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1、第四章 爆破材料与爆破原理,主要内容,4.1爆炸和炸药的一般特性4.2炸药的爆炸性及其测定4.3矿用炸药4.4起爆器材4.5起爆方法4.6炸药在岩石中的爆破作用机理4.7爆破方法,2017/10/18,2,4.1爆炸和炸药的一般特性,概述工程爆破在国民经济建设中有着广泛的用途，近年来我国已进行过装药量在千吨和万吨以上的土石方爆破多次，解决了许多工程建设中的难题。工程爆破已从露天爆破、地下工程爆破，发展到拆除爆破和特种爆破技术。可以认为，现代爆破技术已深入应用到我国国民 经济的各个部门，并取得了可喜的成就。,2017/10/18,3,4.1爆炸和炸药的一般特性,爆炸现象及其分类 (1)爆炸现象。
2、物质发生急剧变化，瞬间放出大量能量，对周围介质做功，使之发生破 坏，同时可能伴随声光、热效应的现象，称为爆炸。 (2)爆炸的分类。根据爆炸产生的原出和特点，爆炸现象可分为三类：爆炸时仅发生物 态的急剧变化，物质的化学成分不改变，称为物理爆炸，如蒸汽锅炉爆炸或汽车轮胎爆炸等； 由某些物质的原子核发生裂变或聚变引起的爆炸，称为核爆炸，如原子弹、氢弹爆炸；爆炸时不仅发生物态变化，而且物质的化学成分也发生变化的称为化学爆炸，如炸药爆炸。,2017/10/18,4,4.1爆炸和炸药的一般特性,炸药的主要特性及炸药爆炸的三要素 (一)炸药的主要特性在外界能量作用下，自身进行高速的化学反应，同时产生大量的高
3、温高压气体和热量，这种物质称为炸药。其主要特性如下： (1)具有相对稳定性和化学爆炸性。当炸药未受外界能量作用时，常温下处于相对稳定状态，保证其加工、运输及储存使用的安全。但炸药的物质结构属化学不稳定体系，一旦受到外界能量作用，就打破了原来的平衡结构，经化学反应转化为爆炸。 (2)在微小的体积中蕴藏有巨大的能量。单位质量的炸药爆炸时放出的热量要比单位质量的煤燃烧时放出的热量要小，但在极短的时间(0.11ms)内单位容积的炸药爆炸比单位容积的煤慢慢燃烧放出的热量大数百万倍，即炸药具有很高的能量密度。 (3)能够依靠自身的氧实现爆炸反应。炸药主要由碳、氢、氧、氮四种元素组成，它爆炸时不需要外界供氧
4、，只靠自身的氧就可以进行爆炸反应。,2017/10/18,5,4.1爆炸和炸药的一般特性,(二)炸药爆炸的三要素炸药的爆炸实质是其发生急剧化学反应的过程及结果。其反应的放热性、生成气体产物、化学反应和传播的高速性是炸药爆炸的三要素，也是构成爆炸的必要条件。 (1)反应的放热性。炸药爆炸过程放出大量热量是对周围介质做功的能源，放热不足或吸热反应都不能维持反应自动传播，也不能形成爆炸。(2)化学反应速度快。炸药爆炸反应是由冲击波激起的，其爆炸速度可达每秒数千米，在反应区内炸药变成爆炸气体的时间只需几微秒。爆炸过程的高速性决定了炸药能在极短时间内释放出大量能量，单位体积内的热量很高，从而具有很大的威
5、力。这是爆炸反应区别于其他化学反应的一个显著特点。 (3)生成气体产物。爆生气体是做功的介质，反应生成大量的气体，而且气体在高温高 压状态下迅速膨胀对外做功，这是炸药能量转化的过程。炸药爆炸的三要素是相互联系的，放出的热使温度上升，促使反应加快；反过来，高速反应又促使产生大量的气体和放出热量，气体的压力和温度急剧上升。所以高温、高压、高速是炸药爆炸的重要特点。,2017/10/18,6,4.1爆炸和炸药的一般特性,四、炸药化学变化的形式爆炸并非炸药惟一的化学变化形式。由于环境和引起化学变化的条件不同，一种炸药 可能具有三种不同形式的化学变化，即缓慢分解、燃烧和爆炸。 (1)缓慢分解。炸药在常温
