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实用爆破技术,工程技术学院土木工程教研室葛克水,第一章爆破理论基础,第一节爆炸和炸药的基本概念一、爆炸现象定义爆炸是物质系统一种急剧的物理或化学变化，在变化过程中放出大量的能量对周围及介质做机械功，同时伴随有声、光和热等效应。三类1、物理爆炸；2、化学爆炸；3、核爆炸。二、炸药爆炸的必备条件三个条件,第一章爆破理论基础,1、放热反应（是高速自动进行的首要条件）（NH42C2O4----2NH3H2OCOCO2-263KJ/molAg2C2O4---2Ag2CO2123KJ/mol2、反应高速进行煤、炸药3、生成大量气体（气体是做功的介质）2AlFe2O3---Al2O32Fe841.4kJ/mol三、炸药化学反应形式爆炸不是炸药唯一的反应形式四种形式,第一章爆破理论基础,1、热分解2、燃烧数米/秒密闭---爆炸3、爆炸没有处在理想状态数百米/秒---爆轰4、爆轰数千米/秒最大稳定速度进行、定值上述形式可相互转化四、炸药的分类1、按炸药的组成分两种单质炸药（军用）；混合炸药（工业炸药）2、按用途分,三种起爆药（感度高、猛炸药（威力高）、发射药（火箭、火枪使用）第二节单质炸药一、起爆药起爆药的敏感度极高，他常用来做雷管的起爆药工业上常用的起爆药为雷汞、氮化鉛、二硝基重氮酚1、雷汞分子式HgCNO2颜色白色或灰白色。敏感度干燥时，对撞击、摩擦、火花极敏感，易爆。反应（与其它物质）潮湿时，极易与铝发生反应生成极易爆炸的雷酸盐；因此，不能用铝壳、可用铜或纸壳,第一章爆破理论基础,2、氮化鉛分子式PbN32颜色白色针状晶体敏感度比雷汞热感度低，起爆威力大，且不因潮湿而降低；因此，可用在水下爆破。反应在有二氧化碳存在的潮湿环境中，极易与铜反应生成氮化铜，极敏感，因此，不能用铜壳，可用铝、纸壳。,3、二硝基重氮酚分子式C6H2NO22N2O简称DDNP颜色黄色或黄褐色敏感度撞击、摩擦感度比雷汞和氮化鉛低，热感度介于氮化鉛和雷汞之间。不因潮湿而降低。反应75度时发生分解；170175度发生爆炸。特点原材料来源广，制作工艺简单，成本低、安全、起爆性能良好，因此，工业雷管广泛用之,第一章爆破理论基础,二、单质炸药单质炸药是一种具有强烈爆炸作用的化合物，与起爆药相比，敏感度较低，爆炸威力较大，可用作雷管的加强药。工业上常用的单质猛炸药有梯恩梯、黑索金、泰安、硝化甘油。,第一章爆破理论基础,1、梯恩梯分子式C6H2NO23CH3三硝基甲苯简称TNT.颜色黄色晶体溶解度几乎不溶于水安定性好。常温不分解，遇火燃烧，密闭→爆炸，机械感度较低，加细砂感度增高，工业炸药敏化剂。爆速7000m/s.,第一章爆破理论基础,2、黑索金分子式C3H6N3NO23环三次甲基三硝胺简称RDX颜色白色晶体溶解度几乎不溶于水安定性好。机械感度比TNT高，威力、爆速均高爆速8300m/s用途导爆索,3、泰安分子式CCH2ONO24季戊四硝酸酯颜色白色晶体简称PETN溶解度几乎不溶于水安定性好。威力大爆速8400m/s用途同RDX,4、硝化甘油分子式C3H3ONO23、三硝酸酯丙三醇简称NG颜色无色或微带黄色油状液体溶解度不溶于水（水下爆破使用）敏感度撞击极高、不能单独使用（纯硝化甘油在13.2度时冻结，此时极敏感，为提高使用安全程度，常将它与二硝酸酯乙二醇混合使用，后者的冻结点为-22.8度。用途工业炸药用多孔物质、硅藻土或硝化棉吸收后使用。,第一章爆破理论基础,第三节混合炸药混合炸药是由爆炸性成分和非爆炸性成分按照一定配比混合制成的敏感度较起爆药低但威力较大、土石方爆破常用之。又称之为工业炸药。常见的工业炸药有铵锑炸药、铵油炸药、浆状炸药、乳化炸药、硝化甘油炸药。一、铵锑炸药1、硝酸铵。是氧化剂、铵锑炸药的主要成分。其本身是弱性炸药，不能直接被一只普通工业雷管引爆，吸湿性强、易溶于水。,第一章爆破理论基础,2、梯恩梯。敏化剂、兼起还原剂、提高感度和威力3、石蜡和沥青。抗水剂、防吸湿结块。4、木粉。松散剂、又是还原剂。5、食盐。消焰剂、不参加爆炸反应、目的降低爆炸温度（主要用于含瓦斯的煤矿）用途较广。优点爆炸性能好，威力较大，原材料广，成本较低。缺点易吸湿结块，不适合在潮湿有水环境中使用型号1、2、3岩石炸药。