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1、水工工艺基础水工工艺基础第二讲第二讲 模块模块爆破工艺基础爆破工艺基础第二章第二章 爆破材料和起爆方法爆破材料和起爆方法 2.1 炸药炸药 2.1.1炸药在爆炸反应中的特点炸药在爆炸反应中的特点 、反应速度极快、反应速度极快 这是爆破反应区别于一般化学反应的最显这是爆破反应区别于一般化学反应的最显著特点。爆炸反应一般在著特点。爆炸反应一般在 10-5110-6s之间之间完成，同时释放大量的能量。因而爆炸反应可完成，同时释放大量的能量。因而爆炸反应可以达到很高的能量密度，这也是形成化学爆炸以达到很高的能量密度，这也是形成化学爆炸的重要条件。的重要条件。 、反应过程中产生大量的热、反应过程中产生大
2、量的热 放热是炸药爆炸对周围介质作功的必备条放热是炸药爆炸对周围介质作功的必备条件，也是使爆炸反应能独立地高速地进行下去件，也是使爆炸反应能独立地高速地进行下去的首要条件。炸药在反应过程中，使气体产物的首要条件。炸药在反应过程中，使气体产物的温度达到数千度、压力达到数十万个大气压的温度达到数千度、压力达到数十万个大气压。这种高温高压的反应产物，就能使周围介质。这种高温高压的反应产物，就能使周围介质产生变形或破坏。炸药爆炸反应生成的热是衡产生变形或破坏。炸药爆炸反应生成的热是衡量其作功的重要标志。量其作功的重要标志。 、化学反应过程中放出大量气体、化学反应过程中放出大量气体 炸药爆炸反应所产生的
3、大量气体产物，是炸药爆炸反应所产生的大量气体产物，是爆炸作功的媒介。由于气体具有很大的可压缩爆炸作功的媒介。由于气体具有很大的可压缩性和很高的膨胀系数，炸药爆炸瞬间产生大量性和很高的膨胀系数，炸药爆炸瞬间产生大量高温气体产物，先是处于强烈的压缩状态，形高温气体产物，先是处于强烈的压缩状态，形成能量的高度集中，产生高压气体。随之在膨成能量的高度集中，产生高压气体。随之在膨胀过程中，将能量迅速转变为机械功，使周围胀过程中，将能量迅速转变为机械功，使周围介质受到破坏。介质受到破坏。 上述三点是炸药爆炸的三个基本条件，它上述三点是炸药爆炸的三个基本条件，它们之间相辅相成，缺一不可，只有它们的综合们之间
4、相辅相成，缺一不可，只有它们的综合效果才能使化学反应过程具有爆炸的性质。例效果才能使化学反应过程具有爆炸的性质。例如，公斤煤完全燃烧能放热如，公斤煤完全燃烧能放热2140千卡，比千卡，比公斤炸药完全爆炸产生的热量约多一倍，公斤炸药完全爆炸产生的热量约多一倍，但其反应时间要几十分钟，故煤不具备爆炸条但其反应时间要几十分钟，故煤不具备爆炸条件，而公斤炸药完全爆炸只需十万分件，而公斤炸药完全爆炸只需十万分之一秒时间，并且产生之一秒时间，并且产生710升高压气体，相当于升高压气体，相当于10万个大气压。万个大气压。 2.1.2 炸药的爆炸性能炸药的爆炸性能 、爆力、爆力 炸药的爆力是指炸药爆炸时对其周
5、围介质炸药的爆力是指炸药爆炸时对其周围介质产生的整体压缩破坏和抛移能力，也就是炸药产生的整体压缩破坏和抛移能力，也就是炸药爆炸时对周围介质的爆炸时对周围介质的作功能力，以作功能力，以mL为为单位。爆力的大小取单位。爆力的大小取决于炸药爆炸时所产决于炸药爆炸时所产生的热量和气体的多生的热量和气体的多少以及温度的高低。少以及温度的高低。 、猛度、猛度 炸药的猛度是指炸药在爆炸瞬间对与药包炸药的猛度是指炸药在爆炸瞬间对与药包邻接的介质所产生的局部压缩、粉碎和击穿能邻接的介质所产生的局部压缩、粉碎和击穿能力，也就是炸药力，也就是炸药爆炸时的猛烈程爆炸时的猛烈程度，以度，以为单位。为单位。猛度的大小主要
