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１．８　炸药爆炸性能炸药的性能重要取决于以下因素，一是炸药的组成成分，二是炸药的加工工艺，三是炸药的装药状态和使用条件。本节重要介绍炸药的爆速、威力、猛度和聚能效应等性能。１．８．１　爆速爆轰波沿炸药装药传播的速度称为爆速。爆速是炸药的重要性能指标之一，也是目前唯一能准确测量的爆轰参数。（１）影响爆速的因素炸药的爆速除了与炸药自身的性质，如炸药密度、产物组成、爆热和化学反映速度有关外，还受药包直径、装药密度和粒度、装药外壳、起爆冲能及传爆条件等影响。从理论上讲，当药柱为抱负封闭、爆轰产物不发生径向流动、炸药在冲击波波阵面后反映区释放出的能量所有都用来支持冲击波的传播时，爆轰波以最大速度传播，这时的爆速叫抱负爆速。事实上，炸药是很难达成抱负爆速的，炸药的实际爆速都低于抱负爆速。影响爆速的因素重要有以下几方面。１）药包直径的影响当爆轰波沿直径有限的药柱轴向传播时，除在爆轰波反映区中有化学反映的放热过程之外，同时还存在着能量的耗散过程。前面已经提到，爆轰波波阵面压力可达数千至数万兆帕。因此，爆轰气体产物必然要发生径向膨胀。这种径向膨胀引起向反映区内传播的径向稀疏波，结果导致反映区中能量向外耗散。爆轰波传播过程中，ＣＪ面后的高压气体产物也要向后膨胀而产生轴向稀疏波。但是由于ＣＪ面处具有ｕＨ＋ｃＨ＝Ｄ这一条件，所以后面的这种轴向稀疏波不能传入反映区内，因而不会引起能量损失，因此，径向稀疏波是爆轰波沿药包传播过程中能量损失的最重要因素。通常实际使用的药柱的直径都是有限尺寸的，因此，总是存在着产物的径向膨胀及因此而引起的能量损失。这样，化学反映区所释放出的能量只有一小部分被用来支持爆轰波的传播，从而引起爆轰波阵面压力的下降和爆速的减小。图１２０是几种炸药的爆速随药包直径变化关系的实测结果。比较图中曲线１、２、３、４即可看出，在密度相同的条件下，同梯恩梯相比，铵梯混合炸药的抱负爆轰爆速都较低，而临界直径和极限直径都较大，并且ｄ临与ｄ极之间关系的特点更为明显。图１２０　药包直径对爆速的影响　　　　　１—梯恩梯（ρ０＝１．６ｇ／ｃｍ３）；２—梯恩梯／硝酸铵（５０／５０）（ρ０＝１．５３ｇ／ｃｍ３）；３—梯恩梯（ρ０＝１．０ｇ／ｃｍ３）；４—梯恩梯硝酸铵（ρ０＝１．０ｇ／ｃｍ３）；５—硝酸铵硝化甘油（ρ０＝０．９８ｇ／ｃｍ３）；６—硝酸铵（ρ０＝１．０４ｇ／ｃｍ３）图１２１　粒状铵油炸药爆速随药包直径变化　　表１１１及表１１２分别列出一些炸药的临界直径值和极限直径值。必须指出，这些值将随测定条件不同而变化。表１１１　一些炸药的临界直径值炸药名称ｄ临（ｍｍ）炸药名称ｄ临（ｍｍ）氮化铅０．０１～０．０２２＃岩石硝铵炸药１５太　安１．０～１．５梯恩梯６黑索金１．０～１．５硝酸铵１００表１１２　一些炸药的极限直径值炸药名称炸药密度（ｇ／ｃｍ３）ｄ极（ｍｍ）熔铸梯恩梯—５０梯恩梯１．６１０梯恩梯０．８５３０黑索金１．０３～４熔铸梯恩梯（５０／５０）—１２０硝酸铵及以它为重要成分的低感度混合炸药极限直径都很大，甚至达成３００ｍｍ以上。图１２１是实际测得的粒状铵油炸药爆速随药包直径变化的关系。它表白，在实验中所取药包直径范围内，爆速随药包直径的增大而不断上升，一直到ｄ＝２００ｍｍ时仍未达成抱负爆轰，即ｄ＜ｄ极。因此，可以认为，对于这类炸药药包直径宜大不宜小，而矿山常用药包直径往往小于极限直径，致使炸药能量不能充足释放出来，能量运用率低。２）药包外壳的影响药包外壳对传爆过程影响很大，装有坚固的外壳可以使炸药的临界直径值减小。例如，硝酸铵的临界直径本是１００ｍｍ，但在２０ｍｍ厚的内径７ｍｍ的钢管中也能稳定传爆。