爆破工程课件

爆破工程

第一章岩石的性质及其分级第一章岩石的性质及其分级

第一节岩石的物理性质第二节岩石的力学性质第三节岩石的分级第一节岩石的物理性质一、岩石的矿物成分及组织特征岩石：是由一种或多种矿物组成的集合体，这里的岩石是个广义概念，包括矿石。矿物：是自然界存在的单质或化合物。第一节岩石的物理性质一、岩石的矿物成分及组织特征1.岩石矿物对岩石性质的影响从矿物成分来讲，如含石英的岩石（石英岩，花岗岩等）它的硬度和强度就高（石英的莫氏硬度为7）。2.岩石的组织特征对岩石性质的影响结构：岩石中矿物的结晶程度、结晶颗粒的大小和形状及彼此的组合方式。构造：岩石中矿物集合体之间，矿物集合体与其他组分之间的排列方式和充填方式。第一节岩石的物理性质坚固性：表征对不同的方法，岩石破碎的难易程度，它是一个综合指标，是各种物理力学性质的综合反映

一、岩石的矿物成分及组织特征（1）岩石的结构不同，其坚固程度不同岩浆岩：绝大多数是结晶结构。其坚固性主要取决于晶粒之间结合的牢固程度。组成岩石的晶体颗粒。愈细，愈致密，颗粒大小愈均匀。沉积岩：绝大多数为碎屑结构，坚固性主要取决于胶结物的强度。硅质胶结＞铁质胶结＞钙质胶结＞泥质胶结。变质岩：变晶结构，其坚固程度主要取决于变质程度以及原来的岩石结构。第一节岩石的物理性质一、岩石的矿物成分及组织特征（2）岩石的构造不同，其坚固程度不同岩浆岩：一般块状构造，几乎各向同性，坚固性较强。沉积岩和变质岩具有层理和片理状构造，成各项异性，非常容易沿层理破坏。层理对爆破作用有很大的影响第一节岩石的物理性质一、岩石的矿物成分及组织特征第一节岩石的物理性质一、岩石的矿物成分及组织特征3．地质构造对岩石性质的影响地质构造：岩石中存在的节理、裂隙及断层等方面等都称为地质构造。一方面，节理裂隙的存在，大大消弱了岩石的坚固性，强度减低，需要的爆破能量减少，可以认为是有利的；另一方面，正由于节理裂隙的存在，岩石爆破时很容易沿着节理裂隙破坏，或者说没有裂隙的地方就不易被破坏，所以岩石的爆破块度受节理裂隙的控制。第一节岩石的物理性质二、岩石的孔隙度、密度和容重

1．岩石的孔隙度式中：V0——孔隙的体积；

V——岩石的体积。第一节岩石的物理性质2．岩石的容重和密度容重：原岩的重量与其体积之比

密度：原岩的质量与其体积之比容重用γ来表示

（g/cm3）密度用ρ来表示（t/m3）或（g/cm3）式中：G——岩石的重量；M——岩石的质量第一节岩石的物理性质三、岩石的碎胀性岩石破碎后，由于孔隙的增加，体积要增大，这种破碎后体积增大的性质叫做岩石的碎胀性，用碎胀系数表示：式中：V1——岩石破碎后的体积；V——岩石破碎前的体积；可见K>1第一节岩石的物理性质四、波阻抗岩石的密度与在岩石中传播的弹性纵波速度之乘积叫做岩石的波阻抗。假设岩石的弹性纵波速度用Cp来表示，波阻抗为ρCp，岩石的波阻抗实际上表征了岩石的力学性质，一种岩石确定后，岩石的密度是确定的，所以波阻抗就是确定的。

岩石的性质及其分级

第一节岩石的物理性质

第二节岩石的力学性质第三节岩石的分级一、岩石的静载荷变形特征

静载荷加载特点加载速度无限小。加载时间无限长，趋近于无穷大。低碳钢的应力—应变曲线岩石的应力—应变曲线一类岩石可称之为弹脆性体。

另一类称为弹塑性体。一般把曲线变缓的转折点称为屈服极限，实际上只有少数较软的沉积岩才是弹塑性体。

岩石在静载荷作用下，在弹性范围内，符合胡克定律，其弹性常数与其它材料一样。弹性模量E，剪切模量G，波松比μ，体积模量K对于层状岩石，E表现出明显的各向异性

E增大，变形愈难，消耗在变形上的能量变小，可以说对爆破有利

二、岩石的动载荷变形特征

1．冲击载荷和应力波

冲击荷载的特点：加载速度很大，加载时间很短波：扰动的传播应力波：应力应变改变的传播就叫应力波。

岩石在冲击载荷作用下，岩石内的应力状态（

，

，v）表现为：对于某一点而言（

，

，v）＝f(t)对于某时刻（

，

，v）＝f(x，y，z)即岩石的应力状态（

，

，v）即是坐标的函数，又是时间的函数岩石的应力在岩体中的分布叫做岩石的应力场

由炸药的爆炸作用而引起的冲击载荷称为爆炸载荷；由爆炸载荷的作用，在固体介质中引起的应力状态参数的改变的传播――称之为爆炸应力波。

当炸药在无限均质岩体中爆炸时，会在岩石中产生应力波，根据应力波的振幅的大小，从爆源开始，一般将应力波分成三段：冲击波、压缩波、地震波。

2．爆炸应力波的特性

（1）冲击波

冲击波的波阵面处介质状态的变化是突跃的，波阵面比较陡

岩石中的冲击波，具有以下特性：①具有非常陡的波阵面；压力上升时间

t升≈0，压力下降时间

t降≠0>>t升

②作用范围非常小；设=距离（到爆源中心）/药包直径，称为比例距离，则≈3～15

③对岩石作用非常强烈，可使岩石熔化产生塑性流动，压碎、破裂；④传播速度>声速（岩石中）；

⑤应力衰减极快，一般的

＝0.1～0.45，n＝2.11～2.82

（2）压缩波

或称为应力波

冲击波通过衰减，变成了压缩波，具有以下特性：

①波阵面的状态参数变化较缓

t升≠0t升<t降

②作用范围较大，一般为十几～几十倍的药包半径

③对岩石的作用减弱，但仍然能够引起岩石破坏及残余变形

④传播速度＝岩石中的声速

⑤应力衰减速度变慢，μ=0.1~0.45，n=1.18~1.89

（3）地震波传播特性

压缩波再衰减，就变成地震波了。

①t升＝t降②作用范围从几十倍～几千倍的药包半径。③只能引起岩石质点的振动（具有周期性压缩波和冲击波没有），但当介质质点的振动速度很大时，可使地表的建筑物或构筑物发生破坏。④传播速度等于声速⑤应力衰减与距离呈线性关系

3．应力波的分类岩石当中的应力波按其传播的途径和位置不同分为体积波和表面波两种

（1）体积波：在介质内传播的波按波的传播方向与介质质点的运动方向的相互关系又分为：纵波和横波。纵波又叫做膨胀波，或叫P波；横波又叫畸变波、剪切波、S波，横波在岩石中产生前切应力。

