爆破工程第一章

武汉理工大学《爆破工程》精品课程12/28/20221主要内容第一章炸药爆炸基本理论1.1基本概念

1.2炸药化学反应基本形式1.3炸药氧平衡与反应产物1.4炸药热化学参数1.5炸药感度1.6炸药起爆1.7炸药爆轰理论1.8炸药爆炸性能：本章思考题12/28/20222第一节基本概念物理爆炸（不发生化学变化

）

核爆炸（核裂变或核聚变

）

化学爆炸（有新的物质生成

）

（explosive）：

在一定条件下，能够发生快速化学反应，放出能量，生成气体产物，显示爆炸效应（explosiveeffect）的化合物或混合物。

爆炸的分类：炸药12/28/20223化学爆炸三要素1反应的放热性

炸药爆炸必须的能源3反应中生成大量气体产物

炸药爆炸对外做功的媒介2反应过程的高速度爆炸反应区别一般化学反应的重要标志12/28/20224铝热剂反应

2Al+Fe2O3→Al2O3+2Fe+828kJ

尽管反应非常迅速，且放出很多的热量，反应放出的热量足以把反应产物加热到3000K，但终究由于没有气体产物生成，没有把热能转变为机械能的媒介，无法对外做功，所以不具有爆炸性。★★12/28/20225第二节炸药化学反应基本形式

爆炸速度增长到稳定爆速（stationarydetonationvelocity）的最大值，以每秒数千米的最大稳定速度进行的反应过程。

反映炸药的化学安定性A缓慢分解

炸药以每秒数百米至数千米的高速进行爆炸反应C爆炸与爆轰

对爆破材料的安全生产,加工,运输保管以及过期变质炸药的销毁都很有必要B燃烧与爆燃爆轰12/28/20226第三节炸药氧平衡与反应产物炸药内含氧量与所含可燃元素充分氧化所需氧量相比之间的差值称为氧平衡。

氧平衡用每克炸药中剩余或不足氧量的克数或质量分数来表示。炸药的氧平衡（Oxygenbalance）12/28/20227氧平衡的计算令炸药的通式：

CaHbNcOd则氧平衡的计算式：式中炸药的氧平衡；炸药的摩尔质量（g/mol）；氧的摩尔质量（g/mol）1612/28/20228混合炸药氧平衡的计算计算公式：或者式中

、分别为第i组分的质量分数和氧平衡值

12/28/20229氧平衡的三种类型正氧平衡零氧平衡负氧平衡Qb>0Qb=0Qb<012/28/202210混合炸药配配方计算含两种成分分的混合炸炸药配比：：设x、y分分别为炸药药中氧化剂剂和可燃剂剂的配比，，Qx、Qy、Qb分别为这两两种成分和和混合后氧氧平衡值，，则有：：12/25/202211例：用硝酸铵、、TNT和和木粉配制制零氧平衡衡的岩石炸炸药，试求求出其取值值范围并选选定一组配配方。解：设1单位质质量炸药中中含硝酸铵铵为x，TNT为y，木粉为为z。已知各组中中的氧平衡衡（查表））：硝酸铵铵20%，，TNT-74%，，木粉-138%，按零氧氧平衡配制制时应有：：三种成分的的取值范围围为:硝硝酸铵铵,TNT木粉可取TNT含量y=10%，，代入上方方程组解得得：12/25/202212爆轰产物与与有毒气体体（1）爆轰轰产物：炸药爆轰时时，化学反反应区反应应终了瞬间间的化学反反应产物。。它是计计算爆轰反反应热效应应的依据。。（2）爆炸炸产物：爆轰产物的的进一步膨膨胀，或同同外界空气气、岩石等等其他物质质相互作用用，发生新新的反应、、生成的新新的产物。（3）有毒毒气体：CO、H2S、SO2和氮氧化物物在计算有毒毒气体总量量时，应将将其他气体体折算成CO含量；；其中氮氧氧化物的毒毒性系数为为6.5，，SO2、H2S的毒性系系数为2.5。12/25/202213影响有毒气气体生成量量的主要因因素A炸药的氧平衡

