全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)课件

全国工程爆破技术人员统一培训教材——中国工程爆破协会编

汪旭光院士主编

冶金工业出版社爆破设计与施工(2)全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)第2章爆炸与炸药的基本理论

2.1基本概念

2.2炸药的起爆和感度

2.3炸药的爆轰理论

2.4炸药的氧平衡与热化学参数

2.5炸药的爆炸性能全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)重点：1、炸药化学爆炸的条件和基本形式；

2、炸药的氧平衡；

3、炸药起爆理论；

4、冲击波基本概念；

5、爆轰波稳定传爆的条件和影响因素；

6、炸药爆炸的动、静作用及表示。难点：1、冲击波与爆轰波的概念；

2、炸药起爆理论；

3、炸药的热化学参数。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)§2.1

基本概念2.1.1

爆炸现象及分类

爆炸现象

是某一物理系统在发生迅速的物理和化学变化时，系统本身的能量借助于气体的急剧膨胀而转化为对周围介质做功，同时伴随有强烈放热、发光和声响等效应的过程。

例如：锅炉爆炸、原子弹爆炸、放鞭炮、自行车炸胎等。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)

分类

物理爆炸、化学爆炸、核爆炸

1）物理爆炸：只是物质形态发生变化，而化学成分和性质没有改变的爆炸现象。

2）化学爆炸：在爆炸前后，不仅发生物态的急剧变化，而且物质的化学成分也发生改变的反应。

3）核爆炸：由核裂变或核聚变释放出巨大能量所引起的爆炸现象。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)

爆炸定义爆炸——是某一物质系统在发生迅速的物理和化学变化时，系统本身的能量借助于气体的急剧膨胀而转化为对周围介质做功，同时伴随有强烈放热、发光和声响等效应的过程。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)燃放鞭炮全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)炸药爆炸全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)

核爆炸全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)2.1.2

化学爆炸的三要素（基本特征）

反应的放热性（高温）生成大量气体产物（高压）反应和传播的高速性（高速）

三要素全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)

1）反应的放热性放出热量是爆炸得以进行的首位必要条件。是使反应独立地、高速地进行的必须能源。下面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—0.5N2+NO+2H2O+36.1kJ

或NH4NO3—→N2O+2H2O+52.4kJ

起爆药柱引爆：

NH4NO3—N2+2H2O+0.5O2+126.4kJ全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)

常温下，硝酸铵的分解是一个吸热反应，不能发生爆炸；但加热到200℃左右时，分解反应为放热反应，如果放出的热量不能及时散失，炸药温度就会不断升高，促使反应速度不断加快和放出更多的热量，最终就会引起炸药的燃烧和爆炸；如果用起爆药柱（primercartridge）引爆时，硝酸铵发生剧烈的放热反应，即刻爆炸。可见，只有放热反应才可能具有爆炸性。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)

2）生成大量气体产物炸药爆炸放出的热量必须借助气体介质才能转化为机械功。因此，生成气体产物是炸药作功不可缺少的条件。如果物质的反应热很大，但没有气体产物形成，就不会具有爆炸性。例如铝热剂反应：

3Al＋Fe2O3——Al2O3

＋2Fe＋841KJ

此反应的速度很快，反应的热效应可以使产物温度升到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。只是高温产物逐渐地将热量传导到周围介质中去，慢慢冷却凝固。炸药爆炸放出的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。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)

3）反应的高速度

反应的高速度是爆炸过程区别于一般化学反应过程的重要标志。化学反应具备了放热性并不一定能够发生爆炸。例如：1kg煤完全燃烧时放出的热量为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的热量虽然只有4226kJ，但其爆炸反应的时间只需十几到几十ms，因而形成爆炸反应。

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由于爆炸反应的速度极高，反应结束瞬间，其能量几乎全部聚集在炸药爆炸前所占据的体积内，因而能够达到很高的能量密度。炸药发生爆炸变化所达到的能量密度比一般燃料燃烧时达到的能量密度要高数百至数千倍。正是由于这个原因，爆炸过程才具有巨大的作功能力和强烈的破坏效应。

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可见，放出热量，生成气体产物和反应的高速度是形成爆炸反应的三个充要条件。

炸药——是一种相对安定的物质系统，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，并显示爆炸效应的化合物或混合物。一般有四种元素组成：C、H、N、O全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)2.1.3

