［摘 要］ 研發(fā)了一種用于地震勘探的數(shù)碼電子雷管引火藥。該引火藥由2種藥劑以及各種添加劑通過摻雜工藝優(yōu)化配比、鼓混而成，在發(fā)火電阻的弱能量刺激下能夠快速、可靠地點(diǎn)燃，從而使另一種藥劑快速反應(yīng)形成爆轟，實(shí)現(xiàn)雷管作用時(shí)間的微秒級延期。結(jié)果表明：采用摻雜工藝，通過優(yōu)化鼓混時(shí)間和增加消泡劑的質(zhì)量，制得了引火藥劑，并裝配成雷管，起爆后測得雷管作用時(shí)間可滿足最大延時(shí)≤250 μs、極差≤80 μs的要求。

［關(guān)鍵詞］ 地震勘探；引火藥劑；摻雜工藝；微秒級延期

［分類號］ TQ560.9

A Primer Powder of Digital Electronic Detonators Used in Seismic Exploration

DUAN Linqing

Shanxi Huhua Group Co.， Ltd. （Shanxi Changzhi， 046000）

［ＡＢＳＴＲＡＣＴ］ A primer powder of digital electronic detonatorsuesd in seismic exploration was developed. It is made by optimizing the ratio and mixing of two types of agents and various additives through doping process. It can be quickly and reliably ignited under the weak energy stimulation of the ignition resistor， thereby causing another agent to react quickly and form a detonation， achieving a microsecond delay in the action time of the detonator. The results show that， by using doping technology， optimizing the mixing time and increasing the defoamers， the primer powder was prepared and assembled into detonators. After detonation， the action time of detonators meets the requirements of the maximum delay time not exceeding 250 μs and the range not exceeding 80 μs.

［KEYWORDS］ seismic exploration; primer powder; hybrid technology; microsecond delay

0 引言

地震勘探用數(shù)碼電子雷管是一種對瞬發(fā)度要求較高的特殊產(chǎn)品。隨著地震勘探設(shè)備的不斷升級，對地震勘探用雷管延期引爆的瞬發(fā)度要求達(dá)到微秒級。作為電子雷管的核心部件，電子引火元件（含引火藥劑［1］）的作用時(shí)間直接決定瞬發(fā)雷管的發(fā)火時(shí)間［2］。按GB 8031—2015《工業(yè)電雷管》中要求，地震勘探用雷管執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)為延期時(shí)間≤600 μs，而現(xiàn)在的需求是作用時(shí)間≤250 μs、極差≤80 μs。無論是對作用時(shí)間還是發(fā)火一致性［3］，均提出了更高的要求。

數(shù)碼電子雷管的引爆方式不同于電雷管，發(fā)火原理為將起爆電容充電，電容容量一般不超過100 μF，電壓一般為20 V左右;而電雷管的起爆電壓可以達(dá)到400 V。有研究表明：在可測試電壓范圍內(nèi)，數(shù)碼電子雷管電點(diǎn)火藥頭的發(fā)火時(shí)間隨著輸出電壓的增大而逐漸減小，發(fā)火時(shí)間極差和標(biāo)準(zhǔn)差也逐漸減小，基本能夠達(dá)到0.4 ms左右［4］。但隨著電壓的升高和電流的增大，繼續(xù)增加發(fā)火電流，發(fā)火時(shí)間縮短趨勢減緩［5］。受電子雷管起爆能量及方式的限制，雷管生產(chǎn)廠家常用的苦味酸鹽、D鹽、硫氰酸鹽等都不能滿足要求。

本文中，通過對比以上不同引火藥的發(fā)火性能，選取初始刺激量較小的藥劑和燃燒或爆轟速度較快的藥劑進(jìn)行定量摻雜，以期獲得滿足地震勘探用雷管要求的引火藥。由于此類藥劑的應(yīng)用范圍廣，制備工藝較為成熟，不需增加或研發(fā)專用的生產(chǎn)設(shè)備，具有很好的推廣和應(yīng)用空間。

1 各類藥劑發(fā)火性能對比

1.1 各類單質(zhì)藥劑的發(fā)火電壓測試

發(fā)火電壓測試方法：斷開電容放電開關(guān)（發(fā)火開關(guān)），使用可調(diào)式恒壓電源對電子雷管模組起爆電容進(jìn)行充電，充至設(shè)定電壓后，打開放電開關(guān)，起爆電容對換能元件（發(fā)火電阻或橋絲等）放電，觀察引火藥頭的發(fā)火情況。以下涉及發(fā)火電壓測試均采用該方法。

選用電子雷管模組進(jìn)行發(fā)火電壓測試。電容選取68 μF，電容容量固定。發(fā)火電阻選取2 Ω（目前常用的是2、 6 Ω或8 Ω）。通過升降法測試各種藥劑的發(fā)火電壓，選取對初始刺激量最為敏感的藥劑。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

由表1可見：硫氰酸鹽的發(fā)火電壓（99.99%發(fā)火的電壓）最低，為10.8 V，表明該藥劑在較低的能量刺激下即可發(fā)火；同時(shí)，升降法測試硫氰酸鹽的步長為0.3 V，4個(gè)水平，在對比的3種藥劑中一致性最好，且發(fā)火可靠性高。

1.2 不同藥劑的瞬發(fā)度測試

采用地震勘探用電雷管測試條件，橋絲式引火元件，剛性藥頭30 μm橋絲［6-7］，電阻1.7～2.0 Ω，蘸藥藥頭質(zhì)量30～35 mg，裝配成8#電雷管做延時(shí)測試。通斷靶接收二靶信號，電流1.2、 2.0、 3.5 A和5.0 A，測試藥劑在大刺激量下的作用時(shí)間。

