炸药及爆炸基本理论(修订稿).ppt

爆炸与炸药基本理论 四川省第八期爆破工程技术人员培训2024/5/21周二1授课老师马志刚四川天盾爆破技术咨询有限公司高级工程师国家注册安全工程师高级爆破工程技术人员四川省安全培训教师联系电话：[phone]邮箱：2024/5/21周二2培训讲义提纲培训讲义提纲第一节、爆炸定义及其分类第一节、爆炸定义及其分类第二节、炸药的基本理论第二节、炸药的基本理论1、我国工业炸药的发展史及今后发展趋势；2、炸药的定义及其分类3、工业炸药的原材料（氧化剂、还原剂、敏化剂、乳化剂、消焰剂等）4、炸药爆炸性能及其检验方法（爆速、爆力、猛度、殉距、感度、安定性等）2024/5/21周二35、炸药的热化学性质5.1 炸药氧平衡的计算5.2 炸药的爆热和爆温。6、工业炸药的配方设计7、炸药的爆炸理论（重点）第三节、常见炸药生产工艺介绍（重点介绍乳化第三节、常见炸药生产工艺介绍（重点介绍乳化炸药生产技术）。炸药生产技术）。第四节、固定炸药生产线介绍第四节、固定炸药生产线介绍第五节、混装炸药的发展现状第五节、混装炸药的发展现状2024/5/21周二4第六节第六节 工业炸药及废旧弹药销毁技术工业炸药及废旧弹药销毁技术第七节第七节 相关技术规范相关技术规范1、工业炸药术语2、工业炸药通用技术条件第八节第八节 民爆行业十二五规划民爆行业十二五规划第九节第九节 炸药的安全管理。炸药的安全管理。第十节第十节 复习（复习（18日上午）日上午）2024/5/21周二5一一、爆炸定义及分类、爆炸定义及分类物理爆炸物理爆炸（不发生化学变化不发生化学变化）核爆炸核爆炸（核裂变或核聚变核裂变或核聚变）化学爆炸化学爆炸（有新的物质生成有新的物质生成）爆炸：爆炸：爆炸：爆炸：是指在是指在是指在是指在适宜的适宜的适宜的适宜的条件下，某些物质发生条件下，某些物质发生条件下，某些物质发生条件下，某些物质发生急剧的急剧的急剧的急剧的物物物物理和化学变化，其内部的能量理和化学变化，其内部的能量理和化学变化，其内部的能量理和化学变化，其内部的能量瞬间释放瞬间释放瞬间释放瞬间释放，并借助系统，并借助系统，并借助系统，并借助系统内原有气体或爆炸后生成气体的内原有气体或爆炸后生成气体的内原有气体或爆炸后生成气体的内原有气体或爆炸后生成气体的迅速膨胀迅速膨胀迅速膨胀迅速膨胀，对系统周，对系统周，对系统周，对系统周围介质做功，使之发生冲击破坏效应的现象。围介质做功，使之发生冲击破坏效应的现象。围介质做功，使之发生冲击破坏效应的现象。围介质做功，使之发生冲击破坏效应的现象。爆炸的分类爆炸的分类：2024/5/21周二6 化学爆炸三要素化学爆炸三要素1反应的放热性反应的放热性 炸药爆炸必须的能源3反应中生成大量气反应中生成大量气体产物体产物 炸药爆炸对外做功的媒介2反应过程的高速度反应过程的高速度爆炸反应区别一般化学反应的重要标志2024/5/21周二7铝热剂反应铝热剂反应2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe+828kJ尽管反应非常迅速，且放出很多的热量，反应放出的热量足以把反应产物加热到3000K，但终究由于没有气体产物生成，没有把热能转变为机械能的媒介，无法对外做功，所以不具有爆炸性。2024/5/21周二8第二节炸药的基本理论1、工业炸药的发展历史第一代炸药：第一代炸药：黑火药，中国四大发明之一，在晚唐（9世纪末)时候正式出现。距今1000多年）。宋代期间，黑火药技术由阿拉伯国家传至欧洲，并在矿业开采中得以应用，矿岩开采效率大大提高。一直使用到十九世纪中叶。2024/5/21周二9第二代炸药：NOBEL代拿买特胶质炸药（含硝化甘油，易起爆，传爆稳定，威力高）第三代炸药：硝铵类炸药（1867年瑞典工程师ohlsson和Norrbein用硝酸铵和各种燃料制得混合炸药）。1930年硝铵炸药开始在欧洲、北美洲和亚洲开始生产和使用。后来，相继发明了铵油炸药、浆状炸药、乳化炸药等。1969年6月，美国阿特拉斯化学工业公司发明了乳化炸药，它是含水炸药的新发明。它借助于乳化剂作用形成油包水型乳状液，是一种反相的水胶炸药。2024/5/21周二102、炸药今后发展趋势（1）采用无毒无害原材料，彻底淘汰对人和环境有污染的组分。如TNT、S等。（2）配方设计趋于合理，组成简单，原材料来源广泛，成本低。氧化剂一般以硝酸铵为主。（3）炸药生产工艺向连续化自动化方向发展。