B化学反应的完全程度C炸药外壳为为涂蜡纸壳壳D爆破岩石内内含硫生成H2S、SO2等有毒气体体12/25/202214第四四节节炸炸药药热热化化学学参参数数爆炸炸压压力力爆温温爆热热爆容容1kg炸炸药药爆爆炸炸生生成成气气体体产产物物换换算算为为标标准准状状态态下下的的体体积积称称为为爆爆容容（specificvolume）(单单位位:L/kg)。。爆容容越越大大，，炸炸药药做做功功能能力力越越强强。。单位位质质量量炸炸药药爆爆炸炸时时所所释释放放的的热热量量称称为为爆爆热热（explosionheat）(单单位位:J/kg或kJ/kg)。。爆炸炸瞬瞬间间固固体体炸炸药药变变成成气气体体产产物物，，这这些些产产物物来来不不及及膨膨胀胀，，爆爆炸炸已已经经结结束束，，因因而而可可以以认认为为爆爆炸炸过过程程是是定定容容过过程程。(explosiontemperature)指炸炸药药爆爆炸炸时时放放出出的的能能量量将将爆爆炸炸产产物物加加热热到到的的最最高高温温度度。。（explosionpressure）指当当爆爆炸炸结结束束，，爆爆炸炸产产物物在在炸炸药药初初始始体体积积内内达达到到热热平平衡衡后后的的流流体体静静压压值值。。也有有人人将将其其定定义义为为炮炮孔孔中中装装药药爆爆炸炸完完了了瞬瞬间间炮炮孔孔壁壁上上的的压压力力，，故故又又称称为为炮孔孔压压力力。。12/25/202215第五五节节炸炸药药感感度度感度度（sensitivity）指在在外外界界能能量量的的作作用用下下，，炸炸药药发发生生爆爆炸炸的的难难易易程程度度。。起爆爆感感度度感度度炸药药对对不不同同形形式式的的外外界界能能量量作作用用所所表表现现的的感感度度是是不不一一样样的的。。故故不不能能简简单单地地以以炸炸药药对对某某种种起起爆爆能能的的感感度度等等效效地地衡衡量量它它对对另另一一种种起起爆爆能能的的感感度度。。冲击击波波感感度度热感感度度静电电感感度度火焰焰感感度度摩擦擦感感度度撞击击感感度度其他他感感度度（sensitivitytoinitiation）(sensitivitytoshockwave）（electrostaticsensitivity）（sensitivitytoflame）（sensitivitytofriction）（sensitivitytoimpact）（sensitivitytoheat）12/25/202216热感感度度和和机机械械感感度度热感感度度（sensitivitytoheat））是指指在在热热的的作作用用下下,炸炸药药发发生生爆爆炸炸的的难难易易程程度度。热感感度度通通常常用用爆爆发发点点（ignitionpoint））来表表示示.热作作用用的的方方式式主主要要有有两两种种：：均匀匀加加热热、火焰焰点点火火。机械械感感度度（1））撞撞击击感感度度（2））摩摩擦擦感感度度（sensitivitytoimpact））在机机械械撞撞击击的的作作用用下下，，炸炸药药发发生生爆爆炸炸的的难难易易程程度度称称为为炸炸药药的的撞撞击击感感度度。（sensitivitytofriction）在机械摩擦的的作用下，炸炸药发生爆炸炸的难易程度度称为炸药的的摩擦感度。12/25/202217炸药的起爆感感度起爆感度（sensitivitytoinitiation）炸药的起爆感感度是指在其其他炸药（起起爆药、起爆爆具等）的爆爆炸作用下，，猛炸药发生生爆轰的难易易程度。凡能用1发8号工业雷管管可靠起爆的的炸药称其具有雷管感度度；凡不能用1发发8号工业雷雷管可靠起爆爆的炸药称其其不具有雷管感感度。12/25/202218炸药的殉爆殉爆（sympatheticdetonation）殉爆是指炸药药（主发药包包）发生爆炸炸时引起与它它不相接触的的邻近炸药（（被发药包））爆炸的现象象殉爆距离是指指主发药包爆爆炸时一定引引爆被发药包包的两药包间间的最大距离离。殉爆距离（transmissiondistance）炸药的殉爆能能力用殉爆距距离表示，单单位一般为cm确定炸药生产产房间的安全全距离（safetydistance），为厂房设计计提供基本数数据；改进工工业炸药的性质质，提高在工工程爆破时起起爆或传爆的的可靠性。在采用炮孔法法进行爆破工工作时，为保保证相邻药卷卷完全殉爆，，对药卷之间间的殉爆距离离有一定要求。装药药时，应尽可可能使相邻药药卷紧密接触触，防止岩粉粉或碎石等惰惰性物质将药药卷隔开。因有惰性介质质时，殉爆距距离将明显减减小。研究殉爆的目目的：12/25/202219殉爆距离的测测定12/25/202220影响殉爆距离离的因素ABC装药密度药包外壳和连接方式药量和药径12/25/202221影响炸药感度度因素影响炸药感度度的因素1炸药温度的影影响2炸药物理状态态与晶体形态态的影响3炸药颗粒度的的影响5附加物的影响响4装药密度的影影响12/25/202222第六节炸炸药起爆炸药爆炸的能能栅图12/25/202223热点起起爆理理论热点学学说认认为：：炸药药在受受到机机械作作用时时，绝绝大部部分的的机械械能量量首先先转转化为为热能能。