爆破工程(2)市公开课一等奖省赛课获奖课件

炸药和爆炸基本概念；炸药氧平衡；炸药起爆和感度；冲击波与爆轰波基本知识；炸药热化学参数；炸药性能。本章内容第一章炸药与爆炸基本理论爆破工程(2)第1页第一节炸药和爆炸基本概念一、什么是爆炸广义地讲，爆炸（explosion）是物质急剧能量释放过程，能量在瞬间急剧释放或转化现象都能够称为爆炸。特点：大量能量在有限体积内突然释放或急剧转化。在这一过程中，借助系统内原有气体或爆炸生成气体膨胀，对系统周围介质做功，使之发生巨大机械破坏效应。外部特征：因为介质受震动，伴有声、光、热等效应。爆破工程(2)第2页

二、爆炸分类依据爆炸改变过程不一样，可将其分为三类：

1.物理爆炸:由物理改变引发爆炸。在爆炸前后，物质化学成份不变，仅只发生物态改变。比如锅炉爆炸，是因为内部蒸汽压力超出容器极限强度，但爆炸前后蒸汽成份依然是H20，只不过由高压变成低压罢了。自行车车胎爆炸等。

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2.化学爆炸:由化学改变引发爆炸称为化学爆炸，在爆炸前后，不但有物理状态改变，而且物质化学成份也发生改变，如瓦斯或煤尘爆炸、炸药爆炸等。在工程爆破中，应用最广泛是化学爆炸，而且主要是利用其破坏作用。

3.核爆炸:由核裂变或核聚变引发爆炸。如U235裂变或氘、氚、锂聚变等。爆破工程(2)第4页三、炸药化学反应基本形式

炸药本质上是不稳定化学体系，不过它在正常环境中处于相对稳定状态，假如未受外界一定能量作用，不会发生爆炸反应。因为反应方式和引发化学改变环境条件不同，一个炸药可能有三种不一样形式化学改变：缓慢分解、燃烧和爆炸。

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1.

迟缓分解（slowdecomposition）是一个迟缓化学改变。其特点是化学改变在整个炸药中展开，没有集中反应区域，对于某一个炸药而言，其反应速度与环境温度相关。炸药迟缓分解速度伴随温度增加而呈指数地增加。当通风散热条件不好时，分解热不易散失，很轻易使炸药温度自动升高，进而造成炸药燃烧或爆炸。爆破工程(2)第6页

2.

燃烧(combustion)是伴随有发光、发烧一个猛烈氧化反应。与其它可燃物一样，炸药在一定条件下也会燃烧，不一样是炸药燃烧不需要外界提供氧，也就是说，炸药能够在无氧环境中正常燃烧。与迟缓分解不一样，炸药燃烧过程只是在炸药局部区域（即反应区）内进行并在炸药内一层层地传输。反应区传输速度称为燃烧线速度，通常称为燃烧速度。炸药燃烧速度普通不超出每秒几米，其快速燃烧（每秒数百米）又称爆燃（deflagration）。

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炸药在燃烧过程中，若燃烧速度保持定值，不发生波动，就称为稳定燃烧，不然称为不稳定燃烧。

不稳定燃烧普通是因为燃烧过程中热量传导或散失不平衡所致。不稳定燃烧可造成燃烧熄灭、震荡或转变为爆炸。爆破工程(2)第8页

3.爆炸（explosion）炸药爆炸过程与燃烧过程类似，化学反应也只是在反应区内进行并在炸药内按一定速度一层层地自行传输。反应区传输速度称为爆速。普通炸药爆速为每秒几百米至数千米，在炸药爆炸过程中，若爆速保持定值，就称为稳定爆炸，不然称为不稳定爆炸。稳定爆炸又称为爆轰（detonation）。

爆轰是爆炸最高形式，爆轰是指炸药以每秒数千米最大稳定速度进行传输爆炸。

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燃烧和爆炸是两种性质不一样化学改变过程。

燃烧是经过热传导、热辐射及燃烧气体产物来传递能量和激起化学反应，受环境条件影响较大，而爆炸则是借助于冲击波对炸药一层层强烈冲击压缩作用来传递能量和激起化学反应，基本上不受环境条件影响；爆炸反应比燃烧反应更为激烈，放出热量和形成温度也高；燃烧速度是亚音速，爆炸速度则是超音速。另外，还有爆燃，介于燃烧和爆炸之间，属不稳定阶段。爆破工程(2)第10页四、炸药爆炸三要素炸药爆炸必须具备以下三个基本条件，即放出热量、生成气态产物和反应高速度。这是组成爆炸必要条件，缺一不可，故称为爆炸反应三要素。1.放热爆破工程(2)第11页

常温下分解：

NH4NO3

—NH3+HNO3－170.7kJ

加热至200℃左右：

NH4NO3—0.5N2+NO+2H2O+36.1kJ

或NH4NO3—→N2O+2H2O+52.4kJ

起爆药柱引爆：

NH4NO3

—N2+2H2O+0.5O2+126.4kJ硝酸铵不一样化学反应为例：爆破工程(2)第12页

2.生成气体产物比如铝热剂反应：

3Al＋Fe2O3——Al2O3

＋2Fe＋841KJ

此反应速度很快，反应热效应能够使产物温度升到3000℃，使其呈熔融状态，但因为没有气态产物生成，而不发生爆炸。只是高温产物逐步地将热量传导到周围介质中去，慢慢冷却凝固。炸药爆炸放出热量不可能全部转化为机械功，但生成气体数量越多，热量利用率也越高。爆破工程(2)第13页

3.反应高速度

反应高速度是爆炸过程区分于普通化学反应过程主要标志。化学反应具备了放热性并不一定能够发生爆炸，比如1kg煤完全燃烧时放出热量为8912kJ，但因燃烧速度太低而不可能形成爆炸。1kg梯恩梯炸药爆炸时放出热量即使只有4226kJ，但其爆炸反应时间只需几到几十ms，因而形成爆炸反应。