（4）工业炸药产品向系列化方向发展。可针对不同岩石、地质进行配方设计。2024/5/21周二11（5）现场混装炸药用量逐年上升，成为大孔径露天爆破的首要选择。大大简化了生产和使用过程，提高了工作效率，简化了炸药的贮存和运输环节，大幅度降低了爆破成本，提高了安全性。（6）工业炸药的生产安全性逐步提高。生产线的连续化、自动化使产品质量稳定、生产效率提高，所需人员减少。2024/5/21周二123、炸药定义及其分类炸药的定义:凡在外部施加一定的能量后，能发生化凡在外部施加一定的能量后，能发生化学爆炸的物质叫做炸药。学爆炸的物质叫做炸药。（一）按炸药的组成分类1.单质炸药单质炸药指碳、氢、氧、氮等元素以一定的化学结构存在于同一分子同一分子中，并能自身发生迅速氧化还原反应的物质。2.混合炸药混合炸药指由两种或两种以上的成分所组成的机机械混合物械混合物.应含有氧化剂和可燃剂两部分，而且二者是以一定的比例均匀混合在一起的，是目前工程爆破中应用最广、品种最多的一类炸药。2024/5/21周二13（二）按用途分类1.起爆药：起爆药：主要用于起爆其它工业炸药用于起爆其它工业炸药。这类炸药的主要特点是主要特点是：(1)敏感度较高敏感度较高。(2)从燃烧到爆轰的时间极为短暂从燃烧到爆轰的时间极为短暂。传统的起爆药有迭氮化铅、二硝基重氮酚、斯蒂酚酸铅等。国外用ASA，叠氮化铅、三硝基间苯二酚铅和铝的混合物。2.猛炸药：猛炸药：与起爆药不同，这类炸药具有相当大的稳具有相当大的稳定性定性。它们比较钝感比较钝感，需要有较大的能量激发才能需要有较大的能量激发才能引起爆炸引起爆炸。常用的有梯恩梯、乳化炸药、浆状炸药、水胶炸药和铵梯炸药等。2024/5/21周二143.发射药发射药 又称火药，主要用作主要用作枪炮或火箭的推进剂推进剂，也有用作点火药点火药、延期药延期药的。它们的变化过程是迅速燃它们的变化过程是迅速燃烧。烧。4.烟火剂烟火剂 基本上也是由氧化剂与可燃剂组成的混合物基本上也是由氧化剂与可燃剂组成的混合物，其主要变化过程是燃烧主要变化过程是燃烧，在极个别的情况下也能爆轰极个别的情况下也能爆轰。一般用来装填照明弹、信号弹、燃烧弹等。延期雷管中的延期药属于此类。2024/5/21周二154、工业炸药的原材料炸药的爆炸反应本质上是一种极迅速的释放能量的氧化还原反应，故至少应包括一种氧化剂和一种还原剂（可燃剂）。1、氧化剂1.1定义及种类：在爆炸反应中能提供有效氧的物质。适用于工业炸药的氧化剂要求含氧丰富、价格低廉、安定性好、爆炸反应放出的热量和气体多。常用的氧化剂有硝酸盐类、氯酸盐类、高氯酸盐类、金属氧化物（如氧化铁、氧化铜）、液体氧化剂（如硝酸、四硝基甲烷）。2024/5/21周二161.2硝酸铵1658年首次制得。1867年开始用于混合炸药制造。具有来源广泛、价格便宜、含氧丰富、安定性好。制成的炸药威力较大，感度适中，成为炸药生产中最广泛的氧化剂。理化性质：白色结晶，易吸湿，熔点为169.6度，极易溶于水，溶解时吸收热量。晶形易改变，具有多晶性，常见有五种晶形，分别为立体、四方、斜方、斜方、正方晶体。易结块。2024/5/21周二17硝酸铵是一种强酸弱碱盐，易与铜、锌等发生化学反应，不易与铝、锡等发生作用，故在硝铵炸药生产中多用铝制设备。硝酸铵在温度稍高时，会发生缓慢分解，历史上曾发生过多次惨重事故，均因硝酸铵大量堆积不通风造成。硝酸铵是一种钝感的弱爆炸性物质。普通雷管不能引爆它，其撞击、摩擦、枪击感度为零。2024/5/21周二181.3、硝酸钠是一种无色透明菱形晶体，和硝酸铵相比，硝酸钠自身无爆炸性，有效含氧量高，在水中溶解的温度系数较小，能明显降低AN溶液的析晶点。作为一种辅助氧化剂用于含水炸药中，使乳化体系稳定性提高。易吸潮。2、可燃剂在爆炸反应中能消耗氧的物质。常用的为碳氢化合物（如木粉、煤粉、燃料油、金属粉等）。2024/5/21周二193、敏化剂3.1定义：能使炸药体系活性增加并降低爆炸所需外界能量的物质。具体表现为使炸药体系的热点易于形成。分为单质炸药敏化剂和非爆炸性敏化剂，单质炸药敏化剂有TNT、RDX、硝化甘油等。非爆炸性敏化剂有气泡敏化剂（如木粉、珍珠岩、硅藻土、活性炭等）、固体敏化剂（金属粉、滑石粉等）、黏性敏化剂2024/5/21周二20常用的黏性敏化剂有燃料型碳氢化合物，如柴油、松香、石蜡、硬脂酸、有机聚合物等。4、表面活性剂主要用于乳化炸药制造，作用是降低AN吸湿性和结块性。常用的表面活性剂：失水山梨醇单油酸酯（Span-80）、丁二酰亚胺。