由由于机机械作作用不不可能能是均均匀的的，因因此，，热能能不是是作用用在整整个炸炸药上上，而而只是是集中中在炸炸药的的局部部范围围内，，并形形成热热点。。在热热点处处的炸炸药首首先发发生热热分解解，同同时放放出热热量，，放出出的热热量又又促使使炸药药的分分解速速度迅迅速增增加。。如果果炸药药中形形成热热点的的数目目足够够多，，且尺尺寸又又足够够大，，热点点的温温度升升高到到爆发发点后后，炸炸药便便在这这些点点被激激发并并发生生爆炸炸，最最后引引起部部分炸炸药乃乃至整整个炸炸药的的爆炸炸。热点起起爆理理论又称热点学学说热点形成的的原因因:（1）炸炸药内内部的的空气气间隙隙或者者微小小气泡泡等在在机械械作用用下受受到了了绝热热压缩；；（2）受受磨擦擦作用用后，，在炸炸药的的颗粒粒之间间、炸炸药与与杂质质之间间以及及炸药药与容器器内壁壁之间间出现现的局局部加加热；；（3））炸炸药由由于黏黏滞性性流动动而产产生的的热点点。热点起起爆理理论12/25/202224第七节节炸炸药药爆轰轰理论论波扰动在介质质中的的传播播称为为波。物质在在外界界的作作用下下状态态参数数会发发生一一定的的变化化，物物质局局部状状态的的变化化称为为扰动稀疏波波压缩波波受扰动动后波波阵面面上介介质的的压力力、密密度均均增大大的波波称为为压缩缩波。。受扰动动后波波阵面面上介介质的的压力力、密密度均均减小小的波波称为为稀疏疏波或或膨胀胀波。。（pressurewave）（expansionwave）12/25/202225冲击波波的形形成冲击波波（shockwave）冲击波波是一种种在介介质中中以超超声速速传播播的并并具有有压力力突然然跃升升然后后慢慢慢下降降特征征的一一种高高强度度压缩缩波。。冲击波波形成成原理理示意意图R—活塞塞与气气体的的界面面A—各个个瞬时时的波波阵面面；P—管中中空气气压力力12/25/202226冲击波波基本本方程程12/25/202227冲击波波特征征1）冲冲击波波的波波速对未扰扰动介介质而而言是超音音速的的。2）冲冲击波波的波波速对波后后介质质而言言是亚音音速的的。3）冲冲击波波的波速与与波的的强度度有关关。由于于稀疏疏波的的侵蚀蚀和不不可逆逆的能能量损损耗，，其强强度和和对应应的波波速将将随传传播距距离增增加而而衰减减。传传播一一定距距离后后，冲冲击波波就会会蜕变变为压压缩波波，最最终衰衰减为为音波波。4）冲冲击击波波波阵面面上的的介质质状态态参数数（速速度、、压力力、密密度、、温度度）的的变化化是突跃的，波波阵面面可以以看做做是介介质中中状态态参数数不连连续的的间断断面。。冲击波波后面面通常常跟有有稀疏疏波。。5）冲冲击波波通过过时，，静止止介质质将获获得流流速，，其方方向与与波传传播方方向相相同，，但流速值值小于于波速速。6）冲击波波对介介质的的压缩缩不同同于等等熵压压缩。冲击击波形形成时时，介介质的的熵将将增加加。7）冲冲击波波以脉脉冲形形式传传播，，不具有有周期期性。8）当当很强强的入入射冲冲击波波在刚刚性障障碍物物表面面发生生反射射时,其反反射冲冲击波波波阵阵面上上的的压力力是入入射冲冲击波波波阵阵面上上压力力的8倍,由于于反射冲冲击波波对目目标的的破坏坏性更更大，因此此在进进行火火工品品车间间.仓仓库等等有关关设计计时应应尽量量避免免可能能造成成的冲冲击波波反射射。12/25/202228炸药药爆爆轰轰波波爆轰轰波波（detonationwave）在炸炸药药中中传传播播的的伴伴随随有有快快速速化化学学反反应应区区的的冲冲击击波波称称为为爆轰轰波波。爆轰轰波波沿沿炸炸药药装装药药传传播播的的速速度度称称为为爆速速。（detonationvelocity）爆速速爆轰轰波波特特征征：：①爆轰轰波波只只存存在在于于炸炸药药的的爆爆轰轰过过程程中中。。爆爆轰轰波波的的传传播播随随着着炸炸药药爆爆轰轰结结束束而而中中止止。。②爆轰轰波波总总带带着着一一个个化化学学反反应应区区，，它它是是爆爆轰轰波波得得以以稳稳定定传传播播的的基基本本保保证证。。习习惯惯上上把把0-2区区间间称为为爆爆轰轰波波波波阵阵面面的的宽宽度度，，其其数数值值约约0.1~1.0cm，，视视炸炸药药的的种种类类而而异异。。③爆轰轰波波具具有有稳稳定定性性，，即即波波阵阵面面上上的的参参数数及及其其宽宽度度不不随随时时间间而而变变化化,直直至至爆爆轰轰终终了了.12/25/202229爆轰轰波波的的结结构构波阵阵面面2-2面面为爆爆轰轰化化学学反反应应区区的的末末端端面面，，称称为为爆爆轰轰波波波阵阵面面。常把把满满足足一一定定假假设设条条件件的的理理想想爆爆轰轰波波波波阵阵面面简称称为为C——J面面（Chapaman－－Jouguetplane）C——J面面爆轰轰波波结结构构示示意意图图12/25/202230爆轰轰波波的的参参数数C——J面面上上爆爆轰轰产产物物的的移动动速速度度爆轰轰压力力C——J面面上上爆爆轰轰产产物物的的比容容C——J面面上上爆爆轰轰产产物物的的密度度C——J面面上上稀疏疏波波相相对对于于爆爆轰轰产产物物的的速速度度爆速速爆轰轰温度度12/25/202231凝聚聚炸炸药药爆爆轰轰反反应应机机理理ABC均匀灼烧机理