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因为爆炸反应速度极高，反应结束瞬间，其能量几乎全部聚集在炸药爆炸前所占据体积内，因而能够到达很高能量密度。炸药发生爆炸改变所到达能量密度比普通燃料燃烧时到达能量密度要高数百至数千倍。正是因为这个原因，爆炸过程才含有巨大作功效力和强烈破坏效应。

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可见，放出热量，生成气体产物和反应高速度是形成爆炸反应三个基本条件，也是化学爆炸不一样于普通化学反应三个主要特点。还应看到，上述三个条件是相辅相成，缺一不可，只有它们综合效果才能使化学反应改变过程含有爆炸性质。由此能够得出炸药爆炸定义：炸药爆炸是一个高速进行，能自动传输化学反应，在此反应过程中放出大量热，并生成大量气态产物。爆破工程(2)第16页五、炸药分类炸药品种繁多，它们组成、物理性质、化学性质和爆炸性能各不相同。依据炸药一些特点，对进行归纳分类，对于更加好地研究和使用炸药是十分必要。爆破工程(2)第17页常见炸药分类方法有以下几个：按炸药组成分类：依据组成成份不一样，常把炸药分为单质炸药和混合炸药两大类。

1.单质炸药（explosivecompound）又称单体炸药或化合炸药。如梯恩梯[符号TNT，三硝基甲苯（2,4,6-Trinitrotoluene）]、黑索金（符号RDX，Hexogen）、太安（符号PETN，Pentaerythritoltetran-itrate）等。在民用爆破器材中，单质炸药大多用作混合炸药组分或火工品装药（比如雷管、导爆索等），极少单独用来进行爆破作业。

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2.混合炸药（compositeexplosive）如黑火药（blackpowder，用硝酸钾、木炭粉和硫黄粉混合而制成，普通含硝酸钾约75%）、铵梯炸药（ammonite，其主要成份是硝酸铵加少许TNT和木粉混合而成。调整三种成份百分比，可制成不一样性能铵梯炸药。）、水胶炸药（watergel-explosive，主要成份为硝酸铵(钠)、敏化剂和粘胶剂）和乳化炸药（emulsion，主要成份为硝酸盐水溶液、可燃剂(柴油和石蜡)、发泡剂(亚硝酸钠、空心玻璃球等)和乳化剂(多脂肪族化合物)）等。混合炸药在炸药领域中占有极主要地位。爆破工程(2)第19页

按作用特征和用途分类：依据炸药作用特征和用途不一样，可分为起爆药、猛炸药、火药和烟火剂四大类。

1.起爆药（primaryexplosive）是指在较弱初始冲能作用下即能发生爆炸，且爆炸速度改变大，易于由燃烧转爆轰炸药。常见起爆药有二硝基重氮酚(Diazodinitrophenol，符号DDNP）、D·S共沉淀起爆药、K·D复盐起爆药、叠氮化铅（leadazide，符号LA）等。起爆药主要用于引发其它炸药发生爆炸反应，惯用于各种雷管、火帽初级装药，所以又称为始发炸药或第一炸药。

爆破工程(2)第20页2.

猛炸药（highexplosive）指那些利用爆轰所释放能量对介质作功炸药。猛炸药因其对周围介质有猛烈破坏作用而得名。这类炸药对热和冲击感度较低，通常需要用雷管激发起爆，所以又称为次发炸药或第二炸药。常见猛炸药有：梯恩梯、黑索金、太安、特屈儿（Tetryl）、奥克托今（Octogen,符号HMX）以及各类混合炸药。不论军用还是民用，大量使用仍是由混合炸药组成猛炸药。不一样是民用混合炸药以廉价硝酸铵为主要成份，而军用混合炸药则极少使用硝酸铵，只是在特定条件下将其看成一个代用具。爆破工程(2)第21页

3.火药（powder）火药化学改变主要形式是燃烧，它能够在无氧环境中，稳定而有规律地燃烧，放出大量气体和热能，对外做抛射功或推射功，所以又称为发射药或固体推进剂。其主要代表有：黑火药、单基火药、双基火药、高分子复合火药等。其中民用爆破器材中大量使用是黑火药，主要用于制作导火索；单基火药、双基火药和高分子复合火药则主要用作发射弹药能源，如火炮发射药、火箭发动机推进剂等。爆破工程(2)第22页

4.烟火剂（pyrotechniccomposition）是由氧化剂和可燃剂为主体制成，在燃烧时能产生声、光、热、烟等特定效应炸药。烟火剂包含照明剂、燃烧剂、烟幕剂、信号剂和曳光弹等，通惯用于装填特种弹药或烟火材料，产生特定烟火效应。起爆药、猛炸药、火药和烟火剂四种药剂都含有爆炸性质，在一定条件下都能产生爆炸以至爆轰，所以统称为炸药。不过习惯上称谓炸药主要是指猛炸药。爆破工程(2)第23页按炸药主要成份分类依据炸药主要成份，可分为雷酸盐、叠氮化物类炸药，醇基硝酸酯类炸药，芳香族硝基化合物类炸药，硝甘炸药，硝铵炸药，黑火药等。爆破工程(2)第24页按炸药物理状态分类可将其分为固体炸药、液体炸药、气体炸药和多相炸药。其中多相炸药是指由固体与液体、固体与气体或液体与气体所组成炸药。为了便于理论研究，通常把除气体炸药以外液体炸药、固体炸药等统称为凝聚炸药（condensed-phaseexplosives）。铵磺炸药爆破工程(2)第25页

第二节炸药氧平衡炸药氧平衡绝大多数炸药由碳、氢、氧、氮四种元素组成，一些炸药还含有氯、硫、金属等元素。对于由碳、氢、氧、氮四种元素组成炸药，能够用CaHbOcNd表示。大多数炸药爆炸反应为氧化反应，其特点是反应所需氧元素由炸药本身提供。