（2）表面波：沿着介质表面传播的波

表面波分为瑞利波和勒夫波。

（3）这里需要说明的几点

①纵波是爆破破坏岩石的主要原因。

②同一个波，按不同的分类，有不同的名称。

③在爆破近区（强冲击波区）由于压力极高，岩石产生塑性流动，近似于流体，没有剪应力——无剪切波（横波）。④冲击波或压缩波中有负值部分，表明应力为拉应力，称为拉伸相，一般不称为拉伸波，因为就整个波而言，主要是压而不是拉。

⑤如果传播的应力改变在弹性极限内，称为弹性波。

4．应力波的传播

①假设，当我们所研究的某点距爆源很远时，波阵面是平面

②假设质点只沿x轴方向发生位移，则由波动方程

式中：σ，τ

——介质中某点的正应力和剪应力

ρ——介质的密度，

cp，cs——在介质中传播的纵波、横波波速

vp，vs——纵波横波介质质点的运动速度。

③对于弹性波（在弹性介质中传播）纵波和横波的波速分别是：在一维杆件中5．应力波向介质交界面垂直入射时的反射与透射设：入射波应力为σi质点速度vi透射波应力为σt质点速度vt反射波应力为σr质点速度vr

先规定，应力，压为正，拉为负。质点运动速度vp与波的传播方向一致时，取正值，相反时，取负值，波速cp取绝对值，假定σi、σt、σr均为正值。分析M点：

应力：σi+σr=σt

质点速度：vi+vr=vt根据公式：σ=ρcpvp有：σi=ρ1cp1vi；

σr=ρ1cp1vr；σt=ρ2cp2vt

将以上5式联立求得：令：则有：通过推导，还可以得出入射波所携带的能量与反射波及透射波所携带的能量之间的关系：下面就无因次量K分几种情况加以讨论①K＝1，ρ1cp1=ρ2cp2σr=0，σt=σ，没有反射应力，透射应力＝入射应力Er=0，Et=Ei没有反射能量，能量全部透射②K=0，ρ2cp2=0

σr=-σi，σt=0，有反射应力，而没有透射应力（有反射波，没有透射波，反射波为拉伸波；Er=Ei，Et=0能量全反射，没有透射能量

假设有两种介质一边是岩石，一边是空气，那么这个岩石所面临的是空气，这个岩石表面称作临空面，又叫自由面。如果波在岩石中向自由面入射，显然ρ1cp1>>ρ2cp2③K→∞，ρ1cp1→0σr=σi，σt=2σi，反射应力＝入射应力，透射应力＝2倍的入射应力，（入射波为压缩波，反射波也为压缩波，没有透射波）Er=Ei，Et=0，能量全反射，而没有透射

相当于向刚体入射，或者从空气中向岩石入射。

④

K≠0，1，∞

0<K<1时，ρ1cp1>ρ2cp2。相当于由硬岩向软岩入射。

σr与σi反号，即有反射波，为拉伸波,σt与σi同号且σt<σi，也有透射波，为压缩波,0<(Er，Et)<Ei，能量既有反射，也有透射。

1<K<∞时ρ1cp1<ρ2cp2，相当于由软岩向硬岩入射。σr与σi同号，且σr<σi，有反射波，为压缩波，σt与σi同号且σt>σi，也有透射波，为压缩波，0<(Er，Et)<Ei，能量既有反射，也有透射。

小结应用举例①自由面的作用爆炸应力波→自由面，反射成拉伸波σr=-σi，Er=Ei，反射拉伸波在岩石中产生拉应力

②求孔壁上的最大压力（压力峰值）令炸药的波阻抗为ρeD

③解释节理裂隙对爆破的影响节理裂隙的存在，相当于应力波从岩石Ⅰ→空气（软岩）→岩石Ⅱ，在此过程中，消耗了大部分能量，从而使应力波衰减加快，使后面的岩石不容易破坏

6．应力波向介质交界面倾斜入射不论是纵波，还是横波，当其向介质交界面倾斜入射时，都会产生反射的纵波和横波以及透射的纵波和横波。7．岩石的变形能岩石的变形能实际分为两部分：变形势能和变形动能：单位体积总的变形能为单位体积内的变形势能和变形动能均之和：三、岩石的强度特征

岩石的强度指岩石在外力作用下抵抗外力破坏的能力。1．根据外力的形式可分为抗压、抗拉和抗剪强度，其中

R压>R剪>R拉对于抗压强度又分为三向抗压，双向和单向。

R压3>R压2>R压12．由于岩石的结构构造不同，各向异性，岩石的强度也呈各向异性，如层状岩石，R||<R⊥

3．随着加载速度的增加，强度增加，R动>R静

四、岩石的硬度

岩石表面抵抗工具侵入的能力叫做岩石的硬度。

岩石的硬度又分为静压入硬度和冲击压入硬度。

静压入硬度：以静压力压入岩石的表面，使之产生残余变形或破碎时，用单位面积上的压力值来表示。冲击压入硬度：用冲锤以一定的速度冲击岩石表面时，用冲锤回弹高度作为冲击压入硬度的指标。硬度越高，工具侵入越难，凿岩速度越低。

五、岩石的磨蚀性

岩石对工具的磨蚀能力，叫做岩石的磨蚀性。岩石的磨蚀性直接影响着凿岩工具的损耗率，影响磨蚀性的主要原因，矿物的硬度，结晶颗粒，结晶状态，例如矿物颗粒大，矿物硬度高，结晶程度好，腐蚀性就强。

岩石的性质及其分级

第一节岩石的物理性质

第二节岩石的力学性质第三节岩石的分级岩石分析的方法1．以岩石的力学强度指标为准则的爆破性分级方法，普氏分级，日本隧道界以抗爆强度为指标对岩石进行分级。2．以炸药单耗为准则的爆破性分级方法。以标准条件下爆破单位体积岩石所消耗的炸药量作为衡量岩石爆破难易的标准。3．以工程地质参数为准则的岩石爆破性分级方法工程地质参数，岩石的裂隙性参数，裂隙间距，裂隙宽度，裂隙长度等4．以岩石的弹性纵波速度为准则的岩石爆破性分级方法认为岩石的弹性纵波速度cp因为不仅反映了岩石本身的物理力学性质，而且也反映了岩石中的工程地质参数（节理裂隙）结构构造特征，风化程度以及岩层积水对其影响。5．以能量平衡为准则的岩石爆破性分级炸药释放出来的能量传递给岩石，导致岩石变形和破坏，不同的岩石消耗的能量不同。

一、普氏分级法

普氏分级的基本观点：苏联学者普托甲可诺夫通过长期的观察和大量的分析统计，指出：岩石的坚固性在各方面的表现是趋于一致的。

分级方法用岩石的单向抗压强度来表示在实际应用当中，有些岩石R值很大，甚至大于3000kg/cm2，为保持f值最大为20，1955年苏联的巴隆将其修改为

二、按岩石的凿岩性和爆破性分级法苏联学者苏哈诺夫提出，根据生产现场实测的数据，依凿岩性和爆破性的不同对岩石进行分级。凿岩性指标：凿1m炮眼磨钝的钢钎或硬质合金钎头的个数，和纯凿岩速度。爆破性指标：爆破1m3岩石所需消耗的炸药量。爆落1m3岩石所需的炮眼数目。