作用時(shí)間的試驗(yàn)結(jié)果見表2。選取作用時(shí)間較快（即爆轟快）的藥劑。

比較在不同能量（通電電流）刺激下3種藥劑的作用時(shí)間可以看出，D鹽在足夠能量的刺激下較其他2種藥劑的作用時(shí)間短，最為接近0.25 ms的目標(biāo)值。

綜合以上測試情況，初步選擇硫氰酸鹽和D鹽進(jìn)行摻雜，進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2 藥劑初步配比試驗(yàn)

選取硫氰酸鹽和D鹽2種藥劑，按照質(zhì)量比為11、12和21共3種配方進(jìn)行試驗(yàn)。3種配方的藥量均為100 g，膠液加量10 mL，消泡劑［8］加量2 mL，混藥時(shí)間3.5 h。分別測試3種配方的作用時(shí)間。每組配方裝配10發(fā)雷管進(jìn)行測試。通過此次試驗(yàn)，初步確定2種藥劑的配比，結(jié)果如表3所示。

通過表3可以看出，當(dāng)D鹽在藥劑中的含量增加時(shí)，作用時(shí)間趨于降低且比較顯著。因此，后續(xù)試驗(yàn)中，2種藥劑的配方以D鹽為主，硫氰酸鹽作為摻雜藥劑。

3 藥劑摻雜工藝的確定

根據(jù)現(xiàn)有引火元件藥劑工藝，結(jié)合初步試驗(yàn)情況，確定工藝參數(shù)。

消泡劑：混藥產(chǎn)生的氣泡會使藥劑產(chǎn)生空腔，導(dǎo)致延期時(shí)間精度差，需加入消泡劑。但消泡劑加入過多會使藥劑的感度減低，需對添加量進(jìn)行試驗(yàn)。

混藥時(shí)間：調(diào)整混藥時(shí)間，可提高藥劑均勻度、細(xì)度，改進(jìn)藥劑的瞬發(fā)性。

藥劑：藥劑質(zhì)量比為藥劑性能的直接影響因素。

將以上因素通過正交試驗(yàn)法進(jìn)行研究。每批以D鹽和硫氰酸鹽總質(zhì)量100 g為基準(zhǔn)，采用L9（33）正交表，如表4。試驗(yàn)結(jié)果見表5。

通過正交試驗(yàn)結(jié)果分析，確定出最佳混藥方案為混藥時(shí)間6 h、消泡劑2 mL、m（硫氰酸鹽）m（D鹽）=13.0。根據(jù)該方案混藥并裝配雷管。測試100發(fā)雷管后發(fā)現(xiàn)，最大延期時(shí)間為191.8 μs，最小延期時(shí)間為141.3 μs，極差為50.5 μs，滿足延期時(shí)間≤250 μs、極差≤80 μs的要求。

4 安全性能試驗(yàn)

4.1 熱安定性及相容性

按GJB5891.12—2006中火工品藥劑試驗(yàn)方法測定。該藥劑在100 ℃、連續(xù)40 h及真空狀態(tài)下，放氣量為0.26 mL/g。與發(fā)火電阻鎳鉻絲、電阻基板、銅、焊錫、PCB板（玻纖板）、阻焊劑（俗稱綠油，主要成分為樹脂及固化劑的混合物）相容。

4.2 機(jī)械感度

在室溫23 ℃、濕度60%條件下分別對同類藥劑做了摩擦感度和撞擊感度對比試驗(yàn)。試驗(yàn)條件保持一致，結(jié)果見表6。

從表6可以看出，本藥劑的撞擊感度和摩擦感度均較疊氮化鉛、斯蒂芬酸鉛低，較為鈍感。

5 作用時(shí)間

采用優(yōu)化后的配方連續(xù)混制2306-1和2306-2共2個(gè)批次。每批次500 g，制作引火元件100發(fā)，裝配成雷管，測定延期時(shí)間。二靶采用通斷靶進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，結(jié)果如表7所示。

通過表7的測試數(shù)據(jù)可以看出，該引火藥劑最大延時(shí)分別為177 μs和190 μs，小于250 μs，且極差（延時(shí)誤差）小于80 μs，滿足用戶對雷管作用時(shí)間的需求。

6 發(fā)火電壓及組網(wǎng)可靠性測試

使用2306-1和2306-2 2批藥劑，分別蘸藥各50發(fā)，進(jìn)行發(fā)火電壓測試，如表8所示。

通過測試看出，在步長為0.2 V的情況下，2批藥劑的測試水平為4個(gè)，最小發(fā)火電壓為10.3 V和10.4 V。由此可見，本藥劑的一致性較好。

組網(wǎng)測試：2批藥劑分別蘸藥200發(fā)，組裝成雷管做組網(wǎng)測試，母線長度1 000 m，電阻200 Ω，并聯(lián)電阻2 kΩ，模擬漏電流10 mA，使用專用起爆器起爆。試驗(yàn)結(jié)果全部起爆，無拒爆情況。

7 結(jié)論

1）研制的引火藥中用到的基本藥劑原料均為民爆行業(yè)所用的一些常規(guī)產(chǎn)品和藥劑，無需新增制藥設(shè)備或生產(chǎn)線，制備工藝簡單。

2）經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，采用D鹽和硫氰酸鹽摻雜工藝制備引火藥，最佳混藥方案為混藥時(shí)間6 h、消泡劑2 mL、m（硫氰酸鹽）m（D鹽）＝13.0。以此引火藥裝配雷管，測得作用時(shí)間≤250 μs、極差≤80 μs，滿足目前地震勘探需求。

3）機(jī)械感度對比表明，研制的引火藥安全性能較常用的斯蒂芬酸鉛有了一定的提升。

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