氧平衡（oxygenbalance）是指炸药中所含氧用以完全氧化其所含可燃元素后，所多出或不足氧量。氧平衡用每克炸药中剩下或不足氧量克数或百分数来表示。当炸药中成份不一样或爆炸条件不一样时，依据炸药氧平衡不一样，将可能产生以下几个情况：爆破工程(2)第26页

(1)零氧平衡。炸药中氧含量恰好能将碳、氢完全氧化，此时氧平衡等于零，称为零氧平衡。此时炸药中其它元素不参加氧化反应，化学反应式为：

C+O2→CO2+395kJ/mol(1-1)2H2+O2→2H2O+242kJ/mol

(1-2)(2)正氧平衡。炸药中氧含量足够将碳、氢完全氧化，且有剩下，此时氧平衡大于零，称为正氧平衡。化学反应除主要按式(1-1)和(1-2)进行外，因为氧剩下，在高温高压状态下，剩下氧会与氮元素发生反应，生成NO和NO2，并吸收一定热量。化学反应为：爆破工程(2)第27页

N2+O2→NO-96kJ/mol(1-3)N2+2O2→2NO2-17kJ/mol(1-4)(3)负氧平衡。炸药中氧含量不足以将碳、氢完全氧化，此时氧平衡小于零，称为负氧平衡。化学反应除主要按式(1-1)和(1-2)进行外，因为氧不足，部分C只能氧化生产CO，化学反应为：

2C+O2→2CO+110kJ/mol(1-5)

上述三种不一样反应形式，其结果对工程爆破有极大影响。爆破工程(2)第28页炸药氧平衡计算

１.对于通式为CaHbOcNd单质炸药，a、b、c、d分别代表在一个炸药分子中碳、氢、氧、氮原子数。炸药发生爆炸反应时，碳、氢原子完全氧化能够按式(1-1)和式(1-2)进行。也就是说，a个碳原子氧化成CO2,需要2a个氧原子；b个氢原子氧化成H2O，需要b/2个氧原子；碳、氢完全氧化共需氧原子数为2a+b/2。炸药本身所含氧原子数是c，这样，c与(2a+b/2)差值就同三种氧平衡状态相互对应。爆破工程(2)第29页

(1)当c-(2a+b/2)>0时，为正氧平衡；

(2)当c-(2a+b/2)＝0时，为零氧平衡；

(3)当c-(2a+b/2)<0时，为负氧平衡。在实际运算中，其氧平衡按下式计算：

式中：a、b、c、d——

分别表示一个炸药分子中碳、氢、氧、氮原子数；

——

炸药氧平衡，g/g；

16——

氧相对原子质量，g；

M——

炸药摩尔数。爆破工程(2)第30页

２.对于混合炸药，其氧平衡能够依据各成份氧平衡乘以其在混合炸药中百分数求得，按下式计算：式中：——

混合炸药中某种成份氧平衡；

——

对应成份在混合炸药中所占百分比。３.对于含有金属元素炸药对１价K→K2O，Na→Na2O，对２价Mg→MgO,Ca→CaO，对３价Al→Al2O3爆破工程(2)第31页

①按定义计算单质Al

OBAl==-0.89g/g

②带金属化合物：通式CaＨbOcNdKeMgfAlg

OB=

常见单质炸药和混合炸药惯用组分氧平衡列于表1-1中。爆破工程(2)第32页爆破工程(2)第33页例1：计算硝酸铵（NH4NO3）氧平衡值。解：硝酸铵炸药通式为C0H4O3N2,M=80

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例2：已知2号岩石铵梯炸药配方为硝酸铵85%，梯恩梯11%，木粉4%，计算2号岩石铵梯炸药氧平衡值。解：由表1-1查得，硝酸铵、梯恩梯和木粉氧平衡分别为0.2、-0.74和-1.37,由式1-2）得：

OB=0.2×0.85＋(-0.74×0.11)+(-1.37×0.04)

＝0.0334（g/g）爆破工程(2)第35页

依据氧平衡值，可将炸药分为正氧平衡炸药、负氧平衡炸药和零氧平衡炸药。

零氧平衡炸药，因氧和可燃元素都得到了充分利用，故在理想反应条件下，能放出最大热量，而且不会生成有毒气体（爆炸产物为H2O、CO2和N2）。

正氧平衡炸药，不能充分利用其中氧量，而且多出氧和游离氮化合时，产生吸热反应，生成含有强烈毒性、并对煤矿中瓦斯与煤尘爆炸起催化作用氮氧化合物（爆炸产物除H2O、CO2和N2

外，还产生有毒NO和NO2）。

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负氧平衡炸药，因为氧不足，部分C不能充分氧化而形成CO甚至是固态C，同时部分H也不能与氧反应，所以爆炸产物除有H2O、CO2和N2

外，还有H2、CO和C等）。不过，负氧平衡炸药生成产物中含双原子气体较多，能够增加生成气体数量。由此可见，氧平衡对炸药爆炸时放出热量，生成气体组成和体积，有毒气体含量，二次火焰（比如CO和H2，在外界氧供给时，能够再次燃烧，形成二次火焰）等有着多方面影响。对于工业炸药，普通应使其氧平衡靠近于零氧平衡。因为普通工业炸药主要是混合炸药，其氧平衡可由其组成和配比来调整。爆破工程(2)第37页一、炸药起爆

炸药是一个处于暂时相对稳定不稳定化学体系，要使其发生爆炸改变必须要由外界施加一定能量，通常将外界施加给炸药某一局部而引发炸药爆炸能量称为起爆能，而引发炸药发生爆炸过程称为起爆。

