爆破基础知识1

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1、1 爆炸和炸药的基本知识1 基本概念1 1 爆炸及其分类 何谓爆炸：爆炸是某一物质系统瞬间释放出巨大能量的物理和 化学变化的过程，在这个过程中产生大量的高压、高温气体，伴随 有冲击波、热、光声、电磁等效应。爆炸分类：（1）物理爆炸：系统物质形态发生变化而物质组成和性质不发 生变化的爆炸现象，如锅炉爆炸等（2）化学爆炸：系统物质形态、物质组成和性质都发生变化的 爆炸现象，如炸药爆炸，这是本章的重点。（3）核爆炸：原子弹、氢弹，都是利用化学元素U235的裂变和 氘、氚、锂等聚变发生的爆炸现象12 产生化学爆炸的条件：（1）变化过程必须是放热反应，这是发生爆炸的首要条件， 但不是说放热反应就能发生爆

2、炸。ZnC2O4=Zn+2CO2205.4kj （吸热反应,不能发生爆炸） CuC2O4=Cu+2CO2+23.86kj （小量的热,不足以发生爆炸） AgC2O4=2Ag+2CO2+55.2kj （放出大量的热,有产生爆炸的条 件）（2）变化过程必须是高速的,也就是要求释放能量快,即单位时间内传 播的能量大，这是发生爆炸的重要条件。如煤的放热反应，每 kg释放能量为8960kj，而TNT炸药的爆炸反应，每kg释放能 量4187k，而lkg煤的放热反应时间需要半小时，TNT炸药的 爆炸反应只需要10-6秒。因此，虽然发热量煤是TNT的两倍，但单位时间内放出的能量TNT却是煤的几千万倍。3）变化

3、过程必须释放出大量的气体，这是发生爆炸的必要条 件。如铝热剂反应：2Al+Fe2O3=AlO3+2Fe+8290kj这是高放热反应，但没有气体发生，也不是爆炸反应。 以上三个是主要条件，缺一不可，否则就不能发生爆炸反应。13炸药及其分类131 按炸药组成分类：（1）单质炸药：由c、H、O、N四大元素组成的单一结构的化学物质。如TNT、黑索金等（2）混合炸药：由二种以上成分结构组成的机械混合物。如硝铵炸药、铵油炸药等。132 按用途分类：（1）起爆药：敏感度很高的炸药，如雷汞、迭氮化铅等。（2）炸药：敏感度低、需要较大的起爆能量才能爆炸。如TNT、硝铵炸药、硝化甘油等。（3）发射药：即火药，用于

4、枪、炮、火箭等作推进剂（4）烟火剂：氯酸钾等氧化剂与可燃剂组成的混合物， 如照明弹、信号弹等。14 炸药化学变化的形式：（1）热分解：在常温下发生分解作用，温度越高，分解越快。这会影响炸药的储存尤其在高温、封闭条件下，分 解加剧会导致自燃而爆炸。（2）燃烧：大多数炸药在一定条件下，能够稳定地燃烧 而不发生爆炸。这里主要是取决于环境条件，外界的压力 和温度升高，会导致炸药燃烧速度增大，达到一定的压力 和温度，燃烧会转变为爆炸。（3）爆炸：比燃烧有高得多的反应速度。（4）爆轰：炸药内部发生稳定的爆炸反应，爆炸传播速 度是一定的爆炸。2 炸药的起爆与敏感度21 炸药的起爆炸药发生爆炸反应，需要给予一

5、定的能量，由外界施加给炸药使 之发生爆炸的能量，称为起爆能。起爆能的方式有三种：（1） 热能：导火索（2） 机械能：撞击、摩擦（3）爆炸能：雷管、导爆索等22 炸药起爆的理论221 热能起爆理论前苏联学者谢苗诺夫认为爆炸是系统内部温度渐增、导致热 能累积的结果。这种理论适合于气体爆炸。222 灼热核理论（或称热点学说） 这种学说，大意是炸药局部受到摩擦或撞击而达到了使炸药 某点爆炸的温度，然后由点到面迅速传播到全部。这个局部的点称为 灼热核，核径有10-310-5cm。灼热核形成有两种原因：一是绝热压缩炸药内部存在的微小气泡，形成灼热核； 二是炸药受到机械作用，使颗粒间产生摩擦，形成灼热 核。