5、消焰剂主要用于煤矿许用炸药，作用是降低爆温，预防瓦斯爆炸。2024/5/21周二215、炸药炸药爆炸性能爆炸性能爆速爆速（detonation velocity）爆轰波沿炸药装药传播的速度称为爆轰波沿炸药装药传播的速度称为爆速爆速 装药直径装药直径装药直径装药直径药包外壳药包外壳药包外壳药包外壳装药密度装药密度装药密度装药密度炸药粒度炸药粒度炸药粒度炸药粒度（影响因素影响因素）起爆冲能起爆冲能2024/5/21周二22影响爆速的因素（影响爆速的因素（1）炸药爆速随药包直径变化炸药爆速随药包直径变化 1梯恩梯（）；2梯恩梯/硝酸铵（50/50）（）；3梯恩梯（）；4梯恩梯-硝酸铵（）；5硝酸铵-硝化甘油（）；6硝酸铵（）2024/5/21周二23影响爆速的因素（影响爆速的因素（2）粒状铵油炸药爆速随药包直径变化粒状铵油炸药爆速随药包直径变化 梯恩梯的装药密度对爆速的影响梯恩梯的装药密度对爆速的影响2024/5/21周二24影响爆速的因素（影响爆速的因素（3）混合炸药装药密度对爆速的影响混合炸药装药密度对爆速的影响1药包直径20mm；2药包直径40mm2024/5/21周二25炸药爆速的测定炸药爆速的测定测定方法测定方法导爆索法导爆索法 电测法电测法高速摄影法高速摄影法示波器示波器记时法记时法 数字式爆速数字式爆速仪测爆速法仪测爆速法 2024/5/21周二26导爆索法测爆速导爆索法测爆速 导爆索法测爆速导爆索法测爆速1雷管；2药包；3导爆索；4铅板2024/5/21周二27示波器测定爆速示波器测定爆速示波器测定爆速示波器测定爆速（a）测定装置；（b）荧光屏上波形1，2探针；3药包；4脉冲信号发生器电路；5示波器；6雷管；7脉冲信号；8时标2024/5/21周二28炸药的威力炸药的威力炸药爆炸作功示意图炸药爆炸作功示意图 2024/5/21周二29炸药威力的测定方法（炸药威力的测定方法（1）铅铅 铸铸 扩扩 孔孔 法法铅铸扩孔法铅铸扩孔法 弹道臼炮法弹道臼炮法 爆破漏斗法爆破漏斗法2024/5/21周二30炸药威力的测定方法（炸药威力的测定方法（2）弹弹 道道 臼臼 炮炮 法法1臼炮体2标准室3活塞式炮弹体铅铸扩孔法铅铸扩孔法 弹道臼炮法弹道臼炮法 爆破漏斗法爆破漏斗法2024/5/21周二31炸药威力的测定方法（炸药威力的测定方法（3）铅铸扩孔法铅铸扩孔法 弹道臼炮法弹道臼炮法 爆破漏斗法爆破漏斗法爆爆 破破 漏漏 斗斗 法法2024/5/21周二32炸药的猛度及测定炸药的猛度及测定炸药猛炸药猛度度（brisance）炸药的猛度炸药的猛度是指爆炸瞬间爆轰波和爆轰产物对邻近的局部固体介质的冲击、是指爆炸瞬间爆轰波和爆轰产物对邻近的局部固体介质的冲击、撞碰、击穿和破碎能力。撞碰、击穿和破碎能力。它表征了炸药的动作用它表征了炸药的动作用。1导火索；导火索；2雷管；雷管；3炸药；炸药；4钢片；钢片；5铅柱；铅柱；6钢板；钢板；7细绳；细绳；8爆炸后的铅柱爆炸后的铅柱炸药猛度的测定方法炸药猛度的测定方法2024/5/21周二33炸药殉爆2024/5/21周二34聚能效应现象聚能效应现象聚能现象聚能现象 聚能装药聚能装药 聚能效应应用聚能效应应用水面聚能流的形成水面聚能流的形成 2024/5/21周二35聚能效应装药聚能效应装药聚能现象聚能现象 聚能装药聚能装药 聚能效应应用聚能效应应用装药前端有空穴时聚能流的形成装药前端有空穴时聚能流的形成 衬有金属药形罩的聚能装药及金属射流的形式衬有金属药形罩的聚能装药及金属射流的形式 1药形罩（能聚罩）2爆轰波阵面3杵体4射流2024/5/21周二36聚能效应应用聚能效应应用聚能现象聚能现象 聚能装药聚能装药 聚能效应应用聚能效应应用不同装药结构的钢板穿孔能力不同装药结构的钢板穿孔能力（a）平底药柱（b）带有聚能穴的药柱（c）带有药形罩的聚能药柱（d）聚能药柱与钢板间有炸高距离 2024/5/21周二37爆轰产物与有毒气体爆轰产物与有毒气体（1）爆轰产物：炸药爆轰时，化学反应区反应终了瞬间的化学反应产物。它是计算爆轰反应热效应的依据。（2）爆炸产物：爆轰产物的进一步膨胀，或同外界空气、岩石等其他物质相互作用，发生新的反应、生成的新的产物。（3）有毒气体：CO、H2S、SO2和氮氧化物在计算有毒气体总量时，应将其他气体折算成在计算有毒气体总量时，应将其他气体折算成CO含量；其中氮氧化含量；其中氮氧化物的毒性系数为物的毒性系数为6.5，SO2、H2S的毒性系数为的毒性系数为2.5。