6、条件下，若不受其他外界能量作用，常以缓速进行分解反 应，环境温度越高，分解越显著。其特点是：炸药内各点温度相同；在全部炸药内反应同时进行，没有集中的反应区；分解时可以吸热，也可以放热，决定于炸药的类型和环境温度。(2)爆燃。炸药的快速燃烧称为爆燃，燃速一般为每秒几米，最高只能达每秒数百米。爆燃属热传导过程。 (3)爆轰。爆轰波(炸药内部传播的冲击波)以恒定速度传播的爆炸称为爆轰，它是爆炸的一种特殊形式。爆速可达20009000ms。因为爆炸是靠冲击波的作用来传递能量和激起化学反应的，爆炸产物的运动方向则与反应区运动方向相同，产生数千至数万兆帕的压力。炸药的上述三种化学变化形式，在一定条件下，都
7、是能够相互转化的，缓慢分解可发展为燃烧、爆炸；反之，爆炸也可转化为燃烧。,2017/10/18,7,4.2炸药的爆炸性及其测定,一、炸药的起爆与传爆激发炸药爆炸的过程称为起爆，使炸药活化发生爆炸反应所需的活化能称为起爆能或初始冲能。在地下工程爆破中利用雷管的爆炸冲能，首先在炸药某些局部造成热点，在热点处的炸药首先发生热分解，同时放出热量，放出的热量又促使炸药的分解速度迅速增加。如果炸药中形成热点数目足够多，且尺寸又足够大，热点的温度升高到爆发点后，炸药便在这些点被激发并发生爆炸，同时进一步扩展。,2017/10/18,8,4.2炸药的爆炸性及其测定,（一）殉爆在某处炸药爆炸时，通过在某种惰性介
8、质(如空气)中产生的冲击波，引起另一处炸药爆炸的现象称为殉爆。在炸药生产、储存和运输过程中，必须防止炸药发生殉爆，以确保安全。但在工程爆破中，则必须保证炮眼内相邻药卷完全殉爆，以防止产生半爆不爆，降低爆破效果。炸药殉爆的难易程度决定于炸药对冲击波作用的感度，通常用殉爆距离表示。其定义是在装有雷管的主炸药包爆炸时，能使相隔一定距离的另一向种药包百分之百也爆炸的最大距离称殉爆距离，百分之百不爆炸的最小距离称殉爆安全距离。,2017/10/18,9,4.2炸药的爆炸性及其测定,殉爆距离一般可通过实验来确定(图41)。试验时，将同一种炸药的两个药卷沿轴线隔一定距离平放在坚实的沙土上，其中一个药卷装有雷
9、管作为主动药卷，另一个药卷作被动药卷，然后引爆。根据形成的炸坑以及有无残留的炸药和药卷来判断殉爆情况。通过一系列实验，找出相邻药卷能殉爆的最大距离。,2017/10/18,10,4.2炸药的爆炸性及其测定,(二)传爆地下工程爆破都用雷管的起爆能来起爆炸药，雷管的作用仅在于使它临近的局部炸药分子爆炸。至于整个药包能否完全爆炸，则取决于炸药爆炸的稳定传播。也就是说，炸药的爆轰是冲击波在炸药中传播而引起的，而在冲击波作用下快速化学反应所释放出的能量又支持了冲击波的传播，使其波速保持恒定而不衰减。这种伴随有化学反应的冲击波，称为爆轰波，其波速称为爆速。爆速是衡量炸药质量的重要指标，它反映了炸药爆轰的性
10、能。,2017/10/18,11,4.2炸药的爆炸性及其测定,1影响稳定爆轰的主要因素 (1)药卷直径。炸药爆轰所产生的能量并未全部用于传爆，有一部分径向逸散到药卷周围产生空气冲击波或应力波。药卷直径越小，逸散出去的这部分能量所占的比例越大。因此，当药卷直径小到一定程度时，就完全不能传爆，这时的直径称为临界直径。将药卷直径自临界直径逐渐增大，爆速也逐渐提高，最后达到了稳定值。此后，药卷直径再增大，爆速也不会提高，这时的直径称为极限直径。一些猛炸药的临界直径仅为几毫米，而铵梯炸药随其成分不同临界直径差别很大，一般认为药卷直径小于25mm，爆速就急剧降低，传爆不良，2号岩石铵梯炸药临界直径小于15
11、mm就产生熄爆。但现用32mm或35mm药卷，还远未达到它的极限直径，所以增大药卷直径能使爆速提高，爆炸性能更良好。,2017/10/18,12,4.2炸药的爆炸性及其测定,1影响稳定爆轰的主要因素 (2)炸药密度。密度增加，则爆轰压力也增高，爆轰也更加稳定。对单质炸药而言确实如此，但混合炸药常有一个最佳密度，超过之后爆速则要降低，最终发生“压死”的熄爆现象，与其相对应的密度称为临界密度。与最大爆速相对应的装药密度称为最佳密度(极限密度)。同一种炸药的最佳密度是一个定值，它随炸药颗粒大小与级配、混合均匀程度、含水率大小、药卷直径及外壳约束条件等因素的变化而变化。,2017/10/18,13,4