炸药化学变化的形式炸药爆炸不是炸药化学变化的唯一形式。

缓慢分解燃烧爆炸（爆轰）

爆炸：炸药的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播。反应区的传播速度称为爆速。在炸药的爆炸过程中，若爆速保持定值，就称为稳定爆炸，又称为爆轰（detonation）。否则称为不稳定爆炸。以上三种形式可以相互转化。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)燃烧与爆轰的区别：1）燃烧靠热传导传递能量,受环境条件的影响较大；而爆轰靠冲击波传递能量和激起化学反应,基本上不受环境条件的影响；2）燃烧的产物与反应方向相反而爆轰相同；3）燃烧是亚音速的而爆轰是超音速的。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)§2.2炸药的起爆与感度2.2.1

炸药的起爆机理

1）起爆——引起炸药发生爆炸的过程称为起爆。

2）起爆能——将外界施加给炸药某一局部而引起炸药爆炸的能量称为起爆能。活化能：能够使炸药分子转换为活化分子，并能维持持续化学反应的能量叫活化能。

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起爆能形式：

A热能利用加热形式使炸药发生爆炸。能够引起炸药爆炸的加热温度称为起爆温度。

B机械能通过机械作用使炸药爆炸。撞击、摩擦，实质上是机械能转化为热能。（预防事故）

C爆炸能用某些炸药来起爆另外一些炸药，如：雷管，导爆索，中继药包。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)3）起爆机理

（1）热能起爆理论

要点：在一定的温度、压力和其他条件下，如果一个体系反应放出的热量大于热传导所散失的热量，就能使该体系发生热积聚。从而使反应自动加速，最后导致爆炸。爆炸是系统内部温度渐增的结果。放热是随着温度的变化率应超过散热量随温度的变化率。

T——爆炸温度；R——气体常数；E——炸药分子活化能；

T0——环境温度；全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)（2）机械能起爆理论-——灼热核理论（热点学说）

A要点：当炸药受到撞击摩擦等机械能作用的同时，其中的某一部分或几个极小部分（个别晶体的棱角处或微小气泡处）首先被加热到炸药的爆发温度，促使局部炸药首先起爆，然后迅速传播至全部。

B热核形成的原因①炸药中微小气泡的绝热压缩。300-600度；②颗粒间产生摩擦，炸药质点之间或炸药掺合物之间的作用。③炸药流动的粘性加热。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)C灼热核引起爆炸的条件

①热点温度不低于300-600度；②热点半径够大，过大过小都不行；③热点作用时间在10-7s以上；④热点具有够大的热量。

乳化炸药、浆状炸药等含水炸药，较好地利用了微小气泡绝热压缩形成的灼热核的理论，根据灼热核理论制成的。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)（3）爆炸冲击能起爆理论

利用一种炸药爆炸后产生的冲击波通过某介质去起爆另一种炸药。

A均相炸药的爆炸冲击能起爆过程

炸药产生的强冲击波进入均相炸药，并在其表面形成冲击波。

B非均相炸药的爆炸冲击能起爆过程从局部“热点”开始扩展开的。所需要临界压力小，可以用灼热核理论解释。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)2.2.2

炸药的感度

1）感度

炸药在外界能量作用下，发生爆炸反应的难易程度。

炸药的敏感度分为：

热感度、机械感度、爆轰感度。

衡量：用激进炸药爆炸反应所需要起爆能的多少来衡量。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)（1）热感度炸药在热能作用下发生爆炸的难易程度。包括：加热感度和火焰感度，通常分别用爆发点和火焰敏感度来表示。

a）加热感度：爆发点测定：爆发带内指炸药在规定时间5s内起爆所需要加热的最低温度。用爆发点测定器来测定爆发点。

注意：

最低温度并不是炸药爆炸时炸药本身的温度，也不是炸药开始分解时本身的温度，而是炸药分解自行加速开始的环境温度。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)

b）火焰感度及测定：炸药在明火（火焰、火星）作用下，发生爆炸的难易程度。用火焰感度测定装置来测定火焰感度。用来测定100%发火的最大距离和100%不发火的最小距离。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)火焰感度试验方法

1—托架、2—导火索、3—标尺、4—火帽壳全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)炸药名称爆发点/℃炸药名称爆发点/℃EL系列乳化炸药2号岩石铵梯炸药3号露天铵梯炸药2号煤矿铵梯炸药3号煤矿铵梯炸药硝化甘油炸药330186～230171～179180～188184～189300硝酸铵黑火药黑索今特屈儿梯恩梯二硝基重氮酚300290～310230195～200290～295150～151表1-3几种炸药的爆发点全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)(2)