三、我国的岩石分级工作研究情况我国的岩石分级自50年代以来进展缓慢，各矿山一直应用苏联的普氏分级法，1984年东北工学院提出了一套完整的分级方法，其观点是按岩石的可钻性，可爆性和稳定性分别进行了分级。

浅眼式冲击式凿岩第一节冲击式凿岩机打眼这项工作，在矿山中称之为凿岩或钻孔。一般来说，用凿岩机打眼叫做凿岩，而用钻机打眼叫做钻孔或穿孔。不论是凿岩还是钻孔，打出的眼都称为炮孔。炮孔按其直径大小和深浅将其分为浅孔和深孔。浅孔：孔径小于45~50mm，孔深小于5m。浅孔又称为浅眼或炮眼。矿山中一般用于巷道掘进和井下采场爆破。深孔：孔径大于45~50mm，孔深大于5m。分为露天深孔和地下深孔。露天深孔：孔径可达潜孔钻机150~200mm；牙轮钻机250~310mm，孔深可达十几米。地下深孔：孔径可达80~100mm，有时可达165mm。

第一节冲击式凿岩机一、冲击式凿岩机的工作原理手工打眼所需的工具有：铁锤、钢钎、一个大耳勺。凿岩原理：第一次冲击。首先凿一刻痕A-A。转一个角度再冲击，又凿一刻痕B-B并破碎阴影部分AOB，然后再转一角度再冲击又破碎一部分岩石，这样循环往复地进行下去，就逐渐地将岩石破碎，最后凿出一个炮孔。

第一节冲击式凿岩机根据手工凿岩而制成的冲击式凿岩机必须有一下几部分：

1．钢钎，或就叫钎子2．冲击机构，相当于铁锤，用于对钢钎的冲击3．旋转机构，相当于人的手，用来使钢钎旋转4．排粉机构，用高压空气将岩粉从孔底吹出，不用大耳勺5．导轨或气腿，用于支撑凿岩机，亦相当于人手6．另外还有润滑机构，（机器）和操纵机构等。

第一节冲击式凿岩机二、冲击式凿岩机的分类

1．按动力来源可分为四种

（1）风动凿岩机；

（2）液压凿岩机；

（3）内燃凿岩机；

（4）电动凿岩机；

2．风动凿岩机按推进方式和用途不同又分为（1）手持式凿岩机，如Y-30型；

（2）气腿式凿岩机，YT-23，24~27，YTP-26；（3）伸缩式（上向式）凿岩机。YSP-45型

（4）导轨式凿岩机。YG-40、YG-65、YG80、YGZ-90

第二节浅眼凿岩工具用于直接破碎岩石的钢钎，我们又称之为凿岩工具。常用的钢钎一般分为两种：整体钢钎和组合钢钎。整体钢钎：是将钎头和钎杆做成一体，这时钎杆又分为三部分：钎身、钎肩和钎尾。组合钢钎：钎头和钎杆是分离的。钎头安装在钎杆上，亦可拿下来。这时钎杆又分为四部分：钎身、钎肩、钎尾和钎梢。在凿岩时，为了钻凿一定深度的炮孔，通常选择若干根长度不一的钢钎组成一组，称为钢钎组。每两根相邻钢钎的长度差，硬岩时（f>12）为300mm，中硬岩石（f＝6~12）400~500mm。软岩（f<6）500~700mm。第二节浅眼凿岩工具一、钎头

1．钎头的形状

根据硬质合金片的形状和数量的不同，钎头分为以下四种：一字型，十字型，X字型以及柱齿合金钎头。

第二节浅眼凿岩工具2．钎头的构造

（1）刃角α：刃角小，凿岩速度快，但磨损快；刃角大，凿岩速度慢，但磨损慢；一般采用中硬以下岩石100°~110°；坚硬岩石110°~120°。

（2）隙角β：作用：减少钎头与炮孔壁间的摩擦阻力，避免钎头在孔内卡住。一般合金片钎头3°，柱齿状钎头在7°左右。（3）曲率半径：合金片的钎刃如果是平直的，刃的两端就容易破坏，所以要使钎刃带有一定的弧度。

（4）初始直径：凿岩时由于炮孔的周边阻力较大，钎刃两端的磨损比中间快。初始直径DC可由下式确定：DC＝DZ+nD0mm

第二节浅眼凿岩工具3．钎头材料

钎头采用合金钢制造，它频繁受冲击，一个40mm的钎头在使用寿命内所受的冲击次数可达3×106次，破坏属于疲劳破坏

硬质合金片的主要成分是碳化钨和金属钴，将碳化钨粉末和金属钴粉末按一定比例配制均匀，在压力机上适当加压使其成型，在80~130℃条件下干燥，再在氢氧炉中加热到1400~1500℃焙烧2小时。冷却就形成钨-钴硬质合金片。

第二节浅眼凿岩工具二、钎杆

前面讲到，钎杆由钎梢、钎身、钎肩和钎尾四部分组成

钎杆的断面形状是六角中空钢。当然也有圆形中空钢，但常用的还是六角中空钢，外面是六边形，中间有一圆孔。

六边形内切圆直径为22和25.4mm两种。

圆形有直径为32、38mm。

中心孔直径5~7mm。用于制造钎杆的钢材叫做钎钢，目前已推广使用非镍铬的低合金钢ZK55SiMnMo，ZK35SiMnMoV，平均使用寿命可达150~250m。第二节浅眼凿岩工具三、钎头与钎杆的连接

浅眼凿岩主要采用锥形连接，钎梢做成锥形，钎裤也做成锥形，钎梢插入裤体中正好相吻合。

深孔凿岩

第一节接杆式凿岩第二节潜孔凿岩第三节牙轮钻进第四节凿岩效率第一节接杆式凿岩深孔凿岩有三种方式：接杆式凿岩、潜孔式凿岩和牙轮钻进。

一、接杆式凿岩的特点（1）采用导轨式凿岩机；（2）随着炮孔加深陆续接长钎杆；（3）凿岩机安装在台车或台架上，炮孔不易偏斜。

二、钻具接杆式凿岩的钻具不仅包括钎杆和钎头，还有钎杆相互连接的连接套和专门受冲击器的冲击的钎尾。

1．钎头

浅孔凿岩时的钎头是一样的。（1）采用超前刃钻头，超前刃起到定心和导向作用。

（2）加大刃厚，使钎头滚动阻力增大，减少跳动。

第一节接杆式凿岩2．钎杆

材料：主要采用30~35SiMnMoV合金钢。

规格：内切圆直径为25.4mm中空六角型或直径32mm，中空圆形。

长1m、1.2m、1.4m、~4.0m几种规格。

在钎杆两端有左旋圆形螺纹（看图3-7），以便用于连接。

3．钎尾

作用：安装在凿岩机一端，受冲击作用。

材料与钎杆的材料相同。

一端锻压成与凿岩机回转套相配合的形状和尺寸，另一端为左旋螺纹。4．连接套筒

钎杆与钎杆之间是通过连接套筒相连接的，在连接套筒内有与钎杆向配套的左旋螺纹。第一节接杆式凿岩一、潜孔凿岩潜孔钻机与凿岩机的不同就在于：

（1）冲击器与钎头相连，潜入到炮孔中去，直接冲击岩石。（2）在孔外有回转机构和加压机构（加一轴推力）。

潜孔钻机一般分为露天潜孔钻机和井下潜孔钻机两大类。

露天潜孔钻机一般有独立的行走装置，有轻型、中型和重型三种。

轻型：有80、KQ-100等，直径100mm左右，重量轻，只有6~7t，体积小，移动灵活，适用于小型露天矿的钻机。

中型：直径130~180mm，有KQ-150、T-170，适用于中小露天矿。

重型：直径在180~250mm，有KQ-200、KQ-250，适用于大型露天矿。

井下潜孔钻机多为柱架式，炮孔直径80~130mm，机重150~360kg，常用的有：QZJ-80、QZJ-100、YQ-100、QZJ-100A、QZJ-100B等。

