爆破工程第四章

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1、爆 破 工 程,第四章 炸药及爆炸的基本理论,第一节 炸药和爆炸的基本理论 第二节 起爆药与猛炸药 第三节 炸药的起爆 第四节 炸药的感度 第五节 炸药的爆轰理论 第六节 炸药的爆轰产物与氧平衡 第七节爆热 第八节 爆炸功,第一节 炸药和爆炸的基本理论,一、爆炸现象 1物理爆炸。爆炸释放出的能量是物理能量，所以一般的讲，爆炸前后，只发生物态的转变，物质的化学成分并不改变。 2化学爆炸。爆炸释放出来的能量来源于物质的化学能。由于物质内部发生化学反应而迅速释放出来大量的能量，都成为化学爆炸，化学爆炸前后物质的成分发生了变化。 3核爆炸。能量来源于物质内部的核能，由于核裂变（U235的裂变）和核聚变

2、（氘、氚和锂核的聚变）而释放出来大量的能量，原子弹、氢弹爆炸等。,第一节 炸药和爆炸的基本理论,二、化学爆炸的必要条件 1化学反应必须放出大量的热 (NH4)2C2O42NH3+H2O+CO+CO2-263.3kJ/mol Ag2C2O42Ag+H2O+2CO2+123.3kJ/mol 炸药爆炸后释放热量的多少，用爆热来表示。 爆热：单位质量炸药爆炸后释放的热量，kJ/kg，一般工业炸药，每公斤释放出来的热量为29006300kJ 。 2反映必须高速进行 每公斤煤在空气中燃烧所释放出来的能量为10032（8960）kJ，每公斤炸药在空气中爆炸所释放出来的能量为29006300kJ 炸药的爆炸反

3、应速度用爆速来表示。普通炸药爆炸反应速度大于3000m/s，猛炸药65007000m/s,第一节 炸药和爆炸的基本理论,一卷炸药可在10-610-5s内就反应完毕，所以实际上可以近似地认为爆炸反应所放出的能量全部聚集在炸药爆炸前所占据的体积内，因而造成了一般化学反应无法达到的能量密度。 3反应必须放出大量的气体 放热是做功的基础，放出气体就是功的媒介，用于传递能量。 爆炸放出气体的多少，用爆容来表示。 爆容：单位质量的炸药爆炸后所释放出来的气体在标准状态下的体积。,第一节 炸药和爆炸的基本理论,三、炸药化学反应的形式 1热分解：炸药在一定的温度下会发生热分解，这种分解反应在整个炸药内部全面发生

4、 。 2炸药的燃烧 ：有些炸药可以被点燃，然而并不爆炸。 3爆轰（爆炸）：炸药化学反应的最高形式，反应速度非常快，反应速度可以达到数千米/秒。 这里需要说明几个问题： 1 燃烧和爆轰的区别； 2 书中将爆破又分为爆炸和爆轰，实在没有必要； 3 炸药的三种反应形式，一般的讲可以互相转化 。,第一节 炸药和爆炸的基本理论,由于反应形式的转变，爆破安全规程对这方面做了许多规定。 例如： 7.4.3.1地面爆破器材库硐库的电气照明，应遵守下列规定： 库房内不应安装灯具，宜自然采光或在库房外安设探照灯照明，灯具距库房的距离不应小于3m； 采用移动式照明时，应使用防爆手电筒或手提式防爆应急灯，不应使用电网

5、供电的移动手提灯。 7.4.3.2井下爆破器材库的电气照明，应遵守下列规定： 贮存爆破器材的硐室或壁槽，不应安装灯具。 7.4.4.4进入库区不应带烟火及其他引火物。,第一节 炸药和爆炸的基本理论,四、炸药的分类 1按炸药的组成分类可以分为两种：单质炸药和混合炸药。 单质炸药：由一种成份组成的炸药（单体炸药）。 混合炸药：由两种或两种以上组分组成的炸药。 单质炸药按他们的化学分子结构又可分为许多类型，主要有： （1）乙炔及其衍生物，如乙炔银Ag2C2，乙炔汞Ag2C2等； （2）雷酸及其盐类，如雷汞Hg(ONC)2，雷酸银Ag(ONC)等； （3）硝酸酯类，如硝化乙二醇C2H4(ONO2)2，

6、硝化甘油（NG）C2H5(ONO2)3，泰安（PETN）C(CH2ONO2)4以及硝化棉；,第一节 炸药和爆炸的基本理论,（4）硝酸盐类，如硝酸铵NH4NO3，硝酸尿NH2-CO-NH2HNO3，硝酸胍等； （5）硝基化合物，包括芳香族及非芳香族硝基化合物两类。芳香族硝基化合物的结构特征是分子中含有苯环，而且硝基直接与苯环上的碳相连。如三硝基甲苯（TNT）C6H2(NO2)3CH3，三硝基苯酚（苦味酸）C6H2(NO2)3OH，二硝基甲苯（DNT），二硝基萘，三硝基苯甲硝胺（特屈儿）C6H2 (NO2)3NCH3NO2；非芳香族硝基化合物如硝基早烷（NM），硝基胍，硝基尿，环三次甲基三硝胺（黑