炸药的机械感度及其测定方法

a）撞击感度及其测定方法指炸药在机械撞击下发生爆炸的难易程度。测定仪器是立式落锤仪。用25次试验中爆炸次数的百分数表示（1-19）全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)图1-6立式落锤仪1-落锤；2-撞击器；3-钢砧；4-水泥基础；5-上击柱；6-炸药；7-导向套；8-下击柱；9-底座全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)b）摩擦感度的测定：用摆式摩擦仪全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)表1-4几种炸药的撞击感度和摩擦感度炸药名称乳化炸药2号岩石铵梯炸药硝化甘油炸药黑索今特屈儿黑火药梯恩梯撞击感度/%≤82010070～7550～60504～8摩擦感度/%016～20—9024—0全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)(3)炸药的冲能感度（爆轰感度）及其测定

a）单质猛炸药：用极限起爆药量来表示；

b）混合炸药：用殉爆距离来表示其冲能感度殉爆距离：足以使以炸药卷全爆的药卷间的最大距离，单位cm。(4)冲击波感度炸药在冲击波作用下发生爆炸的难易程度（隔板试验）。图1—17殉爆距离的测定1—雷管；2—主发装药；3—被发装药全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)(5)

静电感度在静电火花作用下炸药发生爆炸的难易程度。

防止静电的主要措施：

①设备接地；②增加工房潮度；③在工作台或地面铺设导电橡胶；④在炸药颗粒和容器壁上加入导电物质；⑤使用压气装药时，应采用敷有良好导电层的抗静电聚乙烯软管做输药管等全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)2)

影响炸药感度的因素

(1)

炸药的化学结构

（内在影响因素）键能，分子结构和成分，生成热，热效应，活化能，热容量。

(2)

炸药的物理性质（外在影响因素）物理状态，粒度，密度，晶体形态，微气泡，掺合物。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)§2.3炸药的爆轰理论

炸药的爆轰是爆轰波沿炸药（爆炸物）一层层地进行传播的过程，这种爆轰波实际是沿爆炸物传播的一种强冲击波；炸药爆炸对周围介质的作用是与爆轰气体产物的高速流动及在介质中形成的压力突跃的传播紧密相关的。因此，必须了解一些关于流体动力学的基本知识。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)1)波的基本概念

(1)波的两大类

机械力学波——如声波、水波、爆炸冲击波；

电磁波——如光波、无线电波。

(2)波的形成

扰动

在受到外界作用（如振动、敲打、冲击等）时，介质状态（P、u、ρ）发生局部的变化。

分为：弱扰动——变化是连续的、逐渐的；

强扰动——急剧、突变、不连续、间断的。

波

扰动在介质中的传播就形成波。

波阵面

已扰动区和未扰动区的分界面叫波阵面（或叫波头）。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)

波速

单位时间内波阵面沿介质移动的距离。

音波

属弱扰动的传播。

纵波波阵面的移动方向就是波的传播方向，波的传播方向与介质质点震动方向平行的波称为纵波。

横波波的传播方向与介质质点震动方向垂直的波。

压缩波受扰动后波阵面上介质的压力、密度均增加的波。

膨胀波（稀疏波）受扰动后波阵面上介质的压力、密度均减少的波。

平面波按波阵面形状不同，波可分为柱面波球面波全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)2)压缩波与稀疏波

(1)

压缩波

扰动波传播过后，压力、密度、温度（P、ρ、T）

等状态参数增加的波称为压缩波。其特点是（P、

ρ、T）增加，介质质点运动方向与波的传播方向一致。（以活塞运动为扰动源解释）特征线收敛。

(2)稀疏波

质状态参数压力、密度、温度（P、ρ、T）均为下降的波。特点是质点的移动方向与波的传播方向相反，弱扰动。（以活塞运动为扰动源解释）特征线发散。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)P０＋△P０ρ０＋△ρ０波阵面（P0、ρ0、T0）图压缩波形成原理示意图R0R1

特点：

波震面达到之处，介质压力、密度等参数增大。

波的传播方向与介质的运动方向一致。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)R1P０-△P０ρ０-△ρ０波阵面（P0、ρ0、T0）R0图稀疏波形成原理示意图特点：

波震面达到之处，介质压力、密度等参数减小。

波的传播方向与介质的运动方向相反。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)声波声波是弱压缩波与稀疏波的合成→活塞来回往复运动。音速与弱压缩波与稀疏波的传播速度相同。次声波：＜２０赫兹声波：２０～２００００赫兹超声波：＞２００００赫兹。

特点：在不同的介质状态下音速不同。

标准空气内：333m/s

当P=10个大气压，T=35℃，密度ρ=5.017×10-3

g/cm3时:523m/s

水：1430m/s

花岗岩：3590m/s

钢：5050m/s全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)3)冲击波的基本方程

(1)质量守恒：ρ0D=ρ1(D-u1)(1)(2)动量守恒：p1-p0=ρ0Du1

(2)(3)能量守恒：p1v1=(e1-e2+½u12)ρ0D(3)将（1）（2）两式联立，用比容v=1/ρ代替ρ，则有：

将v=1/ρ带入(3)式有：e1-e2=(p1+p2)(v0-v1)(3a)公式(1a)(2a)(3a)则是冲击波的三个基本方程，其中(3a)式又称为冲击波的雨果尼奥方程。如果介质为理想气体，理想气体的状态方程是：pV=RT

