1第一章 爆破工程概论1.1 工程爆破主要有哪些方法?答:1)按药包形状分类:集中药包法最长边不超过最短边的 4 倍(辐射状作用) 平面药包法炸药包的直径大于其厚度的 3 或 4 倍(柱面波作用) 延长药包法最长边超过最短边或直径的 4 倍(长度大于 17~18 倍直径) (近似平面波作用)异形药包法2)按装药方式与装药空间形状的不同分类 药室法(集中装药和条形装药) 、药壶法(集中药包法) 、炮孔法(延长药包法) 、裸露药包法第二章 爆破器材与起爆技术2.1 对工业炸药的基本要求有哪些?答:1)具有足够的炸药能量,爆炸性能良好,且有足够的爆炸威力;2)具有合适的感度,既能用工业雷管引爆,又能确保制造、运输、储存和使用等方面的安全;3 炸药的反应接近零氧平衡,即爆后生成的有毒气体不得超过安全规定所允许的标准;4)具有一定的化学安定性,在存储中不变质、老化、失效甚至爆炸,具有一定的存储期;5)原料来源广,制造工艺简单,价格便宜 2.2 试比较铵梯炸药、铵油炸药的优缺点及组成成分答:铵梯炸药组成:NH4NO3 ─ 铵梯炸药的主要成分,氧化剂TNT (黑索金)─ 敏化剂(还原剂) 、可燃剂木粉(柴油、Al 粉) ─ 可燃剂沥青(石蜡、松香等)─ 憎水剂谷糠(木粉) ─ 疏松剂NaCl(KCl) ─ 消焰剂岩石硝铵炸药。
适用于岩石隧道、巷道的掘进,由硝酸铵、梯恩梯和木粉三种成分组成有毒气体 80L.kg-1) 露天硝铵炸药梯恩梯含量低煤矿硝铵炸药有毒气体生成量少,瓦斯、煤尘爆炸 高威力硝铵炸药高威力炸药、中威力炸药(猛度 10~16mm ,爆速3000m/s~4000m/s;) ,低威力炸药铵油炸药:是一种无梯炸药(廉价炸药)最广泛使用的一种是含粒状硝酸铵(94%)和轻柴油(6%)的氧平衡混合物为了减少炸药的结块现象,可适量加入木粉作为疏松剂,和表面活性剂特点:铵油炸药与铵梯炸药相比成分简单,原料来源充足,成本低,制造使用安全,可自己制造,一般用于露天爆破感度低,起爆比较困难,吸潮及固结的趋势更为强烈 2性能及配比原则(硝酸铵粒度和含水量)2.3 试比较水胶炸药和乳化炸药的组成、优缺点答:水胶炸药:主要由氧化剂、水溶液、敏化剂、胶凝剂和交联剂组成,有时加入少量交联延迟剂、抗冻剂、表面活性剂和安定剂,以改善炸药的性能水胶炸药的特点:抗水性强,适合于有水工作面的爆破作业;机械感度低,安全性好;爆炸产生的炮烟少,有毒气体含量少;炸药的威力高,猛度和爆速值一般高于岩石铵梯炸药;具有塑性和流动性,有利于机械化装填,可提高工作效率、装药密度和爆破效果。
乳化炸药:也称乳胶炸药,是在水胶炸药的基础上发展起来的一种新型抗水炸药它由氧化剂水溶液、燃料油、乳化剂、稳定剂、敏化发泡剂、高热剂等成分组成乳化炸药的特点:乳化炸药不含有爆炸性能的敏化剂,炸药的敏化是通过加入发泡剂,使其产生大量的气泡或直接加入空心多孔物质实现的乳化炸药的密度可调范围较宽、爆速、起爆敏感度高、猛度较高、抗水性能比水胶炸药更强;加工使用安全,可实现装药机械化;原料广泛,加工简单;适合各种条件下的爆破作业2.4 最大安全电流、最小发火电流、发火冲能答:最大安全电流:给电雷管通以恒定直流电,5min 内不致引爆雷管的电流最大值,称为最大安全电流,又称工作电流最小发火电流:给电雷管通以恒定直流电,能准确地引爆雷管的最小电流值,称为最小发生电流,一般不大于 0.7A发火冲能:电雷管在点燃 tB 时间内,每欧姆桥丝所提供的热能称为发火冲能,在 tB 内,若直流电为I,则发火冲能为: BtIK22.5 常用的起爆方法有哪几种?试述各种起爆方法所用的器材 (自己总结)第三章 炸药爆炸的基本理论3.1 炸药爆炸必须具备哪三个基本要素?为什么? 答:1)反应的放热性:因为爆炸过程必须是一种放热的分解反应,所以必须先供给能量,分解活化或破坏其原来的结构,重新组成新的产物分子;且爆炸时先要进行能量转换,将内含能转变为热能,再由热能转变为机械能对外做功。