起爆能三种形式：

(1)热能：火星（焰）、热——雷管。

(2)机械能：撞击、摩擦——武器。

(3)爆炸冲能：一个炸药起爆另一个炸药。

第三节炸药起爆和感度爆破工程(2)第38页

二、起爆机理

1．活化能理论——热起爆机理起源

活化能：使物质普通分子变为活化分子所需吸收最小能量，称为该物质分子活化能。活化能理论认为：任何化学反应，只有在含有活化能量活化分子相互接触和碰撞时，才能发生。外能作用使分子取得能量并转化为内能，到达一定能量级时可使分子活化。普通炸药分子活化能约为30～60千卡/克分子。炸药爆炸时释放热量为200～300千卡/克分子以上。

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2．机械能起爆理论

(1)热点学说——灼热核理论机械作用——能量集中在个别点上——温度升高——起爆温度——热点发生爆炸——由小点（热点）——全断面

“灼热核”：在机械作用下，首先到达起爆温度局部小区。起爆尺寸要求：半径约为10-3～10-5cm.(普通分子半径10-8cm)。

(2)热点形成原因（灼热核形成路径）炸药中微小气泡绝热压缩空气（加热20个大气压）温度可达500℃左右。应用：乳化炸药等加气泡可提升感度。炸药颗粒间强烈摩擦应用：炸药中掺砂可使感度提升。高粘性液体炸药流动生热。

爆破工程(2)第40页3.爆炸冲能起爆利用一个炸药爆炸后产生冲击波起爆另一个炸药。爆炸冲能起爆过程：一个炸药爆炸——形成高温、高压冲击波——经过介质传输到另一个炸药——形成热点——灼热核——起爆另一个炸药。其它起爆能：光能、超声波、粒子轰击、静电效应、电磁辐射爆破工程(2)第41页三、炸药感度

在外界能量作用下，炸药发生爆炸难易程度称为感度（sensitive）。炸药敏感度与所需起爆能成反比。能够激发炸药发生爆炸改变能量有热能、电能、光能、机械能、冲击波能或辐射能等各种形式。通常依据外界作用于炸药能量不一样形式将炸药感度分为若干类型，如热感度、火焰感度、摩擦感度、撞击感度、起爆感度、冲击波感度、静电感度等。爆破工程(2)第42页

炸药对不一样形式外界能量作用所表现感度是不一样，也就是说，炸药感度与不一样形式起爆能并不存在固定百分比关系。所以，不能简单地以炸药对某种起爆能感度等效地衡量它对另一个起爆能感度。在工程实践中，人们在需要高感度炸药同时，又希望炸药含有低感度特征。也就是说，希望炸药在使用时候含有高感度，以确保起爆和传爆可靠性；而在生产、贮存、运输等非使用场所，炸药又含有低感度，以确保安全性。爆破工程(2)第43页

依据需要，人们把炸药感度又分为“使用感度”和“危险感度”。所谓使用感度是指炸药在预定起爆方式所施加起爆能作用下发生爆炸反应难易程度。对于爆破作业人员来说，普通都希望炸药在使用时含有较高使用感度，以减小炸药拒爆概率，有效地预防瞎炮事故。爆破工程(2)第44页

所谓危险感度则是指炸药在外界施加各种非正常起爆能作用下发生爆炸难易程度。不论是炸药生产者还是使用者，都希望炸药含有较低危险感度，以确保炸药在生产、运输、搬运和贮存等非使用步骤安全，防止发生意外爆炸事故。爆破工程(2)第45页

1.炸药热感度炸药热感度（sensitivitytoheat）是指在热作用下，炸药发生爆炸难易程度。热作用方式主要有两种：均匀加热和火焰点火，习惯上把均匀加热时炸药感度称为热感度，把火焰点火时炸药感度称为火焰感度（sensitivitytoflame）。炸药热感度通惯用暴发点（detonationpoint）表示。暴发点是炸药在一定受热条件下，经过一定延滞期，发生爆炸时加热介质最低温度。很显然，暴发点越高，则说明该炸药热感度越低。

爆破工程(2)第46页

在工业生产中，用暴发点测定仪来测定炸药暴发点，做暴发点量测试验时延滞期普通取5min为标准。表1-2列出了几个炸药暴发点。爆破工程(2)第47页图1－1暴发点测定器1—合金浴锅；2—电阻丝；3—隔热层；4—铜管；5—温度计；6—炸药

爆破工程(2)第48页

火焰感度用上限距离和下限距离表示。用导火索点燃装入加强帽中1g炸药，以六次试验结果为准。上限距离是100%发怒最大距离，下限距离是100%不发怒最小距离。一个炸药上限距离越大，火焰感度越大；下限距离越小，火焰感度越小。普通上限距离表征炸药起暴发怒难易程度，下限距离表征炸药对火焰安全性。爆破工程(2)第49页2.炸药机械感度炸药机械感度是指炸药在机械作用下发生爆炸难易程度。机械作用形式很多，如撞击、摩擦、针刺等，其中撞击和摩擦是最为常见两种形式。

(1)撞击感度在机械撞击作用下，炸药发生爆炸难易程度称为炸药撞击感度（sensitivitytoimpact）。炸药撞击感度通常借助于立式落锤仪测定。爆破工程(2)第50页炸药撞击感度测定爆破工程(2)第51页

测定基本步骤是将一定质量炸药试样（30mg或50mg）放在击发装置内，让一定质量落锤（10kg或2kg）自要求高度（250mm或500mm）自由落下，撞击击发装置内炸药试样，依据火花、烟雾或声响结果来判断炸药试样是否发生爆炸。撞击25次后，计算该炸药试样爆炸概率P，并用P来表示炸药试样撞击感度。

(1-6)

