金属矿露天开采3

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1、第四章第四章 炸药与起爆方法炸药与起爆方法第一节第一节 爆炸和炸药的基本概念爆炸和炸药的基本概念爆炸是人们日常生活中经常见到的现象。例如车胎放炮、锅炉胀裂、燃放鞭炮等都是爆炸。一般认为，物质发生急剧变化并放出大量的能量对周围介质做机械功，同时可能伴随有声、光、热效应的现象，称为爆炸。爆炸的基本特征表现在速度高、威力大和破坏作用强等方面。从安全角度出发，爆破时还应考虑爆炸的副作用，如地震效应、冲击波、飞石、有毒气体、噪声以及其他对相邻物体、构筑物和人身的影响等。一、爆炸现象一、爆炸现象按照爆炸发生的原因，自然界各种爆炸现象可归纳为物理爆炸、化学爆炸和核爆炸三 大类。 物理爆炸的特点是：爆炸过程是

2、一个物理过程，即爆炸前后物质的化学成份没有发生 改变，只是物态发生了变化。例如，当蒸汽锅炉内压力过大，超过了锅炉所能承受的抗压 强度，使锅炉突然破裂，并发出巨大的声响，就是典型的物理爆炸。 化学爆炸的特点是：爆炸过程是急剧的化学反应过程，放出足够的热能，形成高温高 压气体，并对外界膨胀做功。爆炸后物质的化学成份和性质已不同于爆炸前物质的化学成 份和性质，如硝酸铵炸药爆炸后生成水蒸汽、氧气和氮气。瓦斯爆炸和炸药爆炸都属于化 学爆炸。 核爆炸是某些物质的原子发生核裂变（U235的裂变）或核聚变（氘、氚、锂的聚变） 的链锁反应时，瞬间释放出巨大能量，使裂变或聚变产物形成高温高压的气体而迅速膨胀 做功

3、，造成巨大的破坏作用。核爆炸过程释放的能量，可以达到普通炸药爆炸能量的几百 万倍，具有强烈的爆破作用，但由于目前在工业上没有得到广泛有效的应用，其利用及安 全问题不在本书讨论范围之内。二、二、 化学炸药爆炸应具备的条件化学炸药爆炸应具备的条件炸药爆炸是一个化学反应过程，但炸药的化学反应并不都是爆炸，必须具备一定条件 的化学反应才是爆炸。炸药爆炸必须具备放热反应、生成大量气体和高速反应三个条件。1 1放热反应放热反应炸药爆炸实质上是炸药中的化学能在瞬间转化为对外界做功的过程，化学反应释放出 的热是做功的能源，也是化学反应进一步加速进行的必要条件。所以化学反应过程是否释 放能量，决定了炸药能否产生

4、爆炸。释放热量多少是爆炸作用大小的决定因素之一。如硝 酸铵在不同条件下的反应。 在较低温度时(低于 150)，产生分解反应，吸热不爆炸 NH4NO3HNO3+NH3170.8KJ/mol 在迅速加热到 400500时，放热反应，发生热分解 NH4NO3(3/4)N2+2H2O+(1/2)NO2+117.6KJ/mol在强烈冲能（如炸药爆炸产生的冲能）作用时，放热反应，可以形成爆炸 NH4NO3N2+2H2O+(1/2)O2+126.4KJ/mol 炸药爆炸时放出的热量大小常用爆热来衡量，爆热指单位质量炸药爆炸时所放出的热 量。爆热可以用实验方法测定，也可以用理论计算方法确定。常见炸药的爆热值列

5、入.4-1 中。 表 4-Error!Error! BookmarkBookmark notnot defined.defined. 常见炸药的爆热炸药名称爆热(KJ/Kg)炸药名称爆热(KJ/Kg)黑火药2784硝酸铵1440梯恩梯4187雷汞1733特屈儿2562二号岩石炸药3687黑索金6278铵油炸药4101泰安585962%胶质炸药5482氮化铅1536硝化甘油6217炸药爆炸瞬间放出的热量主要用于对爆炸产物加热，使爆炸产物达到很高的温度，爆 炸产物在原有体积内达到热平衡时的温度称为爆温。爆温与爆炸放出的热量有直接的关系。 某些炸药的爆温列入表 4-2 中。 表 4-Error!Er