7、索金RDX）(CH2NNO2)3；奥克脱金（HMX）(CH2NNO2)4等； （6）其他如氯酸盐、过氯酸盐，叠氮化铅等。,第一节 炸药和爆炸的基本理论,混合炸药又可分为： （1）普通混合炸药，如军事上常用的钝化黑索金（95%RDX，5%石蜡），黑梯炸药（40/60、50/50），代那买特，硝铵类炸药等； （2）含铝混合炸药，加入铝粉，提高爆炸反应的热效应； （3）有机高分子粘接炸药，以RDX、奥克脱金或泰安为主要成分，加入少量粘接剂进行粘接，以便在保证尽量好的爆炸性能下改善炸药的力学性能、成型性能及安全使用性能，如8321、1871等； （4）特种混合炸药，满足军事上应用的特殊需要而研制的，如

8、塑态炸药、弹性炸药、橡皮炸药等。,第一节 炸药和爆炸的基本理论,2按炸药的用途分类 1 起爆药：用于起爆别的炸药或制造起爆器材。 常用的起爆药有雷汞，叠氮化铅Pb(N3)2，二硝基重氮酚（DDNP）C6H2N2O(NO2)2。目前雷管中起爆药常用的是DDNP。 2 猛炸药：又称次发炸药。 猛炸药分为单质猛炸药和混合猛炸药两大类。 单质猛炸药：TNT、黑索金、奥克脱金、泰安、特屈儿。用于军事上较多，工业上制导爆索，雷管的加强药。 混合猛炸药：又叫工业混合炸药，用来直接破碎岩石。以化甘油为主要成分的代那买特炸药和硝酸铵为主要成分的硝铵类炸药。 3发射药：以硝化棉和硝化甘油为主体的单基、双基、三基发

9、射药，以过氯酸盐为主体的复合发射药和由硝酸钾、硫磺和木炭制成的黑火药。,第二节 起爆药与猛炸药,一、起爆药 特点：敏感度极高，威力较小。 用途：用作起爆别的炸药，如用来制造雷管。 1雷汞 分子式：Hg(CNO)2，分子量：284。物理性质：白色或微白色晶体 化学性质：干燥的雷汞对机械撞击、摩擦和火焰威度极高。容易发生爆炸。潮湿的雷汞感度降低，但易于铝反应形成更敏感的雷酸盐，故不能用铝制容器盛雷汞。 爆炸性质：起爆能力较小。,第二节 起爆药与猛炸药,2叠氮化铅（简称氮化铅） 分子式：Pb(N3)2，分子量291。 结构式：有两种，环状和链状。 NN=NPbN=NN 化学性质：潮湿的环境中易与铜反

10、应生成氮化铜，故不能用铜制容器盛氮化铅。 爆炸性质：敏感度低于雷汞，起爆药能力大于雷汞。 Pb(N3)2Pb+3N2+443.80kJ,第二节 起爆药与猛炸药,3二硝基重氮酚，简称DDNP 分子式：C6H2(NO2)2N2O，分子量210。 物理性质：黄色或黄褐色晶体 化学性质：干燥的三硝基重氮酚与铁、铜、锌等金属均无作用，但在潮湿的情况下，对上述金属有一定的腐蚀作用。 爆炸性能：与前者想比，火焰感度较高，大于氮化铅，机械感度低，起爆能力大，而且成本低。,第二节 起爆药与猛炸药,二、单质猛炸药 特点：敏感度低于起爆药，威力大于起爆药。 用途：制作雷管，用来做加强药。工业导爆索药芯，工业混合炸药

11、中作为敏化剂。 1TNT 学名：三硝基甲苯 分子式：C6H2(NO2)3CH3，分子量227。 黄色晶体（俗称黄色炸药），不怕水，几乎不溶于水。热安定性好，常温下不分解，环境温度达到180C以上时显著分解。 遇火能燃烧。机械感度较低，但混入细砂一类硬质掺合物时则容易引起爆炸。 属于中等威力的炸药，工业上和军事上用的较多。工业上常用来与硝酸铵混合使用，用作敏化剂，用来作为雷管中的加强药。,第二节 起爆药与猛炸药,2黑索金，日本叫做硝宇，代号RDX 分子式：C3H6N3(NO2)3，环三次甲基三硝胺，分子量222 白色粉状晶体，俗称白药，几乎不溶于水。 热安定性好，威力和感度均高于TNT。 用途：