这是由于坚固的外壳减小了径向膨胀所引起的能量损失。实验研究表白，对于爆轰压力高的炸药，对ｄ临的影响起主导作用的不是外壳材料强度而是材料的密度或质量。爆轰时，密度大的外壳径向移动困难，因此可以减小径向能量损失。对于爆轰压力低的炸药，外壳强度的影响也是重要的。在药包直径小于极限直径时，外壳对于药包稳定传爆的影响显著，而当ｄ大于ｄ极时，外壳的影响不显著。３）装药密度的影响单体猛炸药和工业混合炸药的装药密度，对传爆过程有不同的影响。图１２２说明梯恩梯爆速变化与装药密度的关系。装药密度增大，爆速也随之增大，两者呈直线关系。对于混合炸药则不然，爆速同装药密度的关系，如图１２３所示。爆速随装药密度的增大而增长，但在密度增大到某一定值时，爆速达成它的最大值，这一密度被称为最佳密度。此后，密度进一步增大，爆速反而下降，并且当密度大到超过某一极限值时，就会发生所谓 “压死”现象，即不能发生稳定爆轰。这一密度称为极限密度ρ极，也有称为“压死密度”。图１２３所示为两种不同直径的药包的爆速随密度变化，而在密度分别为１．１０８ｇ／ｃｍ３和１．１５ｇ／ｃｍ３时，直径２０ｍｍ的和直径４０ｍｍ的药包的爆速达成最大值。图１２２　梯恩梯的装药密度对爆速的影响图１２３　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４０ｍｍＤρ关系曲线出现极大值的因素同混合炸药传爆机理有关。在起爆能作用下由氧化剂和还原剂组成的混合炸药的各组分先以不同速度单独进行分解，然后由分解出的气体互相作用完毕爆轰反映。这样，除炸药各组分颗粒大小、与混合均匀限度对此有很大影响外，装药密度也是个重要因素。装药密度过大，则炸药各组分颗粒间的空隙过小，不利于各组分分解出的气体互相混合和反映，结果导致反映速度下降直至爆轰熄灭。就一种炸药而言，极限密度并不是一个定值，它受炸药颗粒大小、混合均匀限度、含水量大小、药包直径以及外壳约束条件等因素的影响而变化很大。因此，增大炮孔装药密度虽是提高炸药威力的途径之一，但必须同时采用加大药包直径和炮孔直径，以及加强药包外壳约束条件或加强起爆能等措施，使装药密度在极限密度以下以保证稳定传爆。４）炸药粒度的影响对于同一种炸药，粒度不同，化学反映的速度不同，其临界直径、极限直径和爆速也不同，但粒度的变化并不影响炸药的极限爆速。一般情况下，减小炸药粒度可以提高化学反映速度，减小反映时间和反映区厚度，从而减小临界直径和极限直径，爆速增高。但混合炸药中不同成分的粒度对临界直径的影响不完全同样。其敏感成分的粒度越细，临界直径越小，爆速越高；而相对钝感成分的粒度越细，临界直径增大，爆速相应减小，但粒度细到一定限度后，临界直径又随粒度减小而减小，爆速也相应增大。５）起爆冲能的影响起爆冲能不会影响炸药的抱负爆速，但要使炸药达成稳定爆轰，必须供应炸药足够的起爆能，且激发冲击波速度必须大于炸药的临界爆速。实验研究表白：起爆能量的强弱，可以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。例如，当梯恩梯（密度１．０ｇ／ｃｍ３，装药直径２１ｍｍ，颗粒直径为１．０～０．６ｍｍ）在强起爆能起爆时爆速为３６００ｍ／ｓ，而在弱起爆条件下爆速仅为１１００ｍ／ｓ。装药直径为２５．４ｍｍ的硝化甘油，用６号雷管起爆时的爆速为２０００ｍ／ｓ，而用８号雷管起爆时的爆速为８０００ｍ／ｓ以上。低速爆轰是一种比较特殊的现象，目前还难以从理论上加以明确解释。一般认为，低速爆轰现象重要出现在以表面反映机理起主导作用的非均质炸药中，这样的炸药对冲击波作用很敏感，能被较低的初始冲能引爆，但由于初始冲能低，爆轰化学反映不完全，相称多的能量都是在ＣＪ面之后的燃烧阶段放出，用来支持爆轰传播的能量较小，因而爆速较低。