,第一章爆破理论基础,二、铵油炸药（DryBlastingAgent1、硝酸铵。氧化剂。2、柴油。可燃剂、还原剂。3、木粉。疏松剂。优点价格便宜。三、铵松蜡炸药1、硝酸铵。氧化剂。2、松香和石蜡。还原剂和防水剂。3、木粉。疏松剂。能接近2岩石炸药。优点防潮抗水能力强。,第一章爆破理论基础,四、浆状炸药它是一种防水炸药，它为硝铵类炸药的应用开辟了新领域，解决了硝铵类炸药应用于水中爆破的问题1、氧化剂水容液采用硝酸铵饱和水溶液，有时加入少量硝酸钠。2、敏化剂及可燃剂因含水使其起爆感度下降，未能顺利起爆需加入敏化剂提高其起爆感度。两类一类是高敏度炸药如TNT、硝化甘油；另一类是可燃剂如铝粉、镁粉、柴油。3、胶凝剂,第一章爆破理论基础,起增稠作用，使炸药固体颗粒呈悬浮状态。并将氧化剂水溶液、不溶于水的敏化剂颗粒及其它组分胶凝在一起。胶凝剂有魁豆胶、田箐胶、皂角胶、聚丙烯酰胺。4、胶联剂促使胶凝剂分子中的基团互相键和，进一步连接成为巨型网状结构，增稠和抗水。主要成份硼砂或硼砂与重铬酸钠的混合溶液。5、安定剂（尿素）特点高威力防水炸药，防水性能良好、密度大、可用于水下爆破；缺点是感度低、一只8雷管不能起爆，需起爆药包起爆，成本较高。,第一章爆破理论基础,五、水胶炸药它是在浆状炸药基础上发展起来的，性质与浆状炸药基本相同；不同之处在于敏化剂，它是采用一种可溶于水的甲基安硝酸盐，水偶合较好。因此，该炸药高度较高，可用一只8雷管起爆，成本较高。六、乳化炸药乳化炸药是氧化剂水溶液被乳化成微细液滴分散地悬浮在连续的油相中，构成油包水型防水炸药。水包油型（浆状炸药、水胶炸药）水溶液为连续相，悬浮的固体颗粒为分散相。,第一章爆破理论基础,1、氧化剂水溶液主要为硝酸铵和硝酸钠的饱和水溶液。2、敏化剂猛炸药TNT；金属粉铝、镁粉；发泡剂、空心球3、可燃剂主要为油相材料---柴油、石蜡或凡士林。4、乳化剂能在氧化剂水溶液中形成油包水型乳状体系。5、少量添加剂主要为乳化促进剂、晶型改性剂和稳定剂之类的物质,特点乳化炸药的猛度、爆速和感度均较高，可用一只8雷管起爆，密度在较宽范围（1.031.3g/cm3内可调，抗水性能好，加工使用安全，适合于爆破现场直接混拌，实现装药机械化，可在各种条件下爆破。缺点是爆炸威力较低。七、硝化甘油炸药1、硝化甘油（基本成分、4060.2、硝酸钾、硝酸铵。氧化剂。3、硝化梯、吸水剂。4、木粉。疏松剂。------称之为胶质硝化甘油炸药。,第一章爆破理论基础,特点抗水性能强、爆炸威力高、可在水下爆破，缺点是安全性差、成本高，使用数量占总药量的0.51.0。第四节炸药的起爆一、炸药的起爆与起爆机理1、炸药的起爆与起爆能炸药是具有相对稳定性和爆炸性的物质，欲使它发生爆炸，必须提供一定的外界能量，以打破原来相对平衡状态。在外界能量作用下，使炸药发生爆炸的过程称为起爆。这种使炸药发生爆炸的外界能量称为起爆能。起爆能主要有三种形式热能、机械能、爆炸能。,第一章爆破理论基础,2、起爆机理起爆能能否起爆炸药，不仅与起爆能的大小有关，而且还取决于能量的集中程度。另外，根据活化能理论，反应是在活化分子之间发生。要起爆---足够外能、多---反应越快---活化能越多---足够的活化分子---发生---作用在部分炸药分子---活化分子---活化分子越多→爆炸。⑴热能起爆机理炸药在热能作用下发生热分解，但不一定爆炸。只有在下列条件下发生爆炸炸药化学反应放出的热量大于散失的热量。,第一章爆破理论基础,⑵机械能起爆机理炸药在摩擦、撞击等作用下，由机械能---热能---来不及均匀地分布到全部炸药分子---集中到个别小点上（结晶的两面角、多面棱角或微小气泡等）---即所谓的热点---温度很高---自身反应的同时---灼热周围炸药分子---发生热积累---爆炸。这种热点称为热核。热点形成的原因炸药中微小气泡的绝热压缩；炸药颗粒间或掺和物间的强烈摩擦；高粘性液体炸药的流动生热。炸药中经常加入发泡剂、珍珠岩、空心玻璃微球和坚硬掺和物等，目的就是有利于热点形成。,⑶爆炸能起爆机理工业上常利用雷管、导爆索或炸药包的爆炸能引爆炸药，由于炸药爆炸瞬间产生的爆轰波（强冲击波）的作用，同时释放出大量的热和高压使炸药产生强烈的压缩和错动，使炸药发生爆炸。其机理是热能、机械能起爆机理的综合。二、炸药的感度1.