12、雷管中加强药，导爆索药芯（与TNT相同，但成本高于TNT，而且有毒） 。 3特屈儿（CE），化学名称叫做三硝基苯甲硝胺 分子式：C6H2 (NO2)3NCH3NO2 分子量287。 物：淡黄色晶体，难溶于水； 化：热感度及机械感度极高，爆炸性能好； 用途：主要用于军事上装填炸药。,第二节 起爆药与猛炸药,4泰安（PETN），化学名称叫做季戊四醇四硝酸酯 分子式：C(CH2ONO2 )4，分子量316。 结构式： 物理性质：白色晶体，几乎不溶于水。 化学性质：爆炸威力大，爆炸性能与RDX相近，用途也相同。 5硝化甘油，化学名称三硝酸脂丙三醇，简称NG 分子式：C3H5 (ONO2 )3，分子量2

13、27。 结构式： 物：无色或微带黄的油状液体，不溶于水，在水中不失爆炸性。 化：机械感度极高，受撞击和震动易发生爆炸，所以不能单独使用。 用途：制造硝化甘油类炸药（代那买特）过去常用，现在用得不多。,第三节 炸药的起爆,毛泽东主席在矛盾论中有这样一段话：“炸弹在未爆炸的时候，是矛盾物因一定的条件共存于一个统一体中的时候，待至新的条件（发火）出现，才发生了爆炸” 所以说，炸药是矛盾的对立统一。炸药是具有相对稳定性的不稳定体系。 炸药从稳定状态到不稳定状态这个过程叫做炸药的起爆。 在外界能量作用下引起炸药爆炸的过程 引起爆炸的外界能量叫做起爆能。,第三节 炸药的起爆,工业炸药起爆能有以下三种形式：

14、 1热能起爆：利用加热作用使炸药起爆，如火焰、火星、电热等形式。例如用导火索的火焰起爆雷管。 2机械能起爆：通过撞击、摩擦等机械作用使炸药内部产生相对运动，并在瞬间产生热效应，发生爆炸。 3爆炸冲能起爆：利用一种炸药产生的爆轰波及高温高压气体产生的能量引起另一种炸药的爆炸，如用雷管起爆炸药。,第三节 炸药的起爆,一、热能起爆 通常的解释是：炸药在热能作用下，通常产生热分解反应。发热温度升高又加速分解反应放热更快，温度急剧升高反应更快，当反应速度达到一定值，使单位时间内放出的热量大于单位时间内损失的能量，热量就会积累，最后直至爆炸。 苏联的谢苗诺夫的观点 单位时间内因化学反应而放出的热量为： Q

15、1=Ze-E/RTmq 式中：Z与分子碰撞概率有关的系数；E炸药的活化能，卡/摩尔；T炸药的温度；R气体常数；m炸药量，g；q单位质量炸药放出的热；,第三节 炸药的起爆,单位时间内因热传导而散失于环境中的热量： Q2=K(T-T0) 式中：K传导系数；T炸药温度；T0环境温度。 使炸药发生爆炸的条件有两个： Q1Q2 ，图中：T02是使炸药爆炸的最低的环境温度，称为爆发点。,第三节 炸药的起爆,爆发点的意义： 爆发点除与炸药本身的性质有关外，还与药量和外界条件有关： 随m升高，爆发点T02下降，易爆； 随K升高（散热条件好）爆发点T02增大，不易爆。 1 用热能起爆炸药，外界（环境）提供的温度

16、应大于爆发点； 2 烘干炸药，环境温度应当爆发点； 3 炸药库要有良好的通风，（m大，爆发点降低，随之降低，通风条件好，可使K升高，使爆发点增高）； 4 爆破器材库的贮存量，不应超过规定。安全规程7.4.1.4规定，地面库单一库房的最大允许存药量，不应超过硝化甘油炸药20t，黑索金或泰安50t，梯恩梯150t，硝铵类炸药200t。硐室式库的最大容量不应超过100t。 5 炸药在储存、运输、贮存当中应远离热源。,第三节 炸药的起爆,二、机械能起爆机理 1热点学说的基本观点： 热点学说认为，炸药在外界的突然机械作用下，（如撞击、摩擦等）机械能会转变成热能，（如摩擦生热），在炸药内部产生热量；热量来不及均匀的分布于炸药的每一部分当中，而是集中在个别的小点上，使这些小点的温度急剧上升；当个别小点处炸药的温度达到爆发点时，这些小点处首先发生爆炸，释放热量，从而扩展为整个炸药的爆炸。 这种局部温度很高的小点，称为热点，或灼热核，也叫反应中心。,