爆炸与炸药的基本理论之一

1、爆炸与炸药的基本理论1.爆炸的基本条件与基本形式2.炸药的起爆和感度3.炸药的爆轰理论4.炸药的主要性能指标1.爆炸的基本条件与基本形式 爆炸是某物质系统在有限空间和极短的时间内，释放出大量能量的物理、化学变化过程。在这个变化过程中，通常伴随着热、光、声响和电磁等现象发生。 按照爆炸发生的原因和特征，爆炸现象可分为三类： （1）物理爆炸 （2）化学爆炸 （3）核爆炸 注意：爆炸与爆破的区别1.爆炸的基本条件与基本形式 炸药是一种化学物质，炸药爆炸是化学爆炸的一种。炸药爆炸时应具备三个同时并存、相辅相成、缺一不可的条件： （1）反应过程必须放出大量的热 （2）反应过程必须是高速的 （3）反应过程

2、产生大量的气体产物 以硝酸铵的不同化学反应为例：常温下分解： NH4NO3 NH3 + HNO3 170.7kJ加热至200左右： NH4NO3 0.5 N2 + NO + 2 H2O + 36.1kJ或 NH4NO3 N2O + 2 H2O + 52.4kJ用起爆药柱引爆： NH4NO3 N2 + 2H2O + 0.5O2 + 126.4kJ反应的高速度1kg煤完全燃烧时放出的热量为8912kJ。1kg梯恩梯炸药爆炸时放出的热量为4226kJ 。铝热剂反应3Al Fe2O3 Al2O3 2Fe 841KJ反应过程不产生大量的气体产物1.爆炸的基本条件与基本形式 炸药在外界能量作用下可能发生的

3、化学变化有以下三种基本形式：（1）热分解 炸药在常温下或受热作用时，会发生缓慢的分解并放出热量，这就是热分解。 当温度上升达到一定值（炸药的爆发点）时，热分解就会转化为爆炸。（2）燃烧 但在密闭状态下有可能由燃烧转变为爆炸。（3）爆炸 而爆炸能在炸药内部以稳定地传播速度持续进行，则称为爆轰，可视为爆炸的稳定状态。 上述三种反应形式不是相互独立的，在一定条件下，可以相互转化。 炸药反应的激发条件、炸药的性质及周围的环境的不同，炸药反应发生的形式也不相同。根据炸药反应传播速度和性质的不同，可将炸药反应分为四种基本形式：热分解、燃烧、爆燃和爆轰。依据外界条件的不同，炸药化学反应的形式可以按以下方式相

4、互转化。 放热量散热量 速度加快 速度最大 热分解 燃烧 爆炸 爆轰 放热量 d临最好 d d极3.炸药的爆轰理论 起爆过程在激发点形成冲击波 10-5 cm炸药发生化学反应区 0.11cm产生高温、高压气体 3000，500010000MPa持续、稳定的向外传播爆速30007000m/s一个半径0.7m的药包，完成爆炸反应时间0.10.2ms炸药通常处于相对于稳定的平衡状态，需外界施加一定的能量。 起爆能：引起局部爆破的激发能量。 不同品种的炸药有不同的起爆能 - 感度。 引起炸药爆炸外因：激发能 机械能：机械能 热能 爆炸能：雷管中继药包 炸药内因：分子结构 - 感度NI3极敏感热 能：火

5、雷管、电雷管的引爆NH4NO3 炸药3.炸药的爆轰理论炸药起爆的理论 热能起爆理论：前苏联学者谢苗诺夫认为爆炸是系统内部温度渐增、导致热能累积的结果。这种理论适合于气体爆炸。 灼热核理论（或称热点学说）：这种学说，大意是炸药局部受到摩擦或撞击而达到了使炸药某点爆炸的温度，然后由点到面迅速传播到全部。这个局部的点称为灼热核，核径有10-310-5cm。灼热核形成 有两种原因： 一是绝热压缩炸药内部存在的微小气泡，形成灼热核； 二是炸药受到机械作用，使颗粒间产生摩擦，形成灼热核。灼热核 1. 炸药晶体的棱角处 单质炸药（铵锑） 2. 微小气泡处 含水炸药（乳化、浆状） 微小气泡灼热核的过程 撞击