所以需要放热以提供做功的能量2)反映的快速性:反应的快速性使炸药爆炸时产生的气体来不及发生膨胀,同时减少了热量的热传递和热传导的损失,使炸药达到一个很高的能量密度,进而使炸药拥有巨大的做功能力3)生成大量气体:爆炸对环境介质做功是通过高温高压的气体膨胀实现的,也就是说气体产物是炸药爆炸时对外做功的工质3.2 炸药化学变化的基本形式是什么?答:1)缓慢分解(热分解):常温常压下,炸药会自行分解,它是在整个炸药内部展开的,炸药内各点的温度相同没有集中反应区2)燃烧:燃烧反应是从炸药的某个局部开始,然后沿着炸药的表面或条形的轴向方向以缓慢的速度靠热传导向未反应区传播 3)爆炸:反应从局部开始,靠冲击波向未反应区迅速传播,无论在密闭还是敞开条件3下,均可产生较大压力,并伴随光、声等效应的过程,以每秒数百米至数千米的速度进行3.3 什么叫氧平衡?有几种类型?配置时为什么要选用零氧平衡?答:炸药内含氧量与可燃元素充分氧化所需氧量之间的关系称为氧平衡用每克炸药中剩余或不足氧量的克数或百分数表示类型:正氧平衡( Kb> 0) 、负氧平衡(K b<0)和零氧平衡(K b=0)零氧平衡炸药因氧和可燃元素都能得到充分利用,故在理想反应条件下,能放出大热量,而且不会生成有毒气体。
3.4 求下列炸药的氧平衡,写出它们的爆炸反应方程式并计算包容: ①硝化乙二醇;②奥可托金;③苦味酸;④1 号岩石炸药(硝酸铵 82%,TNT14%,木粉 4%) ;⑤铵油炸药(硝酸铵 92%,柴油 4%,木粉 4%) 解:硝化乙二醇:C 2H4(ONO)2 ;奥可托金:C 4H4N4(NO2)4 ;苦味酸:C 6H2(NO2)3; 大家自行看书解答3.5 什么是炸药的爆容、爆热爆温和爆压?答:爆容:单位质量炸药爆炸时,气体产物在标准状态(00C 和一个大气压)下的体积,用V0 表示,单位 L/kg爆热:单位质量炸药在定容条件下爆炸所释放的热量称为爆热,其单位是 kJ/kg 或kJ/mol 爆温:爆温是指炸药爆炸时放出的能量将爆炸产物加热到的最高温度爆压:爆轰产物在爆炸完成的瞬间所具有的压力称为爆压,单位为 MPa3.6 试述热能起爆机理?答:三点假设:1)在整个炸药中各处温度相同且不随时间变化,即炸药的温度 T=const2)环境温度恒定,即炸药周围的温度 T0= const3)如果炸药要发生爆炸,则要求 T>T0,且 T 与 T0 相差不大单位时间里炸药所放出的热量大于散失给周围环境的热量,在炸药中产生热积累,同时,炸药的放热反应速度大于散热速度产生的热积累,温度不断升高,使反应加速导致爆炸。
3.7 什么是爆轰波?答:在炸药中传播并伴随又有高速化学反应的冲击波就叫爆轰波,也称为反应性冲击波或自持性冲击波3.8 试述影响炸药爆速的主要因素?答:1) 药卷直径的影响:当装药直径大到一定值后,爆速就接近于理想爆速 DH,与其对应的装药致敬 dL 称为极限直径,此时爆速不随装药直径的变化而变化当装药直径小于极限直径时,爆速将随装药直径减小而减小,当装药直径小到一定值后便不能维持炸药的稳定爆轰能维持炸药稳定爆轰的最小直径称为炸药的临界直径 dK,与其相应的爆速称为临界爆速 DK2)炸药密度的影响:对单质炸药,因增大密度既提高了理想爆速,又减小了临界直径,在达到结晶密度之前,爆速随密度增大而增大对混合炸药,增大密度虽然提高理想爆速,但相应地也增大了临界直径当药卷直径一定时,存在有使爆速达最大的密度值,这个密度称为最佳密度 3)炸药粒度的影响:一般情况下,炸药粒度细、临界直径和极限直径减小,爆速增高4但混合炸药中不同成分的粒度对临界直径的影响也不完全一样其敏感成分的粒度越细,临界直径越小,爆速越高;而相对钝感成分的粒度越细,临界直径增大,爆速也相应减小;但粒度细到一定程度后,临界直径又随粒度减小而减小,爆速也相应增大。