（4)(1a)(2a)全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)

方程(3b)称为理想气体的雨果尼奥方程。将雨果尼奥方程画在p-v坐标上，得到一个曲线,叫做雨果尼奥曲线，又叫做冲击波冲击绝热线；将方程（2a）画在同样的p-v坐标上，得到一条直线，称为波速线。又称为冲击波的米海尔松直线。冲击波的冲击绝热线是不同波速的冲击波传过同一初始状态A(p0，v0)的同一种介质后所到达的终点状态的连线，而不是过程线。

冲击波的波速线乃是相同的冲击波传过具有同一初始状态的不同介质所达到的终点状态的连线。（3b）全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)12（p1，v1）v图4-冲击绝热曲线和波速关系曲线Ⅰ—冲击绝热曲线；Ⅱ—等商绝热曲线；1、2—波速线（p2，v2）0（p0，v0）pⅡⅠ全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)4)冲击波的基本知识

(1)冲击波形成的物理过程

冲击波的形成：可以认为，压缩波是一系列压缩微幅波的所形成的，其波头沿第一道波传播，波尾沿最后一道微幅波传播，扰动区即波头——波尾间的区域。继续增大活塞速度的，在气体中相继形成一系列的微压缩波，压缩波速大于相邻的前波波速。因为后道波总是在前道波压缩过的介质中传播，其当地音速Cn>Cn-1。所以，波尾不断接近波头、扰动区不断变窄、特征线不断收拢、波形图不断变陡峭，最后在某一瞬间，后面各种都赶上第一个波，并叠加成一个强压缩波，这个波就是冲击波。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)

活塞在管中作加速运动，后面的波速比前面的大，于是相互叠加、追逐、积累，压缩和未压缩之间形成一个明显的突增面。这时P＞＞P0,T＞＞T0,ρ＞＞ρ0,从而形成冲击波全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)图冲击波形成过程示意图xpp0pnoxt1t2t3tnot全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)

冲击波乃是一系列弱压缩波叠加的结果——反映了从量变到质变的辨证过程。定义：冲击波——乃是一种强烈的压缩波，其实质是一种状态突跃变化的超音速传播。类比项目冲击波音波速度冲击波速度远大于音速波阵面状态参数突跃变化变化接近于零波阵面介质参数发生位移只振不移波速与强度有关与强度无关全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)(2)冲击波的基本方程对理想气体中的强冲击波P>>P0，方程可简化为

待与爆轰波比较。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)(3)冲击波的性质①冲击波的波速对未扰动介质是超声速；

②冲击波的速度同波的强度有关；③介质受到冲击波压缩时，波阵面上的介质状态参数突跃变化；④波阵面上质点运动方向与波传方向一致；⑤波在介质中传播强度逐渐衰减，最终成为音波；⑥冲击波是一种脉冲波，不具有周期性。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)5)炸药的爆轰过程自十九世纪末提出了一套经典的爆轰波流体力学理论，即契普曼——柔格理论，简称C-J理论。

(1)炸药的爆轰爆轰过程：爆轰波在炸药中的传播过程。局部炸药爆炸所释放的能量不断补充到冲击波中维持冲击波以稳定的速度向前传播。

(2)定义：是一种伴随发生化学反应，在炸药中传播的冲击波。或者说是后面带有一个高速化学反应区的强冲击波。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)(3)爆轰波结构二十世纪四十年代初，泽尔道维奇、冯.诺依曼、达尔令三人各自独立地提出同一种形式的结构模型，成为经典的爆轰波结构模型，简称Z-N-D模型。

a）冲击波压缩区；

b）化学反应区；

c）气体产物膨胀区；

d）气体产物静压区。爆轰波阵面：冲击波阵面和紧跟其后的化学反应区合起来叫做爆轰波阵面。

全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)P1P2D炸药P0L221100图4—12爆轰波结构示意图p全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)图4-爆轰波的Z-N-D模型（a）前沿冲击波压缩区；（b）化学反应区；（c）气体产物膨胀区。爆轰产物炸药反应区P0产物膨胀区（TH、vH、PH）Ps压力峰值（b）冲击波面vsv0T0Ts（c）（a）全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)

下面进一步讨论爆轰过程和爆轰波的结构。

在冲击波的高压作用下，相邻于冲击波的炸药层出现一个压缩区0-1（图4-12），其厚度约10~5cm，在这里，压力、密度、温度都呈突跃升高状态，实际上，就是冲击波的波阵面。