6、气泡压缩 温度升高 灼热核 晶体棱角灼热核的过程 机械能 炸药粒子间摩擦 温度升高 灼热核 液体炸药 灼热核的过程 液态炸药 高速粘性流动 灼热核 灼热核爆炸的条件 灼热核的尺寸尽量小，d=10-510-3cm灼热核的温度应为300600。灼热核的作用时间在10-7s以上。3.炸药的爆轰理论 爆炸冲击能起爆理论：利用一种炸药产生的冲击波使另一种炸药发生爆炸，这种方法通常是用雷管、导爆索或起爆药包来实现的。一般起爆药的爆轰速度都要大于被爆炸药的爆轰速度，这样才能 达到炸药的临界起爆压力值，发生爆炸。 影响炸药稳定传爆的因素 （1）起爆能： 铵油炸药，装药量5 10%硝铵炸药作起爆药包 （2）装药

7、直径：硝铵炸药1820mm；TNT810mm；乳化炸药1216mm；黑索金11.5 mm。 （3）装药密度： 合理装药密度 （4）含水率：铵油炸药，小于2%；乳化炸药812%4.炸药的主要性能指标 炸药的示性指标主要有：炸药的氧平衡、爆热、爆容、爆压、爆温、有毒气体生成量及组成、感度、殉爆距离、爆速、作功能力、猛度及煤矿许用炸药的安全性等。 这些指标可归纳为炸药的 氧平衡 热化学参数 爆轰或爆炸性能 安全性能 4.炸药的主要性能指标炸药的氧平衡 炸药在爆炸中只有可燃元素完全被氧化成二氧化碳（CO2）和水（H2O），即接近零氧平衡，其放热量最大，作功能力最强。负氧平衡的炸药，由于氧化不充分，爆炸

8、产物中会有一氧化碳（CO）和氢气（H2）甚至有固体碳（C）；而正氧平衡的炸药，由于氧元素过多，爆炸成为中会有氮的氧化物（NxOy）。这两种情况，都不利于炸药威力的发挥，同时爆炸产物中出现了有毒气体（CO、NxOy），在工程爆破中，尤其在地下爆破中，将会引起人们中毒，特别是在有瓦斯和矿尘爆炸危险的地下采矿中，而且能对瓦斯爆炸反应起出催化作用，造成更加严重的后果。 炸药的主要成分是： C、H、 O、N 四种元素反应过程是使炸药的上述成分迅速变成 COX、NOX 、H2O 气体 按炸药中含氧量分析 1.零氧平衡 : 相等量 生成 CO2、H2O 2.正氧平衡 : 有足够量 生成 NOX 3.负氧平衡

9、 : 氧不足 生成 CO、H24.炸药的主要性能指标炸药的热化学参数爆热 炸药爆炸时放出的热量叫做炸药的反应热，简称爆热。爆热越大，炸药的作功能力亦越强。工业炸药的爆热一般为29316280kJkg1。 2#岩石硝铵炸药 3638 kj/kg 黑索金 5820 kj/kg TNT 4187 kj/kg爆温 炸药爆炸时爆轰产物被加热可能达到的最高温度。工业炸药的爆温一般可达20004500以上。爆压 炸药爆炸瞬间，高温气体尚未膨胀之前，对周围介质造成的最大压力。工业炸药的爆压可达到11054105MPa。爆容 单位质量炸药爆炸后生成的气体在标准状态下的体积。4.炸药的主要性能指标炸药爆炸性能的主