混合合反反应应机机理理不均均匀匀灼灼烧烧机机理理均匀匀灼灼烧烧机机理理又又称称整体体反反应应机机理理化学学反反应应在在整整个个爆爆轰轰波波波波阵阵面面上上同同时时进进行行。。混合合反反应应机机理理又又称称二二次次式式多次反应应机理化学反应应在化学学反应区区分步进进行。整个压缩缩层炸药药的温度度不是均均匀地升升高并发发生灼烧烧，形成成“起爆中中心”或“热点””并先发生生化学反反应，然然后再传传到整个个炸药层层。（三种途途径）①炸药中中含有的的微小气气泡（气气体或蒸蒸气）在在受到冲冲击波压压缩作用用时的绝绝热压缩缩；②由于冲冲击波经经过时炸炸药的质质点间或或薄层间间的运动动速度不不同而发发生摩擦擦或变形形；③爆炸气气体产物物渗透到到炸药颗颗粒间的的空隙中中而使炸炸药颗粒粒表面加加热.12/25/202232理想爆轰轰与稳定定爆轰（limitingdiameter））区分:药包极限限直径药包临界界直径（criticaldiameter））理想爆轰轰非理想爆爆轰当任意加加大药包包直径和和长度而而爆轰波波传播速速度仍保保持稳定定的最大大值时，，称为理想爆轰轰。爆轰波以以低于最最大爆速速的定常常速度传传播时，，则称为为非理想爆爆轰。12/25/202233爆轰波压压力及爆爆速的特特性混合炸药药爆轰波波压力随随时间的的变化t1—第一次次反应时时间；t2—第二次次反应时时间；t0—炸药被被压缩时时间炸药爆速速随药包包直径变变化12/25/202234侧向扩散散对反应应区结构构的影响响侧向扩散散对反应应区结构构的影响响1—爆轰产产物区；；2—侧向扩扩散影响响区；3—有效反反应区；；4—未反应应区（炸炸药）5—扩散物物前锋位位置；6—稀疏波波（膨胀胀波）阵阵面；l—反应区区宽度；；a-a—冲击波波阵面12/25/202235不同药包包直径侧侧向扩散散

