爆炸理论基础.ppt

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1、爆炸理论基础 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望目录目录1 炸药爆炸的理论基础 2 工业常用炸药 3 爆破技术 4 爆破器材的安全检验与安全管理 5 工程爆破公害及安全措施 6 爆破安全管理 1 炸药爆炸的理论基础炸药爆炸的理论基础1.1 炸药的爆炸 1.2 炸药的性能指标 1.1 炸药的爆炸炸药的爆炸1.1.1 爆炸现象1.1.2 炸药爆炸具备的条件 1.1.1 爆炸现象爆炸现象爆炸概念：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，

2、同时可能伴随有声、光、热效应的现象，称为爆炸。所谓爆炸，是大量能量在有限体积内和极短时间内迅速释放或急骤转化的现象。爆炸现象归纳为：物理爆炸 化学爆炸 核爆炸 物理爆炸 过热的蒸汽锅炉爆炸是典型的物理爆炸现象。在这种爆炸中，过热的水迅速转变为蒸汽，而大量蒸汽的产生使锅炉内压力不断提高，当蒸汽压力超过锅炉能够承受的程度时，锅炉爆裂，形成爆炸。大自然中的雷电属于物理爆炸现象，其能源为电能。带有不同电荷的两块云彩，当距离比校近时，发生强烈的放电现象。电位差在 s数量级时间内拉平，使放电区达到极其巨大的能量密度和数万度的高温，导致放电区空气压力急剧升高，并在周围空气中形成强烈的扰动。物理爆炸特征：爆炸

3、前后，物质没有发生质的变化。化学爆炸 炸药的爆炸，石油液化气体与一定比例的空气混合物所引起的爆炸属于化学爆炸。化学爆炸是通过化学反应将物质内潜在的化学能，在极短时间内迅速释放出来，转变成热能，使爆轰产物由于达到100K以上的高温和1010Pa 以上的压力，而迅速向外膨胀，在空气中形成冲击波，并对外做功。化学爆炸特征：爆炸前后，物质发生了质的改变。核爆炸原子弹、氢弹的爆炸属于核爆炸。原子弹是用铀235或钚239的裂变来实现的。核裂变时，铀235或钚239的原子核在中子的作用下分裂成为较轻的原于核，放出大量的核能。氢弹是用氘、氚或锂的聚变来实现的。核聚变时，氘、氚或锂的原子核在极高温度的条件下结合

4、成为较重的原子核，也能放出大量的核能。1g铀235全部进行核裂变放出的能量相当于2l07kg梯恩梯的能量，1g氚全部进行核聚变时放出的能量相当于1.1108kg梯恩梯的能量。核爆炸时原子核反应区的温度达到107K，压力达到1010Pa以上，在这样高的温度和压力的作用下，其能量以冲击波、光辐射和贯穿辐射等形式表现出来，对外界产生极其严重的破坏作用。因此，核爆炸是更加剧烈的爆炸现象。1.1.2 炸药爆炸具备的条件炸药爆炸具备的条件 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。炸药爆炸具备以下三个条件：放热反应生成大量气体 高速度反应 放热反应放热反

5、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，反应释放出的热量是做功的能源做功的能源，也是化学反应进一步加速进行的必要条件。炸药爆炸时放出的热量大小常用爆热来衡量，爆热爆热指单位质量炸药爆炸时放出的热量。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爆温爆温。生成大量气体生成大量气体 气体具有良好的压缩性，瞬间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。用比容衡量炸药爆炸时产生的气体多少，比容比

6、容指单位质量炸药爆炸后生成的气体在标准状态下所占的容积。单质炸药比容一般在3001000L/kg。高速度反应高速度反应 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，反应速度标志着做功的功率功率。爆炸反应的速度通常用爆速来衡量，爆速爆速指爆炸过程在炸药中传播的稳定速度。单质炸药爆速一般在11008000m/s。1.2 炸药的反应形式炸药的反应形式 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：热分解燃烧爆炸爆轰 四种反应形式产生不同的物理化学效应。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