2024/5/21周二38影响有毒气体生成量的主要因素影响有毒气体生成量的主要因素AA炸药的氧平衡炸药的氧平衡BB化学反应的完全程度化学反应的完全程度 C C炸药外壳为涂蜡纸壳炸药外壳为涂蜡纸壳DD爆破岩石内含硫爆破岩石内含硫生成生成H2S、SO2等有毒气体等有毒气体2024/5/21周二39炸药炸药感度感度感度感度（sensitivity）指在外界能量的作用下，炸药发生爆炸的难易程度。起爆感度起爆感度感度感度炸药对不同形式的外界能量作用所表现的感度是不一样的。故不能简单地以炸药对某种起爆能的感度等效地衡量它对另一种起爆能的感度。冲击波感度冲击波感度热感度热感度静电感度静电感度火焰感度火焰感度摩擦感度摩擦感度撞击感度撞击感度其他感度其他感度（sensitivity to initiation）(sensitivity to shock wave）（electrostaticsensitivity）（sensitivity to flame）（sensitivity to friction）（sensitivity to impact）（sensitivity to heat）2024/5/21周二40热感度和机械感度热感度和机械感度热感度热感度（sensitivity to heat）是指在热的作用下是指在热的作用下,炸药发生爆炸的难易程度炸药发生爆炸的难易程度。热感度通常用爆发点热感度通常用爆发点（ignition point）来表示来表示.热作用的方式主要有两种：热作用的方式主要有两种：均匀加热均匀加热、火焰点火火焰点火。机械感度机械感度（1）撞击感度）撞击感度（2）摩擦感度）摩擦感度（sensitivity to impact）在机械撞击的作用在机械撞击的作用下，炸药发生爆炸的难易程度称为炸药的撞击下，炸药发生爆炸的难易程度称为炸药的撞击感度感度。（sensitivity to friction）在机械摩擦的作用下在机械摩擦的作用下，炸药发生爆炸的难易程度称为炸药的摩擦感，炸药发生爆炸的难易程度称为炸药的摩擦感度度。2024/5/21周二41炸药的起爆感度炸药的起爆感度起爆感度起爆感度（sensitivity to initiation）炸药的起爆感度是指在其他炸药（起爆药、起爆具等）的爆炸作用炸药的起爆感度是指在其他炸药（起爆药、起爆具等）的爆炸作用下，猛炸药发生爆轰的难易程度。下，猛炸药发生爆轰的难易程度。凡能用凡能用1发发8号工业雷管可靠起爆的炸药称其号工业雷管可靠起爆的炸药称其具有雷管感度具有雷管感度；凡不能用凡不能用1发发8号工业雷管可靠起爆的炸药称其号工业雷管可靠起爆的炸药称其不具有雷管感度不具有雷管感度。2024/5/21周二42炸药的殉爆炸药的殉爆殉爆殉爆（sympathetic detonation）殉爆是指炸药（主发药包）发生爆炸时引起与它不相接触的邻近炸药殉爆是指炸药（主发药包）发生爆炸时引起与它不相接触的邻近炸药（被发药包）爆炸的现象（被发药包）爆炸的现象殉爆距离是指主发药包爆炸时一定引爆被发药包的两药包间的最大距离殉爆距离是指主发药包爆炸时一定引爆被发药包的两药包间的最大距离。殉爆距殉爆距离离（transmission distance）炸药的殉爆能力用殉爆距离表示，单位一般为炸药的殉爆能力用殉爆距离表示，单位一般为cm 确定炸药生产房间的安全距离（safety distance），为厂房设计提供基本数据；改进工业炸药的性质，提高在工程爆破时起爆或传爆的可靠性。在采用炮孔法进行爆破工作时，为保证相邻药卷完全殉爆，对药卷之间的殉爆距离有一定要求。装药时，应尽可能使相邻药卷紧密接触，防止岩粉或碎石等惰性物质将药卷隔开。因有惰性介质时，殉爆距离将明显减小。研究殉爆的目的研究殉爆的目的：2024/5/21周二43影响殉爆距离的因素影响殉爆距离的因素ABC装药密度装药密度药包外壳和药包外壳和连接方式连接方式药量和药径药量和药径2024/5/21周二44影响炸药感度因素影响炸药感度因素影响炸影响炸影响炸影响炸药感度药感度药感度药感度的因素的因素的因素的因素 1炸药温度的影响炸药温度的影响炸药温度的影响炸药温度的影响 2炸药物理状态与晶体形态的影响炸药物理状态与晶体形态的影响3炸药颗粒度的影响炸药颗粒度的影响 5附加物的影响附加物的影响 4装药密度的影响装药密度的影响 2024/5/21周二45主要内容主要内容炸药炸药爆炸基本理论爆炸基本理论1.1 基本概念基本概念 1.2 炸药化学反应基本形式炸药化学反应基本形式 1.3 炸药氧平衡与反应产物炸药氧平衡与反应产物 1.4 炸药热化学参数炸药热化学参数 1.5 炸药感度炸药感度 1.6 炸药起爆炸药起爆 1.7 炸药爆轰理论炸药爆轰理论 1.8 炸药爆炸性能炸药爆炸性能：本章思考题本章思考题2024/5/21周二466、炸药化学反应基本形式炸药化学反应基本形式 爆炸速度增长到稳定爆速爆炸速度增长到稳定爆速（stationary detonation velocity）的最的最大值大值 ，以每秒数千米的最大稳定速度进行的反应过程。