來，底部炸藥有的燃燒完，有的還留下痕跡，1／5起爆元件內的炸藥有1／3被燃燒。

　　B．延期雷管25發(敞口)，燃燒條件同上。當木材燒到3min后，25發雷管一次爆轟完。

　　C．延期雷管25發，用帶有2m長腳線的藥頭卡管，裝入250×250×250(mm)的紙盒中，燃燒同上，當燃到7min時發生一爆炸聲，緊接著又有4聲，燃燒后檢查，在燃燒區周圍撿到20發未爆炸的雷管，外殼被熏黑，整個雷管還完好。

　　(3)發展趨勢：由于這種雷管具有上述獨特優點，因此它將顯示出其強大的生命力，預計在不久的將來將取代所有的有起爆藥雷管，并將制成各種電、非電、耐高溫等系列產品，應用于各個領域的工程爆破中。

　　毫秒延期電雷管在有瓦斯或煤塵爆炸危險的煤層中使用時，最后一段的延期時間不得超過130ms且不得跳段使用。這是因為130ms時瓦斯涌出的濃度比瓦斯爆炸下限4％少83％～86％，能保證安全。若為全斷面一次爆破時，因為毫秒雷管總延期時間很短，最早爆開部分的瓦斯涌出的濃度還達不到爆炸濃度，煤塵也來不及揚起，最后一組炮就已爆炸完畢。

　　5．安全電雷管

　　安全瞬發電雷管和安全毫秒電雷管適用于瓦斯突出的礦井，配合安全炸藥，在瓦斯礦井進行爆破。它的特點是：在雷管的猛炸藥黑索金中加入消焰劑；改變雷管的底部結構凹形聚能穴為平底結構，避免雷管爆炸時在軸線上形成一股高速的金屬流；減小延期藥的直徑，由單芯改為多芯延期體。從而避免因延期體殘渣的噴出造成瓦斯爆炸。但還須控制毫秒雷管的總延期時間在130ms以內。

 

　　三、導爆管起爆系統

 

　　導爆管起爆系統是20世紀70年代瑞典諾貝爾公司發明的新型起爆系統。我國于1978年自行研究成功，并很快在全國推廣使用。

　　(一)導爆管起爆系統

　　導爆管起爆系統主要部件為塑料導爆管。它與引爆雷管傳爆裝置相連接，組成導爆管起爆系統。

　　1．塑料導爆管

　　它是由一種熱塑性塑料經擠出成型的同時內壁涂有薄層炸藥的塑料管。如沙林塑料、高壓聚乙烯、EVA等均可作為導爆管的材料。一般要求導爆管管材要有較好的透明度(以利質量檢查)，內壁藥層分布均勻，且附著牢固，傳爆過程中，無破壁現象發生；內外徑波動小，有較好的強度和剛度，耐老化性能好(以利較長時間的貯存)；且低溫性能亦好(以利北方高寒地區使用)。