10、要指标（1）爆速 炸药爆炸时，爆轰波在炸药内部稳定传播的速度称为爆轰速度，简称为爆速。工业炸药的爆速一般在25007000米/秒之间。 这是指炸药的传播速度。这个参数反映了炸药作功和破碎的能力，实际上一般用它来衡量炸药的威力和猛度。爆速越大，威力、猛度越大。所以，爆速是反映炸药爆炸性质相当重要的参数。 测定方法爆速 爆轰波在炸药药柱中的传播速度。（爆轰速度） 理想情况 爆速 = const 实际情况 爆速不为常量影响爆速的条件 药柱直径与约束条件 D越大 爆速V越大 越大 爆速V越大 炸药的密度 最佳密度炸药的粒度 粒度越小 爆速越大4.炸药的主要性能指标炸药爆炸性能的主要指标 炸药的威力是指

11、炸药爆炸对外作功的能力，通常以爆炸产物绝对膨胀直到其温度降低到炸药爆炸前的温度时，对周围介质所做的功来度量。炸药威力测定的方法在实验室通常用铅铸扩孔法，而在现场则用爆破漏斗法：即在相同的岩土条件下，用同量的不同炸药，放置在同样深度，爆炸后产生不同大小的爆破漏斗，比较爆破漏斗体积的大小就可以确定不同炸药的威力大小。 4.炸药的主要性能指标炸药爆炸性能的主要指标（2）炸药威力（作功能力） 指炸药爆炸时对周围介质产生的压缩、破坏或抛移的能力，其单位是毫升。炸药的爆热愈高，生成气体量愈多，爆力也愈大。 一般用来衡量炸药作功的能力，与爆热、比容、绝热指数有关，后者越大，威力越大，但炸药真正用于做有效功的

12、能量极小，一般只有总能量的57%。 炸药的威力一般用爆力来表示，爆温、爆热、气体越多，爆力越大。测定方法有两种： 铅柱扩孔法：2#岩石硝铵炸药320ml 黑索金 490ml TNT 285ml 爆破漏斗法：同样炸药和地质条件，在相同埋深时，比较其爆破漏斗的大小。漏斗体积 V =d3h/124.炸药的主要性能指标炸药爆炸性能的主要指标（3）猛度 炸药爆炸瞬间对与其直接接触的或邻近的介质的局部压缩、破碎或击穿的能力，其单位是毫米。炸药的爆速愈高，密度愈大，其猛度愈大。指炸药爆炸对周围介质破碎的能力，它取决于爆速 的大小，爆速越高，猛度越大。用铅柱压缩法测定，几种炸药的猛度如下： 炸 药 名 称 密

13、 度（g/ml 铅柱压缩值（mm） 2#岩石硝铵炸药 091.0 1214 TNT 11.2 1618.7 乳化炸药 1.11.25 1519（4）感度 炸药在外界能量作用下起爆的难易程度称为该炸药的感度。容易起爆，则该炸药的感度高；反之，则感度低。（5）殉爆距离 一个药包（卷）爆炸时，引起与其不相接触的邻近药包（卷）爆炸的最大距离。4.炸药的主要性能指标炸药爆炸性能的主要指标 （1）热感度：表示炸药在热能作用下发生爆炸反应难易的程度，通常用爆发点和火焰感度来度量。 （2）机械感度：可分为摩擦感度、撞击感度、针刺感度、射击感度等。摩擦感度是指炸药在机械摩擦作用下发生爆炸反应难易的程度，而撞击感

14、度则指炸药在机械撞击作用下发生爆炸反应的难易程度。 （3）爆轰感度：炸药的爆轰感度系用来表示一种炸药在其它炸药的爆炸作用下发生爆炸的难易程度。它一般用极限起爆药量表示。4.炸药的主要性能指标炸药爆炸性能的主要指标（5）殉爆距离 一个药包（卷）爆炸时，引起与其不相接触的邻近药包（卷）爆炸的最大距离。 这是衡量炸药对爆炸冲击波感应的能力。一定条件下的某种炸药爆炸，对在一定距离上的另一种炸药能否使其产生爆炸，这种能力称为殉爆。而能使其爆炸的最小距离就作为其殉爆能力的度量。显然，炸药殉爆的能力与炸药的品种、数量、密度、装药直径、放置方法等好多因素有关。 一个药包（卷）爆炸时，引起与其不相接触的邻近药包