炸药的感度炸药在外能作用下起爆的难易程度，叫做炸药的敏感度或叫感度。激起炸药爆炸反应所需的最小能量叫做起爆能。感度的高低用起爆能的大小来衡量，所需起爆能越小，感度就越高，反之，感度就低。但同一种炸药对不同形式起爆能具有不同的感度。例如，氮化铅对机械能比对热能更敏感；二硝基重氮酚则是热能比机械能敏感,第一章爆破理论基础,炸药的感度包括热感度（0.05g）加热感度、火焰感度；撞击感度（0.05g）摩擦感度（0.05g）爆炸能感度单质炸药（极限药量0.5g）、混合炸药（殉爆度）几种单质猛炸药的极限起爆药量,第一章爆破理论基础,几种单质猛炸药的极限起爆药量,第一章爆破理论基础,了解炸药感度的高低，对于炸药的生产、贮存、运输、使用具有重要意义。2、影响炸药感度的因素炸药的化学结构炸药的分子结构结合得越脆弱，其感度就越高；反之就越低。混合炸药的感度取决于炸药中结构最脆弱的组分的感度。炸药的物理性质⑴炸药的相态熔融状态比固态感度高，因为，固态→熔融→吸收熔化潜热→内能较高。,⑵炸药粒度两种情况猛炸药颗粒越细感度越高（颗粒小，表面积大接收能量多）起爆药晶粒越大，感度越高（较大晶粒之间空隙较大，利于热点形成）。⑶装药密度存在一最佳密度，当装药密度小于最佳时，密度增加感度增加，但装药密度大于最佳时，密度增加感度下降。因为孔隙度减小，不利于吸收能量。⑷微小气泡炸药中含有的微气泡在爆炸能作用下发生绝热压缩，形成热点，可提高感度。,第一章爆破理论基础,⑸掺和物炸药中加入一定量掺和物可使炸药感度法甚显著变化两种情况高熔点、高硬度、导热性差的掺和物（石英、玻璃）可提高撞击、摩擦感度；石蜡、石墨等软质掺和物可降低感度。三、起爆系统良好的起爆方式既有利于安全可靠的准爆，确保爆破过程根据工程需要，在时间上和空间上按一定的顺序进行，又有利于提高炸药能量的利用率，改善爆破质量、降低爆破危害。,根据使用爆破器材不同，起爆系统分为火雷管起爆系统电雷管起爆系统导爆索起爆系统导爆管起爆系统㈠、火雷管起爆系统火雷管起爆系统是利用导火索燃烧所产生对火焰，引爆火雷管进而引爆炸药包的起爆系统。该系统由火雷管、导火索、点火材料组成。,第一章爆破理论基础,1、火雷管由管壳（铜、铝、纸）、起爆药（良好火感、二硝基重氮酚）、猛炸药（感度略低但威力较大黑索金、泰安）、加强帽（1.92.1mm小孔金属罩，铜片制，加强起爆药爆轰的约束条件，密封作用，减少外界影响）组成。,工业雷管按起爆威力从小到大分为十个等级，号数越大，起爆能力越强。常用6、8雷管。2、导火索以黑火药为药芯，外面包裹棉线、塑料、纸条、沥青等材料。导火索用以传递火焰，引爆火雷管。燃速是一项重要指标，国产普通导火索燃速为810mm/s或100120s/m。使用时，不得有断火、透火、外壳燃烧或爆燃现象，导火索不要受到较大外力挤压，否则会发生事故。3、起爆方法起爆雷管加工起爆药包加工点火起爆适用范围,㈡、导爆索起爆系统导爆索起爆系统是利用导爆索爆炸产生的能量引爆炸药包的起爆系统。该系统操作简单、安全可靠，可实现成组药包的同时起爆和延期起爆，不受杂散电流、雷电影响，有一定的耐水能力。可在水环境下爆破。缺点是不能用仪表检查起爆网路，价格较高。1、导爆索是一种传递爆轰并起爆炸药的索状起爆器材。其结构与导火索类似，但有本质区别，外皮为红色。导爆索的类别主要有普通导爆索（1214g/m、外径小于6.2mm、爆速大于6500m/s,防水导爆索（外面包裹一层聚氯乙烯、用于深水作业）高能导爆索（35g/m、用于切割钢板）安全导爆索（包裹层内加入消焰剂）低能导爆索（6g/m、用于连接导爆管网路）2、继爆管是导爆索起爆系统中的延期件，其作用是串接在导爆索上以实现毫秒延期。主要有两类单向继爆管（有方向性）双向继爆管（无方向性）,继爆管,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,传爆方向,,导爆索,,消爆管,,大内管,,延期药,,起爆药,,猛炸药,,导爆索,,,单向继爆管,3、导爆索的连接导爆索需用雷管起爆，将雷管绑扎在距爆端约10cm处，使聚能穴朝向传爆方向。导爆索起爆的连接分段并联并联簇导爆索之间的连接方式搭接水手接T型接㈢、电雷管起爆系统电雷管起爆系统是利用电能起爆电雷管进而引爆炸药包的起爆系统。该系统由电雷管、导线、起爆电源组成。