第二节潜孔式凿岩二、潜孔钻机的基本原理

潜孔钻机从结构上来讲有以下几部分组成。1．回转供风机构2．推进机构3．仟杆（钻杆）4．冲击机构5．钻头以潜孔钻机的破岩是冲击和与回转相结合，冲击是间断的而回转是连续的，但起主导作用的还是冲击作用。第二节潜孔式凿岩三、钻具钻具包括钻头和钻杆

1．钻头按镶焊硬质合金形状分为刃片钻头、柱齿钻头、和混合型钻头。

刃片钻头有一字型，Y型和十字形三种，前面有超前刃。柱齿钻头：在钻头上镶焊若干个合金柱，合金柱在孔底分布比较均匀，周边多，中间少。混合型钻头：中心镶硬质合金柱，周边镶硬质合金片，这类钻头一般适用于直径较大的炮孔。第二节潜孔式凿岩2．钻杆

井下钻机的钻杆，其长度等于推进机构一次推进的行程，一般800~1300mm，有数根钻杆，其数量可根据炮孔深度来定。

露天小型潜孔钻机也有数要钻杆，钻孔时连接使用。

材料选用直径为50或60mm的薄壁钢管。露天大型潜孔钻机的钻杆共有两根，一根是主钻杆，一根是副钻杆，之间可用方螺纹相连接，每根长9米。

材料采用中空厚壁无缝钢管制造。

第二节潜孔式凿岩潜孔钻机与凿岩机相比，由于冲击器潜入孔内，所以工作面的噪音大大降低。钻孔效率提高，钻孔速度不随炮孔的加深而减小，可以钻很深的孔，例如井下VCR采矿法以及打天井首先要钻中心孔，从上一个中段到下一个中段，达五六十米深。减轻了工人的体力劳动。第三节牙轮钻机一、牙轮钻机的组成牙轮钻机主要由回转供风机构、加压提升机构、行走机构、钻具以及接卸钻具机构等组成。二、牙轮钻头的凿岩原理

1．牙轮钻头矿用的牙轮钻头是三牙轮钻头。第三节牙轮钻机2．牙轮的凿岩原理当牙轮钻机工作时，加压机构给加一轴向压力，使合金柱紧密接触岩石，回转机构回转时，三个牙轮随之旋转，在牙轮旋转的同时，牙轮上的合金柱交替接触岩石，当一个合金柱接触岩石时，有一个交点，牙轮的旋转中心在O的位置，再转一个角度，当两个合金柱同时接触岩石时，有两个触点，牙轮的旋转中心变到O1的位置，显然O1较O低，这样在O变到O1的过程中，牙轮随之振动一次，再变成一个触点时，牙轮在提高，变成两个交点时，牙轮在降低，牙轮又振动一次，如此循环往复，靠着牙轮的上下振动，使牙齿产生对孔底岩石的冲击作用，使岩石破坏。

第四节凿岩效率工班效率表明工人的工作效率，一般是以每工班多少米来表示，不限设备数量，m/(工班）。台班效率表明了设备的工作效率，是以台班多少米来表示，不限人员，设备已班所凿的米数，m/（台班）。要想增加凿岩效率必须从以下几方面考虑：T：每人每班工作时间是一定的，增加工作时间，不允许；K：时间利用系数，增加凿岩时间，提高工人素质，保证设备完好率；V：改善设备性能，减少漏气，保证足够的风压，减少辅助时间；N：增加设备数量，几乎不可能，每个人所操作的设备是固定的。所以要想提高凿岩效率，只能从两方面考虑1．增加纯凿岩时间，减少辅助时间，经常对设备维修，保持设备完好率；2．改进设备性能，提高纯凿岩速度。

炸药及爆炸的基本理论第一节炸药和爆炸的基本理论第二节起爆药与猛炸药第三节炸药的起爆第四节炸药的感度第五节炸药的爆轰理论第六节炸药的爆轰产物与氧平衡第七节爆热第八节爆炸功第一节炸药和爆炸的基本理论一、爆炸现象

1．物理爆炸。爆炸释放出的能量是物理能量，所以一般的讲，爆炸前后，只发生物态的转变，物质的化学成分并不改变。2．化学爆炸。爆炸释放出来的能量来源于物质的化学能。由于物质内部发生化学反应而迅速释放出来大量的能量，都成为化学爆炸，化学爆炸前后物质的成分发生了变化。3．核爆炸。能量来源于物质内部的核能，由于核裂变（U235的裂变）和核聚变（氘、氚和锂核的聚变）而释放出来大量的能量，原子弹、氢弹爆炸等。

第一节炸药和爆炸的基本理论二、化学爆炸的必要条件1．化学反应必须放出大量的热(NH4)2C2O4→2NH3+H2O+CO+CO2-263.3kJ/molAg2C2O4→2Ag+H2O+2CO2+123.3kJ/mol炸药爆炸后释放热量的多少，用爆热来表示。爆热：单位质量炸药爆炸后释放的热量，kJ/kg，一般工业炸药，每公斤释放出来的热量为2900~6300kJ。2．反映必须高速进行每公斤煤在空气中燃烧所释放出来的能量为10032（8960）kJ，每公斤炸药在空气中爆炸所释放出来的能量为2900~6300kJ炸药的爆炸反应速度用爆速来表示。普通炸药爆炸反应速度大于3000m/s，猛炸药6500~7000m/s第一节炸药和爆炸的基本理论一卷炸药可在10-6~10-5s内就反应完毕，所以实际上可以近似地认为爆炸反应所放出的能量全部聚集在炸药爆炸前所占据的体积内，因而造成了一般化学反应无法达到的能量密度。3．反应必须放出大量的气体

放热是做功的基础，放出气体就是功的媒介，用于传递能量。爆炸放出气体的多少，用爆容来表示。爆容：单位质量的炸药爆炸后所释放出来的气体在标准状态下的体积。

第一节炸药和爆炸的基本理论三、炸药化学反应的形式1．热分解：炸药在一定的温度下会发生热分解，这种分解反应在整个炸药内部全面发生。2．炸药的燃烧：有些炸药可以被点燃，然而并不爆炸。3．爆轰（爆炸）：炸药化学反应的最高形式，反应速度非常快，反应速度可以达到数千米/秒。这里需要说明几个问题：1°燃烧和爆轰的区别；2°书中将爆破又分为爆炸和爆轰，实在没有必要；3°炸药的三种反应形式，一般的讲可以互相转化。第一节炸药和爆炸的基本理论由于反应形式的转变，《爆破安全规程》对这方面做了许多规定。例如：7.4.3.1地面爆破器材库硐库的电气照明，应遵守下列规定：——库房内不应安装灯具，宜自然采光或在库房外安设探照灯照明，灯具距库房的距离不应小于3m；——采用移动式照明时，应使用防爆手电筒或手提式防爆应急灯，不应使用电网供电的移动手提灯。7.4.3.2井下爆破器材库的电气照明，应遵守下列规定：——贮存爆破器材的硐室或壁槽，不应安装灯具。7.4.4.4进入库区不应带烟火及其他引火物。