7、慢的化学变化，使原物质发生本质的变化。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。当加热到200C时，分解并放出热量，NH4NO30.5N2+NO+2H2O+36.25KJ或：NH4NO3N2O+2H2O+52.63KJ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，

8、往往还会加速炸药的燃烧。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。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。爆轰爆轰爆炸速度增长到稳定爆速的最大值时就转化为爆轰，爆轰是指炸药以最大

9、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。1.2炸药的爆炸性能指标炸药的爆炸性能指标1.2.1爆速1.2.2炸药的起爆能和敏感度 1.2.3炸药的热感度 1.2.4炸药的机械感度1.2.5炸药的爆炸冲能感度1.2.6炸药威力的衡量1.2.7炸药的氧平衡设计爆速爆速爆速就是爆轰传播的速度，爆速越大，爆轰波的压力越高，爆炸的威力也越大。爆速的大小除了取决于炸药本身的性能外，还与密度、约束条件、药卷的直径等密切

10、相关。因此，测定爆速应在标准条件下进行，以使测定值有可比性。测定的方法很多，现场常用的方法是导爆索法(也称对比测定法)。爆速的测量爆速的测量1雷管；2药包；3导爆索；4铅板1.2.2 炸药的敏感度炸药的敏感度炸药的起爆炸药的敏感度炸药的热感度炸药的机械感度炸药的爆炸冲能感度 炸药的起爆炸药的起爆引起炸药爆炸的外能称为起爆能，起爆能可以归纳为三类：热能机械能爆炸能炸药的敏感度炸药的敏感度 炸药在外能作用下，发生爆炸反应的难易程度叫做炸药的敏感度敏感度，简称感度。炸药的敏感度高低对于炸药的加工制造、贮存运输及安全使用都十分重要。研究炸药的感度的目的在于掌握炸药在特定条件下爆炸的可能性，分析影响感度

11、的诸因素，通过采用相应的措施，使炸药的感度满足生产、贮存、运输、使用和经济上的不同要求。1.2.3 炸药的热感度炸药的热感度 炸药在热能的作用下发生爆炸的难易程度称为炸药的热感度热感度。炸药的热感度目前主要采用实验测定的方法来确定。通过测定炸药的爆发点、火焰感度来确定。爆发点测定仪爆发点测定仪 爆发点指炸药在规定时间(5min)内起爆所需加热的最低温度。爆发点越低的炸药，热感度越高。爆发点测定原理很简单，将定量炸药（0.05g）放在恒温的环境中5min，如果炸药没有爆炸，说明此环境温度太低，升高环境温度后再试，如果不到5min就爆炸，说明环境温度太高，降低环境温度再试，直到调整到某一环境温度时

12、，炸药正好在5min爆炸，此环境温度就是炸药的爆发点。图3-1 爆发点测定仪1合金浴锅；2电热丝；3外壳；4隔热层；5锅盖；6铜试管；7温度计；8放气孔；9低熔点合金1合金浴锅；2电热丝；3外壳；4隔热层；5锅盖；6铜试管；7温度计；8放气孔；9低熔点合金常见炸药的爆发点常见炸药的爆发点 炸药名称炸药名称爆发点（爆发点（0C）炸药名称炸药名称爆发点（爆发点（0C）二硝基重氮酚170175泰安205215雷汞170175黑索金215235胶质炸药180200梯恩梯290295特屈儿195200硝铵类炸药280320硝化甘油200205叠氮铅330340火焰感度测量装置火焰感度测量装置炸药在明火（