爆破工程(2)第52页

(2)摩擦感度在机械摩擦作用下，炸药发生爆炸难易程度称为炸药摩擦感度（sensitivitytofriction)。炸药摩擦感度测定采取摆式摩擦仪。测定时将一定质量炸药试样（20mg或30mg），装入上下滑柱间，经过装置给上下滑柱施加要求静压力。摆锤重1500g。摆角可依据炸药感度取80°、90°或96°释放摆锤，摆锤打击击杆，上下滑柱产生水平相对位移，摩擦炸药试样，判断炸药试样式样是否爆炸。试验25次，计算炸药试样爆炸概率P（式1-6），并用P来表示炸药试样摩擦感度。爆破工程(2)第53页爆破工程(2)第54页

3.起爆感度炸药起爆感度（sensitivitytoinitiation）也叫起爆冲能感度、爆轰感度，是指在其它炸药（起爆药、起爆具等）引爆下，猛炸药发生爆轰难易程度。猛炸药对起爆药爆轰感度，普通用最小起爆药量来表示，即在一定试验条件下，能引发猛炸药完全爆轰所需最小起爆药量。最小起爆药量越小，则表明猛炸药对起爆药爆轰感度越大；反之，最小起爆药量越大，则表明猛炸药对起爆药爆轰感度越小。爆破工程(2)第55页

对于一些起爆感度较低工业炸药，如铵油炸药，用少许起爆药（如1发8号工业雷管）是难以使其可靠爆轰。这类炸药爆轰感度不能用最小起爆药量来表示，而只能用威力较大起爆药柱最小质量来表示。在工程爆破中，习惯上用雷管感度(capsensitivity)来区分工业炸药起爆感度。凡能用1发8号工业雷管可靠起爆炸药称其含有雷管感度，凡不能用1发8号工业雷管可靠起爆炸药称其不含有雷管感度。爆破工程(2)第56页四、炸药感度影响因素炸药感度一方面与自身结构和物理化学性质有关，如分子中原子间键能、分子结构成份、生产热、活化能等；其次还与炸药物理状态和装药条件有关。对于爆破工程技术人员来讲，了解炸药物理状态和装药条件对其感度影响是十分必要。炸药物理状态和装药条件对感度影响主要表现在以下几个方面：1.炸药温度影响：随着温度增高，炸药各种感度都增加，在高温介质中爆破应引起充分重视。爆破工程(2)第57页

2.炸药品理状态与晶体形态影响：铵梯炸药受潮结块时，感度显著下降；硝化甘油炸药冻结时，晶体形态发生改变，敏感度显著提升。硝铵类炸药因硝酸铵原料结晶不一样而影响感度。

3.炸药颗粒度影响：炸药颗粒度主要影响炸药爆轰感度，普通颗粒越小，炸药爆轰感度越大。比如100%经过2500目标梯恩梯极限起爆药量为0.1g，而从溶液中快速结晶超细梯恩梯极限起爆药量为0.04g。对于工业炸药，普通各组分越细，混合越均匀，则它爆轰感度越高。爆破工程(2)第58页

4.装药密度影响：装药密度主要影响起爆感度和火焰感度。通常，粉状炸药装药密度有一最正确范围，超出这一范围，伴随装药密度增加，炸药起爆感度和火焰感度都会下降。粉状铵梯炸药装药密度大于1.2g/cm3时，轻易出现拒爆；密度大于1.5g/cm3时易到达极限密度而压死。

5.附加物影响：在炸药中掺入附加物能够显著地影响炸药机械感度，附加物对炸药机械感度影响主要取决于附加物性质，即硬度、熔点及粒度等。当附加物硬度较高时(如石英砂、碎玻璃)，可能使炸药机械感度增高，这类物质叫增感剂。另外一类较软且热容量大物质，如水、石蜡等，掺入后使炸药感度降低，这类物质称为钝感剂。 爆破工程(2)第59页一、冲击波和爆轰波

1.冲击波(shockwave)

空气、水、岩体、炸药等物质状态能够用压力ｐ、密度ρ

、温度Ｔ、移动速度ｖ等参数表征。

物质在外界作用下状态参数（压力ｐ、密度ρ、温度Ｔ、质点移动速度ｖ）会发生一定改变，物质局部状态改变称为扰动。假如外界作用只引发物质状态参数发生微小改变，这种扰动称为弱扰动；假如外界作用引发物质状态参数发生显著改变，这种扰动称为强扰动。第四节炸药传爆过程爆破工程(2)第60页

扰动在介质中传输称为波。在波传输过程中，介质原始状态与扰动状态交界面称为波阵面（或波头）。波阵面移动方向就是波传输方向，波传输方向与介质质点震动方向平行波称为纵波；波传输方向与介质质点震动方向垂直波称为横波。波阵面在其法线方向上位移速度称为波速。按波阵面形状不一样，波可分为平面波、柱面波、球面波等。扰动波传输过程中，按照扰动前后介质状态参数改变不一样，能够分为压缩波与稀疏波。爆破工程(2)第61页

(1)压缩波

受扰动后波阵面上介质压力、密度均增加波称为压缩波（pressurewave）。

特点：波阵面到达之处，介质压力、密度等参数增大。波传输方向与介质运动方向一致。

(2)稀疏波受扰动后波阵面上介质压力、密度均降低波称为膨胀波（expansionwave）或稀疏波。

特点：波震面到达之处，介质压力、密度等参数减小。波传输方向与介质运动方向相反。爆破工程(2)第62页波阵面R0R2R1P0,ρ0,T0P1，ρ1，T1P2，ρ2，T2(3)冲击波形成

活塞在管中作加速运动，后面波速都比前面大，于是波相互追逐、叠加、积累，压缩与未压缩区之间形成一个显著突增面。这时：P＞＞P０，ρ＞＞ρ０，T＞＞T０→形成冲击波。爆破工程(2)第63页(4)冲击波定义冲击波（shockwave）是一个在介质中以超声速传输并含有压力突然跃升，然后慢慢下降特征一个高强度压力波。