第一节炸药和爆炸的基本理论四、炸药的分类1．按炸药的组成分类可以分为两种：单质炸药和混合炸药。单质炸药：由一种成份组成的炸药（单体炸药）。混合炸药：由两种或两种以上组分组成的炸药。单质炸药按他们的化学分子结构又可分为许多类型，主要有：（1）乙炔及其衍生物，如乙炔银Ag2C2，乙炔汞Ag2C2等；（2）雷酸及其盐类，如雷汞Hg(ONC)2，雷酸银Ag(ONC)等；（3）硝酸酯类，如硝化乙二醇C2H4(ONO2­)2，硝化甘油（NG）C2H5(ONO2)3，泰安（PETN）C(CH2ONO2)4以及硝化棉；第一节炸药和爆炸的基本理论（4）硝酸盐类，如硝酸铵NH4NO3，硝酸尿NH2-CO-NH2·HNO3，硝酸胍等；（5）硝基化合物，包括芳香族及非芳香族硝基化合物两类。芳香族硝基化合物的结构特征是分子中含有苯环，而且硝基直接与苯环上的碳相连。如三硝基甲苯（TNT）C6H2­(NO2)3CH3，三硝基苯酚（苦味酸）C6H2­(NO2)3OH，二硝基甲苯（DNT），二硝基萘，三硝基苯甲硝胺（特屈儿）C6H2(NO2)3·NCH3NO2；非芳香族硝基化合物如硝基早烷（NM），硝基胍，硝基尿，环三次甲基三硝胺（黑索金RDX）(CH2NNO2)3；奥克脱金（HMX）(CH2NNO2)4等；（6）其他如氯酸盐、过氯酸盐，叠氮化铅等。

第一节炸药和爆炸的基本理论混合炸药又可分为：（1）普通混合炸药，如军事上常用的钝化黑索金（95%RDX，5%石蜡），黑梯炸药（40/60、50/50），代那买特，硝铵类炸药等；（2）含铝混合炸药，加入铝粉，提高爆炸反应的热效应；（3）有机高分子粘接炸药，以RDX、奥克脱金或泰安为主要成分，加入少量粘接剂进行粘接，以便在保证尽量好的爆炸性能下改善炸药的力学性能、成型性能及安全使用性能，如8321、1871等；（4）特种混合炸药，满足军事上应用的特殊需要而研制的，如塑态炸药、弹性炸药、橡皮炸药等。

第一节炸药和爆炸的基本理论2．按炸药的用途分类1°起爆药：用于起爆别的炸药或制造起爆器材。常用的起爆药有雷汞，叠氮化铅Pb(N3)2，二硝基重氮酚（DDNP）C6H2N2O(NO2)2。目前雷管中起爆药常用的是DDNP。2°猛炸药：又称次发炸药。猛炸药分为单质猛炸药和混合猛炸药两大类。单质猛炸药：TNT、黑索金、奥克脱金、泰安、特屈儿。用于军事上较多，工业上制导爆索，雷管的加强药。混合猛炸药：又叫工业混合炸药，用来直接破碎岩石。以化甘油为主要成分的代那买特炸药和硝酸铵为主要成分的硝铵类炸药。3°发射药：以硝化棉和硝化甘油为主体的单基、双基、三基发射药，以过氯酸盐为主体的复合发射药和由硝酸钾、硫磺和木炭制成的黑火药。

第二节起爆药与猛炸药

一、起爆药

特点：敏感度极高，威力较小。

用途：用作起爆别的炸药，如用来制造雷管。

1．雷汞

分子式：Hg(CNO)2，分子量：284。物理性质：白色或微白色晶体化学性质：干燥的雷汞对机械撞击、摩擦和火焰威度极高。容易发生爆炸。潮湿的雷汞感度降低，但易于铝反应形成更敏感的雷酸盐，故不能用铝制容器盛雷汞。爆炸性质：起爆能力较小。HgON≡CON≡C第二节起爆药与猛炸药

2．叠氮化铅（简称氮化铅）

分子式：Pb(N3)2，分子量291。

结构式：有两种，环状和链状。

N≡N=N–Pb–N=N≡N

化学性质：潮湿的环境中易与铜反应生成氮化铜，故不能用铜制容器盛氮化铅。

爆炸性质：敏感度低于雷汞，起爆药能力大于雷汞。

Pb(N3)2→Pb+3N2+443.80kJ

第二节起爆药与猛炸药

3．二硝基重氮酚，简称DDNP分子式：C6H2(NO2)2N2O，分子量210。物理性质：黄色或黄褐色晶体化学性质：干燥的三硝基重氮酚与铁、铜、锌等金属均无作用，但在潮湿的情况下，对上述金属有一定的腐蚀作用。爆炸性能：与前者想比，火焰感度较高，大于氮化铅，机械感度低，起爆能力大，而且成本低。

第二节起爆药与猛炸药

二、单质猛炸药

特点：敏感度低于起爆药，威力大于起爆药。

用途：制作雷管，用来做加强药。工业导爆索药芯，工业混合炸药中作为敏化剂。

1．TNT学名：三硝基甲苯

分子式：C6H2(NO2)3CH3，分子量227。

黄色晶体（俗称黄色炸药），不怕水，几乎不溶于水。热安定性好，常温下不分解，环境温度达到180°C以上时显著分解。

遇火能燃烧。机械感度较低，但混入细砂一类硬质掺合物时则容易引起爆炸。

属于中等威力的炸药，工业上和军事上用的较多。工业上常用来与硝酸铵混合使用，用作敏化剂，用来作为雷管中的加强药。

第二节起爆药与猛炸药

2．黑索金，日本叫做硝宇，代号RDX

分子式：C3H6N3(NO2)3，环三次甲基三硝胺，分子量222

白色粉状晶体，俗称白药，几乎不溶于水。

热安定性好，威力和感度均高于TNT。

用途：雷管中加强药，导爆索药芯（与TNT相同，但成本高于TNT，而且有毒）。3．特屈儿（CE），化学名称叫做三硝基苯甲硝胺

分子式：C6H2(NO2)3·NCH3NO2

分子量287。物：淡黄色晶体，难溶于水；化：热感度及机械感度极高，爆炸性能好；用途：主要用于军事上装填炸药。

第二节起爆药与猛炸药

4．泰安（PETN），化学名称叫做季戊四醇四硝酸酯

分子式：C(CH2ONO2)4，分子量316。结构式：物理性质：白色晶体，几乎不溶于水。化学性质：爆炸威力大，爆炸性能与RDX相近，用途也相同。5．硝化甘油，化学名称三硝酸脂丙三醇，简称NG分子式：C3H5(ONO2)3，分子量227。结构式：