13、火花，火焰）的作用下发生爆炸的难易程度，称为炸药的火焰感度。火焰感度用图3-2所示火焰感度测量装置测定，试管内装入待试炸药（起爆药0.05g，猛炸药1g），通过调整导火索头距炸药的距离X，点燃导火索进行试验，同样距离试验六次，找出六次同样试验100%都能使炸药点燃的最大距离Xmax和100%都不能使炸药点燃的最小距离Xmin，Xmax越大，炸药的火焰感度越高，Xmin越小，火焰感度越低。当起爆炸药时，要了解炸药的Xmax；当从安全方面考虑时，要了解炸药的Xmin。1支座；2炸药；3试管；4下夹头；5上夹头；6导火索；7标尺1.2.4 炸药的机械感度炸药的机械感度机械感度主要有撞击感度和摩擦感度

14、。在爆破工程中，雷管内利用起爆药的热感度起爆，起爆药与炸药间利用爆炸能起爆，一般不用炸药机械感度起爆。机械感度主要影响炸药的贮存、运输和使用安全，机械感度高的炸药会给爆破工程带来更多的不安全因素，所以爆破工程中不希望炸药的机械感度高。在军火方面，弹药的引信一般用机械作用起爆，机械感度对弹药的起爆有重要意义。撞击感度撞击感度撞击感度撞击感度表示炸药在撞击作用下发生爆炸的难易程度。撞击感度用实验方法测定，实验的原理是利用自由落体的能量撞击炸药，猛炸药用垂直落锤仪，起爆药用弧形落锤仪。猛炸药的撞击感度测定猛炸药的撞击感度测定猛炸药用垂直落锤仪，撞击能量较大，在撞击能固定的条件下，用25次同等试验中炸

15、药发生爆炸的百分率表示所试炸药的撞击感度。1击砧装置；2导轨；3落锤；4a电磁铁；4b钢爪；5钢丝绳；6标尺；7底座；8套筒；9下击柱；10炸药；11上击柱猛炸药的撞击感度猛炸药的撞击感度炸药名称炸药名称撞击感度撞击感度（%）炸药名称炸药名称撞击感度撞击感度（%）梯恩梯49铵松腊炸药04特屈儿50602#岩石炸药3240黑索金70801#岩石炸药4856泰安10062%胶质炸药100起爆药的撞击感度测定起爆药的撞击感度测定起爆药用弧形落锤仪，撞击能量较小。通过调整重锤的落高，同一落高下做多次试验，100%能使炸药爆炸的最小落高为上限距离，100%不能使炸药爆炸的最大距离为下限距离。试验次数10

16、次以上。1定位钩；2弧形架；3炸药；4钢底座；5落锤三种起爆药的撞击感度三种起爆药的撞击感度炸药名称炸药名称锤重锤重(g)上限上限(mm)下限下限(mm)雷汞4808055叠氮铅9752356570二硝基重氮酚500225摩擦感度摩擦感度 摩擦感度衡量炸药在摩擦作用下发生爆炸的难易程度。摩擦感度用摆式摩擦感度测量仪测定，测量原理如右图。1摆锤；2击杆；3角度标量；4测定装置；5油压机；6压力计；7顶板；8上下击柱；9炸药；10导向套；11柱塞炸药的摩擦感度炸药的摩擦感度炸药名称炸药名称摩擦感度摩擦感度（%）炸药名称炸药名称摩擦感度摩擦感度（%）梯恩梯0铵松蜡416特屈儿242号岩石炸药1620

17、黑索金901号煤矿炸药28铵铝高威力炸药402号煤矿炸药364号高威力炸药321.2.5 炸药的爆炸冲能感度炸药的爆炸冲能感度爆炸冲能感度爆炸冲能感度指炸药在爆炸冲击波的作用下发生爆炸的难易程度。当炸药爆炸时，产生的爆炸冲击波对相邻或附近炸药作用，受作用炸药被引发爆炸的难易程度即该炸药的爆炸冲能感度。用爆炸冲能起爆炸药是爆破工程起爆的主要方法。炸药爆炸冲能感度常用极限起爆药量、殉爆距离来衡量。极限起爆药量极限起爆药量保证炸药起爆所需的最小起爆药量称做该炸药的极限起爆药量(简称极限药量)。如用A炸药起爆B炸药，能使B炸药完全起爆的A炸药的最小药量称为B炸药的极限起爆药量，实验装置见右图。1雷管；