活塞运动速度与冲击波速度不是一回事，也不相等。在空气中运动物体要形成冲击波，其速度必须靠近和大于音速。

(5)冲击波特征（与音波区分）类比项目冲击波音速速度冲击波速度远大于音速波阵面状态参数突跃改变改变靠近于零波阵面介质参数发生位移只振不移波速与强度相关与强度无关爆破工程(2)第64页

2.爆轰波

(1)概念

炸药被激发起爆后，首先在炸药某一局部发生爆炸化学反应，产生大量高温、高压和高速流动气体产物流，并释放出大量热能。这一高速气流作用如同上面所述加速运动活塞，强烈冲击和压缩邻近层炸药，使在邻近炸药层中产生冲击波并引发该层炸药压力、温度和密度产生突跃式升高，而快速发生化学反应，生成大量爆炸产物并释放出大量热能。

爆破工程(2)第65页局部炸药爆轰所释放热能，一方面可以阻止稀疏波对冲击波头侵蚀;其次又可以补充到冲击波中，以维持冲击波以稳定速度向前传播。这样，冲击波继续压缩下一层炸药又引起下一层炸药化学反应，新释放热能又补充到冲击波中去，以维持它定速传播。如此一层一层传播，就完成了炸药爆轰过程。这种由冲击波在炸药中传播激起爆炸反应称为爆轰（detonation）。在炸药中伴随化学反应稳定传播冲击波称为爆轰波（detonationwave）。爆轰波沿炸药装药传播速度也就是爆轰波波速就是炸药爆速(detonationvelocity)。爆破工程(2)第66页二、爆轰波传输

炸药在外能作用下被引爆，在炸药中产生冲击波。在初始冲击波高压作用下，相邻于冲击波炸药层出现一个压缩区0—1（图1-3），其厚度约10-5cm，在这里，压力、密度、温度都呈突跃升高状态。距离压力102102爆炸产物区未爆炸区化学反应区图1-3爆轰波传输示意图爆破工程(2)第67页

伴随冲击波传输，新压缩区产生，原压缩区成为化学反应区，反应在1-1面开始发生，在2-2面完成；再伴随冲击波前进，新化学反应区形成，原化学反应区又成为反应产物区。化学反应放出能量，不停维持着波阵面上参数稳定，其余在膨胀区消耗掉，因而到达能量平衡，冲击波即以稳定速度向前传输。在就是爆轰过程实质。由此可见：

a.爆轰波只存在于炸药爆轰过程中。爆轰波传输伴随炸药爆轰结束而中止。爆破工程(2)第68页b.爆轰波总带着一个化学反应区，它是爆轰波得以稳定传输基本确保。习惯上把0—2区间称为爆轰波波阵面宽度，其数值约0.1mm～2.5cm，视炸药种类而异。通常把2-2面参数作为爆轰波参数。

c.爆轰波含有稳定性，即波阵面上参数及其宽度不随时间而改变，直至爆轰终了。

0—0面前，炸药未受扰动。

0—0面和1—1面之间，炸药被压缩，但还未开始反应，因其厚度和一个分子自由旅程同数量级，故忽略称0—1面。爆破工程(2)第69页

1—1面和2—2面之间是化学反应区，普通宽度：单质：0.1～1mm,混合：2～3cm以上。

2—2面后是爆轰产物区，2-2面为化学反应结束面，称为爆轰波波阵面,即Ｃ-Ｊ面。

C—J面上状态参数称做爆轰波参数或爆轰参数。爆轰波C—J面上压力称做爆轰压力（detonationpressure）。爆轰波C—J面上温度称做爆轰温度（detonationtemperature）。

爆轰压力与爆炸压力、爆轰温度与爆温含义不一样。爆破工程(2)第70页(3)爆轰波特征(与冲击波比较)爆轰波冲击波传输介质一定是在炸药中不一定化学反应有普通无能量补充有普通无传输过程状态参数P，ρ，T，U，D恒定快速衰减爆破工程(2)第71页

(4)爆轰波参数因为爆轰波是冲击波一个，所以表示爆轰波参数关系基本方程推导方法亦大致与冲击波相同。对于强冲击波（PH＞10atm）,其基本方程可表示以下：爆破工程(2)第72页

上述各式中符号物理意义：Tb

表示爆温，Qv表示爆热，ρ0表示密度，K为系数。对于凝聚炸药，普通取K=3。从这些公式能够知道：爆轰产物质点移动速度比爆速小，但随爆速增大而增大。爆轰压力取决于装药爆速和密度，这是因为这两个原因都会造成爆炸产物密度增大。爆轰刚结束时，爆轰产物密度大于炸药初始密度。爆轰结束瞬间温度T2不是爆温，它比爆温Tb高。

爆破工程(2)第73页

(5)爆轰反应机理依据炸药化学组成以及装药物理状态不一样，能够把凝聚炸药爆轰反应机理分为：均匀灼烧机理、不均匀灼烧机理和混合反应机理。

a均匀灼烧机理:均匀灼烧机理又称整体反应机理，它是指炸药在强冲击波作用下，爆轰波波阵面炸药受到强烈绝热压缩，使受压缩炸药温度均匀地升高，如同气体绝热压缩一样，化学反应是在反应区整个体积内进行。爆破工程(2)第74页

这种机理多发生在结构均匀固体炸药（如单质炸药）以及无气泡和无杂质均匀液体炸药，即所谓均相炸药中。这种炸药反应速度非常快速，能在10-6s～10-7s内完成。此机理认为：薄层炸药整体均匀灼热引发化学反应，冲击波波阵面压缩薄层炸药使其温度到达1000℃以上才能快速反应。普通认为该类炸药爆速达6000-8000m/s。爆破工程(2)第75页

b.