随着冲击波的传播，新压缩区的产生，原压缩区成为化学反应区，反应在1-1面开始发生，在2-2面完毕；再随着冲击波的前进，新的化学反应区的形成，原化学反应区又成为反应产物膨胀区。化学反应放出的能量，不断维持着波阵面上参数的稳定，其余在膨胀区消耗掉，因而达到能量平衡，冲击波即以稳定速度向前传播。在就是爆轰过程的实质。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)由此可见：

爆轰波只存在于炸药的爆轰过程中。爆轰波的传播随着炸药爆轰结束而中止。

爆轰波总带着一个化学反应区，它是爆轰波得以稳定传播的基本保证。

习惯上把0-2区间称为爆轰波波阵面的宽度，其数值约0.1cm～1.0cm，视炸药的种类而异。

通常把2-2面的参数作为爆轰波的参数。

全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)

单质炸药：0.1~1mm

混合炸药：2~3cm以上

爆轰波具有稳定性，即波阵面上的参数及其宽度不随时间而变化，直至爆轰终了。

0-0面之前，炸药未受扰动；

0-0、1-1面之间，是炸药被压缩，但尚未开始反应，因其厚度和一个分子的自由路程同数量级，故忽略称0-1面。

1-1面、2-2面之间，是化学反应区，一般宽度：

2-2面之后，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。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)

在进行理论研究时，常把满足一定假设条件的理想爆轰波波阵面简称为C-J面。

C-J面上的状态参数称做爆轰波参数或爆轰参数。

C-J面上的压力称做爆轰压力（detonationressure）。

C-J面上的温度称做爆轰温度（detonationtemperature）。

需要指出的是爆轰压力与爆炸压力、爆轰温度与爆温的含义不同，应把它们区分开来。

与冲击波一样，爆轰波后面经常跟随有稀疏波。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)爆轰波的特征爆轰波冲击波传播介质一定是在炸药中一般不化学反应有无能量补充有无传播过程状态参数P，ρ，T，U，D恒定迅速衰减全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)(4)爆轰波方程

质量守恒定律：

ρ0——

初始炸药密度；ρH——反应区物质密度；

D——

爆速；μH——生成气体气流速度。

动量守恒定律：

PH——C-J面压力；P0——初始压力

能量守恒定律：

当考虑炸药放热时（Q为爆热）有：

该方程叫做爆轰波的雨果尼奥方程。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)爆轰波的雨果尼奥方程的物理意义

将雨果尼奥方程画在p-v坐标中，得到爆轰波的雨果尼奥曲线。

在同一坐标中，画出前沿冲击波的曲线。

从A(p0，v0)做爆轰波波速线，如图所示：契普曼和柔格认为：当爆轰波定型传播时，在爆轰波雨果尼奥曲线上只有一点与爆轰过程相对应，这一点就是与之相切的点C(p2，v2)，

C点就是C-J面上的状态参数，而与冲击波曲线的交点B(p1，v1)即是前沿冲击波的波阵面参数。以上这个条件就是爆轰波定型传播条件，又叫C-J条件（由Chapman和Jonget两人提出）。C-J条件也可以用下式来表示：D=cH+uH

在化学反应区后面，炸药爆炸后，气体质点膨胀，压力下降，说明有一个稀疏波跟在反应区的后面，稀疏波的波阵面就是C-J面，稀疏波的波速等于爆速。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)(5)爆轰波稳定传播的条件：D=cH+uH

由于稀疏波和化学反应区都以当地音速（u+c)的速度跟随在冲击波头后传播。

如果u+c＞D，稀疏波就会侵入反应区，减少对冲击波的能量补充，使爆轰波不能稳定传播而降低爆速；

如果u+c＜D，由于连续性原因，反应区内也有部分区域存在u+c＜D的情况，这部分区域释放的化学能不可能传到冲击波头上，故从支持冲击波头能量的观点来看，它是无效的，结果使爆轰波不能稳定传播而降低爆速；因此只有D=cH+uH才是爆轰波稳定传播的条件，即满足C-J条件。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)(6)爆轰参数计算利用上面的方程

C-J处质点速度

，由质量守恒定律推出

爆轰压力

爆轰产物体积

产物密度

爆速

产物温度全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)以上几式与空气冲击波比较可知：

（参见爆轰波结构图）K为常数，对于高密度的凝聚炸药而言（ρ0>1.5）可以近似的取K=3；TC

为定容条件下的爆温，经化简以上各式为：全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)§2.4爆炸反应的有关参数2.4.1

炸药的氧平衡组成炸药的主要元素：C、H、N、O

炸药分子的通式：CaHbNcOd1)