以每秒数千米的最大稳定速度进行的反应过程。反映炸药的化学安定性A缓慢分解缓慢分解缓慢分解缓慢分解炸药以每秒数百米至数千米的高速进行爆炸反应C爆炸与爆轰爆炸与爆轰爆炸与爆轰爆炸与爆轰对爆破材料的安全生产,加工,运输保管以及过期变质炸药的销毁都很有必要B燃烧与爆燃燃烧与爆燃燃烧与爆燃燃烧与爆燃爆轰爆轰2024/5/21周二47 炸药热化学参数炸药热化学参数爆炸爆炸压力压力爆温爆温爆热爆热爆容爆容1kg炸药爆炸生成气体产物换算为标准状态下的体积称为爆容（specific volume）(单位:L/kg)。爆容越大，炸药做功能力越强。单位质量炸药爆炸时所释放的热量称为爆热（explosion heat）(单位:J/kg或kJ/kg)。爆炸瞬间固体炸药变成气体产物，这些产物来不及膨胀，爆炸已经结束，因而可以认为爆炸过程是定容过程。(explosion temperature)指炸药爆炸时放出的能量将爆炸产物加热到的最高温度。（explosion pressure）指当爆炸结束，爆炸产物在炸药初始体积内达到热平衡后的流体静压值。也有人将其定义为炮孔中装药爆炸完了瞬间炮孔壁上的压力，故又称为炮孔压力。2024/5/21周二48第三节第三节 炸药氧平衡与反应产物炸药氧平衡与反应产物炸药内含氧量与所含可燃元素充分氧化所需氧量相比之间的差值称为氧平衡。氧平衡用每克炸药中剩余或不足氧量的克数或质量分数来表示。炸药的氧炸药的氧平衡平衡（Oxygen balance）2024/5/21周二49氧平衡的计算氧平衡的计算令令炸药的通式：炸药的通式：CaHbNcOd则则氧平衡的计算式：氧平衡的计算式：式中 炸药的氧平衡；炸药的摩尔质量（g/mol）；氧的摩尔质量（g/mol）162024/5/21周二50混合炸药氧平衡的计算混合炸药氧平衡的计算计算公式计算公式：或者式中 、分别为分别为第第 i 组组分分的的质质量分数和氧平衡量分数和氧平衡值值2024/5/21周二512024/5/21周二522024/5/21周二532024/5/21周二54氧平衡的三种类型氧平衡的三种类型正氧平衡正氧平衡正氧平衡正氧平衡零氧平衡零氧平衡零氧平衡零氧平衡负氧平衡负氧平衡负氧平衡负氧平衡Qb0Qb=0Qb02024/5/21周二55混合炸药配方计算混合炸药配方计算含两种成分的混合炸药配比：设x、y分别为炸药中氧化剂和可燃剂的配比，Qx、Qy、Qb分别为这两种成分和混合后氧平衡值，则有：2024/5/21周二56 例：例：用硝酸铵、用硝酸铵、TNT和木粉配制零氧平衡的岩石炸药，试求出和木粉配制零氧平衡的岩石炸药，试求出其取值范围并选定一组配方。其取值范围并选定一组配方。解：解：设1单位质量炸药中含硝酸铵为x，TNT为y，木粉为z。已知各组中的氧平衡（查表）：硝酸铵20%，TNT-74%，木粉-138%，按零氧平衡配制时应有：三种成分的取值范围为:硝酸铵,TNT木粉可取TNT含量y=10%，代入上方程组解得：2024/5/21周二57爆轰产物与有毒气体爆轰产物与有毒气体（1）爆轰产物：炸药爆轰时，化学反应区反应终了瞬间的化学反应产物。它是计算爆轰反应热效应的依据。（2）爆炸产物：爆轰产物的进一步膨胀，或同外界空气、岩石等其他物质相互作用，发生新的反应、生成的新的产物。（3）有毒气体：CO、H2S、SO2和氮氧化物在计算有毒气体总量时，应将其他气体折算成在计算有毒气体总量时，应将其他气体折算成CO含量；其中氮氧化含量；其中氮氧化物的毒性系数为物的毒性系数为6.5，SO2、H2S的毒性系数为的毒性系数为2.5。