6、猛度的大小主要取决于炸药的爆取决于炸药的爆速和密度速和密度. 、殉爆距离、殉爆距离 当一个药包（卷）爆炸后，引起与它当一个药包（卷）爆炸后，引起与它不相接触的邻近药包（卷）爆炸的现象称不相接触的邻近药包（卷）爆炸的现象称做殉爆。引起殉爆时，相邻两药包间的最做殉爆。引起殉爆时，相邻两药包间的最大距离称为殉爆距离，以大距离称为殉爆距离，以为单位。殉爆为单位。殉爆距离表示某一种炸药的殉爆能力。距离表示某一种炸药的殉爆能力。 、爆速、爆速 爆轰波在炸药的药粒中稳定传播的速度称爆轰波在炸药的药粒中稳定传播的速度称为炸药的爆速，以或为单位。为炸药的爆速，以或为单位。炸药的爆速与炸药爆炸化学反应速度是本质不
7、炸药的爆速与炸药爆炸化学反应速度是本质不同的两个概念。爆速是爆轰波阵面一层一层地同的两个概念。爆速是爆轰波阵面一层一层地沿炸药粒传播的速度，而爆炸化学反应速度是沿炸药粒传播的速度，而爆炸化学反应速度是指单位时间内反应了的物质的质量，其度量单指单位时间内反应了的物质的质量，其度量单位是。测定炸药爆速的方法有导爆索法、位是。测定炸药爆速的方法有导爆索法、电测法和高速摄影法等。电测法和高速摄影法等。 2.1.3 炸药的一般性质炸药的一般性质 炸药的敏感度炸药的敏感度 炸药的敏感度是指炸药在外界因素作用下，炸药的敏感度是指炸药在外界因素作用下，发生爆炸的难易程度，以炸药爆炸所需的最小发生爆炸的难易程度
8、，以炸药爆炸所需的最小外界能量，即起爆能来表示。根据炸药所受外外界能量，即起爆能来表示。根据炸药所受外界作用的形式不同，炸药的敏感度可分为热感界作用的形式不同，炸药的敏感度可分为热感度、机械感度和爆轰感度等。度、机械感度和爆轰感度等。问题问题:做烟花爆竹主要利用了炸药的什么感度做烟花爆竹主要利用了炸药的什么感度? 炸药的安定性炸药的安定性 炸药的安定性是指炸药在长期贮存中，保炸药的安定性是指炸药在长期贮存中，保持其原有物理、化学性质不变的能力。炸药的安持其原有物理、化学性质不变的能力。炸药的安定性分为物理安定性和化学安定性两个方面。定性分为物理安定性和化学安定性两个方面。 炸药的稳定性炸药的稳
9、定性 炸药的稳定性是指炸药的稳定性是指 炸药经起爆后，能以恒炸药经起爆后，能以恒定的速度自始至终保持完全的爆炸反应的性能。定的速度自始至终保持完全的爆炸反应的性能。 在爆破施工中，影响炸药稳定性的两个重要在爆破施工中，影响炸药稳定性的两个重要因素是药卷直径和装药密度。因素是药卷直径和装药密度。 2.1.4 炸药的分类炸药的分类 按用途分类按用途分类 ）起爆药）起爆药 这是一种对外界作用特别敏这是一种对外界作用特别敏感的炸药，常用来制造雷管等起爆器材料。特感的炸药，常用来制造雷管等起爆器材料。特点是受到较小的外界作用（如机械、热、火焰）点是受到较小的外界作用（如机械、热、火焰），即能激发爆炸，而