物：无色或微带黄的油状液体，不溶于水，在水中不失爆炸性。化：机械感度极高，受撞击和震动易发生爆炸，所以不能单独使用。用途：制造硝化甘油类炸药（代那买特）过去常用，现在用得不多。

第三节炸药的起爆毛泽东主席在《矛盾论》中有这样一段话：“炸弹在未爆炸的时候，是矛盾物因一定的条件共存于一个统一体中的时候，待至新的条件（发火）出现，才发生了爆炸”所以说，炸药是矛盾的对立统一。炸药是具有相对稳定性的不稳定体系。炸药从稳定状态到不稳定状态这个过程叫做炸药的起爆。在外界能量作用下引起炸药爆炸的过程引起爆炸的外界能量叫做起爆能。第三节炸药的起爆工业炸药起爆能有以下三种形式：1．热能起爆：利用加热作用使炸药起爆，如火焰、火星、电热等形式。例如用导火索的火焰起爆雷管。2．机械能起爆：通过撞击、摩擦等机械作用使炸药内部产生相对运动，并在瞬间产生热效应，发生爆炸。3．爆炸冲能起爆：利用一种炸药产生的爆轰波及高温高压气体产生的能量引起另一种炸药的爆炸，如用雷管起爆炸药。

第三节炸药的起爆一、热能起爆

通常的解释是：炸药在热能作用下，通常产生热分解反应。发热——温度升高——又加速分解反应——放热更快，温度急剧升高——反应更快，当反应速度达到一定值，使单位时间内放出的热量大于单位时间内损失的能量，热量就会积累，最后直至爆炸。苏联的谢苗诺夫的观点单位时间内因化学反应而放出的热量为：Q1=Ze-E/RTmq

式中：Z——与分子碰撞概率有关的系数；E——炸药的活化能，卡/摩尔；T——炸药的温度；R——气体常数；m——炸药量，g；q——单位质量炸药放出的热；

第三节炸药的起爆单位时间内因热传导而散失于环境中的热量：Q2=K(T-T0)

式中：K——传导系数；T——炸药温度；T0——环境温度。

使炸药发生爆炸的条件有两个：Q1≥Q2，图中：T02是使炸药爆炸的最低的环境温度，称为爆发点。第三节炸药的起爆爆发点的意义：爆发点除与炸药本身的性质有关外，还与药量和外界条件有关：随m升高，爆发点T02下降，易爆；随K升高（散热条件好）爆发点T02增大，不易爆。1°用热能起爆炸药，外界（环境）提供的温度应大于爆发点；2°烘干炸药，环境温度应当<<爆发点；3°炸药库要有良好的通风，（m大，爆发点降低，随之降低，通风条件好，可使K升高，使爆发点增高）；4°爆破器材库的贮存量，不应超过规定。《安全规程》7.4.1.4规定，地面库单一库房的最大允许存药量，不应超过硝化甘油炸药20t，黑索金或泰安50t，梯恩梯150t，硝铵类炸药200t。硐室式库的最大容量不应超过100t。5°炸药在储存、运输、贮存当中应远离热源。第三节炸药的起爆二、机械能起爆机理

1．热点学说的基本观点：

热点学说认为，①炸药在外界的突然机械作用下，（如撞击、摩擦等）机械能会转变成热能，（如摩擦生热），在炸药内部产生热量；②热量来不及均匀的分布于炸药的每一部分当中，而是集中在个别的小点上，使这些小点的温度急剧上升；③当个别小点处炸药的温度达到爆发点时，这些小点处首先发生爆炸，释放热量，从而扩展为整个炸药的爆炸。

这种局部温度很高的小点，称为热点，或灼热核，也叫反应中心。

第三节炸药的起爆2．热点产生的原因

（1）绝热压缩炸药中的微小气泡

（2）摩擦形成热点（特别是固体炸药）

（3）液态或低溶点炸药的粘性流动

为了提高炸药的敏感度，应当让炸药容易形成热点，这样就有必要在炸药中掺入一些掺和物。

加入发泡剂，洗衣粉、珍珠岩粉，可以生成大量的微小气泡。

掺入硬度高有棱角、熔点高的掺合物也有利于摩擦形成热点。如果掺入像石蜡这样熔点低的掺合物就不利用形成热点，从而会使炸药钝化——敏感度降低。

第四节炸药的感度感度：我们把炸药起爆的难易程度叫做该炸药的敏感度，简称感度。

热能起爆一般用于爆发点和火焰感度来表示；

机械能起爆用撞击感度和摩擦度来表示；

爆炸冲能感度用极限起爆药量和摩擦感度来表示。

一、炸药的敏感度对炸药有何意义

1．可以安全可靠的使用炸药

2．根据不同的使用条件选择不同的炸药

第四节炸药的感度二、影响炸药敏感度的因素

1．炸药的化学结构

例如，含-ONO2（硝酰基）基团用的炸药比含-NO2（硝基）基团的炸药感度高一些。

硝化甘油C3H5(ONO2)3TNTC6H2(NO2)3CH3

2．炸药的相态

一般的讲，熔融状态的感度>固体状态炸药的感度。

熔柱状炸药的感度<粉状炸药的感度。

浆状炸药的感度<粉状炸药的感度。

第四节炸药的感度3．炸药的粒度

一般的讲，对于混合炸药，颗粒越小，感度越高。

对于起爆药，则晶粒越大，感度越高，.4．炸药的密度

一般的讲，对于粉状炸药，在一定的范围内，随着密度的增大，感度增高，超过一定值时，感度随之下降，密度过高，甚至会拒爆。

5．微小气泡

6．掺和物小结，影响炸药的因素：（1）本身的化学结构；（2）物理状态（相态、粒度、密度）；（3）掺合物。第五节炸药的爆轰理论一、冲击波的基本概念

1．波的基本概念

波：介质内部质点扰动的传播。扰动：介质内部质点的局部变化。扰动区和未扰动区：一个区域，介质的状态参数发生了改变（受到了扰动）——扰动区；介质的状态参数未发生改变（未受到扰动）——未扰动区。波阵面：两个区域的分界面，就叫做波阵面。波速：波阵面在单位时间内移动的距离叫做波速

第五节炸药的爆轰理论活塞以速度v向右运动，那么界面CC也必然一定的速度向右移动，设为D。

v=dx/dt，D=(dx+AC)/dt，显然：D>v

所以说，有一个“压缩扰动”在长管中自左向右传播。或者说，有一个波在长管中自左向右传播。CC面就叫做波阵面。扰动区内的（P1，ρ1，T1）>（P0，ρ0，T0），所以这个波叫压缩波。

第五节炸药的爆轰理论压缩波：波阵面过后（扰动区内）介质状态参数（P，ρ，T）增加了的波，叫做压缩波。特点是扰动区内介质质点的运动方向与波的传播方向相同。

稀疏波：波阵面过后介质状体参数下降了的波，叫做稀疏波。稀疏波的特点是，扰动区内质点的运动方向与波的传播方向相反。声波：扰动区内介质的质点运动是震动，即有周期性，有压缩也有稀疏，所以既不是压缩波也不是稀疏波。声速：对于理想气体以上我们谈到的压缩波、稀疏波以及声波，都有一个共同的特点：波阵面处的状态参数是个微分量，未扰动区到扰动区的状态参数是渐变的，这种扰动称为弱扰动，这些波都称为弱扰动波。