炸药的氧平衡关系指炸药内含氧量与可燃元素充分氧化所需氧量之间的关系。（充分氧化指C、H生成CO2、H2O）。这一关系用氧平衡值Kb表示。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)

单质炸药，以1mol计算

Kb=

混合炸药，以1kg计算

Kb=

混合炸药的Kb也可按组分比例与其氧平衡值乘积总和表示。即

Kb=

全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)例1

计算硝酸铵（NH4NO3）的氧平衡值。

解：硝酸铵的炸药通式为C0H4O3N2,M=80

例2

已知2号岩石铵梯炸药的配方为硝酸铵85%，梯恩梯11%，木粉4%，计算2号岩石铵梯炸药的氧平衡值。解：由表1-1查得，硝酸铵、梯恩梯和木粉的氧平衡分别为0.2、-0.74和-1.38,由式（1-2）得：

Kb=0.2×0.85-0.74×0.11-1.38×0.04=0.0334（%）

全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)表

单质炸药和混合炸药常用组分的氧平衡分子式(实验式)C6H2(NO2)3CH(CH2N-NO2)3C6H2(NO2)4NCH3(CH2N-NO2)4C3H5(ONO2)3C5H8(ONO2)4NH4NO3C6H2(NO2)2NONaNO2名称氧平衡/g·g-1名称分子式(实验式)氧平衡/g·g-1梯恩梯（TNT）-0.74铝粉Al-0.89黑索今（RDX）-0.216木粉C15H22O10-1.38特屈儿(Te)-0.474石蜡C18H38-3.46奥克托今（HMX）-0.216沥青C10H18O-.76硝化甘油（NG）+0.035凡士林C18H38-3.46太安（PETN）-0.101硝酸钾KNO3+0.396硝酸铵（AN）+0.2田菁胶C3.32H5.9O3.25N0.084-1.014二硝基重氮酚-0.58硝酸钠NaNO3+0.47亚硝酸钠+0.348轻柴油C16H32-3.42全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)2)氧平衡的类型及意义

正氧平衡（Kb﹥0）三种情况

负氧平衡（Kb﹤0）零氧平衡（Kb＝0）

零氧平衡炸药，在理想条件下反应，能放出最大热量，且不会生成有毒气体，因此，应以Kb＝0来配制炸药。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)根据氧平衡值设计混合炸药的配比①只含两种成份的混合炸药，若其配比分别为x，y，两种成份的氧平衡值分别为a和bx+y=1ax+by=0②含三种成份的混合炸药，若其配比分别为x，y，z，三种成份的氧平衡值分别为a，b，c，有：

x+y+z=1ax+by+cz=0解以上方程组即可求各成份的配比。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)3)爆轰产物与有毒气体

炸药的爆炸反应方程式建立

(1)“最大热效应”原则：①

炸药中的氧首先满足H→H2O的需要，若O不够使H→H2O则生成H2，放出H2，H2和H2O并存，若O有富余再考虑第二条。②O使满足C→CO，若O不够使C→CO，则C析出，C和CO并存，若O还有富余，则再考虑第三条。③

O使C→CO后还有剩余，则满足CO→CO2，若不够完全使CO→CO2，则CO和CO2并存，若O使CO完全生成了二氧化碳，则没有CO生成，这时O2放出。④N属于惰性气体，不参与反应，（实际不一样）N2，放出，有了这个原则，我们才能写出炸药的爆炸反应方程式，书写步骤用例题来说明。(2)“最大体积”原则（不作介绍）全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)

爆生产物主要有：H2O、CO2、CO、氮氧化合物（如NO2）等。

有毒气体：CO、NO2及其它氮氧化合物，少数炸药还会有

H2S、SO2等，危害人体健康，致人死亡，还是瓦斯爆炸的催化剂或引起二次火焰。

安全规程规定：

1kg炸药爆生气体（以CO为标准）计，不得超过100L/kg。井下爆破时：CO不得超过0.0024％；NO2不得超过0.00025％。

产生有毒气体的原因

1）与Kb有关；

2）与化学反应完全程度有关；

3）与爆破时炸药附近的介质有关。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)2.4.2炸药爆炸的热化学、热力学参数

主要有：爆容、爆热、爆温、爆压1)爆容(V0)——1kg炸药爆生气体产物在标准状态下的体积，（L/kg）；是炸药爆炸做功能力的重要参数。V0越大做功能力越大。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)2)爆热(Q)

(1)爆热：单位质量的炸药在定容条件下爆炸所释放的热量，用KJ/mol或

KJ/Kg表示；是气体膨胀做功的能源。(2)爆热测定：炸药的爆热是在实验室使用一种专门的装置—爆热弹进行测定，经实验和计算得到。(3)生成热：对于任何物质而言，由原子或分子生成1摩尔该物质所放出或吸收的热量，称为生成热。放出为正，吸收为负。生成热分定容生成热和定压生成热。