10、且反应速度极快。，即能激发爆炸，而且反应速度极快。 工程爆破中常用的起爆药有叠氮化铅、雷工程爆破中常用的起爆药有叠氮化铅、雷汞、二硝基重氮酚等。汞、二硝基重氮酚等。 ）猛炸药）猛炸药 这类炸药与起爆药相比，性能这类炸药与起爆药相比，性能比较稳定，通常要在一定的起爆源（如雷管）的比较稳定，通常要在一定的起爆源（如雷管）的作用下才能爆炸，是用于爆破作业的主要材料之作用下才能爆炸，是用于爆破作业的主要材料之一。猛炸药能对周围介质产生强烈的破坏作用。一。猛炸药能对周围介质产生强烈的破坏作用。工程中常用的猛炸药有、黑索金、奥克托工程中常用的猛炸药有、黑索金、奥克托金、太安以及混合型工业炸药等。金、太安以
11、及混合型工业炸药等。 ）火药）火药 这是一种反应速度较慢，只能进这是一种反应速度较慢，只能进行燃烧反应和推进作功的化合物。主要有黑火药、行燃烧反应和推进作功的化合物。主要有黑火药、无烟火药等。无烟火药等。 按组成分类按组成分类 ）单体炸药）单体炸药这种炸药是由单一的化合物这种炸药是由单一的化合物组成，多数是分子内部含有氧的有机化合物，在组成，多数是分子内部含有氧的有机化合物，在一定的外界条件作用下，能导致分子内键断裂，一定的外界条件作用下，能导致分子内键断裂，发生高速的化学反应，进行分子内的燃烧和爆轰。发生高速的化学反应，进行分子内的燃烧和爆轰。 ）混合炸药）混合炸药混合炸药是指炸药本身含有混
12、合炸药是指炸药本身含有两种以上成分的爆炸性混合物。这类炸药有气态两种以上成分的爆炸性混合物。这类炸药有气态的、液态的和固态的，其中以固态最多。大多数的、液态的和固态的，其中以固态最多。大多数工业炸药都属于混合炸药。工业炸药都属于混合炸药。 2.1.5 硝铵类炸药硝铵类炸药 硝铵类炸药是以硝酸铵为主要成分的混合硝铵类炸药是以硝酸铵为主要成分的混合炸药。这类炸药的主要优点是：爆炸反应完全、炸药。这类炸药的主要优点是：爆炸反应完全、生成的气体量大，原材料来源广、成本低。加生成的气体量大，原材料来源广、成本低。加工工艺简单、安全，炸药性能指标较好。目前工工艺简单、安全，炸药性能指标较好。目前水利水电工
13、程爆破施工使用的炸药多为硝铵类水利水电工程爆破施工使用的炸药多为硝铵类炸药。炸药。 、铵锑炸药、铵锑炸药 铵锑炸药又称硝铵炸药，由硝酸铵、梯恩铵锑炸药又称硝铵炸药，由硝酸铵、梯恩梯、木粉三种成分组成。梯、木粉三种成分组成。 铵梯炸药外观为淡黄色粉末。铵梯炸药是铵梯炸药外观为淡黄色粉末。铵梯炸药是工业炸药中比较安全的一种，但由于不抗水，工业炸药中比较安全的一种，但由于不抗水，多用于无水的工程爆破中。水电工程爆破施工多用于无水的工程爆破中。水电工程爆破施工中，常用中，常用岩石硝铵炸药。岩石硝铵炸药。 、铵油炸药、铵油炸药 铵油炸药由硝酸铵、柴油和木粉组成。由铵油炸药由硝酸铵、柴油和木粉组成。由于铵
14、油炸药密度低，起爆困难，并具有吸湿结于铵油炸药密度低，起爆困难，并具有吸湿结块性，故不宜用于有水工作面的爆破。块性，故不宜用于有水工作面的爆破。 3、浆状炸药、浆状炸药 浆状炸药是以氧化剂水溶液、敏化剂和胶浆状炸药是以氧化剂水溶液、敏化剂和胶凝剂为基本成分的抗水硝铵类炸药。具有抗水凝剂为基本成分的抗水硝铵类炸药。具有抗水性能强、密度高、爆炸威力大、原料来源广、性能强、密度高、爆炸威力大、原料来源广、成本低和安全等优点。在露天有水深孔爆破中成本低和安全等优点。在露天有水深孔爆破中被广泛采用。被广泛采用。 4、水胶炸药、水胶炸药 水胶炸药是世纪年代发展起来的一种新水胶炸药是世纪年代发展起来的一种新