弱扰动波的波速均等于该介质中的声速。

第五节炸药的爆轰理论2．冲击波

若给活塞加速若干次，那么只要管子足够长，就会在管子中形成若干道压缩波。当然每个压缩波都是弱扰动，

（Pn,ρn,Tn,vn）>（P2,ρ2,T2,v2）>（P1,ρ1,T1,v1）>（P0,ρ0,T0,v0）

现在我们分析一下每一道波的波速

第一道波D1=c0+v0

第二道波D2=c1+v1

第n道波Dn=cn+vn

当然有：vn-1>vn-2>…>v2>v1>v0

cn-1>cn-2>……>c1>c0

所以Dn>Dn-1>Dn-2>……>D1>D0

第五节炸药的爆轰理论就会合成为波阵面非常陡的一个波：①首先，它是压缩波，它是由许多个（有限个）压缩波合成的；

②其次，波阵面比较陡，扰动区内的状态参数变化不是微分量，而是一个有限量；③这种波的波速要大于声速。（大于扰动区内介质的声速）未扰动区内介质的声速为c0，而波速Dn=vn-1+cn-1>v0+c0≥c0

这种波就叫做冲击波。

冲击波：波阵面过后介质状态突跃变化的波，它是一种强压缩波。

介质状态的突跃变化称为强扰动，强扰动的传播是强扰动波。

第五节炸药的爆轰理论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：(1a)(2a)将v=1/ρ带入上式有：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）第五节炸药的爆轰理论（3b)(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。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。

第五节炸药的爆轰理论二、爆轰波

炸药的爆炸是这样一个过程：

有一个状态参数的突增面（p，T，ρ）在炸药中传播，或者可以这样说，有个强压缩波在炸药中传播，这个波就是冲击波。

这个突增面所到之处，引起炸药的爆炸反应，放出热量和气体，并为冲击波的传播提供能量。这种在炸药中传播的这种特殊形式的冲击波，叫做爆轰波。前沿冲击波连同后面的化学反应区，叫做爆轰波阵面。所以说炸药爆炸的过程就是爆轰波的传播过程。

第五节炸药的爆轰理论三、爆轰波的结构

可以用Z-N-D模型来描述0-0面：右侧，炸药处在原始状态，是未反应区；左侧，开始有压力作用；1-1面：急剧上升到最高点，炸药在高压作用下开始反应，0-1部分就是前沿冲击波的波阵面；炸药从1-1面开始反应，到2-2面结束，1-2部分就是化学反应区；2-2面则做反应终了面，一般称为C-J面。C-J面左侧，炸药全部反应结束，叫做爆轰产物区。第五节炸药的爆轰理论需要说明的几个问题：1．Z-N-D模型是一种经典的爆轰波模型，然而并未完全反应爆轰反应时发生的实际情况，实际的包轰传播有能量损失等，但是Z-N-D模型对于研究爆轰波的物理本质还是有指导意义的。

2．爆轰波只存在于炸药的爆轰过程当中，爆轰波的传播随着炸药的爆轰结束而终止。

3．爆轰波阵面的宽度远远大于冲击波阵面的宽度，一般0.1-10mm，如硝化甘油为0.2mm，爆轰波阵面参数等于C-J面上的状态参数。

4．爆轰波的参数用C-J面上的参数来表示。

第五节炸药的爆轰理论四、爆轰波的基本方程

质量守恒：ρ0D=ρH(D-uH)（4-3）动量守恒：pH-p0=ρH(D-uH)uH=ρ0DuH（4-4）能量守恒：eH-e0=(pH+p0)(v0-vH)+Qv（4-6）公式（4-6）叫做爆轰波的雨果尼奥方程。

下面看一下爆轰波的雨果尼奥方程的物理意义1°将爆轰波的雨果尼奥方程画在p-v坐标终，得到爆轰波的雨果尼奥曲线。2°在同一坐标终，画出前沿冲击波的曲线。3°从A(p0，v0)做爆轰波波速线，如图所示：

第五节炸药的爆轰理论查普曼和朱格认为：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，有叫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

第五节炸药的爆轰理论五、爆轰波的参数

爆轰波的基本方程中共有五个未知数：（p，ρ，T，D，uH），有三个方程，加上C-J条件，共计四个方程，

实际应用的炸药，一般是凝聚态，（固体或液体），有人提出这样一个状态方程：

p=AρK

通过推导有：第五节炸药的爆轰理论对于高密度的凝聚炸药而言（ρ0>1.5）可以近似的取K=3，误差不大，那么，上述方程就成为：

第五节炸药的爆轰理论六、稳定爆轰条件

1．反应区化学反应机理

一般有三种类型：

均匀灼热机理：化学组成上单一，物理状态上均质的炸药，所有炸药质点同时发生剧烈的化学反应。

不均匀灼热机理：对于不均匀的单体炸药，反应自热点开始。混合反应机理：工业上大量使用的是硝铵类混合炸药，一般含有多种不同性质的成份。分成两个阶段。炸药在冲击波作用下，容易分解的成分首先分解，为第一次反应。然后，分解产物之间，分解产物与为分解组份之间发生反应，称为第二次反应。

pC-J=(p2+p3)/2

。第五节炸药的爆轰理论2．理想爆轰与稳定爆轰

当d≤d临时，D=0，这时不发生爆轰，或爆轰不稳定；当d临<d<d极，随着d↗，D↗，然而只要直径d确定，那么爆速D也就确定了，说明爆轰也是稳定的；当d>d极时，爆速不随直径d的改变而改变，即爆速大到了最大，达到了理想状态。第五节炸药的爆轰理论理想爆轰：当爆速不随药爆直径而改变，达到最大值时，称为理想爆轰，反之，爆速小于最大爆速时的爆轰称为非理想爆轰。稳定爆轰：不论药包直径大小，只要炸药被起爆后，爆轰波能易不变的速度传播下去，这时称为稳定爆轰，炸药起爆后，爆轰波不能以不变的速度传播，而是中途停止（拒爆），称为不稳定爆轰。临界直径：能够稳定爆轰的最小直径；极限直径：能够达到理想爆轰的最小直径。第五节炸药的爆轰理论3．侧向扩散对反应区结构的影响药包外面：形成的时扩散物前峰；药包内侧：是飞散物与反应区的交界面，正好是一个稀疏波的波阵面，称之为径向稀疏波。所以说，爆轰波的传播是靠有效反应区释放的能量来维持的。第五节炸药的爆轰理论影响有效反应区比例大小的有两个方面。