2024/5/21周二58影响有毒气体生成量的主要因素影响有毒气体生成量的主要因素AA炸药的氧平衡炸药的氧平衡BB化学反应的完全程度化学反应的完全程度 C C炸药外壳为涂蜡纸壳炸药外壳为涂蜡纸壳DD爆破岩石内含硫爆破岩石内含硫生成生成H2S、SO2等有毒气体等有毒气体2024/5/21周二59第四节第四节 炸药热化学参数炸药热化学参数爆炸爆炸压力压力爆温爆温爆热爆热爆容爆容1kg炸药爆炸生成气体产物换算为标准状态下的体积称为爆容（specific volume）(单位:L/kg)。爆容越大，炸药做功能力越强。单位质量炸药爆炸时所释放的热量称为爆热（explosion heat）(单位:J/kg或kJ/kg)。爆炸瞬间固体炸药变成气体产物，这些产物来不及膨胀，爆炸已经结束，因而可以认为爆炸过程是定容过程。(explosion temperature)指炸药爆炸时放出的能量将爆炸产物加热到的最高温度。（explosion pressure）指当爆炸结束，爆炸产物在炸药初始体积内达到热平衡后的流体静压值。也有人将其定义为炮孔中装药爆炸完了瞬间炮孔壁上的压力，故又称为炮孔压力。2024/5/21周二60第五节第五节 炸药感度炸药感度感度感度（sensitivity）指在外界能量的作用下，炸药发生爆炸的难易程度。起爆感度起爆感度感度感度炸药对不同形式的外界能量作用所表现的感度是不一样的。故不能简单地以炸药对某种起爆能的感度等效地衡量它对另一种起爆能的感度。冲击波感度冲击波感度热感度热感度静电感度静电感度火焰感度火焰感度摩擦感度摩擦感度撞击感度撞击感度其他感度其他感度（sensitivity to initiation）(sensitivity to shock wave）（electrostaticsensitivity）（sensitivity to flame）（sensitivity to friction）（sensitivity to impact）（sensitivity to heat）2024/5/21周二61第六节第六节 炸药起爆炸药起爆炸药爆炸的能栅图炸药爆炸的能栅图2024/5/21周二62工业炸药配方设计1、设计原则：(1)氧平衡设计原则（获得最大释放能量）；有毒气体少。(2)性能、成本和爆破使用的平衡统一。兼顾爆炸性能、原材料及生产成本和爆炸使用对象。(3)、减少环境污染和提高生产安全性。不添加或尽量少添加有毒组分；各组分易于分散均匀。2024/5/21周二63(4)、配方设计与生产工艺的综合考虑。合适的组分配比选择不但能提高炸药的性能指标，而且还会利于工艺、设备的妥善安排，简化工艺操作。2、工程爆破对工业炸药的基本要求（1）具有较低的机械感度和适度的起爆感度。既能保证生产、贮存、运输和使用过程的安全，又能保证操作方便，能顺利起爆。2024/5/21周二64（2）爆炸性能好，具有足够的爆炸威力，以满足不同矿岩的爆破需要。（3）其组分达到或接近于零氧平衡，以保证爆炸后有害气体生成量少，同时炸药中不含或少含有毒成分。（4）有适当的稳定贮存期，在规定的贮存期内，不应变质失效。（5）原料来源广泛，价格便宜。（6）加工工艺简单，操作安全。2024/5/21周二65热点起爆理论热点起爆理论热点学说认为：炸药在受到机械作用时，绝大部分的机械能量首先转化为热能。由于机械作用不可能是均匀的，因此，热能不是作用在整个炸药上，而只是集中在炸药的局部范围内，并形成热点。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的数目足够多，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，最后引起部分炸药乃至整个炸药的爆炸。热点起爆理论热点起爆理论又称又称热点学说热点学说热点热点形成的原因形成的原因:（1）炸药内部的空气间隙或者微小气泡等在机械作用下受到了绝热压缩；（2）受磨擦作用后，在炸药的颗粒之间、炸药与杂质之间以及炸药与容器内壁之间出现的局部加热；（3）炸药由于黏滞性流动而产生的热点。热点起爆热点起爆理论理论2024/5/21周二66第七节第七节 炸药爆轰理论炸药爆轰理论波波扰动扰动在介质中的传播称为波波。物质在外界的作用下状态参数会发生一定的变化，物质局部状态的变化称为物质在外界的作用下状态参数会发生一定的变化，物质局部状态的变化称为扰动扰动 稀疏波稀疏波压缩波压缩波受扰动后波阵面上介质的压力、密度均增大的波称为压缩波。受扰动后波阵面上介质的压力、密度均增大的波称为压缩波。受扰动后波阵面上介质的压力、密度均减小的波称为稀疏波或膨胀波。受扰动后波阵面上介质的压力、密度均减小的波称为稀疏波或膨胀波。