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1、沈阳理工大学学士学术论文摘 要 破岩技术主要用在化学岩石用炸药爆炸和民用建筑上，目是通过化合物反应产生的热和气体爆炸让目标粉碎。最初人们用的是黑火药，黑火药不稳定而且反应过程中产生大量有害物质，TNT的出现取代了黑火药，TNT威力巨大而且性能好，还可以在水中引爆，但是同样有缺点就是爆炸后会产生大量的有害气体，不能适应现在人们的需要。铝热剂不会产生有害气体，因此受到人们的关注。 本文主要研究铝热剂的制备，通过活泼金属和金属氧化物发生铝热反应产生能量和热量来实现破岩。通过不同的金属和金属氧化物的比对，找出最佳的组合，但是又要考虑到现实的生产成本，最终选定的是铝和氧化铁这组，不仅仅成本低而且反应剧烈
2、。为了提高反应威力在混合药品中加入有机物，因为有机物反应会产生大量的热和气体，从而加大了最终产生的威力。关键词：铝热剂；金属；金属氧化物；破岩技术；有机物Abstract Rock technology is mainly used in chemical rock explosive blast and civil construction. The main purpose of which is produced by the reaction of compound heat and gas explosion shattered totarget. At first people u
3、sed gunpowder. Gunpowder produced a lot of harmful substances during the reaction, TNT production to replace the position of black powder。TNT is powerful and good performance and is detonated in the water.But there are also shortcomings which produces a large number of harmful gas after the explosio
4、n. It can not adapt to the needs of the people now. The thermite does not produce harmful gases ,so people are attention to it.This paper is to study the preparation of thermit. Through active thermite reaction of metal and metal oxide to produce heat energy and to implement the broken rock. Through
5、 the different metal boxes, metal oxide, finding out the best of a group. Through active metal and metal oxide thermite reaction occurs to produce energy and heat to achieve rock-breaking . Not only the cost is low but aiso the reaction is violent liquid. In order to improve the reaction force in th
6、e mixed with organic drugs. Besause organic reactions can produce large amounts of heat and gas, thereby increasing the final produce power.Key words: thermit；metals；metal oxides；rock technology；the organic matter目 录1 绪论11.1 破岩技术的发展史11.2 破岩技术的原理11.2.1 爆生气体膨胀作用11.2.2 爆炸应力波反射拉伸作用11.2.3 爆破的内部作用无限介质中的爆破
7、作用21.2.4 爆破的外部作用 半无限岩石介质中的爆破作用21.3 破岩技术的分类21.3.1 爆炸破碎21.3.2 机械破碎21.3.3 水射流破碎31.3.4 热力破碎31.4 破岩技术中所用的炸药31.4.1 硝铵炸药31.4.2 铵油炸药31.4.3 含水炸药41.4.4 硝化甘油系炸药41.5 爆破技术的危害41.5.1 地震波41.5.2 爆破飞散物41.5.3 空气冲击波51.5.4 有毒气体51.5.5 爆破粉尘51.6 爆破技术的现状61.7 铝热剂61.7.1 铝热剂的介绍61.7.2 铝的介绍71.7.3 氧化亚铁介绍81.7.4 镁的介绍81.7.5 氧化锰的介绍81
8、.8 全自动微机差热仪的介绍91.8.1 全自动微机差热仪的仪器特点91.8.2 仪器指标101.9 主要研究内容101.10 课题设计探究方案112 实验部分122.1 实验药品与实验器材122.2 实验的设计132.2.1 氧化锰的制备142.2.2 实验的反应式:142.3 实验步骤152.3.1 实验中用高压电并加入引燃剂的步骤152.3.2 实验中用高压电不加引燃剂的步骤162.3.3 实验中用电阻丝点燃并加入引燃剂的步骤162.2.4 实验中电阻丝引燃不加引燃剂的步骤172.4 实验的改进172.4.1 加入有机物的实验182.4.2 用电阻丝引燃加有机物实验182.5 分析数据的