６）沟槽效应 ① 沟槽效应现象沟槽效应，也称管道效应、间隙效应，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克制———能量逐渐衰减直至拒（熄）爆的现象。实践表白，在小直径炮孔爆破作业中这种效应相称普遍地存在着，是影响爆破质量的因素之一。随着研究工作的不断进一步，人们逐步结识到这一问题的重要性。近年来我国和美国等均已将沟槽效应视为工业炸药的一项重要性能指标。测试结果表白，在各种矿用炸药中，乳化炸药的沟槽效应是比较小的，也就是说在小直径炮孔中乳化炸药的传爆长度是相称长的。表１１３列出了我国ＥＬ系列乳化炸药等和美国埃列克化学公司埃列米特系列炸药的沟槽效应测试值。为便于比较，在表１１３中还同时列入了２号岩石铵梯炸药的沟槽效应值。表１１３　一些炸药的沟槽效应值国　别中　　国美　　国炸药牌号及类型ＥＬ系列乳化炸药ＥＭ型乳化炸药２号岩石铵梯炸药Ｉｒｅｍｉｔｅ Ⅰ 型铝粉敏化的浆状炸药ＩｒｅｍｉｔｅⅡ型乳化炸药Ｉｒｅｒｍｉｔｅ Ⅲ 型晶型控制的浆状炸药ＩｒｅｒｍｉｔｅＭ型硝酸甲胺敏化的浆状炸药沟槽效应值（传爆长度）　（ｍ）＞３．０＞７．４＞１．９１～２＞３．０３．０１．５～２．５实验条件　取内径为４２～４３ｍｍ、长３ｍ的聚氯乙烯塑料管（或钢管），然后将３２ｍｍ的受试药卷一个连着一个地放入其中，用一只８号雷管起爆爆破作业中的沟槽效应已为人们所熟知。对于这种现象的通常解释是：爆炸产物压缩药卷和孔壁之间的间隙中的空气，产生冲击波，它超前于爆轰波并压缩药卷，克制爆轰。与这一解释不同，美国埃列克化学公司的Ｍ．Ａ．库克（Ｃｏｏｋ）、Ｌ．Ｌ．尤迪（Ｕｄｙ）等人对此进行了一系列实验后认为，沟槽效应是由于药卷外部炸药爆轰产生的等离子体引起的。这就是说，炸药起爆后在爆轰波阵面的前方有一等离子层（离子光波），对后面未反映的药卷表层产生压缩作用（见图１２４），妨碍该层炸药的完全反映。等离子波阵面和爆轰波阵面分开得越大，或者等离子波越强烈，这个表层穿透得就越深，能量衰减得就越大。随着等离子波的进一步增强，就会引起后面药包爆轰的熄灭。运用图１２５所示的装置可以同时测出药卷爆炸时的爆轰速度和爆轰波阵面前方的等离子光波的速度。图１２６所示的装置可以用来测定药卷的侧向压力和爆速，将炸药引爆后观测铅板被冲击的痕迹来拟定有无沟槽效应及炸药传爆长度。测量结果表白，等离子光波的速度约为４５００ｍ／ｓ左右。图１２４　在小直径炮孔中档离子效应对未反映的炸药卷影响的简图图１２５　测量药卷爆轰速度和等离子光波速度的实验图１２６　测定侧向压力和爆速实验示意图　　　（运用宽２０．３ｃｍ，长１２２ｃｍ的鉴定铅板进行）（ａ）剖面图；（ｂ）侧视图上述两种关于沟槽效应的解释都是目前流行的，应当说也都有一定的实验依据，但还需要进一步发展、完善和统一。 ② 沟槽效应的影响因素一般地说，沟槽效应是与炸药配方、物理结构、包装条件和加工工艺有关的。ａ．由于乳化炸药是用乳化技术制备的，使其具有极细的油包水型物理内部结构，氧化剂与可燃剂以近似分子大小的距离彼此紧密接触着，爆轰传递迅速，其爆速接近或超过等离子波的速度，等离子体的超前压缩作用不再存在。按照尤迪等人的理论，乳化炸药的沟槽效应是很小的，甚至是不存在的。但是由于含敏化气泡的乳化炸药，随着贮存时间的延长，爆速等爆炸性能的衰减，其沟槽效应也会逐渐显著起来。ｂ．实践表白，工艺控制条件的变更对于乳化炸药的质量有着明显的影响。就沟槽效应而言，凡是能改善和增强乳化混合条件的工艺因素（如增大剪切强度），都能提高乳化炸药的质量，减少其沟槽效应。