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1、第六章 煤矿爆破安全第一节 爆破安全基础知识爆炸是某一种物质系统在发生迅速的物理或化学变化时，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机械功，同时伴随有强烈的放热、发光和声响等效应的现象。爆炸分物理爆炸、化学爆炸和核爆炸三种类型。爆炸前后仅是物质形态发生变化，而其化学成分和性质没有改变的爆炸现象为物理爆炸；与之相反，爆炸前后，物质的化学性质发生变化的爆炸为化学爆炸，炸药爆炸就是典型的化学爆炸；核爆炸是由于核聚变或核裂变反应放出巨大的能量而造成的爆炸。一、炸药爆炸的特征（一）爆炸要素1.炸药的特征炸药有3个主要特征：炸药是能发生自身燃烧和爆炸反应的物质。炸药是具有化学爆炸特性的相对
2、稳定的物质。炸药的能量密度很高。2.炸药爆炸的三要素炸药要发生爆炸，需要满足3个条件，这3个条件又称作炸药爆炸的三要素。（1）放出大量的热。炸药爆炸过程中释放的大量热能是其对周围介质做功的能源。放热量小或吸热反应的物质，都不能维持反应的自动进行而发生爆炸。这是炸药爆炸的首要条件。（2）反应速度快。反应过程仅仅释放大量的热能还不足以形成爆炸，如1 kg煤的燃烧比l kg炸药爆炸放出的热量还大，但煤的燃烧一般并不能形成爆炸。只有高速进行的化学反应，反应过程中生成的气体来不及向周围膨胀，释放的热量才能集中，形成高温高压的反应产物才能对周围介质做功。（3）生成大量的气体。爆炸生成的气体是做功的介质，只
3、有反应过程生成大量的气体，爆炸才可能发生。（二）炸药的反应形式与安全由于炸药的化学反应速度、激发条件、炸药性质和其他因素的不同，其反应形式也各不相同，一般可分为热分解、燃烧、爆炸3种形式。1热分解热分解是缓慢进行的化学变化过程，在常温下也可以进行，但在反应过程中不产生火、光和声响，不易被察觉，对外界没有破坏作用。热分解的速度主要取决于环境温度，温度越高热分解速度越快。当温度达到炸药的爆发点时，热分解就会发生转化，使炸药燃烧或爆炸。不同的炸药热分解速度不同，热分解反应的快慢，能反映炸药的热安定性。因此，在炸药生产过程和运输贮存时要特别注意控制周围的温度、湿度和压力等条件，防止发生自燃、自爆等事故
4、。2燃烧燃烧是炸药在热源或火焰作用下引起的化学反应过程。燃烧只在反应区内进行，反应区内外炸药温度、反应速度明显不同。燃烧速度的大小受外界条件，特别是压力的影响较大。因此，贮存炸药要特别考虑到热分解，注意改善通风条件，防止炸药在封闭条件下燃烧。一旦炸药发生燃烧，切不可用砂土掩盖。因为炸药本身含有氧化剂和可燃物，不需要空气中的氧就能进行燃烧，封闭反而会导致压力升高，加快燃烧速度，甚至引起爆炸。3爆炸炸药的爆炸和燃烧基本类似，化学反应也是在局部区域内进行的。它和燃烧的主要区别是：燃烧靠热传导来传递能量和激起化学反应，而爆炸是靠瞬间产生的冲击波作用来传递能量和激起化学反应；燃烧受环境影响较大，而爆炸基
5、本上不受环境的影响；爆炸反应比燃烧更为激烈；燃烧产物的运动方向和反应区传播的方向相反，而爆炸产物的运动方向则和反应区传播方向相同，从而爆炸可以产生很大的压力。爆炸速度增长到稳定爆速的最大值时就转化为爆轰，爆轰是指炸药以最大稳定速度进行的反应过程。特定的炸药在特定的条件下的爆轰速度为常数。爆炸和爆轰并无本质上的区别，只不过是传播速度不同而已。爆轰的传播速度是恒定的，爆炸的传播速度是可变的，就这个意义上讲，也可以认为爆轰是爆炸的一种特殊形式，即稳定的爆炸。炸药的上述几种反应形式之间有着密切的关系，在一定的条件下各种形式之间可以相互转化。燃烧着的炸药在封闭条件下可以由燃烧转化为爆炸；在起爆良好条件下