,第一章爆破理论基础,1、电雷管结构与火雷管类似，不同的是引火部分。（火雷管是导火索；而电雷管是由脚线、桥丝和引火头组成点燃装置）电雷管的类别瞬发电雷管延期电雷管（秒延期电雷管、毫秒延期电雷管）,⑴瞬发电雷管在起爆电流足够大时，通电即爆的电雷管。它由装药部分和点火装置两部分组成。按点火装置不同可分为直插式、引火头式。,⑵秒延期电雷管在起爆电流足够大时，通电之后要经过一段延期时间才能爆炸的电雷管。,第一章爆破理论基础,秒延期时间为0.5s、1s、or2s.与瞬发电雷管不同之处是秒延期电雷管的引火头与起爆药之间装有一段精致导火索。国产秒延期电雷管为1到7段（见下表）,⑶毫秒延期电雷管与秒延期电雷管相比，毫秒延期电雷管采用高精度延期药，通过改变延期药的组分、药量以及密度来调节毫秒延期时间。因此，其延期时间更精确，以ms为单位来计量。国产毫秒延期电雷管第二系列1到20段（见下表）,⑷特种电雷管抗杂散电流电雷管、抗静电电雷管、超声波、次声波电雷管、高频感应电雷管。⑸、电雷管灼热原理及其主要参数电流---雷管脚线---桥丝---发热---点燃点火头---引爆炸药据焦耳--楞次定律，产生的热量QI2Rt桥丝电阻R4ρL/3.14d2L--桥丝长度、d---桥丝直径）故、Q1.27ρLI2t/d2对于特定雷管，ρ、L、d均为定值。因此，QCI2t其中C1.27pL/d2所以，Q随I2t值而变化。,I2t---称为电流起始能，单位A2.S。电雷管灼热特性的主要参数全电阻---电雷管的桥丝电阻与脚线电阻之和。一般电雷管出厂，允许电阻有一定的误差范围。因此，在使用成组雷管起爆时，要求雷管之间电阻差不大于0.25欧姆。必须选用同厂同型号产品，否则，会出现漏爆。最小准爆电流---向电雷管通以恒定的直流电流，能使引火头必定点燃的最小电流，称为最小准爆电流。国产雷管其值一般为0.7A。最大安全电流---向电雷管通以恒定的直流电，在较长时间（5min）作用下，不致引燃引火头的最大电流，称为最大安全电流。,国产其值为康铜丝0.30.55A、镍铬丝0.125A.意义设计爆破仪表时，作为选用仪表输出电流的依据。点燃时间---电雷管开始通电到引火头被点燃的时间，称为点燃时间。传导时间---从引火头点燃到雷管爆炸的时间，称为传导时间。反应时间---点燃时间与传导时间之和，称反应时间。点燃起始能（发火冲能）---使电雷管引火头发火的最小电流，称为起始能。点燃起始能是表示电雷管敏感度的重要参数。通常用其值的倒数作为电雷管的敏感度，该值越大，雷管的敏感度就越高。点燃起始能用KB表示，单位A2.S.,KBI2tBtB---点燃时间，单位s.⑹、串联成组电雷管的准爆条件串联成组起爆时，因各雷管的点燃起始能存在差异，各雷管的敏感度不同，点燃起始能低的雷管首先点燃并随即炸断网路，致使点燃起始能高的雷管因得不到足够的起始能而拒爆。为保证串联成组雷管准爆，须满足下列条件tBmintqmin≥tBmax式中tBmin---点燃起始能最低的电雷管点燃时间；tqmin---点燃起始能最低的电雷管的传导时间；tBmax---点燃起始能最高的电雷管的点燃时间。设I为保证串联或成组电雷管起爆的准保电流，则I2tBmax－I2tBmin≤I2tqmin∵KBI2tB,第一章爆破理论基础,∴KBmax－KBmin≤I2tqmin即I2≥（KBmax－KBmin／tqmin即I≥〔（KBmax－KBmin）／tqmin〕1/2尽管单个雷管最小准爆电流不大于0.7A，但为了可靠起见规定采用直流电起爆时，电流大于2.5A;采用交流电起爆时，电流大于4A。2、导线电爆网路中的导线通常用绝缘良好的铜线和铝线，大量爆破时，电线用量大。在网路的不同部分需要采用不同规格导线。通常可分为端线、连接线、区域线、主线。,第一章爆破理论基础,⑴、端线在深孔或药室爆破中，由于脚线不够长，需要在脚线上加接一段导线，称为端线。深孔截面为0.20.4mm2铜芯多股塑料软线；药室截面为11.5mm2铜芯多股塑料软线。⑵、连接线连接各孔口或药室之间的电线称为连接线。⑶、区域线连接连接线与主线的电线，称为区域线。⑷、主线连接区域线和爆破电源的电线称为主线。主线一般可反复使用。