4)装药外壳的影响:装药外壳可以限制炸药爆轰时反应区爆轰产物的侧向飞散,从而减小炸药的临界直径当装药直径较小时,爆速距理想爆速较大时,增加外壳可以提高爆速,其效果与加大装药直径相同 5)起爆冲能的影响:起爆冲能不会影响炸药的理想爆速,但要使炸药达到稳定爆轰,必须供给炸药足够的起爆能,且激发冲击波速度必须大于炸药的临界爆速 3.9 炸药爆炸作用有哪两种?答:炸药的爆炸作用可分为动作用和静作用两部分:动作用:利用炸药爆炸产生冲击波或应力波形成的破坏作用称为炸药爆炸的动作用;静作用:利用爆炸气体产物的流体静压或膨胀功形成的破坏或抛掷作用称为炸药爆炸的(准)静作用3.10 何为炸药的爆力和猛度?答:爆力:炸药的爆力是爆炸产物对周围介质膨胀做功的能力(静作用) 猛度:炸药爆炸产生冲击波和应力波的作用强度称为猛度第四章 岩石中爆炸的基本理论4.1 何为岩石的波阻抗?其物理意义是什么?答:岩石的密度 ρ 与纵波在该岩石中传播速度 Cp 的乘积其物理意义是使岩石介质产生单位质点运动速度所需的应力波的应力值 4.2 岩石爆炸破岩理论有哪几种假说?答:岩石爆破破岩机理三种假说1)爆生气体膨胀作用理论(静作用理论)该理论认为使岩石破碎和抛掷的推力是炸药爆炸过程中建立起来的巨大的气体膨胀压力,这一假说完全忽视冲击波的作用。
实验基础:早期的黑火药爆破漏斗理论2)反射拉伸应力波作用理论(动作用理论)该理论单纯强调冲击波的作用,认为岩石破碎是由于爆炸产生的压缩应力波从自由面反射而形成的拉伸应力引起的这种拉伸应力,从自由面朝向装药的位置将岩石成片拉裂这种假说忽视了爆生气体的作用实验基础:杆件和板件实验3)爆生气体和应力波共同作用理论该理论认为岩石的破碎是冲击波和爆生气体压力综合作用的结果生产和试验研究证明,这种假说客观地、全面地反映了爆破破岩的机理 实质:最初裂隙由应力波造成,随后爆生气体渗入裂隙,并在准静态作用下使裂隙扩展4.3 什么叫爆破的内部作用和外部作用?答:爆破内部作用:当药包爆炸后,在自由面上不会看到爆破迹象也就是说,爆破作用只发生在岩石的内部,未能达到自由面,药包的这种作用叫做爆破的内部作用 爆破外部作用:当最小抵抗线小于临界抵抗线时,即不是在无限岩石中,而是在半无限5岩石中装药爆破时,炸药爆炸后除发生内部的破坏作用外,自由面附近也将发生破坏也就是说,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4.4 试简述爆破内部作用和外部作用时,岩石的破坏过程答:爆破内部作用岩石破坏过程:1)压缩粉碎区的形成 炸药爆炸后,产生二、三千度以上的高温和几万兆帕的高压,形成每秒数千米速度的冲击波,伴之以高压气体在微秒量级的瞬时内作用在紧靠药包的岩壁上。
2)裂隙区的形成 ①径向裂隙的形成 当粉碎区形成后,冲击波衰减成为应力波,其压力已低于岩石的抗压强度,不足以压坏岩石,但仍以弹性波的形式向岩石周围传播,相应地产生岩石质点的径向位移,其径向压应力 σr1 导致切向拉应力 σθ2 的产生爆生气体作用在爆炸空腔的岩壁上,形成准静压应力场在高压气体的膨胀挤压、气楔作用下,径向裂隙继续扩展和延伸,并且在裂隙尖端处的气体压力下引起应力集中,加速裂隙的扩展,构成了靠近粉碎区的内密外疏、开始宽末端细的径向裂隙 ②环向裂隙的形成 在冲击波、应力波作用下,岩石受到强烈的压缩,积蓄了一部分弹性变形能当粉碎区空腔形成,径向裂隙展开,压力迅速下降到一定程度时,原先在药包周围的岩石释放出压缩过程中积蓄的弹性变形能,并转变为卸载波,形成与压应力波作用方向相反的拉应力 σr1,使岩石质点产生反向的径向运动③在径向裂隙与环向裂隙形成的同时,受径向应力和切向应力作用的结果,还可能形成剪切裂隙这样应力作用首先形成了初始裂隙,接着爆轰气体的膨胀、挤压、气楔作用助长裂隙的延伸和扩展,只有当应力波与爆轰。