一是侧向扩散的影响，

二是化学反应速的影响所以说，扩散时间越大越好，而反应时间越小越好。明白了这个道理，我们就可以解释哪些因素影响稳定爆轰。第五节炸药的爆轰理论七、影响稳定传播的因素

1．药包直径的影响

2．药包外壳的影响

3．炸药的装药密度

这里首先区分两个概念，一是炸药密度，二是装药密度。

存在两个特殊密度：最优密度：爆速达到最大值时的密度临界密度：稳定爆轰的最大密度，超过此密度就发生拒爆。

第五节炸药的爆轰理论4．径向间隙的影响

5．炸药粒度的影响

第五节炸药的爆轰理论八、爆速测定方法1．导爆索法

2．电测法和高速摄影法（不讲，自学）

炸药及爆炸的基本理论第一节炸药和爆炸的基本理论第二节起爆药与猛炸药第三节炸药的起爆第四节炸药的感度第五节炸药的爆轰理论第六节炸药的爆轰产物与氧平衡第七节爆热第八节爆炸功第六节炸药爆轰产物及氧平衡一、炸药的爆轰产物爆轰产物：炸药爆轰时，化学反应区反应终了瞬间的化学反应产物。爆炸产物：在反应一瞬间，反应终了瞬间的化学反应产物也可能同周围空气、岩石等其他物质相互作用，发生新的反应，生成新的产物。炮烟：爆轰产物中，含有大量的有害气体，俗称炮烟。现代工业炸药主要成份有碳、氢、氧、氮，炸药爆炸时，爆轰产物有：CO2，NO，NO2，C，N2，O2等，另外还有SO2，HS。

第六节炸药爆轰产物及氧平衡研究爆轰产物的意义：爆轰产物不同，炸药的热效应不同。C+1/2O2→CO+110kJC+O2→CO2+395kJN+1/2O2→NO-90kJ比如铝与氧反应生成Al2O3，放出的热量为（1636.8kJ/mol）所以在制造炸药时，往往在炸药中加入铝粉。

爆轰产物不同，有害气体生成量不同。爆破作业地点有毒气体浓度不得超过以下规定：CO：0.0024%，30mg/m3；NO2：0.00025%，5mg/m3；SO2：0.00050%，15mg/m3；HS：0.00066%，10mg/m3；NH3：0.00400%，30mg/m3。第六节炸药爆轰产物及氧平衡二、氧平衡

炸药中能与氧反应的物质称为可燃物

氧平衡是指：炸药中的含氧量与可燃物完全氧化所需的氧量之间的关系。简单地说就是含氧量与需氧量之间的关系。含氧>需氧称为正氧平衡，可燃物完全氧化后，氧还有剩余。含氧=需氧称为零氧平衡。含氧<需氧称为负氧平衡，可燃物不能被氧完全氧化。对于大部分工业炸药，主要是有C、H、O、N四种元素组成。可以用CaHbOcNd来表示只含有这四种元素的炸药如：硝化甘油C3H5O9N3，TNT

C7H5O6N3

第六节炸药爆轰产物及氧平衡炸药中的需氧量：2a+b/2；

炸药中的含氧量：c；

所以说，当c>2a+b/2，称为正氧平衡；当c=2a+b/2，称为零氧平衡；当c<2a+b/2，称为负氧平衡。例如硝化甘油C3H5O9N3中：a=3，b=5，c=9，正氧平衡TNTC7H5O6N3

：a=7，b=5，c=6，负氧平衡。氧平衡值（或叫氧平衡率）第六节炸药爆轰产物及氧平衡三、氧平衡值计算举例

1．单质材料的氧平衡值计算

例如硝化甘油C3H5O9N3中：a=3，b=5，c=9，TNTC7H5O6N3

：a=7，b=5，c=6，2．混合炸药的氧平衡值计算

第六节炸药爆轰产物及氧平衡3.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，yx+y=1两种成份的氧平衡值分别为a和bax+by=O.B.解以上两个方程即可求两种成份的配比。②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=O.B.第六节炸药爆轰产物及氧平衡四、产生有害气体的原因炸药爆炸后产生有毒气体：其中主要有CO，NO和NO2，另外还有少量的N2O5，SO2和H2S，其主要原因是：

1．氧平衡偏离零氧平衡太大

2．爆轰反应不完全

第七节爆热爆热定义为：单位质量的炸药爆炸后所释放出来的热量，单位用kJ/kg来表示。一、爆热的测定

二、爆热的理论计算

1．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。例如：2H2+O2→2H2O(液态)+479.9kJ，那么气态水的生成热为：479.9/2=240kJ/mol；N2+O2→2NO-180.6kJ，NO的生成热是-180.6/2=-90.3kJ/mol。生成热分定容生成热和定压生成热

第七节爆热2．盖斯定律

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：Q1-2+Q2-3=Q1-3或：Q2-3=Q1-3-Q1-2

3．炸药爆炸反应方程式

第七节爆热“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。2°O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。4°N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。

第七节爆热举例说明：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>12=c负氧平衡C(CH2ONO2)4→4H2O+2CO+3CO2+2N2

第七节爆热例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

第七节爆热4．爆热计算示例

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)

第七节爆热例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)第八节爆炸功爆炸功是指炸药爆炸后，气体膨胀对岩石所做的功，也就是热能转化为机械功。-dU=dQ+dA绝热过程，即dQ=0，-dU=dA

内能的改变为：dU=CVdT

dA=-CVdT

一、炸药的理论爆炸功

炸药在理想条件下，对外界最大做功能力称为理想爆炸功。根据定容比热的定义，即：QV=CV(T1–T0)

≈CV

T1第八节爆炸功炸药爆炸后，真正用于破碎岩石的能量只占炸药中化学能量的一小部分，而大部分能量损失掉了，其中有：1．化学能损失（反应不完全）；2．气体动能损失（以很大的速度冲出，转化为冲击波）；3．热量损失（对介质加热，爆炸产物为完全冷却）。剩下部分才是对岩石所做的机械功：无用功（过粉碎，抛掷，地震波）；有用功（破碎，有用的抛掷）。真正破碎烟是的有用功：松动爆破占15~25%；抛掷爆破占3~6%。

第八节爆炸功三、爆力

铅壔法爆力值：X=(V2-V1)(1+K)-22式中：V1——爆前铅壔炮孔的容积，mL；V2——爆后铅铸炮孔的容积，mL；K——温度修正系数；22——铜壳电雷管15°C时的作功能力，mL。

1—雷管线；2—石英砂；3—铜壳电雷管；4—药包；5—铅壔（a）爆炸前的铅壔（b）爆炸后的铅壔图4-29炸药爆力测定法的铅壔第八节爆炸功四、猛度

铅柱压缩值：Δh=h0-h1

比较炸药的爆力和猛度，虽然它们都反映了炸药威力的大小，但并不是全面，只是从不同的侧面去反映起威力的大小。爆力，反映炸药在介质的内部做功能力的大小，显然它与爆容有关，另外也与爆热有关。

猛度，反映了炸药在介质外部做功的性能，在一定意义上反映了炸药的爆炸功率和冲量的大小，显然它主要取决于爆压的大小。（爆速和密度）当然亦与爆热有关

1-雷管；2-炸药；3-钢片；4-铅柱；5-钢板；6-细绳；7-爆炸后的铅柱图4-30炸药猛度测定方法第八节爆炸功四、爆破漏斗

V=1/3πr2D

矿用炸药补充内容：工业炸药的分类第一节铵梯炸药第三节铵油炸药第四节铵松蜡炸药第五节硝化甘油炸药第六节浆状炸药第七节水胶炸药第八