,第一章爆破理论基础,3、起爆电源常用的有起爆器发电机式、电容式（常用）照明电或动力电源（除瓦斯矿外，均可使用）4、电爆网路的连接方式及其计算连接方式串联、并联、混联⑴、串联注意①、要使通过每个雷管的电流足够大（直流电2.5A;交流电4A.,第一章爆破理论基础,②、各雷管阻值接近，差值不应大于规定值（康铜丝0.25欧姆、镍铬丝0.8欧姆。）③、同厂同批；④、通过每个雷管的电流值应满足iIU/R线n.r≥i准U---电源电压、R线---主线电阻、n---串联雷管数、r---每个雷管电阻值。⑤、优缺点优点连接容易，所需总电流小，导线消耗少。缺点一个雷管不通，整个网路都不通。⑵并联,通过每个雷管的电流须满足下式iI总/mU/m.R线r≥i准（直流2.5、交流4）优点即使个别雷管不通，不影响整个网路。缺点总电流要求大，一般起爆器不适用。导线消耗大，个别雷管漏接，仪表查不出来。㈣、导爆管起爆系统70年代出现的一种新型非电起爆系统，目前广泛用于矿山、水利水电、交通等工程（城市拆除）1、导爆管起爆系统的组成塑料导爆管导爆管雷管连接元件激发装置,第一章爆破理论基础,注意⑴、当采用雷管激发导爆管时，应使雷管的聚能穴与传爆方向相反；⑵、当采用导爆索激发导爆管时，应尽量使导爆管与导爆索垂直。2、导爆管起爆网路导爆管起爆网路为串联（逐孔起爆法）、并联、混联根据导爆管雷管在网路中的作用分传爆雷管（地表雷管）、起爆雷管（孔内雷管）,通过该系统可实现同段或分段起爆⑴、当传爆雷管和起爆雷管均采用瞬发雷管时，可实现同段起爆；⑵、实现分段起爆（三种）传爆雷管为瞬发雷管，起爆雷管为延期雷管；传爆雷管为延期雷管，起爆雷管为瞬发雷管；传爆雷管和起爆雷管均为延期雷管。目前，广泛采用导爆索起爆导爆管，再用导爆管作为传爆雷管的联合起爆网路，实现接力式传爆。这种网路一般要注意起爆雷管的段别要高于传爆雷管2段以上。（有利于起爆网路安全）。,第一章爆破理论基础,特点优点操作简单，使用安全，能抗杂散电流和静电；可节省大量棉纱和金属材料，成本低。缺点不能用仪表检查网路质量，不能用于瓦斯、矿尘爆炸危险的地点。,第一章爆破理论基础,第五节炸药的传爆一、冲击波的基本概念1、波的基本概念扰动在外界作用下，介质局部状态参数（如压力、密度、质点移动速度、温度）的变化叫做扰动。波扰动在介质中传播，称为波。压缩波使介质状态参数增高的扰动波成为压缩波。稀疏波（拉伸波）使介质状态参数降低的扰动波称为稀疏波。冲击波它是一种介质状态参数发生突跃式增加的强压缩波。2、冲击波的性质,第一章爆破理论基础,冲击波以脉冲形式传播，不具有周期性。其波阵面上介质状态参数呈突跃式升到最高值。冲击波引起介质质点移动的方向与波的传播方向一致，其速度小于波速。冲击波波速大于未扰动介质中的音速。冲击波波速与波的强度有关。二、爆轰波及其结构1、定义爆轰波是在炸药中传播的、带有化学应区的特殊形式的冲击波。2、爆轰波结构,第一章爆破理论基础,爆轰波结构图,第一章爆破理论基础,3、爆轰波参数（通常是指反应终了面上的状态参数）爆轰压力Pρ0D2/4爆轰产物移动速度uD/4爆轰结束瞬间爆轰产物密度ρ24ρ0/3式中ρ0----炸药密度；D-----爆速。三、化学反应区反应机理爆轰波在炸药中传播引起反应区的化学反应机理可归纳为两种类型1、整体均匀灼热引起的化学反应（在炸药中爆炸）激起爆轰波----传播---波阵面压力作用下---其前方炸药薄层均匀地受到强烈压缩，压力、温度速升---产生剧烈化学反应（爆炸）由于炸药整体均匀作用，需提供较强的冲击能量。,特点反应速度快、反应宽度小、爆速高。适用不含气泡或掺合物的均质炸药（如液体炸药）2、灼热核局部灼热引起的化学反应该反应适用于不均匀的混合炸药。在不均质炸药中，由于冲击波的作用，化学反应首先是围绕灼热核（即较敏感炸药或热点）开始的，然后迅速扩展至整个炸药薄层。由于冲击波能量首先集中在一定数量的灼热核处，所以，较低的冲击波压力就可以引起炸药爆炸反应。但灼热核形成到全部炸药反应需要经历一定时间。因此，导致化学反应区宽度大、爆速低，炸药颗粒、密度等各种物理因素对爆轰波传播的影响显著。,第一章爆破理论基础,现在我们已知道工业炸药都是混合炸药，而混合炸药是由多种不同性质的成分组成，因此，反应具有多阶段性；在冲击波波阵面压力作用下，炸药各组分首先分解（称为第一次反应），分解产物互相作，生成最终爆轰产物（称为第二次反应）。由于混合炸药的多阶段反应，加大了反应区宽度，反应时间增长、爆速降低。