不均匀灼烧机理:不均匀灼烧机理又称表面反应机理，它是指本身结构不均匀炸药，如涣散多空隙固体粉状炸药、晶体炸药，以及含有大量气泡和杂质液体炸药或胶质炸药等，在冲击波作用下受到强烈压缩，整个压缩层炸药温度并不是均匀地升高并发生灼烧，而是个别点温度升得很高，形成“起爆中心”或“热点”并先发生化学反应，然后再传到整个炸药层。爆破工程(2)第76页

c.混合反应机理:混合反应机理是混合炸药，尤其是固体混合炸药所特有一个爆炸反应机理。其特点是，反应不是在炸药化学反应区整个体积内进行，而是在一些分界面上进行。对于由几个单质炸药组成混合炸药，它们在发生爆轰时首先是各组分炸药本身进行反应，放出大量热，然后是各反应产物相互混合并深入反应生成最终产物。不过，对于由反应能力相差很悬殊一些组分组成混合炸药，如由氧化剂和可燃剂或者是由炸药与非炸药成份组成混合炸药，它们在爆轰时，首先是氧化剂或炸药分解，分解产生气体产物渗透或扩散到其它组分质点表面并与之反应，或者是几个不一样组分分解产物之间相互反应。爆破工程(2)第77页

该类反应机理特点是二次反应:

第一次反应：在冲击波作用下，炸药易分解成份首先反应，如TNT等。第二次反应：第一次分解反应物之间或与其它成份如铝粉、木粉、AN等再发生反应，形成最终反应产物。这类反应历程长，反应区宽2－3cm，爆速3000～4000m/s。应该注意是，凝聚炸药爆轰反应并不都是按照上述反应机理中某一个机理进行，往往是两种机理共同作用结果。

爆破工程(2)第78页三、爆轰影响原因

(1)药卷直径用相同起爆能量，引爆不一样直径药卷时，药卷爆速和稳定传爆情况有很大不一样，伴随药卷直径增大，爆速和爆炸稳定性都有所提升。

IIIIII图1-4稳定爆轰与药卷直径关系I-理想爆轰区；II-稳定爆轰区；III-不稳定爆轰区爆破工程(2)第79页原因分析：药卷对爆速和爆轰情况产生影响原因，在于侧向扩散作用对化学反应区结构影响。波阵面P↗T↗ρ↗引发化学反应并向周围低区扩散——扩散自装药表面向中心发展——携带（未反应炸药颗粒，刚反应爆轰产物半成品，反应完爆轰产物）——爆炸能量减小——波阵面能量减弱（平衡或熄灭）。图1-5表示药卷在非密闭情况下，侧向扩散对反应区结构影响。当药卷直径较小时，有效反应区为圆锥，有效反应区厚度Le<反应区厚度Lp,有效反应区释放出用以维持爆轰波稳定传爆能量就少，爆轰速度和爆轰压力就降低，爆轰稳定性降低；伴随药卷直径增大，有效反应区为圆台，有效反应区厚度Le增大，有效反应区释放出用以维持爆轰波稳定传爆能量就增大，爆轰得以稳定传爆；当Le>>Lp，有效反应区为近似圆柱，能量可累计补充，形成理想爆轰，此时再增大药卷直径，爆轰速度和稳定性基本保持不变（图1-4）。爆破工程(2)第80页

BALeLp爆炸产物区未反应炸药反应区压缩区BALｐ爆炸产物区未反应炸药反应区压缩区

图1-5侧向扩散对化学反应区结构影响Ａ-侧向扩散区；Ｂ-有效反应区爆破工程(2)第81页

(2)装药密度对单质炸药而言，爆速随密度增大而增大。而混合炸药情况就复杂一些。在一定密度范围内，爆速随密度增大而增大，当密度增大到某一定值时，爆速到达其最大值，但今后若密度深入增大，爆速却反而下降，而且密度大到超出某一定值时就会发生所谓“压死”拒爆现象。这是因为，在起爆能作用下由氧化剂和可燃剂组成混合炸药各组分，先以不一样速度单独进行分解，然后由分解出气体相互作用完成爆轰反应，装药密度过大，炸药各组分颗粒间孔隙过小，不利于各组分分解出气体相互混合和反应，从而造成反应速度下降直至熄爆。

爆破工程(2)第82页图1-6混合炸药装药密度对爆速和爆轰稳定性影响

(3)其它影响原因普通地说，其它影响原因有：炸药本身特征、掺合物数量与性质、起爆能大小与方式、炸药初始温度（对含水炸药尤有影响）和爆炸外界条件。爆破工程(2)第83页

第五节炸药热化学参数

炸药发生爆炸反应几个主要参数为：爆热、爆压、爆温和爆炸功。

1.爆热

在一定条件下，单位质量炸药爆炸时放出热量称为炸药爆热（heatofexplosion）。通常以1mol或1kg炸药爆炸所释放热量表示（kJ/mol或kJ/kg）。炸药爆炸改变极为快速，能够看作是在定容条件下进行，而且定容热效应能够更直接地表示炸药能量性质，所以炸药爆热均指定容爆热。爆破工程(2)第84页

(1)爆热测定 炸药爆热是在试验室使用一个专门装置—爆热弹进行测定，经试验和计算得到。表1-4列出了几个常见炸药爆热试验值。爆破工程(2)第85页(2)提升爆热方法提升炸药爆热对于提升炸药作功效力含有主要意义,通惯用来提升炸药爆热路径主要有以下两个方面：

a.改进炸药氧平衡为使炸药内可燃元素或可燃剂完全氧化放出最大热量，应使炸药尽可能靠近于零氧平衡。不过同属于零氧平衡炸药所放出能量也不相同，普通含氢量高炸药能量较大，这是因为氢完全氧化为水所放出热量较高缘故。另外，零氧平衡炸药放出热量还与炸药化学反应完全程度相关，而后者又决定于炸药粒度、混药质量、装药条件和爆炸条件等许多原因。爆破工程(2)第86页

b.加入高能元素或高能量可燃剂在单质炸药中引入铍、铝等高能元素能够适量提升其爆热，比如，在黑索金中加入适量镁粉，爆热可提升50%。在混合炸药中加入铝粉、镁粉等是取得高爆热炸药惯用方法。这是因为这些金属粉末不但能与氧元素进行氧化反应，放出大量热，而且还能够和炸药爆炸产物中CO2、H2O产生二次反应，而这些反应都是猛烈放热反应，从而能够增大爆热。