（pressure wave）（expansion wave）2024/5/21周二67冲击波的形成冲击波的形成冲击波冲击波（shock wave）冲击波冲击波是一种在介质中以超声速传播的并具有压力突然跃升然后慢慢下是一种在介质中以超声速传播的并具有压力突然跃升然后慢慢下降特征的一种高强度压缩波。降特征的一种高强度压缩波。冲击波形成原理示意图冲击波形成原理示意图R活塞与气体的界面A各个瞬时的波阵面；P管中空气压力2024/5/21周二68冲击波基本方程冲击波基本方程2024/5/21周二69冲击波特征冲击波特征1）冲击波的波速对未扰动介质而言对未扰动介质而言是超音速的。2）冲击波的波速对波后介质而言对波后介质而言是亚音速的。3）冲击波的波速与波的强度有关波速与波的强度有关。由于稀疏波的侵蚀和不可逆的能量损耗，其强度和对应的波速将随传播距离增加而衰减。传播一定距离后，冲击波就会蜕变为压缩波，最终衰减为音波。4）冲击波波阵面上的介质状态参数（速度、压力、密度、温度）的变化是突跃突跃的，波阵面可以看做是介质中状态参数不连续的间断面。冲击波后面通常跟有稀疏冲击波后面通常跟有稀疏波。波。5）冲击波通过时，静止介质将获得流速，其方向与波传播方向相同，但流速流速值小于波速。值小于波速。6）冲击波对介质的压缩不同于等熵压缩冲击波对介质的压缩不同于等熵压缩。冲击波形成时，介质的熵将增加。7）冲击波以脉冲形式传播，不具有周期性不具有周期性。8）当很强的入射冲击波在刚性障碍物表面发生反射时,其反射冲击波波阵面上的压力是入射冲击波波阵面上压力的8倍,由于反射冲击波对目标的破坏性更大反射冲击波对目标的破坏性更大，因此在进行火工品车间.仓库等有关设计时应尽量避免可能造成的冲击波反射。2024/5/21周二70炸药爆轰波炸药爆轰波爆轰波爆轰波（detonation wave）在炸药中传播的伴随有快速化学反应区的冲击波称为在炸药中传播的伴随有快速化学反应区的冲击波称为爆轰波爆轰波。爆轰波沿炸药装药传播的速度称为爆轰波沿炸药装药传播的速度称为爆速爆速。（detonation velocity）爆速爆速爆轰波特征：爆轰波特征：爆轰波只存在于炸药的爆轰过程中。爆轰波的传播随着炸药爆轰结束而中止。爆轰波只存在于炸药的爆轰过程中。爆轰波的传播随着炸药爆轰结束而中止。爆轰波总带着一个化学反应区，它是爆轰波得以稳定传播的基本保证。习惯上把爆轰波总带着一个化学反应区，它是爆轰波得以稳定传播的基本保证。习惯上把 0-2区间区间称为爆轰波波阵面的宽度，其数值约称为爆轰波波阵面的宽度，其数值约0.11.0cm，视炸药的种类而异。，视炸药的种类而异。爆轰波具有稳定性，即波阵面上的参数及其宽度不随时间而变化爆轰波具有稳定性，即波阵面上的参数及其宽度不随时间而变化,直至爆轰终了直至爆轰终了.2024/5/21周二71爆轰波的结构爆轰波的结构波阵面波阵面2-2面面为爆轰化学反应区的末端面，称为爆轰波波阵面波阵面。常把满足一定假设条件的理想爆轰波波阵面常把满足一定假设条件的理想爆轰波波阵面简称为简称为CJ面面（ChapamanJouguet plane）CJ面面爆轰波结构示意图爆轰波结构示意图 2024/5/21周二72爆轰波的参数爆轰波的参数CJ面上爆轰产物的面上爆轰产物的移动速度移动速度 爆轰爆轰压力压力 CJ面上爆轰产物的面上爆轰产物的比容比容 CJ面上爆轰产物的面上爆轰产物的密度密度 CJ面上面上稀疏波相对于爆轰产物的速度稀疏波相对于爆轰产物的速度 爆速爆速 爆轰爆轰温度温度 2024/5/21周二73凝聚炸药爆轰反应机理凝聚炸药爆轰反应机理 ABC均匀灼烧机理均匀灼烧机理 混合反应机理混合反应机理 不均匀灼烧机理不均匀灼烧机理 均匀灼烧机理又称均匀灼烧机理又称整体反应机理整体反应机理 化学反应在整个爆轰波波阵面上同时进行。化学反应在整个爆轰波波阵面上同时进行。混合反应机理又称二次式混合反应机理又称二次式多次反应机理多次反应机理 化学反应在化学反应区分步进行。化学反应在化学反应区分步进行。整个压缩层炸药的温度不是均匀整个压缩层炸药的温度不是均匀地升高并发生灼烧，形成地升高并发生灼烧，形成“起爆起爆中心中心”或或“热点热点”并先发生化学并先发生化学反应，然后再传到整个炸药层。反应，然后再传到整个炸药层。