四、影响稳定传爆的因素爆速是爆轰波的一个重要参数，它的变化直接反映了化学反应区释放出能量的大小和速度以及爆轰波传播的状态。因此，可以通过爆速的变化规律来分析各种因素对爆轰波传播过程的影响。,1、药包直径的影响（见下图）炸药爆速随直径的变化,第一章爆破理论基础,从上图看出药包直径存在极限直径dL和临界直径dc.当d≤dc时，爆轰完全中断，即不稳定爆轰。当dc＜d＜dL时，D∝d爆轰以小于极限速度的定常速度传播，即稳定爆轰。当d≥dL时，爆速趋于恒定的极限值，即理想爆轰。Dc和dL同爆速D一样，都是衡量炸药爆轰性能的重要指标。从工程角度看，应避免不稳定爆轰的发生，而力求达到理想爆轰。亦即尽量使d≥dc或d≥dL。由于某些技术限制，往往很难达到。如混合炸药极限直径很大、光面爆破等。因此，采用大孔径爆破、洞室爆破可提高爆破效率。,为什么药包直径对爆速又影响呢主要原因是在炸药的传播过程中，发生能量的侧向扩散。（见下图）侧向扩散对反应区结构的影响,第一章爆破理论基础,从上图可看出冲击波阵面→抵达处的炸药薄层被强烈压缩→发生急剧化学反应→化学反应区→生成高温、高压气体→迅速向外膨胀→自反应区发生侧向扩散→强大的扩散气流中含有完全反应的爆轰产物、来不及发生反应的炸药颗粒、反应未完全的炸药颗粒→化学反应区热效应降低→能量损失→爆速、爆压降低。因此，爆轰波的传播实际上是靠有效反应区释放出的能量来维持的。不同药包直径侧向扩散对反应区结构的影响（见下图）,第一章爆破理论基础,不同药包直径侧向扩散对反应区结构的影响,,,,,,,,,,,,,,L,,,,,,,,,,,,,L,a、不稳定传爆,b、非理想稳定爆轰,,,,,,,,,,,,,,,,,,,L,c、理想爆轰,,,,第一章爆破理论基础,随着药包直径的减小，有效反应区宽度相应减小如果设药包周边扩散至中心所经历的时间为t1，炸药颗粒开始反应到反应完全所经历的时间为t2。则当t1＞＞t2时，药包中心部分在反应过程中未受侧向扩散影响。有效反应区宽度等于炸药固有宽度，有足够能量维持传播，即理想爆轰；当t1＜t2时，药包中心部分受侧向扩散影响，有效反应区宽度略小于固有宽度，维持传播能量减小，但能维持稳定传爆，即非理想爆轰。当t1＜＜t2时，侧向扩散严重，有效反应区宽度大大缩小，释放能量不足以维持稳定传爆，即不稳定爆轰。,第一章爆破理论基础,2、装药密度的影响单质炸药混合炸药,第一章爆破理论基础,3、药包外部约束条件的影响当d＞dL时，外部约束对稳定传爆无影响；只有当d＜dL时，外部约束对炸药稳定传爆才有明显影响。两种情况对于低威力炸药外壳的强度对炸药稳定传爆影响显著，外壳强度越强，炸药的临界直径越小，越有利于稳定传爆。对于高威力炸药外壳强度已不起作用，外壳的密度起主导作用。因为，密度大质量大，侧向扩散时消耗能量大，侧向扩散减小。4、径向间隙效应定义药包与炮孔之间的间隙，称为径向间隙。,第一章爆破理论基础,其值大小对稳定传爆影响显著（尤其混合炸药原因炸药在炮孔内爆炸→孔内产生空气冲击波→其波速比在炸药中传播的爆速略高→炸药前端未反应区出现“压死”现象→爆轰终止。径向间隙量经验表明其值为1015mm时，间隙效应最显著。消除办法不留间隙或增大间隙。5、炸药粒度的影响颗粒越细→炸药分解、反应速度越高→反应区宽度越小→侧向扩散损失小→有利于稳定传爆。对于混合炸药，其粒度比也很重要。应使感度低的炸药颗粒小于感度高的炸药颗粒，这样有利于相互作用,第六节炸药爆炸参数和性能一、炸药的氧平衡㈠、炸药的爆轰产物工业炸药主要由C、H、O、N组成，炸药的爆轰过程就是炸药的O对C、H的氧化过程，其化学反应终了瞬间的产物叫做炸药的爆轰产物。它是计算爆轰反应热效应的依据。爆轰产物成分很复杂，主要有CO2、H2O、CO、NO2、NO、C、O2、N2等。爆炸产物爆轰产物进一步膨胀，与外界空气等其它物质互相作用，生成新的产物，叫做爆炸产物。它是衡量炸药爆炸后有毒气体生成量的依据。对于大多数炸药而言，热量的产生是由于C、H、等元素被氧化的结果，其主要反应有,CO2→CO2395KJ/mol2CO2→2CO110KJ/mol2H2O2→2H2O242KJ/molN2O2→2NO2﹣90KJ/molN22O2→2NO2-17KJ/mol从上面反应可以看出反应生成物不同，反应释放出的热量差别很大。