6、223 爆炸冲击能起爆理论 利用一种炸药产生的冲击波使另一种炸药发生爆炸，这种方 法通常是用雷管、导爆索或起爆药包来实现的。一般起爆药的爆轰速 度都要大于被爆炸药的爆轰速度，这样才能达到炸药的临界起爆压 力值，发生爆炸。23 炸药的敏感度 表示炸药在外界能量作用下，发生爆炸反应的难易程度出称为炸 药的敏感度。有以三种：231 热感度：用爆发点和火焰感度来表示。（1）热感度：指加热炸药到开始爆炸的最小温度。如常用炸药的爆发点：2#岩石硝铵炸药 186230 C雷汞 175180C黑索金230CTNT 29029C（2）火焰感度：指炸药在明火作用下发生爆炸的能力，一般炸药如TNT、硝铵炸药等在不密

7、闭状态下，用火点燃 只会燃烧而不产生爆炸，但是对火焰敏感的黑索金和起爆 药会发生爆炸。232 机械感度（1）撞击感度：指炸药在撞击作用下发生爆炸的难易程度。 用落锤仪测定的几种炸药撞击感度如下2#岩石硝铵炸药 20%特屈儿 5060%黑索金7075 %TNT 48%（2）摩擦感度：指炸药对摩擦作用发生爆炸的难易程度，用 摩擦摆测定的几种炸药摩擦感度如下乳化炸药 0%特屈儿24%黑索金90%TNT0233爆轰感度：指炸药对爆炸冲击波作用发生爆炸的难易程度，用雷汞为起爆药起爆几种单质炸药的极限起爆药量为：特屈儿 0.19g 黑索金 0.19g TNT 0.24g24 影响炸药敏感度的因素241 内

8、在影响因素：键能、分子结构和成分、生成热、热效应、 热容量242 外界影响因素：炸药的物理状态与结晶形态、装药密度、温 度、惰性介质3 炸药的传爆31 波的基本概念 波是物质系统受到外界干扰后状态发生变化的的传播，简单地 说，波就是扰动的传播。受到扰动的介质与未受扰动的介质之间有一 个界面，称为波阵面，波阵面的传播速度，称为波速。这里要注意， 波速与介质的运动速度是不同的。311 强扰动与弱扰动a弱扰动b强扰动图2 .2 强扰动与弱扰动312 压缩波与稀疏波0Xa. 压缩波0Xb稀疏波图 2.3 压缩波与稀疏波313 冲击波 冲击波是在介质中以超声速度传播的强扰动、压缩波，在它 波阵面的前后状

9、态参数（压力P、密度P、温度T等）发生突变。Fp, T, u片卩。，To，uo $图2.4冲击波波阵面的前后状态参数 冲击波阵面上的参数关系可用质量、动量、能量守恒定律推导得 出：u- 0u =（P1-P0）（V0-V1）1/2D- 0u= （P1-P0） / （V0-V1） 1/2 e1-e0=1/2（P1+P0）（V0-V1） 32 炸药的爆轰3. 2. 1爆轰波：在炸药内部以稳定速度传播的冲击波。用D表示爆 轰波波速。432 1 0冲击波压缩区（10, 10-5cm）化学反应区（21,0.12.5cm） 气体膨胀区32）气体产物静止区（43）图 2.4 炸药爆轰示意3.2.2爆轰波参数：

10、按照上述冲击波阵面上的参数关系（质量、动量、能量守恒 定律）推导得出：p=P0 D2/ （K+1）D=2（K2-1）QV 1/2U2=D/（K+1）T2=2K T0 / （K+1）P2= （K+l）P0/KZ/u3.3 稳定爆轰的条件对于一般炸药形成稳定爆轰要求爆炸初速度V22C （声速）3.4 影响稳定爆轰的因素：1） 装药直径：临极图 2.5 装药直径影响稳定爆轰几种炸药的临界直径： 2#岩石硝铵炸药 1820mm 黑索金 11.5 mmTNT 810mm极限直径是临界直径的813倍。几种炸药的最佳装药密度：铵油炸药 0.851.05g/ml乳化炸药 1.051.30g/ml4 炸药的氧平