2.爆压

爆压是指炸药爆炸瞬间，爆炸气体未做功之前对周围介质最大压力。工业炸药爆压普通能够到达1.5×1010～3.0×1010Pa。这么高爆压是压缩能积聚造成，是对外做功必要条件。爆破工程(2)第87页

3.爆温炸药爆炸时爆炸中心能到达最高温度叫爆温，即爆炸热量还未耗散、全部赋存于爆炸产物是爆炸产物所能到达最高温度。惯用工业炸药爆温在º～3000º之间。

4.爆炸功炸药爆炸过程中做功效力叫爆炸功。通常是用爆炸产物作绝热膨胀时，从开始膨胀到温度到炸药初温时所做全部功来表示。表1-5几个炸药爆炸功炸药名称硝化甘油TNT黑索金硝酸铵硝铵炸药爆炸功(KJ/KG)2.59×1071.76×1072.63×1076.02×1073～4×106爆破工程(2)第88页第六节炸药性能

炸药性能主要取决于以下原因，一是炸药组成和结构，二是炸药加工工艺，三是炸药装药状态和使用条件。本节主要介绍炸药爆速、作功效力、猛度和殉爆距离等性能指标。

2号岩石炸药爆破工程(2)第89页

一、爆速爆轰波沿炸药装药传输速度称为爆速（detonationvelocity）。爆速是炸药主要性能指标之一，也是当前唯一能准确测量爆轰参数。

1.影响爆速原因

(1)药柱直径当药柱为理想封闭，爆轰产物不发生径向流动时，炸药所能到达爆速称为理想爆速。因为药柱不可能是理想封闭，故实际爆速低于理想爆速，并与药柱直径大小相关。理论计算表明，炸药实际爆速与理想爆速之间存在下式所表示关系：爆破工程(2)第90页

式中：D—

炸药实际爆速；DH

—

炸药理想爆速；

a—

爆轰反应区厚度；dc

—

药柱直径。该式表明，爆速随药柱直径增大而增大；当药柱直径趋于无穷大时，爆速趋于理想爆速。实际上，因为反应区厚度很小，故药柱直径增大到一定值后，爆速就已经靠近理想爆速。靠近理想爆速药柱直径dL称为极限直径。反应区厚度愈小，极限直径就愈小。反之，减小药柱直径，爆速将对应降低。当药柱直径减小到一定值后，爆轰波就不能稳定传输，最终将造成熄爆。这是因为有效能量已减小到不再能支持爆轰波稳定传输。爆轰波能稳定传输最小药柱直径dK称为临界直径（criticaldiameter）。临界直径时爆速称为临界爆速。

爆破工程(2)第91页

理论研究表明，临界直径愈小，靠近理想爆速极限直径也愈小。表1-6给出了几个炸药临界直径值。从表1-6能够看出，临界直径与炸药化学本性有很大关系：起爆药临界直径最小，其次为单质高猛炸药，硝酸铵和硝铵类混合炸药临界直径则较大。爆破工程(2)第92页

(2)炸药密度增大炸药密度能够提升理想爆速，但临界直径和极限直径也将发生改变。对于大多数单质炸药，其临界直径和极限直径都随装药密度增加而减小；但对于混合炸药，尤其是硝铵类混合炸药，密度超出一定值后，临界直径随密度增大而显著增大。对单质炸药，因增大密度既提升了理想爆速，又减小了临界直径，故当药柱直径一定时，爆速是随密度增大而增加。爆破工程(2)第93页

对于硝铵类混合炸药，密度与爆速关系比较复杂。这是因为增大密度虽能提升理想爆速，但也对应地增大了临界直径。试验研究和理论分析都证实，当药柱直径一定时，存在有使爆速达最大密度值。这个密度称为最正确密度。超出最正确密度后，再继续增大密度，就会造成爆速下降。当爆速下降到临界爆速，或临界直径增大到与药柱直径相等时，爆轰波就不再能够稳定传输，最终造成熄爆。爆轰波尚能稳定传爆最大密度称为临界密度。爆破工程(2)第94页

(3)药柱外壳药柱外壳不会影响炸药理想爆速，所以当药柱直径较大，爆速已靠近理想爆速情况下，外壳作用不大。但外壳能够减小炸药临界直径，所以当药柱直径较小、爆速距理想爆速相差较大时，增加外壳能够提升爆速，其效果与加大药柱直径相同。影响混合炸药爆速还有炸药颗粒细度、混合均匀度、混药温度和时间等各种原因。对这些原因控制都发生在炸药生产过程中，此不赘述。爆破工程(2)第95页2.工业炸药爆速测定

(1)导爆索法导爆索法又称道特里什（Dautriche）法。其原理是利用已知爆速导爆索测定炸药爆速。

图1－8导爆索法测爆速装置1－被测炸药；2－导爆索；3－铅（或铝）板；4－雷管；5－导爆索中点；6－爆轰波相遇点。爆破工程(2)第96页

在图1-8中，待测炸药爆轰波从Ａ点到Ｂ点所用时间为l/D(l为A，B之间距离，D为待测炸药爆速),爆轰波在导爆索中经A传爆到Ｋ时间为(0.5Ｌ+h）/D0,爆轰波在导爆索中经B传爆到Ｋ时间为(0.5Ｌ-h）/D0（L为导爆索长度，D0为导爆索爆速，h为导爆索中点至爆轰波相遇K点距离）,有：

l/D＋(0.5Ｌ-h）/D0＝(0.5Ｌ+h）/D0

推导得：

l/D＝(0.5Ｌ+h）