例如：

2H2+O2→2H2O(液态)+479.9kJ，则气态水生成热：479.9/2=240kJ/mol；

N2+O2→2NO-180.6kJ，NO的生成热是：-180.6/2=-90.3kJ/mol全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)图4-盖斯三角形图解Q1-2

—炸药的生成热；Q2-3

—炸药的爆热；Q1-3

—爆轰产物的生成热。炸药爆轰产物Q2-3元素Q1-2Q1-3(4)爆热(Q)的计算计算爆热利用盖斯三角形。盖斯定律认为：炸药的化学反应的热效应只取决于反应的初态和终态，与反应的途径无关。盖斯定律表达式：

Q1-2+Q2-3=Q1-3

或：Q2-3=Q1-3-Q1-2全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)举例说明：例1：写出TNT的爆炸反应方程式，C6H2(NO2)3CH3TNT改写成CaHbOcNd，刚才讲了是负氧平衡，

a=7b=5c=6d=3C6H2(NO2)3CH3→2.5H2O+3.5CO+3.5C+1.5N2

例2：写出泰安的爆炸反应方程式C(CH2ONO2)4a=5b=8c=12d=42a+b/2=10+4=14>c=12负氧平衡

C(CH2ONO2)4→4H2O+2CO+3CO2+2N2

全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)例3：写出铵油炸药（94.3:5.7）的爆炸反应方程式（按1kg写）NH4NO3+C13H26

首先求NH4NO3和柴油的mol数分子量：NH4NO3，80，柴油，182。摩尔数：

1kg炸药中含NH4NO3，943g，换算成摩尔数为x=943/80=11.79；

1kg炸药中含柴油57g，换算成摩尔数为x=57/182=0.311kg铵油炸药：C:a=0.31×13=4.03；

H:b=11.79×4+26×0.31=55.22O:c=11.79×3=35.37；

N:d=11.79×2=23.5811.79NH4NO3+0.31C13H26→27.61H2O+4.03CO2+11.79N2

全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)例4：求TNT爆热

C6H2(NO2)3CH3→2.5H2O+3.5CO+3.5C+1.5N2炸药及爆轰产物的生成热:TNT:42.2kJ/mol；

H2O(汽)：240.4kJ/mol；

CO:113.7kJ/mol；

Q1-2=1×42.2=42.2kJQ1-3=2.5×240.4+3.5×113.7=999kJQ2-3=Q1-3-Q1-2=999-42.2=956.8kJ注意：严格的讲，Q2-3还不是爆热

QV=956.8(kJ/mol)=956.8×1000/227(kJ/kg)=4125(kJ/kg)全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)例5：求铵油炸药（94.3:5.7）的爆热：

11.79NH4NO3+0.31C13H26→27.61H2O+4.03CO2+11.79N2生成热:NH4NO3：354.4kJ/mol；

C13H26：219.9kJ/mol；

H2O：240.4kJ/mol；

CO2：395kJ/mol；

Q1-2=11.79×354.4+0.31×219.9=4251.2kJQ1-3=27.61×240.4+4.03×395=8229.29kJQ2-3=Q1-3-Q1-2=8229.29-4251.2=3978.1kJQV=3978.1(kJ/kg)全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)经验法计算爆热（阿瓦克尼亚法）

该法不需要写出爆炸反应方程式，且精度较高。（1）爆炸产物的组成及其总生成热为炸药氧系数A的函数；（2）对应每一氧系数A，爆炸产物的总生成热有其最大值Q1-3max，即：A≥100%时Q1-3max=120.35b+395.7aA＜100%时Q1-3max=197.85d+21.425b（3）考虑到爆炸反应的不完全，爆炸产物实际的总生成热小于最大值，但与最大值成正比，即Q1-3=KQ1-3max;

其中K为爆炸产物生成热的“真实系数”，K=0.32A0.24（4）利用盖斯定律计算爆热；

A≥100%时QV=0.32A0.24(120.35b+395.7a)-Q1-2A＜100%时Qv=0.32A0.24(197.85d+21.425b)-Q1-2全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)(5)影响爆热的因素

提高炸药的爆热对于提高炸药的作功能力具有重要的意义。通常用来提高炸药爆热的途径主要有：

炸药的氧平衡

零氧平衡时，炸药内可燃元素或可燃剂完全氧化放出最大热量。

装药密度

负氧平衡炸药，增加炸药密度可以增加爆热，这是因为密度增加，爆压增大，使二次可逆反应向增加爆热的方向发展。增加炸药密度对其他炸药影响不大。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)