6、弱性炸药可以转化为稳定爆轰；受潮变质的炸药有可能由爆炸转化为燃烧，这不仅放出更多的有毒气体，而且对含有瓦斯煤尘的矿井更易引起事故。工作中应创造良好的条件，使炸药爆炸反应处于稳定爆轰状态，取得好的爆破效果。二、炸药的感度与安全（一）起爆和起爆能炸药是一种相对稳定的物质，既具有稳定性有具有爆炸性。在没有外界作用时不发生爆炸反应，只有受到外界足够能量的作用时才能激起爆炸。为使炸药爆炸，外界对炸药所施加的最低能量，称为起爆能。炸药受外界作用发生的爆炸过程称为起爆。了解起爆和起爆能，对于正确选用起爆形式，防止爆破事故的发生十分重要。工业炸药常用的起爆能有以下3种形式：1热能即利用加热作用如火焰、火星、电
7、热等形式使炸药起爆。这是一种基本形式。矿山爆破使用的工业雷管就是利用这种起爆能。2机械能即通过冲击、摩擦或针刺等机械作用，使炸药分子间产生强烈的相对运动，并在瞬间把机械能转化为热能，使炸药起爆。这种起爆能不安全且不方便，因而在工业上很少采用。在炸药的贮存、运输和使用中，必须充分考虑机械能引起爆炸的可能性，这种事故经常发生。3爆炸能即利用炸药的爆炸来起爆另一些炸药。这是爆破工程中最广泛采用的起爆能。常用的有雷管、导爆索和中继起爆药等爆炸能。（二）炸药的感度与安全炸药的感度是指炸药在外界起爆能的作用下发生爆炸的难易程度。炸药感度的高低以激发炸药爆炸反应所需起爆能的大小来衡量。炸药起爆时所需起爆能越
8、小，表示炸药感度越高；反之，所需起爆能越大，则表示炸药感度越低。 炸药的感度应当适中，感度过高会给生产、贮存、运输、使用带来危险；感度过低会给爆破工作带来较大的困难。炸药的感度因起爆能形式的不同而异。在实际应用中，不可简单地根据某种炸药对某种外界能量的感度，等效地衡量对另一种外界能量的感度，必须综合炸药对各种外界能量的感度，全面评价炸药的感度。 根据工业炸药常用的几种外界能量形式，为确保对炸药的安全使用，一般要考虑炸药的热感度、机械感度、爆轰感度、殉爆感度和静电感度，并采取相应的测定方法加以检验。1热感度炸药的热感度是指炸药在热能作用下发生爆炸的难易程度。通常用爆发点、火焰感度来表示。(1)炸
9、药的爆发点。在特定的条件下，在规定的时间内（5 min）炸药起爆时所需加热的最低温度称为爆发点。爆发点越低则表明炸药对热能的感度越高；反之，炸药的热能感度越低。炸药的粒度、含水率、混合炸药的混合均匀性都影响炸药的爆发点。在制造、贮存和使用时要加以注意。(2)炸药的火焰感度。炸药在明火（火焰、火星）作用下发生爆炸的难易程度称为火焰感度。不同炸药对火焰点燃发生化学变化的程度不同。对于雷管中的起爆药，用火焰点燃立即爆炸；对于一般的工业炸药，通常只会产生不同程度的燃烧，但在封闭状态下则会转化为爆炸。2机械感度炸药的机械感度是指炸药在机械能作用下发生爆炸的难易程度。炸药在生产、运输、使用过程中，不可避免
10、地要发生机械碰撞、摩擦、挤压等作用。为了解决炸药在这些过程中的安全问题，需要了解和掌握炸药的机械感度。一般起爆药比工业炸药的机械感度高，因此，在使用雷管时要特别注意轻拿轻放，避免撞击以免发生事故。机械感度主要包括冲击感度和摩擦感度。工业炸药的冲击感度采用专用的立式落锤仪测定；炸药的摩擦感度常采用摆式摩擦仪测定。3爆轰感度炸药的爆轰感度是指炸药在其他炸药爆炸作用下发生爆炸的难易程度。在工程爆破中，引爆炸药并保证其稳定爆轰所需要的起爆能决定于炸药的爆轰感度。炸药的爆轰感度常用极限药量来表示。爆破工程中常用炸药的殉爆能力来定性地比较炸药爆轰感度的大小。所谓极限药量是指可使炸药爆轰的最小起爆药量。最小
11、起爆药量越小，表示炸药的爆轰感度越大；反之，表示炸药的爆轰感度越小。4殉爆感度一个药包的爆炸可以激发相隔一定距离处的另一药包的爆炸，这种现象叫做炸药的殉爆。殉爆的发生是因为主动药包爆炸时产生的炽热气体或固体颗粒，以及在两个药包中间介质中产生的冲击波对被动药包的作用引起的。炸药发生殉爆的难易程度称为炸药的殉爆感度。对炸药的殉爆研究十分重要。在炮眼装药时，如果药卷接触不紧密或药卷之间存留有岩粉等惰性物质，或者炸药殉爆感度较低，则容易发生不完全爆炸或燃烧现象，这不仅降低了爆破效率，而且在有瓦斯和煤尘的工作面，有可能引发事故。5静电感度炸药的静电感度包括两个方面。一是炸药摩擦时产生静电的难易程度；二是