对反反应区结结构影响响不同药包包直径侧侧向扩散散对反应应区结构构影响示示意图l—反应区区宽度l‘—有效反反应区宽宽度（a）不稳定传传爆（b）非理想爆爆轰稳定定传爆（c）理想炸轰轰12/25/202236第八节炸炸药药爆炸性性能爆速（detonationvelocity）爆轰波沿沿炸药装装药传播播的速度度称为爆速装药直径径药包外壳壳装药密度度炸药粒度度（影响因素素）起爆冲能能12/25/202237影响爆速速的因素素（1））炸药爆速速随药包包直径变变化1—梯恩梯梯（））；2—梯恩梯梯/硝酸酸铵（50/50）（（））；；3—梯恩梯梯（）；4—梯恩梯梯-硝酸酸铵（））；5—硝酸铵铵-硝化化甘油（（））；6—硝酸铵铵（））12/25/202238影响爆速速的因素素（2））粒状铵油油炸药爆爆速随药药包直径径变化梯梯恩梯的的装药密密度对爆爆速的影影响12/25/202239影响爆速的因因素（3）混合炸药装药药密度对爆速速的影响1—药包直径20mm；2—药包直径40mm12/25/202240沟槽效应及其其影响因素沟槽效应（pipeeffect）沟槽效应，也也称管道效应、间隙效应，就是当药卷卷与炮孔壁间间存在有月牙牙形空间时，，爆炸药柱所所出现的自抑抑制——能量量逐渐衰减直直至拒（熄））爆的现象。。（影响因素）炸药配方A物理炸药配方结构B包装条件C加工工艺D12/25/202241减少或消除沟沟槽效应的措措施DCBA调整炸药配方方和加工工艺艺堵塞等离子体体的传播增大药卷直径径化学技术EF沿药包全长放放置导爆索起起爆采用散装技术术，使炸药全全部充填炮孔孔不留间隙12/25/202242炸药爆速的测测定测定方法导爆索法电测法高速摄影法①示波器记时时法②数字式爆速速仪测爆速法法12/25/202243导爆索法测爆爆速导爆索法测爆爆速1—雷管；2—药包；3—导爆索；4—铅板12/25/202244示波器测定爆爆速示波器测定爆爆速（a）测定装置；（b）荧光屏上波形形1，2—探针；3—药包；4—脉冲信号发发生器电路；；5—示波器；6—雷管；7—脉冲信号；；8—时标12/25/202245炸药的威力炸药爆炸作功功示意图12/25/202246炸药威力的测测定方法（1）铅铸扩孔孔法铅铸扩孔法