附加物影响

在炸药中加入细金属粉末不仅能与氧生成金属氧化物，而且能与氮反应生成金属氮化物，这些反应都是剧烈的放热反应，从而增加爆热。

装药外壳影响

增加外壳强度或重量，能阻止气体产物的膨胀，提高爆压，从而提高爆热。装药外壳特别对缺氧严重的炸药影响较大。

炸药化学反应的完全程度。

炸药反应越完全，放热越充分，则爆热越高。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)3)爆温炸药爆炸时放出的能量，将爆炸产物加热到的最高温度。4)爆压爆轰产物在爆炸完成的瞬间所具有的压力，（MPa）。在炸药初始体积内达到热平衡时的流体静压值。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)2.5.1爆速

1)定义：爆轰波在炸药柱中的传播速度。

2)影响爆速的因素

(1)装药直径药包直径为什么会对稳定传爆有影响呢？

爆炸反应区扩散的物质不仅包括反应生成的气体，而且还有未及时完成反应的炸药颗粒，必而引起能量散失。若散失的能量过多，就可能无法维持稳定爆轰所需要的能量，中断爆轰。§2.5炸药的爆炸性能全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)不同直径的药包受到扩散的影响进而影响到爆速的稳定性？

D<d临，侧向扩散严重，有效反应区大大缩小，为不稳定爆轰。

d临<D<d极，有效反应区较炸药固有反应区宽度略小，能维持小于正常爆速的稳定爆轰。

D>d极时，反应区不受扩散影响，爆轰稳定，为理想爆轰。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)注：炸药密度ρ0=0.9~1g/cm3，炸药粒级0.05～0.02mm表1-5几种炸药的临界直径全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)(2)药包外壳外壳强度大可减小径向扩散，从而使极限直径减少。(3)炸药粒度较小的粒度，分解反应快，反应区宽度小，能量损失小。(4)装药密度在一定范围内，密度增加，爆速增大，但当密度增大到一定值后，再增大，爆速反而下降。图4-20混合炸药装药密度对爆速的影响1-药包直径20mm；2-药包直径40mm。密度ρ（g/mL）爆速D（km/s）全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)图4.雷管起爆能力试验装置（铅板穿孔）

1-铅衬；-防爆箱；3-雷管脚线；

4-雷管；5-铅板；6-钢管(5)起爆冲能供给足够的起爆能，且激发冲击波波速必须大于炸药的临界爆速。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)(6)径向间隙现象：对于细长连续装药的混合炸药（如硝铵类），通常在空气中都能正常传爆，但在炮孔中，如果药包与炮孔孔壁之间存在间隙，常出现爆轰中断或转变为燃烧的现象。又称为：间隙效应、管道效应、沟槽效应概念：不耦合装药

是指药包与炮孔孔壁之间存在间隙，用不耦合系数K

表示，即孔径D与药径d之比。

K=D/d全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)3)工业炸药爆速的测定导爆索法、电测法、高速摄影法(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的导爆索测定炸药的爆速。图导爆索方法测定爆速全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)(2)电测法

在药包间距为l

的A、B两点处各插入一对互相绝缘的探针，当药包爆轰传播到A处时，由于高温高压的电离作用，使第一对探针导通，产生起始信号，将计数门电路打开，开始计数。爆轰传播到B点处时，又使第二对探针导通，形成终止信号，将计数门信号关闭，停止计数。记数器所记录的时间，即为爆轰波在A、B两点间传播的间t。则爆炸速度v为：μs充电输入Ⅰ输入Ⅱ检查工作Ⅰ检Ⅱ检开关清零数码显示器探针图电测法测定爆速lBA全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)(3)高速摄影法

采用高速转镜或转鼓进行摄影和扫描。

导爆索法和电测法适用性对于具有雷管感度且包装符合产品标准的药卷，药卷的外径一般为32mm或35mm。对不具有雷管感度，需加起爆药柱或强约束条件起爆的试样，应按GB/T13228-91《工业炸药爆速测定方法》的有关规定进行改装，此不赘述。

高速摄影测爆速时，要求高度同步性，难以达到抓拍与起爆同步。全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)2.5.2爆力（威力）

1)定义：炸药爆炸对周围介质所做的机械功的总和。

2)影响因素爆力决定于热化学参数和爆炸产物的组成。

3)测试方法包括：铅铸法、弹道臼炮法、爆破漏斗法全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)图4-17炸药爆力测定法的铅铸（a）爆炸前的铅铸（b）爆炸后的铅铸1—雷管线；2—石英砂；3—铜壳电雷管；4—药包；5—铅铸全国工程爆破技术人员统一培训内容(2)V=⅓

πr2D

爆破漏斗法测定爆力全国工程爆破