ｃ．不同的包装条件也会影响乳化炸药的沟槽效应，例如增大药卷外壳的强度会使乳化炸药的沟槽效应显著减少，甚至消除。这是由于增强约束条件，不仅提高了乳化炸药的爆速，并且抵御了等离子体的压缩穿透作用。研究结果表白，下列技术措施可以减少或消除沟槽效应，改善爆破效果： ① 化学技术，选用不同的包装涂覆物，如柏油沥青、石蜡、蜂蜡等。 ② 调整炸药配方和加工工艺，以缩小炸药爆速与等离子体速度间的差值。 ③ 堵塞等离子体的传播：一是在炮孔中的每个药卷间插上一层塑料薄板或填上炮泥；二是用水或有机泡沫充填炮孔与药卷之间的月牙形间隙。 ④ 增大药卷直径。 ⑤ 沿药包全长放置导爆索起爆。 ⑥ 采用散装技术，使炸药所有充填炮孔不留间隙，当然就没有超前的等离子层存在。（２）爆速测定方法炸药的爆速是衡量炸药爆炸性能的重要标志之一，也是目前可以比较准确测定的一个爆轰波参数。爆速的精确测量为检查爆轰理论的对的性提供了依据，在炸药应用研究上具有重要的意义。测定爆速的方法有很多种，按其原理可分为导爆索法、电测法和高速摄影法三大类。图１２７　导爆索法测爆速１—雷管；２—药包；３—导爆索；４—铅板１）导爆索法这是一种古老而简便的对比测定方法，又叫道特里士法，其原理是运用已知爆速的标准导爆索同待测炸药卷相比较，求出待测炸药一段长度内的平均爆速，测定方法如图１２７所示。取一定长度（通常可取２ｍ左右）的导爆索，两端分别插入待测药包中的Ａ、Ｂ两点（距离为ｌ通常取２００ｍｍ）。药包直径３０～４０ｍｍ，长３００～４００ｍｍ，一端可将起爆雷管插入。将导爆索的中点对准铅板（厚３～５ｍｍ、宽约４０ｍｍ、长约４００ｍｍ）上的刻点标记Ｍ，并用细绳捆住铅板上的导爆索段。起爆后，爆轰波从起爆端沿药包传播，一方面到达Ａ点，并立即引爆Ａ端导爆索。沿药包继续传播的爆轰波经ｌ／Ｄ（Ｄ为待测炸药包爆速）时间之后到达Ｂ点，引起Ｂ端导爆索起爆。两股爆轰波在导爆索中段相遇时，由于波叠加的结果，在铅板上两波相遇处留下较深爆痕。设爆痕的位置为Ｎ点，它至导爆索中点Ｍ的距离为Δｈ。从Ａ点到Ｎ点两条不同的爆轰波途径所费时间是同样，即ｔＡＮ＝ｔＡＢ＋ｔＢＮ（１４３）或ｌ２＋ΔｈＤ索＝ｌＤ＋ｌ２－ΔｈＤ索化简，得Ｄ＝ｌ２ΔｈＤ索　（ｍ／ｓ）（１４４）式中　Ｄ索———为导爆索爆速（ｍ／ｓ）。导爆索法测爆速简便易行，不需用贵重仪器，至今仍广泛应用。此法的准确度不高，相对误差为３％～５％。为了避免引爆端不稳定爆轰速度带来的误差，Ａ点应选择在离起爆端一定距离处，这个距离可取为药包直径的３～４倍。２）电测法这种方法是采用电子仪表记录爆轰波在药包中传播的时间，量取相应区间的距离，算出爆速。常用的仪器有光线示波器和数字式爆速仪等。 ① 示波器记时法。测试原理框图如图１２８所示。在药包Ａ、Ｂ两点处各插入一对电离探针，探针用细金属导线制成，每对探针的间隙为１ｍｍ左右。药包起爆后，爆轰波到达Ａ点时，爆轰气体产物因电离而具有良好的导电性，使探针导通，通过脉冲信号器上电容放电给示波器输入一个脉冲信号。同样，当爆轰波传播到Ｂ点时，示波器又获得一个脉冲信号。根据荧光屏上先后显示的两个脉冲的间距，对比下面的时标［图１２８（ｂ）］，即可算出从第一个脉冲到第二个脉冲所经历的时间。用Ａ、Ｂ间距离除以记录所得时间即得平均爆速值。图１２８　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 ② 数字式爆速仪测爆速法。这种方法的基本原理同上，不同的是可将获得的电信号输送到有关装置以数字直接显示爆轰波通过两点间所费时间。这种爆速仪体积小，重量轻，精度高，携带方便，可以一次同时测定多段区间的爆速。