当生成氮氧化物时，反而要吸收热量。CO、NOX均属于有毒气体，对人体有害。由此可见炸药中所含的氧既不能少（少则生成CO也不能多（多则生成NOX），这两种情况均关系到炸药反应生成热和有毒气体生成量.,第一章爆破理论基础,因此，从提高炸药爆炸威力；充分利用炸药能量；降低有毒气体生成量的角度来看，显然应力求在爆炸反应时，炸药中的C、H被完全氧化生成二氧化碳和水，而避免生成一氧化碳和氮氧化物。㈡、炸药的氧平衡炸药的爆炸是瞬间的过程，它所需用的氧原子全部需本身供应。而爆炸反应究竟生成什么产物，也受到炸药中O量同C、H含量比例的影响。这就涉及到一个氧平衡问题。定义一克炸药生成C、H氧化物时，以克为单位来表示氧的剩余量。根据养剩余量情况，OB可分为炸药中的氧含量足够将C、H量完全氧化，且有剩余，称为正氧平衡。,第一章爆破理论基础,炸药中的氧恰够将C、H量完全氧化，不多不少，称为零氧平衡。炸药中的氧不足以将C、H量完全氧化，称为负氧平衡。由此看出，只有零氧平衡时，其放热量最大；而负氧平衡生成CO，正氧平衡生成氮氧化物而且吸热，因此，后两种情况均不利于发挥炸药的最大潜能。1、氧平衡的计算方法将炸药分子式改写为CaHbOcNd.a、b、c、d分别代表一个炸药分子中C、H、O、N的含量。炸药发生爆炸反应时，C、H完全氧化按下式进行,第一章爆破理论基础,CO2→CO2一个C需2个O.H21/2O2→H2O一个H需1/2个O。∴a个C需2a个氧原子，b个H需1/2b个氧原子，炸药本身含有c个氧原子。∴c与（2a1/2b）的差值，就反映了OB的三种情况当c-2ab/2＞0时，为正氧平衡。当c-2ab/2）0时，为零氧平衡。当c-2ab/2）＜0时，为负氧平衡。∴⑴、单质炸药的氧平衡计算方法O.B[c-2ab/2]16/M100单位g/g或）式中16---为氧的原子量、M---为炸药的摩尔质量。,第一章爆破理论基础,例一、求硝酸铵的O.B值。解、硝酸铵的分子式为NH4NO3→C0H4O3N2M80∴O.B[3－（204/2）]16/800.2g/g或20例二、求TNT的O.B值。解、TNT的分子式为C6H2NO23CH3→C7H5O6N3M227∴O.B[6－275/2]16/227－0.74g/g或－74⑵、混合炸药的氧平衡计算方法它是在已知炸药组成成分、及其在炸药中的配比的基础上求得的。O.B∑Bi.Ki式中Bi---为某一成分的氧平衡值、Ki---为该成分在炸药中的百分率。,第一章爆破理论基础,例、求铵油炸药的O.B值。解、已知铵油炸药的成分配比为硝酸铵92、木粉4、柴油4。查表或计算得各成分的O.B值硝酸铵20、柴油-327、木粉-137。根据公式O.B∑Bi.K92204（-327）4（-137）-0.16⑶、根据氧平衡值设计混合炸药配比单质炸药和炸药的单质成分的O.B值是由其分子所决定的，不能人为地加以改变，然而，人们可以将几种物质按某种比例混合在一起以调整总的氧平衡值。①、两种成分的混合炸药配比方法设炸药中氧化剂、还原剂两种成分的合适配比为x、y,令a、b、c为这两种成分和混合后炸药的O.B值。则有xy100axbyc解得x（c-b）/（a-b）y（a-c）/（a-b②、三种成分的混合炸药的配比方法设K1、K2、K3分别代表混合炸药各成分的百分含量。B1、B2、B3分别代表这些成分各自的氧平衡值。O.B为混合后的氧平衡值。则kIk2k31B1.k1B2.K2B3.K3O.B,两个方程三个未知数，必须先确定其中一种成分如k3）则K1[1-K3.B2-O.B-B3.K3]／（B2-B1）100K2[O.B-B3.k3-1-k3.B1/B2-B1100例1、要求配置硝酸铵和柴油两种成分的混合炸药，使炸药为零氧平衡。求两种成分的配比解、已知硝酸铵氧平衡值为20、柴油为-342、若设硝酸铵为x、柴油为y，则X[0-（-3.42）]/[0.2-（-3.42）]10094.5Y（0.2-0/[0.2--3.42]5.5∴硝酸铵94.5、柴油5.5。,例二、要求配制零氧平衡的岩石硝铵炸药，其成分为硝酸铵、TNT、木粉，求三种成分的适合配比。解、首先确定TNT含量为10，已知硝酸铵、TNT、木粉的氧平衡值为0.2、-0.74、-1.37、O.B0，将这些值代入公式得K183.2、k26.8所以，硝酸铵83.2、TNT10、木粉6.8。