（三种途径）（三种途径）炸药中含有的微小气炸药中含有的微小气泡（气体或蒸气）在受泡（气体或蒸气）在受到冲击波压缩作用时的到冲击波压缩作用时的绝热压缩；绝热压缩；由于冲击波由于冲击波经过时炸药的经过时炸药的质点间或薄层质点间或薄层间的运动速度间的运动速度不同而发生摩不同而发生摩擦或变形擦或变形；爆炸气体产物渗透到爆炸气体产物渗透到炸药颗粒间的空隙中而炸药颗粒间的空隙中而使炸药颗粒表面加热使炸药颗粒表面加热.2024/5/21周二74理想爆轰与稳定爆轰理想爆轰与稳定爆轰（limiting diameter）区分区分:药药包极限直径包极限直径 药药包包临临界直径界直径（critical diameter）理想爆轰理想爆轰非理想爆非理想爆轰轰当任意加大药包直径和长度而爆轰波传播速度仍当任意加大药包直径和长度而爆轰波传播速度仍保持稳定的最大值时，称为保持稳定的最大值时，称为理想爆轰理想爆轰。爆轰波以低于最大爆速的定常速度传播时，爆轰波以低于最大爆速的定常速度传播时，则称为则称为非理想爆轰非理想爆轰。2024/5/21周二75爆轰波压力及爆速的特性爆轰波压力及爆速的特性 混合炸药爆轰波压力随时间的变化混合炸药爆轰波压力随时间的变化t1第一次反应时间；第一次反应时间；t2第二次反应时间；第二次反应时间；t0炸药被压缩时间炸药被压缩时间炸药爆速随药包直径变化炸药爆速随药包直径变化 2024/5/21周二76侧向扩散对反应区结构的影响侧向扩散对反应区结构的影响 侧向扩散对反应区结构的影响侧向扩散对反应区结构的影响1爆轰产物区；2侧向扩散影响区；3有效反应区；4未反应区（炸药）5扩散物前锋位置；6稀疏波（膨胀波）阵面；l反应区宽度；a-a冲击波阵面2024/5/21周二77不同药包直径侧向扩散不同药包直径侧向扩散对反应区结构影响对反应区结构影响 不同不同药药包直径包直径侧侧向向扩扩散散对对反反应应区区结结构影响示意构影响示意图图l反应区宽度 l 有效反应区宽度（a）不稳定传爆 （b）非理想爆轰稳定传爆 （c）理想炸轰2024/5/21周二78第八节第八节 炸药爆炸性能炸药爆炸性能爆速爆速（detonation velocity）爆轰波沿炸药装药传播的速度称为爆轰波沿炸药装药传播的速度称为爆速爆速 装药直径装药直径装药直径装药直径药包外壳药包外壳药包外壳药包外壳装药密度装药密度装药密度装药密度炸药粒度炸药粒度炸药粒度炸药粒度（影响因素影响因素）起爆冲能起爆冲能2024/5/21周二79影响爆速的因素（影响爆速的因素（1）炸药爆速随药包直径变化炸药爆速随药包直径变化 1梯恩梯（）；2梯恩梯/硝酸铵（50/50）（）；3梯恩梯（）；4梯恩梯-硝酸铵（）；5硝酸铵-硝化甘油（）；6硝酸铵（）2024/5/21周二80沟槽效应及其影响因素沟槽效应及其影响因素沟槽效应沟槽效应（pipe effect）沟槽效应，也称沟槽效应，也称管道效应管道效应、间隙效应间隙效应，就是当药卷与炮孔壁间存在有月，就是当药卷与炮孔壁间存在有月牙形空间时，爆炸药柱所出现的自抑制牙形空间时，爆炸药柱所出现的自抑制能量逐渐衰减直至拒（熄）爆的能量逐渐衰减直至拒（熄）爆的现象。现象。（影响因素影响因素）炸药配方炸药配方A物理结构物理结构B包装条件包装条件C加工工艺加工工艺D2024/5/21周二81减少或消除沟槽效应的措施减少或消除沟槽效应的措施DCBA调整炸药配方和加工工艺调整炸药配方和加工工艺堵塞等离子体的传播堵塞等离子体的传播 增大药卷直径增大药卷直径 化学技术化学技术 EF沿药包全长放置导爆索起爆沿药包全长放置导爆索起爆 采用散装技术，使炸药全部充填炮孔不留间隙采用散装技术，使炸药全部充填炮孔不留间隙 2024/5/21周二82炸药爆速的测定炸药爆速的测定测定方法测定方法导爆索法导爆索法 电测法电测法高速摄影法高速摄影法示波器示波器记时法记时法 数字式爆速数字式爆速仪测爆速法仪测爆速法 2024/5/21周二83导爆索法测爆速导爆索法测爆速 导爆索法测爆速导爆索法测爆速1雷管；2药包；3导爆索；4铅板2024/5/21周二84示波器测定爆速示波器测定爆速示波器测定爆速示波器测定爆速（a）测定装置；（b）荧光屏上波形1，2探针；3药包；4脉冲信号发生器电路；5示波器；6雷管；7脉冲信号；8时标2024/5/21周二85炸药的威力炸药的威力炸药爆炸作功示意图炸药爆炸作功示意图 2024/5/21周二86炸药威力的测定方法（炸药威力的测定方法（1）铅铅 铸铸 扩扩 孔孔 法法铅铸扩孔法铅铸扩孔法 弹道臼炮法弹道臼炮法 爆破漏斗法爆破漏斗法2024/5/21周二87炸药威力的测定方法（炸药威力的测定方法（2）弹弹 道道 臼臼