12、在静电火花的作用下炸药发生爆炸的难易程度。常用炸药都是静电的绝缘体，当炸药颗粒之间或炸药与其他物体发生摩擦时，很容易产生静电，并积聚静电荷达到高电压。当所带的静电能量足够大时，在适当的条件下就会发生静电放电而引起炸药的燃烧或爆炸事故。三、炸药爆炸炮烟的危害1爆炸产物中的有毒气体爆炸反应的实质是炸药中所含氧、碳、氢、氮等元素之间的化学反应，生成较为稳定的化合物，煤矿许用炸药理想状态下爆炸反应主要生成物有氮气、二氧化碳、水等，而煤矿井下爆破条件的特殊性，爆炸产物中主要有二氧化碳、水、一氧化碳、二氧化氮、一氧化氮、碳、氧气、氮气等。其中有毒气体主要有一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮等，在含硫矿床中爆破时
13、，还会出现硫化氢和二氧化硫。这些气体不仅对人体有害，而且能对井下瓦斯煤尘爆炸反应起催化作用。因此，消除和减小有害气体的危害是十分重要的。2减少或消除有毒气体的措施(1)正确选择工业炸药的配方。为了减小或消除有毒气体的危害，首先是设计与选择工业炸药的合理配方，并通过实验室与工业性试验得出结论方可使用。用户对选用的炸药，特别是新品种炸药的性能、规格、使用范围必须了解。有条件的矿山还要检验厂方提供的包括有毒气体在内的各项指标是否正确与合乎要求。(2)正确使用炸药。炸药反应完全程度与炸药组分、炸药密度、炸药颗粒、起爆能、装药直径和外壳材料等因素有关。所以，在使用时要保证炸药完全爆炸，减少有毒气体的生成
14、量。在煤矿须用炸药中，因含有能起催化作用的碱金属盐类消焰剂，其产生的有毒气体量比非安全炸药少。(3)加强洒水与通风。加强通风可驱散密度较小的一氧化碳。加强洒水，一方面可把溶解度高的氮氧化物转变为亚硝酸与硝酸；另一方面亦有助于把难溶的氧化氮从碎石或岩缝中驱逐出来，以便随风流带出工作面。水中加入一定浓度的碱性溶液如石灰水效果会更好。四、影响炸药传爆稳定性的因素1装药直径如果炸药发生不稳定爆炸，不仅使炸药能量得不到充分利用，而且对安全极为不利。在实际工作中，要求稳定爆炸是十分必要的。要实现装药的稳定爆轰传播，炸药的装药直径必须大于炸药在该装药条件下的临界装药直径。否则，爆轰波将不能维持恒速传播，爆炸
15、速度衰减以致中断。2装药条件炸药的装药条件，如装药密度、颗粒大小、外壳性质，装药周围介质和间隙大小均对稳定传播和安全有较大的影响。外壳越坚固，最佳密度范围内密度越大，约束条件越好越有利于阻止或减弱由膨胀引起的侧向扩散的影响，炸药爆炸反应就越充分，爆生气体量就越多，爆破效果就越好，爆破安全性就越高。五、爆破自由面与最小抵抗线1爆破自由面被爆破的岩体或煤体与空气接触的界面叫爆破自由面。自由面对爆破的作用是：装药炮眼可利用的自由面愈多，爆破效果就愈好，爆破能量的利用率就愈高，炸药的单位消耗量愈少。2最小抵抗线从装药重心到自由面的最短距离称为最小抵抗线。煤矿安全规程规定，工作面有2个或2个以上自由面时
16、，在煤层中最小抵抗线不得小于0.5m，在岩层中最小抵抗线不得小于0.3m。浅眼装药爆破大岩块时，最小抵抗线和封泥长度都不得小于O.3m。 最小抵抗线小于规定值，就威胁安全。随着自由面的个数增加，最小抵抗线个数也相应增加。炸药爆炸时，其冲击波首先冲破抵抗线最小自由面。如果违反煤矿安全规程的规定，爆炸生成高温高压的冲击波，容易引燃或引爆瓦斯和煤尘；同时由于抵抗线太小，炸药达不到安全爆炸，爆炸生成的灼热固体颗粒也容易引燃或引爆瓦斯和煤尘。因此违反煤矿安全规程关于最小抵抗线的规定是极其危险的。但是，抵抗线太大会影响到爆破效果。六、爆破作业引起瓦斯、煤尘爆炸的原因 1爆炸空气冲击波的发火作用炸药爆炸形成的空气冲击波具有很大的