6、ror! BookmarkBookmark notnot defined.defined. 炸药的爆温值炸药名称爆温 0C炸药名称爆温 0C雷汞4350硝化甘油炸药4040硝化甘油4600岩石铵梯炸药24002700黑索金3700煤矿铵梯炸药20002400梯恩梯3050黑火药26152. 生成大量气体生成大量气体 气体具有良好的压缩性和很大的膨胀系数，炸药爆炸瞬间（十至几十微秒时间内）生 成大量的气体容纳在原有体积内，必然产生很高的压力，高温高压气体为做功提供了必要 条件，气体膨胀就是做功。产生气体多少和释放热量多少决定了炸药爆炸做功多少。 常用比容衡量炸药爆炸时产生的气体多少，比容指单位质

7、量炸药爆炸后生成的气体在 标准状态下所占的容积。比容越大的炸药，爆炸时对外做功的能力越大。表 4-3 列出了某 些炸药的比容。 表 4-Error!Error! BookmarkBookmark notnot defined.defined. 炸药的比容炸药名称比容 (L/Kg)炸药名称比容 (L/Kg)黑火药280泰安780梯恩梯695硝化甘油715特屈儿710雷汞300黑索金890硝酸铵9803.3. 高速度反应高速度反应只有迅速的化学反应，才能使炸药在瞬间释放出大量能量，达到很高的能量密度。尽 管炸药化学反应释放出大量能量并产生大量气体，如果没有必要的反应速度，也不能形成 爆炸，反应速度

8、标志着做功的功率。如煤在空气中燃烧释放出的热量（8960kJ/kg）是 TNT 炸药爆炸时释放热量的两倍多，但由于没有必要的反应速度，其能量密度远小于 TNT 爆炸 时的能量密度，不能形成爆炸。爆炸反应的速度通常用爆速来衡量，爆速指爆炸过程在炸药中传播的最大的稳定的速 度。可以认为在同等条件下，爆速高的炸药，爆炸反应速度高，爆炸的威力也高。常用炸 药的爆速列于表 4-4 中。 表 4-Error!Error! BookmarkBookmark notnot defined.defined. 炸药的爆速炸药名称爆速 (m/s)炸药名称爆速 (m/s)2 号岩石炸药3600梯恩梯6700铵油炸药3

9、143黑索金8400浆状炸药34005600特屈儿7250乳化炸药32004200泰安8000氮化铅5300硝化甘油7500二硝基重氮酚5400硝酸铵11002700炸药的化学反应只有同时具备以上三个条件，才能形成爆炸反应，产生爆炸效应。三、炸药化学反应的形式三、炸药化学反应的形式爆炸不是炸药唯一的化学反应形式，在特定的反应条件下，同种炸药可能有四种不同 形式的化学反应：热分解、燃烧、爆炸和爆轰。四种反应形式产生不同的物理化学效应。(1)(1) 热分解热分解热分解是炸药化学反应的最低形式，表现为炸药在常温下缓慢的化学变化，使原物质 发生本质的变化。炸药的热分解过程没有明显的声、光效应，通常不易

10、觉查。反应速度随 内外条件而变化，通常对温度比较敏感，温度越高，反应速度越快，湿度、压力和通风条 件对反应速度和结果也会产生不同程度的影响。炸药热分解一般会带来不良后果，炸药因 热分解而变质直接影响炸药的使用。在一定条件下，热分解会转变为燃烧甚至爆炸，以致 发生意外爆炸事故。所以在炸药的制造、贮存过程中应严格控制环境条件，避免炸药的热 分解。(2)(2) 燃烧燃烧燃烧是比热分解更高一级的化学反应形式，往往是由受热或火焰引起的。燃烧是物质 的氧化过程，所以一般物质燃烧需要外界提供氧，而炸药本身含有丰富的氧和燃料，不需 要外界的氧就可以燃烧，一旦炸药燃烧，靠隔绝空气的灭火方法不起作用，往往还会加速

11、 炸药的燃烧。炸药燃烧时对压力比较敏感，压力越大，燃速越高，甚至由燃烧转变为爆炸， 所以在密闭条件下燃烧是很危险的。在炸药贮存时，要注意创造不利于燃烧的条件，如改 善通风条件。(3)(3) 爆炸爆炸爆炸是炸药的最高化学反应形式。与燃烧的区别在于燃烧靠热传导传递能量和激发化 学反应，爆炸则靠冲击波传递能量和激发反应区；燃烧受环境影响较大，爆炸则基本上不 受环境影响。爆炸的反应速度、温度和压力都比燃烧高得多。所以爆炸表现出强烈的破坏 作用。爆炸是爆破安全的主要控制对象。爆炸过程中遇到不利因素也可能导致爆炸中断， 使爆炸过程转变为燃烧或热分解。(4)(4) 爆轰爆轰爆炸速度增长到稳定爆速的最大值时就

