全国工程爆破技术人员统一培训内容

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)§2.1根本概念

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。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响。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。

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。燃放鞭炮炸药爆炸

核爆炸化学爆炸的三要素〔根本特征〕反响的放热性〔高温〕生成大量气体产物〔高压〕反响和传播的高速性〔高速〕三要素1〕反响的放热性放出热量是爆炸得以进行的首位必要条件。是使反响独立地、高速地进行的必须能源。下面以硝酸铵的不同化学反响为例：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响,根本上不受环境条件的影响；2〕燃烧的产物与反响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。火焰感度试验方法1—托架、2—导火索、3—标尺、4—火帽壳炸药名称爆发点/℃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〔1-19〕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b〕摩擦感度的测定：用摆式摩擦仪炸药名称乳化炸药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图1—17殉爆距离的测定1—雷管；2—主发装药；3—被发装药1)波的根本概念(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〕。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。P０＋△P０ρ０＋△ρ０波阵面（P0、ρ0、T0）图压缩波形成原理示意图R0R1

特点：波震面到达之处，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。R1P０-△P０ρ０-△ρ０波阵面（P0、ρ0、T0）R0图稀疏波形成原理示意图特点：波震面到达之处，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。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/s3)冲击波的根本方程(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，那么有：

将v=1/ρ带入(3)式有：e1-e2=(p1+p2)(v0-v1)(3a)公式(1a)(2a)(3a)那么是冲击波的三个根本方程，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)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到达的终点状态的连线。（3b）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）pⅡⅠ4)冲击波的根本知识(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。

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,从而形成冲击波图冲击波形成过程示意图xpp0pnoxt1t2t3tnot

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(2)冲击波的根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。(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。(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〕化学反响区；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响区合起来叫做爆轰波阵面。P1P2D炸药P0L221100图4—12爆轰波结构示意图p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）

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。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恒定迅速衰减爆轰波的雨果尼奥方程的物理意义(5)爆轰波稳定传播的条件：D=cH+uH由于稀疏波和化学反响区都以当地音速〔u+c)的速度跟随在冲击波头后传播。如果u+c＞D，稀疏波就会侵入反响区，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，反响区内也有局部区域存在u+c＜D的情况，这局部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。(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

产物温度以上几式与空气冲击波比较可知：〔参见爆轰波结构图〕§2.4爆炸反响的有关参数分子式(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举例说明：例1：写出TNT的爆炸反响方程式，C6H2(NO2)3CH3TNT改写成CaHbOcNd，刚刚讲了是负氧平衡，a=7b=5c=6d=3C6H2(NO2)3CH3→2.5H2O+3.5CO+3.5C+1.5N2例2：写出泰安的爆炸反响方程式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经验法计算爆热〔阿瓦克尼亚法〕(5)影响爆热的因素注：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）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-钢管图导爆索方法测定爆速(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，将计数门电路翻开