３）高速摄影法这种方法的原理是运用爆轰瞬间发生的光效应，通过高速摄影装置将爆轰波传播过程记录下来，经分析运算即可获得爆速值。摄影仪由光学系统、同步系统和扫描装置三部分组成。图１２９为高速摄影仪测定爆速的光学系统示意图。测定期，将待测药包竖直放置于距透镜一定距离处。运用同步系统在转镜以给定角速度旋转时使药包爆炸。起爆后，炸药爆炸的强烈光束经狭缝和透镜聚射到转镜扫描器的镜片上，扫描器转动时又将光束反射到感光胶片上。爆轰自上往下进行，转镜则横向进行扫描。假如药包上各点爆速均为定值，则胶片感光、显影、定影并展开后，光迹线是一根具有一定斜率的直线ＡＢ（图１３０）。图中ＡＢ′应当是转镜停止时的光迹。此时光迹的速度等于 βＤ（β为摄影仪放大倍数，Ｄ为爆速）。由于转镜同步旋转，故实际印在胶片上的光迹为ＡＢ，其水平速度分量为υ。βＤ则是其竖直分量。因此，根据ＡＢ的斜率即可求得爆速。由于ｔａｎα＝βＤ υ 所以Ｄ＝υ βｔａｎα（１４５）式中　υ———爆速水平分量；　α———为光迹倾角，从胶片上量得。图１２９　高速摄影仪转镜扫描的光学系统１—药包；２、４—透镜；３—狭缝；５—反射镜；６—胶片图１３０　胶片展开光迹图　图１３１　炸药爆炸做功示意图　　若炸药各点瞬时爆速有变化，则光迹线ＡＢ就是一根曲线。根据曲线上任意一点的斜率即可求得相应点炸药的瞬时爆速。高速摄影法测爆速的精确度，误差小于１％。１．８．２　威力（１）炸药做功能力炸药做功能力是衡量炸药威力的重要指标之一，通常以爆炸产物绝热膨胀直到其温度降至炸药爆炸前的温度时，对周边介质所做的功来表达。图１３１表达了炸药做功的抱负过程。求算炸药所做的功值，一般均假设炸药在做功过程中没有热量损失，热能所有转变成机械功。按照热力学定律，此种功值Ａ可按下式计算Ａ＝ηＱＶ（１４６） η＝１－Ｖ１Ｖ（）０Ｋ－１式中　ＱＶ———炸药的爆热（Ｊ／ｍｏｌ）；　η———热转变成功的效率；　Ｖ１———爆炸产物膨胀前的体积，即等于爆炸前炸药的体积（Ｌ）；　Ｖ０———爆炸产物膨胀到常温时的体积，数值上约等于炸药的比容，（Ｌ）；　Ｋ———绝热指数。上述关系式所表述的物理意义可以概括如下： ① 炸药的最大做功能力与炸药爆热有关，它随爆热的增大而增大。 ② 炸药的实际做功能力，除爆热ＱＶ外，还与比容ｖ０有关。比容越大，效率越高。 ③ 绝热指数：Ｋ＝ｃｐｃＶ＝ｃＶ＋ＲｃＶ＝１＋ＲｃＶ（１４７）　　其实，进行爆破作业时，实际的有效功只占其中很小部分，这是由于： ① 炸药爆炸的侧向飞散，带走部分未反映的炸药。这部分损失叫做化学损失，装药直径越小，化学损失相对越大。 ② 爆炸过程有热损失。如爆炸过程中的热传导、热辐射及介质的塑性变形等等，都导致热损失。这部分热损失往往占炸药总放热量的一半左右。 ③ 一部分无效机械功消耗在岩石的振动、抛掷和在空气中形成空气冲击波上。如图１３２所示，为炸药具有的总能量与爆轰反映后，产生能量的各种形式，可见炸药爆轰产生的能量和完毕爆炸功形式的多样性。所以，剩下来的有效机械功一般只占炸药总能力的１０％左右。在工程爆破中通常使用相对威力的概念，所谓相对威力系指以某一熟知的炸药（如铵油炸药）的威力作为比较的标准。以单位重量炸药相比较的，则称为相对重量威力；以单位体积炸药相比较的，则称为相对体积威力。在选用含水炸药作为设计爆破参数的依据时，一般应以相对体积威力来衡量比较合适。（２）炸药威力测定方法炸药的威力在理论上虽然可以近似地用炸药爆炸做功的能力表达，但是事实上炸药在岩石中爆炸后究竟做了多少功，很难用理论计算法和实测的方法求得。因此在工程爆破中，为了比较不同炸药的做功能力，通常采用一种规定的实验方法所得的结果，用来衡量不同炸药爆炸做功的相对指标，但不表达炸药爆炸真正所做的功。