弹道臼炮法

爆破漏斗法12/25/202247炸药威力的测测定方法（2）弹道臼炮炮法1——臼炮体体2——标准室室3——活塞式式炮弹体铅铸扩孔法

弹道臼炮法

爆破漏斗法12/25/202248炸药威力的的测定方法法（3）铅铸扩孔法

弹道臼炮法

爆破漏斗法爆破漏漏斗法法12/25/202249炸药的猛度度及测定炸药猛度（brisance）炸药的猛度度是指爆炸瞬瞬间爆轰波波和爆轰产产物对邻近近的局部固固体介质的的冲击、撞撞碰、击穿穿和破碎能能力。它表征了炸炸药的动作作用。1——导火索索；2——雷管；；3——炸药；；4——钢片；；5——铅柱；；6——钢板；；7——细绳；；8——爆炸后后的铅柱炸药猛度的的测定方法法12/25/202250聚能效应－－现象聚能现象

聚能装药

聚能效应应用水面聚能流流的形成12/25/202251聚能效应－－装药聚能现象

聚能装药

聚能效应应用装药前端有有空穴时聚聚能流的形形成衬有金属药药形罩的聚聚能装药及及金属射流流的形式1—药形罩罩（能聚罩罩）2—爆轰波波阵面3—杵体体4——射流12/25/202252聚能效应－－应用聚能现象

聚能装药

聚能效应应用不同装药结结构的钢板板穿孔能力力（a）平底药柱（b）带有聚能穴穴的药柱（c）带有药形罩罩的聚能药药柱（d）聚能药柱与与钢板间有有炸高距离离12/25/202253本章思考题题1、名词解释：：缓慢分解、、氧平衡、、爆轰产物物、爆炸产产物、爆轰轰压力、爆爆炸压力、、炸药感度度、殉爆距距离、爆速速、爆轰波波、爆力、、猛度、聚聚能效应、、管道效应应、临界直直径、极限限直径、理理想爆轰、、稳定爆轰轰。2、什么是化学学爆炸的三三要素？3、试述从缓慢慢分解到爆爆轰的转化化过程。4、试述氧平衡衡的分类、、意义和在在爆破工程程中的应用用。5、试述殉爆距距离的测定定方法、影影响因素及及研究意义义。6、简述炸药感感度的影响响因素。7、试述机械作作用下热点点形成机理理。8、请描述爆轰轰波传播过过程和爆轰轰波结构。。9、简述影响爆爆速的因素素。12/25/202254武汉理工大大学ThankYou!12/25/2022559、静夜四无邻邻，荒居旧业业贫。。12月-2212月-22Sunday,December25,202210、雨中黄叶树树，灯下白头头人。。05:32:1905:32:1905:3212/25/20225:32:19AM11、以我我独沈沈久，，愧君君相见见频。。。12月月-2205:32:1905:32Dec-2225-Dec-2212、故人人江海海别，，几度度隔山山川。。。05:32:1905:32:1905:32Sunday,December25,202213、乍见见翻疑疑梦，，相悲悲各问问年。。。12月月-2212月月-2205:32:1905:32:19December25,202214、他他乡乡生生白白发发，，旧旧国国见见青青山山。。。。25十十二二月月20225:32:19上上午午05:32:1912月月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月225:32上上午午12月月-2205:32December25,202216、行动动出成成果，，工作作出财财富。。。2022/12/255:32:1905:32:1925December202217、做前前，能能够环环视四四周；；做时时，你你只能能或者者最好好沿着着以脚脚为起起点的的射线线向前前。。。5:32:19上上午5:32上上午午05:32:1912月月-229、没有失败败，只有暂暂时停止成成功！。12月-2212月-22Sunday,December25,202210、很多事情情努力了未未必有结果果，但是不不努力却什什么改变也也没有。。。05:32:1905:32:1905:3212/25/20225