12、.2炸药的爆炸性及其测定,1影响稳定爆轰的主要因素 (3)起爆冲能。炸药起爆后，并不是一开始就达到了稳定传播状态，通常都要有一段加速过程。起爆能越小，炸药的敏感度越低，这段过程就越长。如果再有其他不利因素影响，就可能造成低速爆炸或终止传爆。实验表明，起爆能的强弱，能使炸药形成差别很大的高爆速或低爆速稳定传播，其中高爆速即是炸药的正常爆轰速度。例如，当硝化甘油的装药直径为25.4mm时，用6号雷管起爆，其爆速为2000 m/s；而用8号雷管起爆，其爆速为8000m/s。低爆速形成的原因是出于炸药在起爆能较低时，不能产生爆轰反应，而其中的空气间隙和气泡受到绝热压缩形成热点，使部分炸药进行反应并支持
13、冲击波的传播，从而造成冲击波在药卷中的低速传爆。,2017/10/18,14,4.2炸药的爆炸性及其测定,1影响稳定爆轰的主要因素 (4)其他因素。其他堵如药包外壳的强度、炸药的粒度、变质程度以及填塞质量等，都 对炸药能否爆轰有明显的影响。,2017/10/18,15,4.2炸药的爆炸性及其测定,2间隙效应深孔爆破，在炮眼内连续多个装入铵梯炸药卷，时常不能全部传爆，总要留下一些残药。 实验表明，在空气中都能正常传爆，但在43mm直径的炮眼内装入35mm的2号岩石铵梯 炸药，不管放入多少卷，从一端起爆总是只能爆炸56卷，最多爆7卷，这种现象称为间隙效应。一般认为产生间隙效应的原因是：爆轰波在传播
14、过程中，其高温高压爆生气体使其前 端间隙中的空气受到强烈压缩，从而在炮眼间隙内产生了超前于爆轰波传播的空气冲击波， 药卷在爆轰波达到之前已受到冲击波的强烈压缩，药卷直径缩小而密度增大，导致爆速下 降，甚至造成爆轰中断。解决办法有减小炮眼直径；或在药卷上隔一定距离套上硬纸板做成的隔环；或在药卷 中心扎一轴向孔；或隔一定距离；或隔一定距离用炮泥或黄油糊上加粗药卷直径；或采用水胶及乳化炸药等。,2017/10/18,16,4.2炸药的爆炸性及其测定,二、炸药的爆炸作用炸药爆炸将对周围介质产生强烈的冲击和压缩作用，使其发生变形、破坏和抛掷，这种 作用可分为动、静作用两部分。利用炸药爆炸产生的冲击波和应
15、力波造成的破坏作用称动作用；利用爆生气体的膨胀做功造成的破坏或抛掷作用称为静作用。动作用以猛度表示静作用以爆力表示，二者的共同作用表示炸药的威力。,2017/10/18,17,4.2炸药的爆炸性及其测定,(一)猛度与测定炸药的猛度是指炸药爆炸对周围介质的冲击粉碎能力，也就是冲击波的作用强度。一 般来说，炸药的密度和爆速越高，猛度也越高，冲击粉碎能力越强。爆破不同性质的岩石，应选用不同猛度的炸药，避免崩下岩块过大，不利于装运。对于中硬岩或软岩选用低猛度炸药，以免对巷道周边围岩破坏严重，不利于光面爆破。测定炸药猛度的方法为铅柱压缩法，其实验设备及装置如图4-2所示。起爆后测量铅柱压缩尺寸作为猛度的
16、数据，单位为毫米。,2017/10/18,18,4.2炸药的爆炸性及其测定,2017/10/18,19,4.2炸药的爆炸性及其测定,(二)爆力与测定炸药爆炸时对周围介质做功的能力称为爆力，它是由炸药能量转化而来的。测定炸药爆力的方法常用铅柱扩孔法，试验装置如图43所示，起爆后可用量筒向孔内注水测得形容积，从中减去原孔眼体积和雷管扩孔体积，即得炸药的爆力数据，其单位为毫升。,2017/10/18,20,4.2炸药的爆炸性及其测定,(三)爆速与测定如图4-4所示，在药卷上A、B两点并精确量出距离，用直径0.10.3mm的漆包线双股权成两根探针(下端剪开不通电)，分别插入A、B处，并连接在爆速仪的导线上。药卷起爆后，探针的漆包线被爆轰波高温烧坏，先后向仪器输入记时开始和终止信号，这段时间由数码管显示出来。将距离除以爆轰波通过它需要的时间，即得爆速值。,