炸药的爆力是表达炸药爆炸做功的一个指标，它表达炸药在介质内爆炸时对介质产生的整体压缩、破坏和抛移的做功能力。爆力的大小取决于炸药的爆热、爆温和爆炸生成气体体积。炸药的爆热、爆温愈高，生成气体体积愈多，则爆力就愈大。炸药爆力测定方法有三种。图１３３　炸药爆炸前后的铅柱形状与尺寸（单位：ｍｍ）（ａ）爆炸前的铅柱；（ｂ）爆炸后的扩孔１）铅铸扩孔法又称特劳茨铅柱实验。铅柱是用精铅熔铸成的圆柱体，其尺寸规格如图１３３（ａ）所示。实验时，称取１０±０．００１ｇ炸药，装入２４ｍｍ锡箔纸筒内，然后插入雷管，一起放入铅柱孔的底部，上部空隙用干净的并且经１４４孔／ｃｍ２筛筛过的石英砂填满。爆炸后，圆孔扩大成如图１３３（ｂ）所示的梨形。用量筒注水测出的爆炸前后孔的体积差值，以此数值来比较各种炸药的威力。在规定的条件下测得扩孔值大的炸药，其爆力就大。习惯上，将铅柱扩孔值称为爆力。为了便于统一比较，量出的扩孔值要做如下修正： ① 实验时规定铅柱温度为１５℃，不在该温度下实验时，可按下列数据修正：温度（℃）－５３０修正量（％）１０５３．５２．５２０－２－４－６ ② 雷管自身的扩孔量应从扩孔值中除去，可先用一个雷管在相同条件下做空白实验。应当指出，这种实验方法所测得的值，并非炸药做功的数值，而是一个用毫升表达的只有相对比较意义的数值。由于铅柱对爆炸的抵抗力随壁厚减薄而减少，这个扩大值并不与炸药的威力成正比。威力小的炸药的爆力常偏小，威力大的偏高。如黑火药仅约３０ｍＬ，而黑索金则高达５００ｍＬ，其实彼此间的做功能力并不相差１７倍。此外，铅柱的铸造质量对实验结果影响也较明显。尽管如此，由于实验方法简朴方便，所以在生产上仍普遍采用。２）弹道臼炮法弹道臼炮实验装置原理如图１３４所示。炸药爆炸后，爆轰产物膨胀做功分为两部分，一部分把炮弹抛射出去，另一部分使摆体摆动一个角度，摆体受到的动能转变为势能。这两部分功的和即是炸药所做的膨胀功。即有Ａ＝Ａ１＋Ａ２＝ＧＬ（１＋Ｇ／Ｆｐ）（１－ｃｏｓβ）＝Ｃ（１－ｃｏｓβ）（１４８）图１３４　弹道臼炮实验１—臼炮体；２—标准室；３—活塞式炮弹体式中　Ａ１———炸药爆炸对摆体做的功（ｋＷ）；　Ａ２———炸药爆炸对炮弹做的功（ｋＷ）；　Ｇ———摆体重力（ｋＮ）；　Ｌ———摆长，即摆体重心到回转中心的距离（ｍ）；　Ｆｐ———炮弹量力（ｋＮ）；　β———摆体摆动角度（°）；　Ｃ———摆的结构常数（ｋＷ）。通过实验所得到的摆角β，可计算出炸药所做的功。常用３种指标来反映各种炸药的做功能力：一是质量强度，即单位质量炸药所做的功；二是体积强度，即单位体积炸药所做的功；三是梯恩梯当量，即以单位体积梯恩梯炸药所做的功为标准值１００％，其他炸药所做的功与梯恩梯相比，比值的百分数即为梯恩梯当量值。用这种方法测得的炸药做功能力指标为炸药做功能力的绝对值，但需要体积较大的实验装置。３）爆破漏斗法实验时在均匀的介质中设立一个炮孔，将一定量的被试炸药以相同的条件装入炮孔中，并进行填塞，引爆后形成一个如图１３５所示的爆破漏斗。然后在地平面沿两个互相垂直的方向测量漏斗的直径，取其平均值，并同时测量漏斗的可见深度。爆破漏斗的容积可按下式计算。图１３５　爆破漏斗实验Ｖ＝１１２πｄ３ｖｈｖ＝０．２６１８ｄ３ｖｈｖ（１４９）式中　Ｖ———为爆破漏斗容积（ｍ３）；　ｄｖ———爆破漏斗底圆直径（ｍ）；　ｈｖ———爆破漏斗的可见深度（ｍ）。爆破漏斗法是根据炸药在岩土中爆炸后形成的抛掷漏斗坑的大小，来判断炸药的做功能力的。当岩土介质相同，实验条件同样时，抛掷漏斗坑的大小便决定于炸药的做功能力。通常用抛掷单位体积岩土的炸药消耗量作指标。这种方法的缺陷是岩土性质变化大，就是同一地点、同一种岩土，其力学性质也不尽相同。