18、2导火索；3铅板几种炸药的极限起爆药量几种炸药的极限起爆药量 起爆药名称受试炸药（克）梯恩梯特屈儿黑索金雷汞0.240.190.19氮化铅0.160.100.05二硝基重氮酚0.1630.170.13殉爆距离殉爆距离 工业炸药的爆炸冲能感度常用殉爆距离大小来衡量。主爆药包与从爆药包同置于直径与药包直径相近的半圆沟中。两个药包纵轴在同一水平线上，距离为l，主爆药包由雷管起爆后，产生强烈空气冲击波，在一定距离范围内，可以激起从爆药包爆炸。足以使从爆药包爆炸的药包间最大距离，就是炸药的殉爆距离殉爆距离。殉爆距离的单位用cm表示。殉爆距离大，说明炸药的爆炸冲能感度高。用殉爆距离作标准比较不同炸药感度时

19、，一定要保持相同的测定条件，否则就失去测定结果的可比性。1雷管；2主爆药包；3从爆药包1.2.6炸药威力的衡量 炸药的威力可以通过理论计算的方法推算，但是由于理论计算的爆炸威力和有效利用的部分相差较大，所以在实际中通常用实验的方法确定。猛度猛度和爆力爆力是用得最广的衡量炸药威力的实验指标。炸药的猛度炸药的猛度猛度是衡量炸药对邻近介质局部压缩、粉碎或击穿作用的指标。它是由高压爆轰产物对邻近介质直接强烈冲击压缩所产生的，其强烈程度取决于装药密度和爆速。1导火索；2雷管；3被测试的药包(50g,装药密度1g/cm3)；4钢片；5铅柱(D=40mm)；6钢板(D41mm10mm)；7细绳；8爆炸后被压

20、缩的铅柱猛度：h=60h1(mm)炸药的爆力炸药的爆力 爆力爆力是指炸药爆炸在介质内部产生的对介质整体的压缩、破坏和抛移作用，其作用范围大，可达到药包体积的几百至几千倍以上。爆力作用是由于应力波在介质中的传播和爆炸气体膨胀综合产生的压缩和破坏的结果，其大小与爆炸能量成比例，也与爆炸气体体积有关，体积大，爆力作用增强。测定炸药爆力大小的方法有几种，如铅柱法、爆破漏斗法、弹道摆法、弹道臼炮法等。铅柱法测定爆力铅柱法测定爆力a)爆炸前铅柱b)爆炸后铅柱1铅柱；2雷管；3药包（10g）；4堵塞物（石英砂）爆力：V=V1V2cm3在均质岩土或砂中，钻一炮孔，然后将药包装入孔中，进行爆破。结果，在地面上形

21、成一可见的爆破漏斗，其深度为h(m)。在地面上经过原来炮孔的位置做两条互相垂直的直线，测定漏斗口的直径，取其平均值作为爆破漏斗直径D(m)，最后按下式求得其体积爆破漏斗法测定爆力爆破漏斗法测定爆力1炮孔；2药包；3抛出去的岩石。r爆破漏斗半径；h爆破漏斗可见深度；D爆破漏斗直径。1.2.7炸药的氧平衡设计炸药的氧平衡设计炸药是一种载氧体，炸药的爆炸过程实质上是可燃元素与助燃元素发生极其迅速和猛烈的氧化还原反应的过程。反应结果是氧和碳化合生成二氧化碳(CO2)或一氧化碳(CO)，氢和氧化合生成水(H2O)，这两种反应都放出了大量的热。氧平衡氧平衡就是衡量炸药中所含的氧与将可燃元素完全氧化所需要的