9、实验过程182.6 本章总结193 结果与讨论203.1 实验结果203.1.1 加入引燃剂高压电点燃的爆炸结果203.1.2 不加引燃剂高压电点燃的爆炸结果213.1.3 加入引燃电阻丝点燃爆炸结果223.1.4 不加引燃剂电阻丝点燃爆炸的结果223.1.5 不加引燃剂加尿素电阻丝点燃爆炸的结果233.2 差热分析的原理243.3 差热分析253.3.1 蔗糖、铝和二氧化锰的差热分析253.3.2 蔗糖，镁和二氧化锰的差热分析273.3.3 三氧化二铁、蔗糖和镁的差热分析293.3.4 三氧化二铁、铝和蔗糖的图像分析313.3.5 差热分析法对实验结果的探讨333.4 经济效益343.5 本
10、章的结果34致 谢35参考文献36附录A 英文原文37附录B 汉语翻译42491 绪 论1.1 破岩技术的发展史中国于公元前11世纪之前（殷商时期），已用铜锛、铜斧破碎岩石。公元前5世纪起（战国时期），采用铁斧、铁锤、铁钎，这是破碎岩石工具的一大进步。公元10世纪后（北宋）出现利用热力破碎岩石的方法。17世纪匈牙利有利用黑火药采矿的记载。19世纪下半叶制成了凿岩机，发明了硝化甘油炸药。20世纪上半叶使用了硬质合金钎头和深孔爆破，使岩石破碎技术达到一个新的水平。19世纪末开始采用机械破岩方法，相继出现了截煤机、钻井机、采煤机、巷道联合掘进机、斗轮挖掘机等，使软弱矿岩的采掘工艺发生了显著变化。20
11、世纪50年代以来，研究了热、电、磁、光、声、核射线等物理方法破碎岩石，但除热力方法外均未达到实用阶段1。1.2 破岩技术的原理岩体在冲击荷载的作用下产生应力波或冲击波，它在岩体中传播，引起岩石变形乃至破坏，炸药爆炸首先形成应力脉冲，使岩石表面产生变形和运动。由于爆轰压力瞬间高达数千乃至数万兆帕，从而在岩石表面形成冲击波，并在岩石中传播2。1.2.1 爆生气体膨胀作用炸药爆炸生成高温高压气体，膨胀做功引起岩石破坏。爆生气体膨胀力引起岩石质点的径向位移，由于药包距自由面的距离在各个方向上不一样，质点位移所受的阻力就不同，最小抵抗线方向阻力最小，岩石质点位移速度最高，正是由于相邻岩石质点移动速度不同
12、，造成了岩石中的剪切应力，一旦剪切应力大于岩石的抗剪强度，岩石即发生剪切破坏，破碎的岩石又在爆生气体膨胀推动下沿径向抛出，形成一倒锥形的爆破漏斗坑。1.2.2 爆炸应力波反射拉伸作用岩体中爆炸应力波在自由面反射后形成反射拉伸波引起岩石破碎，岩石的破坏形式是拉应力大于岩石的抗拉强度而产生的。岩石是被拉断的，岩石爆破破碎正是爆生气体和爆炸应力波综合作用的结果，因为冲击波对岩石的破碎作用时间短，而爆生气体的作用时间长，爆生气体的膨胀促进了裂隙的发展。同样，反射拉伸波也加强了径向裂隙的扩展，岩体内最初裂隙的形成是由冲击波或应力波造成的，随后爆生气体渗入裂隙并在准静态压力作用下，使应力波形成的裂隙进一步
13、扩展，爆生气体膨胀的准静态能量是破碎岩石的主要能源3。1.2.3 爆破的内部作用无限介质中的爆破作用岩石内药包中心距自由面的垂直距离称为抵抗线。对于一定量的装药来说，若抵抗线超过某一临界值时，可以认为药包处在无限岩石介质中。此时药包爆炸后，在自由面上不会看到爆破的迹象，这种爆破作用叫做爆破的内部作用。根据岩石的破坏情况，除了在装药处形成扩大空腔外，还将从爆源向外产生压缩粉碎区、破裂区和震动区。1.2.4 爆破的外部作用 半无限岩石介质中的爆破作用当抵抗线小于临界抵抗线时，爆破作用不仅发生在岩石内部，还将引起自由面附近岩石的破碎、移动和抛掷，形成爆破漏斗。这种爆破作用即为外部作用。1.3 破岩技
14、术的分类破岩技术是采掘作业中使部分岩体脱离母体并破碎成岩块的工艺和理论。有爆炸破碎、机械破碎、水射流破碎和热力破碎等四种。研究岩石破碎的主要任务是：揭示破碎岩石的能耗和破碎效果间的联系，探求破碎载荷和岩石坚固性及破碎参数间的关系，研制安全、经济、高效采掘机具和器材，寻求新的破碎方法4。1.3.1 爆炸破碎利用炸药或其他爆炸物瞬间释放的巨大能量破碎岩石，目前应用最广也最有效。1.3.2 机械破碎分切削、冲凿、碾压、研磨四种方式。破岩时,破岩工具进入岩石，在工具移动前方的岩体内，出现密实核。在密实核周围产生较大块的崩碎体。机械破碎在硬岩中应用不广的主要原因是工具磨损严重。其磨损程度主要取决于岩石内
15、硬矿物(主要是石英)的含量和颗粒大小岩石破碎。1.3.3 水射流破碎分低压大流量和高压小流量两种。前者压力不超过2107Pa，多用于水力采矿或采煤砂矿露天水力开采；后者压力可达几亿帕(Pa)以上，用来切割岩石。此外还研制出脉冲式射流技术，可有效地破碎坚固岩石而且无需很大功率。目前最高的瞬间压力，已达5.6GPa。高压水射流破碎岩石的能耗高，机械构造较复杂，目前多作为掘进机和露天牙轮钻机破碎岩石的辅助手段7。1.3.4 热力破碎在岩体内形成高的温度梯度，并利用岩石各组分的热胀系数不同，形成热应力，使岩体剥落或酥碎。含石英较多的岩石使用此法效果较好。现代加热方法有铝热剂、火焰喷射、等离子焰、微波、高能电子束、强大的击穿电流、激光等。但除火焰喷射法（火钻）外，其他均处于试验阶段。为选用合理的岩石破碎方法，将岩石按破碎难易程度分级。分级指标有普氏坚固性系数f、可钻性、可爆性、侵入硬度和凿岩比功