漏斗体积也较难测量准确。因此这种方法误差较大，反复性较差。但这种实验方法测得的指标较为实用。１．８．３　猛度爆力相等的不同炸药，对邻接药包的介质的局部破坏作用却也许不相同。例如梯恩梯同阿马托（硝酸铵８０／梯恩梯２０）的爆力值大体相同，可是梯恩梯对邻近介质的局部破坏能力却比阿马托大得多。此外，即使是药量相等的同一种炸药，两个不同装药密度的药包对邻近介质的局部破坏作用也不同样。这种差别重要是由于爆轰波的动作用导致的。这种动作用通常用 “猛度”测定值来表达。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、撞碰、击穿和破碎能力，它表征了炸药的动作用。它是用一定规格铅柱被压缩的限度来表达的。猛度的单位是ｍｍ。图１３６　炸药猛度测定方法１—导火索；２—雷管；３—炸药；４—钢片；５—铅柱；６—钢板；７—细绳；８—爆炸后的铅柱测定炸药猛度的方法如图１３６所示。称取受试炸药５０ｇ（精确到０．１ｇ），装入内径４０ｍｍ的纸筒内（纸厚０．１５～０．２０ｍｍ），然后将炸药压制成中心有孔（孔直径７．５ｍｍ，深１５ｍｍ）而装药密度为１ｇ／ｃｍ３的药柱。药柱上面放一中心穿孔的圆形纸板，以便插入并固定起爆雷管。用精制铅浇铸一铅柱并车光表面，铅柱的高（６０±０．５）ｍｍ，直径（４０±０．２）ｍｍ。铅柱置于厚度不小于２０ｍｍ，最短边长不小于２００ｍｍ的钢板上。药包与铅柱之间用厚度（１０±０．２）ｍｍ，直径（４１±０．２）ｍｍ的钢片隔开。药柱、钢片和铅柱的中心应在同一轴线上。用钢板上的细绳固定这个相关位置。分别测量爆炸前、后铅柱的平均高度，其高度差即为所求猛度值（ｍｍ）这种试样平行作两个测定，取其平均值，精确到０．１ｍｍ，平均误差不应超过１．０ｍｍ。猛度可理解为炸药动作用的强度，显示了炸药做功功率和爆炸冲击波和应力波的强度，是衡量炸药爆炸特性及爆炸作用的重要指标。对某种爆破介质，假如爆炸的总作用采用总冲量来表达，则炸药猛度可用动作用阶段给出的冲量，即爆炸总冲量的先头部分来拟定。这部分冲量重要取决于炸药的爆轰压力（爆轰压力ｐｃ＝ρＤ２／４）。因此，炸药的密度ρ和爆速Ｄ愈高，猛度也愈高。１．８．４　聚能效应（１）聚能现象投石于水中，水内一方面形成空洞，尔后，水向空洞中心运动，使空洞迅速闭合。在闭合瞬间，相向运动的水发生碰撞、制动，产生很高压力，将水向上抛出，形成一股高速运动的水流（见图１３７）。这是平常生活中能观测到的一种聚能现象。这种靠空穴闭合产生冲击、高压，并将能量集中起来，在一定方向上形成较高能流密度的聚能流效应，称为空穴效应。根据这样的规律，运用爆炸产物运动方向与装药表面垂直或大体垂直的规律，做成特殊形状的装药，也能使爆炸产物聚集起来，提高能流密度，增强爆炸作用，这种现象称为炸药的聚能效应。聚集起来朝着一定方向运动的爆炸产物，称为聚能流。图１３８　装药前端有空穴时聚能流的形成（２）聚能装药假如将装药前端（即与起爆端相对的一端）做成空穴，则当爆轰波传至空穴表面时，爆轰产物将改变运动方向（变成大体垂直空穴表面），就会在装药轴线上汇集、碰撞，产生高压，并在轴线方向上形成向前高速运动的爆炸产物聚能流（见图１３８中的阴影）。由图１３８可以看到，聚能流在运动过程中，其截面最初缩小，然后扩大。在截面最小处，聚能流的运动速度和能流密度最大。最小截面至装药端面的距离称为聚能流的焦距。在焦距处，聚能流的破坏作用和穿透能力最大。事实上，这种结构的聚能装药，其聚能流的焦距较小，并且焦距处聚能流截面较大，不能明显增强破坏作用和穿透能力。若将聚能穴衬以金属制成药形罩，则当爆轰波传至药形罩时，向装药轴向汇集的爆炸产物将压缩药形罩使其闭合（见图１３９）。