15、（卷）发生爆炸的现象，称为殉爆。主发炸药包爆炸时能引爆沿轴线布置的另一药包爆炸的最大距离称为殉爆距离，一般以厘米计，它表示炸药殉爆的能力。殉爆距离愈大，该炸药的爆炸冲击能愈高。 在工程爆破中，殉爆距离对于确定分段装药、盲炮处理和设计合理的孔网参数等都具有指导意义，在炸药生产工厂的厂房和危险品库房设置中，它是确定安全距离的重要依据。4.炸药的主要性能指标炸药爆炸性能的主要指标 炸药殉爆距离的测定方法为：取两卷药量和药包直径相等的被试炸药包，其中一卷的平面端装上8号雷管作为主发药包。用与药包直径相同的圆木棒在水平的松沙土地上压出半圆槽，将两卷药包放入槽内，主发药包的窝心与被发药包的平面端相对，量出

16、两药包间距，随后起爆。被发药包连续三次都被殉爆时的两药包最大间距就是该炸药的殉爆距离。 指导工程实践：分段装药 盲炮处理 优化孔网参数 确定安全储存空间。 影响殉爆距离的因素 1. 密度对主发药包和被发药包的影响是不同 被发药包装药密度下降 殉爆距离上升 感度较高 （密度下降 灼热核热点增加激发可能性增大） 主发药包装药密度上升 殉爆距离上升 （冲击波加强爆速上升爆炸产物增加） 2. 主发药包：药量增加 体积增加 殉爆距离上升。 3. 周边材料、包装 及介质影响情况 主发药包包装外壳强度增加 炸药利用率上升 殉爆距离增加。 主发药包与被发药包同轴 殉爆效果好。 主发药包与被发药包中间间隔水、砂

17、、 金属殉爆性能下降。 4.炸药的主要性能指标炸药的安全性能 炸药爆炸有毒气体生成量及组成 炸药爆炸生成的有毒气体主要有一氧化碳及氮氧化物，在硫化矿及含硫岩层中爆破，或含硫炸药爆炸时，还可生成硫化氢及二氧化硫等有毒有害气体。工业炸药爆炸时有毒气体产生的主要原因主要是：爆炸反应不完全及岩层性质的影响。4.炸药的主要性能指标炸药的安全性能 炸药的安定性是指炸药在长期贮存中，保持原有物理化学性质的能力。有物理安定性与化学安定性两类。 物理安定性主要是指炸药的吸湿性、挥发性、可塑性、机械强度、结块、老化、冻结、收缩等一系列物理性质。物理安定性的大小，取决于炸药的物理性质。 炸药化学安定性取决于炸药的化

18、学性质及常温下化学分解速度的大小。一些炸药的化学安定性受温度影响较大，因此，对贮存条件的温度和通风要求较高。4.炸药的主要性能指标炸药的安全性能 工业炸药的安全性能根据炸药应用的不同地点有具体要求，如在硫化矿中的预装药，要求炸药必须有防自燃自爆的特性。煤矿许用炸药要求炸药具有一定的抗爆燃性及具有一定的可燃气安全度。 1)炸药的可燃气安全度的判定 2)炸药的抗爆燃性的判定 4.炸药的主要性能指标沟槽效应 也称管道效应，是药卷与管壁之间存在月牙形空间时，炸药爆炸中出现能量降低直至熄爆的现象。实践表明 当小药卷 配合小炮孔作功时，经常出现这种问题。这样严重影响爆破质量。 目前，工业界已将炸药的沟槽效应视为炸药的重要指标。乳化炸药的沟槽效应比较小 也即使说，在小直径的炮孔中，乳化炸药的传爆长度是相当长的。 我国常用炸药的传爆距离 32药卷 EL系列乳化炸药传爆长度 3.0 m EM系列乳化炸药传爆长度 7.4 m EL系列 2#岩石铵梯炸药传爆长度 1.9m工业生产最小药卷 25 cm沟槽效应产生的原因 爆炸产物压缩药卷和孔壁间