15、型抗水硝铵类炸药，它与浆状炸药没有严格的界限。型抗水硝铵类炸药，它与浆状炸药没有严格的界限。水胶炸药具有浆状炸药的所有优点，且它起爆性能优水胶炸药具有浆状炸药的所有优点，且它起爆性能优于普通浆状炸药，对小直径雷管敏感，还具有较强的于普通浆状炸药，对小直径雷管敏感，还具有较强的抗水能力。抗水能力。 5、乳化炸药、乳化炸药 乳化炸药是基本与水胶炸药同时发展起来的一个乳化炸药是基本与水胶炸药同时发展起来的一个新品种炸药，目前已在我国水电工程爆破中得到广泛新品种炸药，目前已在我国水电工程爆破中得到广泛应用。乳化炸药具有下列特点：抗水性能强，炸药密应用。乳化炸药具有下列特点：抗水性能强，炸药密度大，可沉
16、于水下，解决了露天爆破炮孔中有水和水度大，可沉于水下，解决了露天爆破炮孔中有水和水下爆破作业的问题；其爆速高，机械感度低，安全性下爆破作业的问题；其爆速高，机械感度低，安全性能好；原料来源广泛，加工工艺简单，成本比较低。能好；原料来源广泛，加工工艺简单，成本比较低。 2.1.6 其他工业炸药其他工业炸药 1、硝化甘油类炸药、硝化甘油类炸药 硝化甘油类炸药的主要成分是硝化甘油，另硝化甘油类炸药的主要成分是硝化甘油，另加硝酸钾、硝酸钠或硝酸铵作氧化剂，硝化棉作加硝酸钾、硝酸钠或硝酸铵作氧化剂，硝化棉作吸收剂，以及少量的木粉作疏松剂和可燃剂。吸收剂，以及少量的木粉作疏松剂和可燃剂。 硝化甘油类炸药具
17、有抗水性强密度大爆炸威硝化甘油类炸药具有抗水性强密度大爆炸威力大等优点；但它也存在对撞击、摩擦感度高，力大等优点；但它也存在对撞击、摩擦感度高，安全性差，价格昂贵，保管期不能过长，容易老安全性差，价格昂贵，保管期不能过长，容易老化等缺点。一般只在水下爆破中使用。化等缺点。一般只在水下爆破中使用。 2、黑火药、黑火药 黑火药的主要成分为销酸钾、木炭和硫磺。黑火药的主要成分为销酸钾、木炭和硫磺。硝酸钾是氧化剂，木炭是可燃剂，硫磺既是可燃硝酸钾是氧化剂，木炭是可燃剂，硫磺既是可燃剂，又起到粘合剂的作用。黑火药的磨擦、撞击剂，又起到粘合剂的作用。黑火药的磨擦、撞击感度高，对火焰很敏感。感度高，对火焰很
18、敏感。 3、现场混装炸药、现场混装炸药 现场混装炸药是近年来兴起的一种集炸药的现场混装炸药是近年来兴起的一种集炸药的原材料运输、现场制备和装药为一体的炸药生产原材料运输、现场制备和装药为一体的炸药生产技术，其关键设备是炸药混装车。目前，我国露技术，其关键设备是炸药混装车。目前，我国露天爆破作业使用的混装车有铵油炸药混装车，浆天爆破作业使用的混装车有铵油炸药混装车，浆状炸药混装车，乳化炸药现场混装车及重铵油炸状炸药混装车，乳化炸药现场混装车及重铵油炸药混装车。药混装车。1993年，举世瞩目的三峡工程在全国年，举世瞩目的三峡工程在全国水利水电施工行业率先使用了乳化炸药混装车。水利水电施工行业率先使
19、用了乳化炸药混装车。该类车是由美国伊雷科（）化学公该类车是由美国伊雷科（）化学公司生产，经过改建组装后投入使用。主要有司生产，经过改建组装后投入使用。主要有型和型。型和型。 混装车炸药生产程序是从半成品制备地面站将混装车炸药生产程序是从半成品制备地面站将合格的水相和油相，多孔粒状硝铵、铝粉、发泡剂合格的水相和油相，多孔粒状硝铵、铝粉、发泡剂装入乳化炸药现场混装车上相应的罐内。在爆破现装入乳化炸药现场混装车上相应的罐内。在爆破现场，水相和油相按配方比例经各自的输送泵和流量场，水相和油相按配方比例经各自的输送泵和流量计汇入同一条软管，输入连续乳化器，乳化后的乳计汇入同一条软管，输入连续乳化器，乳化