11、衡41 氧平衡的概念炸药由C、H、O、N四大元素组成，C、H元素是可燃元素，O 是助燃元素。炸药发生爆炸反应生成CO2和水H20。氧平衡就是衡量 所含的氧元素与C、H化合是否却好平衡，这有三种情况：（1）零氧平衡：即炸药中所含O元素正好将C、H元素完全 氧化。（2）正氧平衡：指炸药中所含O元素将C、H元素完全氧化 后还有富裕。（3）负氧平衡；指炸药中所含O元素不足以将C、H元素完 全氧化。42爆炸产物中的有毒气体炸药爆炸由于环境等很多因素的影响，即使配制得氧平衡很好 的炸药爆炸后也会由于反应不完全而产生一些对人类有害的气体，如CO和NxOy，含硫炸药还可能有H4S和SO2。这在地下爆破和峒室

12、爆破中特别要注意。5 炸药的热化学参数5. 1爆热：指lml炸药爆炸所产生的热量。常用炸药的爆热：2#岩石硝铵炸药 3638kj/kg黑索金5820 kj/kgTNT4187 kj/kg5.2 爆温：指炸药爆炸所释放的热量将爆炸产物加热达到的最高温度。一般单质炸药为30005000 C；矿用炸药为20002500 C5.3 爆压：指炸药在密闭容器中爆炸对边壁所产生的压力。常用阿 贝尔爆炸气体状态方程计算：P二FA/(laA )式中：A炸药密度，kg/LF炸药力，为nRT乘积 a 1 kg炸药的余容，即爆炸产物的范德华不可压缩体积5. 4爆生气体：指1 kg炸药爆炸生成的气体体积(在标准大气压情

13、况下)6. 炸药的爆炸性能 6.1炸药的威力：一般用来衡量炸药作功的能力，与爆热、比容、绝热指数有关，后者越大，威力越大，但炸药真正用于做有效功的能量极小，一般只 有总能量的57%。炸药的威力一般用爆力来表示，爆温、爆热、气体越多，爆力越大。测定方法有两种：(1) 铅柱扩孔法2#岩石硝铵炸药 320ml 黑索金 490ml TNT 285ml(2) 爆破漏斗法：同样炸药和地质条件，在相同埋深时，比 较其爆破漏斗的大小。漏斗体积V=nd3h/12d图2.7爆破漏斗体积炸药名称密度（g/ml）铅柱压缩值（mm）2#岩石硝铵炸药0. 91.01214TNT11.21618.7乳化炸药1.11.251

14、51962 炸药的猛度：指炸药爆炸对周围介质破碎的能力，它取决于爆 速 的大小，爆速越高，猛度越大。用铅柱压缩法测定，几种炸药的 猛度如下：6. 3爆速：这是指炸药的传播速度。这个参数反映了炸药作功和破 碎的能力，实际上一般用它来衡量炸药的威力和猛度。爆速越大，威 力、猛度越大。所以，爆速是反映炸药爆炸性质相当重要的参数。测 定方法如下：1）直接测时法：a.道特里什法：即导爆索法b.光线示波器法c.计时器测定法：爆速测定仪（ 2）高速摄影法6. 4炸药的殉爆：这是衡量炸药对爆炸冲击波感应的能力。一定条件下的某种炸药爆炸，对在一定距离上的另一种炸药能否使其产生爆 炸，这种能力称为殉爆。而能使其爆炸的最小距离就作为其殉爆能力 的度量。显然，炸药殉爆的能力与炸药的品种、数量、密度、装药直 径、放置方法等好多因素有关。6. 5聚能效应：在药包底部作成象雷管一样的空穴，会使爆炸能量 集中到空穴所对的方向，使该方向上具有更大的破坏作用，这种现象 称为聚能效应。6 岩石爆破作用基础61概述62 何谓爆破：利用炸药爆炸释放的能量对周围介质做功，在做有 效功的同时，又有部分能量在空气冲击波、地震波、飞石和噪声 等有害效应上。这个过程通常称为爆破。63 岩石爆破作用研究的问题：63.1提高炸药爆炸能量利用率：当前在岩石中炸药爆破的有效能量只有总能量的5-7%，而提高能量利用率才能加强爆破效 果，这