二、炸药爆炸热力学参数1、爆热炸药爆炸化学反应释放出的热量成为爆热。它是爆炸气体对外做功的能源，同时也是支持爆轰波传播的物质基础。在工程上，其单位用kJ/kg或J/mol。,2、爆容单位质量的炸药爆炸后生成的气体产物在标准状态下的体积，称为爆容。单位L/kg或升/千克。3、爆温炸药爆炸释放出的热量将爆轰产物加热到最高的温度称为爆温。4、爆压爆炸气体充满装药空间瞬间达到的压力称为爆炸压力，简称爆压。三、炸药爆炸性能1、爆炸功炸药对外界做功，就像热机工作一样，其化学能通过爆炸反应，变成热能，在热能作用下，爆轰产物膨胀，作机械功，即所谓的爆炸功。,一般说来，炸药爆炸对外做功有两种形式动作用利用爆炸产生的爆轰波或应力波造成的破坏，称为动作用。静作用利用爆炸气体产物的膨胀造成的破坏或抛移，称为静作用。按时间顺序动作用在先，静作用在后。反映炸药爆炸对外做功能力性能指标有猛度表示炸药爆炸对其邻近介质的局部压缩、粉碎或击穿的能力，它反映了炸药爆炸的动作用。其强烈程度取决于装药密度、和爆速；测量方法签注压缩法，单位mm.爆力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。它反映了炸药爆炸的静作用。,第一章爆破理论基础,其强度主要取决于爆热和爆炸气体体积，测量方法铅柱扩孔法，单位mL.2、炸药的殉爆一个药包爆炸后，引起与它不相接触的临近药包爆炸的现象。在一定程度上，反映了炸药对爆轰波的敏感度。单位cm.3、爆速爆轰波在炸药中的传播速度，称为爆速。它是衡量炸药爆炸性能的一个重要指标。测定方法导爆索法、导爆管法、电测法、高速摄影法。,第七节脆性介质爆破破坏机理一、脆性介质的动力学特征脆性介质主要指岩石，混凝土等物质，它们是爆破作的主要对象。炸药在介质中爆炸，首先是对周围介质是以冲击载荷（动作用），然后是爆生气体施以的膨胀压力（静作用）。冲击载荷引起的应力、应变和位移都是以波动形式传播的。1、脆性介质在爆炸冲击载荷作用下的应力---应变特征脆性介质受到爆炸冲击到破坏持续的时间极其短暂，具有很高的加载速度。这种情况下，将产生很高的应力率和应变率---应力和应变对时间的变化率。,不同应变率下的脆性介质所具有的破坏强度是不同的。一般认为随着应变率的增加其强度也增加，动态强度大于静态强度，且极限抗压强度（б压）最大，抗剪切强度次之，抗拉强度最小。一般有如下关系б拉1/101/50б压б剪1/81/12б压∴提高爆破效果，尽可能使脆性介质处于受拉或受剪状态。2、爆炸应力波炸药在岩石或其他介质中爆炸所产生的应力扰动称为爆炸应力波。爆炸应力波在传播过程中，其强度随距离而急剧衰减。主要过程为冲击波→应力波→地震波。,根据爆炸应力波的作用范围和破坏特征分为三个区冲击波作用区（压碎区）应力波作用区（破坏区地震波作用区（弹性振动区）冲击波和应力波均为脉冲波，不具有周期性。而地震波是具有周期性的弹性波。我们把介质的密度（ρ）与弹性纵波（cP）的乘积（ρ.cP）叫做介质的波阻抗---表示对应力波传播的阻尼作用。3、应力波在界面处的垂直入射当应力波垂直入射与界面时，应力波则发生反射和透射。应力波的入射、反射、透射应满足下式假设交界面保持连续性,第一章爆破理论基础,作用力、反作用力相等应力波的叠加性纵波的垂直入射,бiбrбt------------①vi-vrvt-------------②由弹性力学可知бρ.cp.v→viбi/ρ1.cp1、vrбr/ρ1.cp1vtбt/ρ2.cp2代入②式得бi/ρ1.cp1-бr/ρ1.cp1бt/ρ2.cp2-------③①③联立解得бrRr.бiбtRt.бi式中Rr（ρ2.cp2-ρ1.cp1）/（ρ1.cp1ρ2.cp2）Rt（2ρ2.cp2）/（ρ1.cp1ρ2.cp2,第一章爆破理论基础,讨论分析⑴、当ρ1.cp1ρ2.cp2即两侧介质波阻抗相等。,Rr0Rt1бr0бrбt不反射。⑵、当ρ1.cp1＜ρ2.cp2则Rr＞0бr＞0бt＞0界面处既有透射又有反射，性质与入射波相同。若ρ1.cp1＜＜ρ2.cp2则Rr1Rt2бrбiбt2.бivt0⑶、当ρ1.cp1＞ρ2.cp2时，则Rr＜0Rt＞0бr＜0бt＞0在界面处既有透射压