在药形罩闭合过程中，由于碰撞产生极高压力，使金属变成液体，并有一部分液体金属形成沿轴线方向向前射出的一股高速、高密度的细金属射流。剩余的液体金属形成较粗的杯体，称为杵体，以较低的速度尾随在射流后面运动。射流头部运动速度最大，尾部运动速度最小。因此，射流在运动过程中将不断被拉长、拉细。当射流头部运动速度超过一定限度后（约５０００～１００００ｍ／ｓ），射流将不再延续，而开始断裂、分散，使截面增大，射流速度减小。分散的射流会像陨星那样不久被烧掉。连续射流的头部距装药端面的距离称为射流焦距，在焦距处，金属射流的穿透能力最大。图１３９　衬有金属药形罩的聚能装药及金属射流的形式１—药形罩（聚能罩）；２—爆轰波阵面；３—杵体；４—射流聚能装药的穿透能力，不仅取决于炸药自身，并且取决于装药结构，图１４０为不同装药结构时聚能装药的穿透能力。图１４０中，Ｈ表达聚能装药底部到待穿孔物体的垂直距离，称为炸高。因金属射流密度大，运动速度高，遇障碍物能产生极大的压力，故药形罩应采用塑性较高的金属制作，例如纯铜、软钢等，以实钞票属射流具有的高强度穿透作用。药形罩的厚度一般取其底部直径的１／２０～１／４０。聚能穴除了锥形外，也可以做成半球面形、抛物线形等形状。图１４０　不同装药结构的聚能装药穿透能力（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）聚能药柱与钢板间炸高距离聚能装药的初期应用始于１９世纪末，最早用于制作破甲弹对付坦克。二次世界大战以来聚能装药在军事上的应用和研究极大地推动了它在工业领域的发展。目前，在民用爆炸材料和爆破工程中，聚能装药也得到了广泛应用。如：运用聚能效应可增强雷管的起爆能力，改善装药的殉爆、传爆性能等。在材料工业中，人们运用聚能爆破原理来加工难以加工的材料，如切割大块岩石、钢板；在交通运送业，人们运用聚能爆破来消除水下礁石，切割沉船、废桥墩、钢筋混凝土柱桩等；在矿山开采业中，人们运用聚能装药爆破技术控制岩石破裂方向，在二次爆破中，破碎岩石大块；在石油开采和炼钢工业中，人们运用聚能射孔弹来提高原油的涌出量和消除出炉口钢渣；在隧道掘进爆破中，人们运用聚能装药来提高掏槽炮孔、崩落炮孔的爆破效率，以及周边孔的光面爆破质量等。目前应用的聚能装药重要有：轴对称轴向聚能装药［图１４１（ａ）］、轴对称径向聚能装药［图１４１（ｂ）］、面对称聚能装药［图１４１（ｃ）］三种形式。这三种形式的聚能装药，由于其聚能方向不同各有不同用途。图１４１　三种类型的聚能装药结构（ａ）轴对称轴向聚能装药；（ｂ）轴对称径向聚能装药；（ｃ）面对称聚能装药本章小结炸药是爆破工程的重要能源，学习炸药爆炸的基本理论，是对炸药知其然而知其所以然的基础，是安全科学地使用炸药的必须保证。本章介绍的一些基本概念、基本理论和基本实验，１．通过学习了解炸药化学变化的基本形式、化学爆炸三要素、波与冲击波等概念；了解炸药的热化学参数的概念和计算方法。２．一般掌握炸药的各种感度的定义、炸药的各类起爆机理和炸药爆炸的聚能效应等知识。３．重点掌握炸药氧平衡的意义、分类和计算与应用；理解炸药缓慢分解、殉爆距离、爆速、威力、猛度的理论与工程意义；能理解并论述炸药的爆轰过程和炸药感度、炸药爆速的影响因素；能定义和区分爆轰产物与爆炸产物、爆炸压力与爆轰压力。４．必须理解和掌握炸药的爆速、殉爆距离、爆力、猛度、爆破漏斗的实验方法；有条件的可开设以上实验和各种感度测定的实验内容；最低也应开设测试炸药爆速的１种方法的实验项目。

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