22、氧两者是否平衡的问题。氧平衡分类氧平衡分类零氧平衡：系指炸药中所含的氧刚够将可燃元素完全氧化；正氧平衡：系指炸药中所含的氧将可燃元素完全氧化后还有剩余；负氧平衡：系指炸药中所含的氧不足以将可燃元素完全氧化。研究氧平衡的意义研究氧平衡的意义只有当炸药中的碳和氢都被氧化成CO2和H2O时，其放热量才最大。零氧平衡一般接近于这种情况。负氧平衡的炸药，爆炸产物中就会有 CO、H2，甚至会出现固体碳；而正氧平衡炸药的爆炸产物，则会出现 NO、NO2等气体。CO、NxOy不仅是有毒气体，而且对瓦斯爆炸反应起催化作用，因此这样的炸药就不能应用于地下矿井的爆破作业。由此可见，研究氧平衡不仅具有理论意义，而且是

23、设计混合炸药配方、确定炸药使用范围和条件的重要依据。氧平衡值的计算方法氧平衡值的计算方法单质炸药CaHbOcNd：含铝炸药CaHbOcNdXe：混合炸药：单位：g/g或%计算硝酸铵的氧平衡值计算硝酸铵的氧平衡值将硝酸铵（NH4NO3）写成炸药通式应为：C0H4O3N2，M80克，将各数据代人(1-2-6)式即得：硝酸铵氧平衡值=求混合炸药各成分的配比求混合炸药各成分的配比 配制由硝酸铵和柴油两成分组成的混合炸药，使炸药达到零氧平衡。求两种成分的合适配比。解：已知硝酸铵和柴油的氧平衡值分别为+0.20g/g和-3.24g/g，设混合炸药中硝酸铵和柴油所占的比例分别为x和y，则有；x+y=100%

24、0.2x+(-3.24)y=0解方程组得：x=94.5%，y=5.5%。所以，该炸药合适的配比应为硝酸铵占94.5%，柴油占5.5%。4号浆状炸药的组分配比与氧平衡值号浆状炸药的组分配比与氧平衡值 组分名称含量(%)氧平衡值(g/g)硝酸铵60.2+0.200水16.50梯恩梯17.50.740白芨胶2.01.066尿素3.00.80硼砂1.30氧平衡值60.20.200+17.5(0.740)+2(1.066)+3.0(0.80)0.12040.12950.02130.02400.0544(g/g)练习1.计算TNT分子式为：C6H2(NO2)3CH3的氧平衡值。2.要求配制零氧平衡的岩石硝

25、铵炸药，其成分为硝酸铵、TNT（10%）和木粉。试求出三种成分在炸药中的合适比例。从理论上讲，适当调整炸药的组分配比，使其保持零氧平衡，在爆炸时可以不生成CO和NxOy。在实际爆破工程中，由于有些炸药并没有达到零氧平衡爆轰反应不完全，生产过程中混合不均匀、炸药种类、贮存条件、引爆方式和爆破条件等的不同，炸药爆炸时，总是要产生有毒气体的。这些有毒气体主要是CO和NxOy，在硫化矿和含硫岩层中进行爆破时，或是含硫炸药爆炸时，还可能生成少量的硫化氢和二氧化硫。这些气体对于人体组织都是十分有害的。当其浓度超过一定限度时，将会导致人们中毒甚至死亡。对于有瓦斯和矿尘爆炸危险的矿井来说，这些气体还将对瓦斯和粉尘爆炸反应起催化作用。爆炸产生的有毒气体爆炸产生的有毒气体思考与练习1.一根小小的撞针可以引爆一棵子弹或一发炮弹，而一发爆炸的雷管却不能引爆成吨的硝酸铵，为什么？2.炸药不爆炸也能致人重毒或死亡，什么原因？3.雷管中所使用的炸药和炮孔中所使用的炸药是否一样，为什么？4.在铵油炸药中，加入4%的木粉作松散剂，按零氧平衡设计炸药配方。