20、后的乳胶体进入混合器，加入发泡剂，有时根据需要加入胶体进入混合器，加入发泡剂，有时根据需要加入多孔粒状硝铵（或铝粉）进行混合，然后药浆经螺多孔粒状硝铵（或铝粉）进行混合，然后药浆经螺杆泵通过输药软管进入炮孔底部，药浆在孔内杆泵通过输药软管进入炮孔底部，药浆在孔内分钟完成发泡而成为非雷管感度的现场混装乳分钟完成发泡而成为非雷管感度的现场混装乳化炸药。现场混装炸药具有生产制备方便，炸药性化炸药。现场混装炸药具有生产制备方便，炸药性能好，装药效率高，能减轻劳动强度、改善爆破质能好，装药效率高，能减轻劳动强度、改善爆破质量、降低爆破成本，作业安全等优越性。量、降低爆破成本，作业安全等优越性。 读一读：
21、读一读： 一、工业炸药发展史话一、工业炸药发展史话 公元公元7世纪，我们的祖先就发明了人类历史上最早的炸药世纪，我们的祖先就发明了人类历史上最早的炸药-黑火药。到了黑火药。到了13世纪，黑火药才经印度、阿拉伯传到欧洲。世纪，黑火药才经印度、阿拉伯传到欧洲。1627年，匈牙利率先将黑火药用于采掘工程，从而开拓了将年，匈牙利率先将黑火药用于采掘工程，从而开拓了将炸药用于工业生产的历史。直到炸药用于工业生产的历史。直到18世纪末，黑火药仍然是唯世纪末，黑火药仍然是唯一使用的炸药品种。一使用的炸药品种。19世纪初，由于化学工业的发展，新品世纪初，由于化学工业的发展，新品种炸药相继得到开发。种炸药相继得
22、到开发。146年，意大利科学家发明了硝化年，意大利科学家发明了硝化甘油炸药，但因安全问题没解决而未能推广使用。甘油炸药，但因安全问题没解决而未能推广使用。1867年，年，瑞典科学家诺贝尔研制成功能安全使用的硝化甘油炸药，推瑞典科学家诺贝尔研制成功能安全使用的硝化甘油炸药，推动了工业炸药发展的进程。同年，瑞典另两位科学家发明了动了工业炸药发展的进程。同年，瑞典另两位科学家发明了成本低廉、安全可靠的硝酸铵炸药，进一步促进了工业炸药成本低廉、安全可靠的硝酸铵炸药，进一步促进了工业炸药在生产领域的广泛应用。在生产领域的广泛应用。 1875年，瑞典人又研制成功硝化甘油为主要成分的胶年，瑞典人又研制成功硝
23、化甘油为主要成分的胶质炸药。这种炸药以爆炸威力大、抗水性能好等优点得到质炸药。这种炸药以爆炸威力大、抗水性能好等优点得到推广。推广。20世纪世纪50年代，硝铵炸药经历了两次重大发展：一年代，硝铵炸药经历了两次重大发展：一次是铵油炸药的出现，该炸药以成本低、原料来源广、生次是铵油炸药的出现，该炸药以成本低、原料来源广、生产使用安全等一系列优点，迅速在全世界得到推广；另一产使用安全等一系列优点，迅速在全世界得到推广；另一次是浆状炸药的发明，较好地解决了硝铵炸药的防水问题。次是浆状炸药的发明，较好地解决了硝铵炸药的防水问题。到到20世纪世纪70年代，又出现两种新型含水类硝铵炸药年代，又出现两种新型含水类硝铵炸药-水胶水胶炸药和乳化炸药。这两种炸药具有生产工艺简单、安全性炸药和乳化炸药。这两种炸药具有生产工艺简单、安全性能好、抗水性强以及可通过调节炸药密度等来适应不同条能好、抗水性强以及可通过调节炸药密度等来适应不同条件的爆破等优点。件的爆破等优点。 我国是在新中国成立后，才开始迅速发展工业炸药的我国是在新中国成立后，才开始迅速发展工业炸药的生产。目前已建立起一个较完整的生产体系，拥有数百家生产。目前已建立起一个较完整的生产体系，拥有数百家炸药加工厂，能生产几十种工业炸药，还有不少新型工业炸药加工厂，能生产几十种工业炸药，还有不少新型工业炸药正在研制和推广。炸药正在研制和推广。