12、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。 炸药爆炸已经在许多行业得到广泛应用，尤其在工程爆破方面。在岩土工程中，无论 在经济方面还是在效率方面，爆破方式都比机械方式优势强；在城市建设和企业改造中， 控制爆破也发挥了重要作用。 炸药化学反应的上述四种基本形式与各自必要的条件相对应，条件改变，反应形式也 相应地改变，可以相互转化，即它们之间有着非常密切的内在联系。从安全

13、和爆破工程方 面考虑，都希望炸药按照预定的反应形式进行化学反应，即使反应形式发生转变，也应在 可以控制的范围内，否则会引起预想不到的事故。四、炸药的分类四、炸药的分类目前国内使用的炸药品种较多，为了便于选用，通常对它们进行分类。 （一）按照炸药的用途分类，可以将炸药分为起爆药、猛炸药和发射药几大类。 （二）按照炸药组成的化学成份分类，可以将炸药分为单一化学成分的单质炸药和多 种化学成分组成的混合炸药两大类。爆破工程中大量使用的是猛炸药，尤其混合猛炸药， 起爆器材中使用的是起爆药和高威力的单质猛炸药。 （三）按使用条件分类，可以将工业炸药分为三类。 第一类，准许在地下和露天爆破工程中使用的炸药，

14、包括有沼气和矿尘爆炸危险的作 业面。 第二类，准许在地下和露天爆破工程中使用的炸药，但不包括有沼气和矿尘爆炸危险 的作业面。 第三类，只准许在露天爆破工程中使用的炸药。 第一类属于安全炸药，又叫做煤矿许用炸药。第二类和第三类属于非安全炸药。第一 类和第二类炸药每千克炸药爆炸时所产生的有毒气体不能超过安全规程所允许的量。同时， 第一类炸药爆炸时还必须保证不会引起瓦斯或矿尘爆炸。第二节第二节 起爆药和单质炸药起爆药和单质炸药一、起爆药一、起爆药起爆药的特点是，在很小的外界能量（如火焰、摩擦、撞击等）激发下就发生爆炸。 起爆药的敏感度一般都很高，用作雷管的起爆药，用量很少。工业雷管中的起爆药有雷汞、

15、 氮化铅和二硝基重氮酚（DDNP）等，都是单质炸药。由于起爆药的感度极高，除了用于 雷管的起爆药外，在爆破工程中没有其它用途，对起爆药进行机械、热和爆炸作用都是极 其危险的。常用起爆药的性能见表 4-5。 表 4-5 常用起爆药的主要性能爆炸性能雷汞氮化铅二硝基重氮酚爆发点 0C160165330340170175爆炸气体量 L/kg300308553爆热 J/kg1.721061.591064.00106爆温 0C435053004650爆速 m/s540053005400爆力 ml110115230水中爆炸性含水 30%时拒爆水中能爆炸水中能爆炸热感度高低中起爆能力低高高机械感度高中低使用

16、率低中高(1)(1) 雷汞雷汞雷汞 Hg(CNO)2由汞、乙醇和硝酸化合而成。雷汞为白色或灰白色的微细晶体，有毒， 500C 以上即自行分解， 1601650C 时发生爆炸。干燥的雷汞对撞击、摩擦和火花极敏感， 容易发生爆炸。潮湿的或压制的雷汞感度降低，在 5000kg/cm2的压力下被“压死”（不能 发火）。潮湿的雷汞易与铝作用生成极易爆炸的雷酸盐，雷酸盐比雷汞本身的感度还高， 故雷汞不允许装入铝壳中，工业上以雷汞为起爆药的雷管都用铜壳或纸壳。应防止雷汞受 潮，以免发生雷管拒爆。(2)(2) 氮化铅氮化铅氮化铅 Pb(N3)2通常为白色针状晶体，由叠氮化钠与稀醋酸或硝酸铅反应制成，有毒。 与雷汞和二硝基重氮酚比较，氮化铅的热感度较低，但起爆能力大。氮化铅不因潮湿而失 去爆炸能力，可用于水下起爆。由于氮化铅在潮湿和有 CO2的环境中易与铜发生作用，生 成敏感的氮化铜，因此氮化铅雷管不用铜壳，而用铝壳或纸壳。(3)(3)