第04章 爆破材料与爆破原理1

例如，当硝化甘油的装药直径为25.4mm时，用6号雷管起爆，其
爆速为2000 m/s；而用8号雷管起爆，其爆速为8000m/s。低爆 速形成的原因是出于炸药在起爆能较低时，不能产生爆轰反应， 而其中的空气间隙和气泡受到绝热压缩形成热点，使部分炸药进 行反应并支持冲击波的传播，从而造成冲击波在药卷中的低速传 爆。
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§4.1
爆炸和炸药的一般特性
爆炸现象及其分类 (1)爆炸现象。物质发生急剧变化，瞬间放出大量能量，
对周围介质做功，使之发生破 坏，同时可能伴随声 光、热效应的现象，称为爆炸。 (2)爆炸的分类。根据爆炸产生的原出和特点，爆炸 现象可分为三类：爆炸时仅发生物 态的急剧变化， 物质的化学成分不改变，称为物理爆炸，如蒸汽锅炉 爆炸或汽车轮胎爆炸等； 由某些物质的原子核发生 裂变或聚变引起的爆炸，称为核爆炸，如原子弹、氢 弹爆炸；爆炸时不仅发生物态变化，而且物质的化学 成分也发生变化的称为化学爆炸，如炸药爆炸。
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§4.1
爆炸和炸药的一般特性
(二)炸药爆炸的三要素 炸药的爆炸实质是其发生急剧化学反应的过程及结果。其反应的放热性、生成 气体产物、化学反应和传播的高速性是炸药爆炸的三要素，也是构成爆炸的必 要条件。
(1)反应的放热性。炸药爆炸过程放出大量热量是对周围介质做功的能源，放热 不足或吸热反应都不能维持反应自动传播，也不能形成爆炸。
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§4.2
炸药的爆炸性及其测定
1．影响稳定爆轰的主要因素
(1)药卷直径。炸药爆轰所产生的能量并未全部用于传爆，
有一部分径向逸散到药卷周围产生空气冲击波或应力波。 药卷直径越小，逸散出去的这部分能量所占的比例越大。 因此，当药卷直径小到一定程度时，就完全不能传爆，这 时的直径称为临界直径。将药卷直径自临界直径逐渐增大， 爆速也逐渐提高，最后达到了稳定值。此后，药卷直径再 增大，爆速也不会提高，这时的直径称为极限直径。
(2)化学反应速度快。炸药爆炸反应是由冲击波激起的，其爆炸速度可达每秒数 千米，在反应区内炸药变成爆炸气体的时间只需几微秒。爆炸过程的高速性决
定了炸药能在极短时间内释放出大量能量，单位体积内的热量很高，从而具有 很大的威力。这是爆炸反应区别于其他化学反应的一个显著特点。 (3)生成气体产物。爆生气体是做功的介质，反应生成大量的气体，而且气体在 高温高 压状态下迅速膨胀对外做功，这是炸药能量转化的过程。
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§4.2
炸药的爆炸性及其测定
(三)爆速与测定 如图4-4所示，在药卷上A、B两
点并精确量出距离，用直径 0.1~0.3mm的漆包线双股权成两 根探针(下端剪开不通电)，分别 插入A、B处，并连接在爆速仪的 导线上。药卷起爆后，探针的漆 包线被爆轰波高温烧坏，先后向 仪器输入记时开始和终止信号， 这段时间由数码管显示出来。将 距离除以爆轰波通过它需要的时 间，即得爆速值。
测定炸药猛度的方法为铅柱压缩法，其实验设备及装置
如图4-2所示。起爆后测量铅柱压缩尺寸作为猛度的数据， 单位为毫米。
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§4.2
炸药的爆炸性及其测定
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§4.2
炸药的爆炸性及其测定
(二)爆力与测定 炸药爆炸时对周围介质做功
的能力称为爆力，它是由炸 药能量转化而来的。测定炸 药爆力的方法常用铅柱扩孔 法，试验装置如图4—3所示， 起爆后可用量筒向孔内注水 测得形容积，从中减去原孔 眼体积和雷管扩孔体积，即 得炸药的爆力数据，其单位 为毫升。
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§4.2
炸药的爆炸性及其测定
(一)猛度与测定 炸药的猛度是指炸药爆炸对周围介质的冲击粉碎能力，
也就是冲击波的作用强度。一 般来说，炸药的密度和爆 速越高，猛度也越高，冲击粉碎能力越强。
爆破不同性质的岩石，应选用不同猛度的炸药，避免崩
下岩块过大，不利于装运。对于中硬岩或软岩选用低猛 度炸药，以免对巷道周边围岩破坏严重，不利于光面爆 破。
主要内容
§4.1爆炸和炸药的一般特性
§4.2炸药的爆炸性及其测定
§4.3矿用炸药 §4.4起爆器材 §4.5起爆方法 §4.6炸药在岩石中的爆破作用机理 §4.7爆破方法
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§4.1
概述
爆炸和炸药的一般特性
工程爆破在国民经济建设中有着广泛的用途，近 年来我国已进行过装药量在千吨和万吨以上的土石方 爆破多次，解决了许多工程建设中的难题。工程爆破 已从露天爆破、地下工程爆破，发展到拆除爆破和特 种爆破技术。可以认为，现代爆破技术已深入应用到 我国国民 经济的各个部门，并取得了可喜的成就。
一些猛炸药的临界直径仅为几毫米，而铵梯炸药随其成分不同临界直径
差别很大，一般认为药卷直径小于25mm，爆速就急剧降低，传爆不良， 2号岩石铵梯炸药临界直径小于15mm就产生熄爆。但现用32mm或 35mm药卷，还远未达到它的极限直径，所以增大药卷直径能使爆速提 高，爆炸性能更良好。
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传爆，总要留下一些残药。 实验表明，在空气中都能正常传爆， 但在43mm直径的炮眼内装入35mm的2号岩石铵梯 炸药，不管 放入多少卷，从一端起爆总是只能爆炸5~6卷，最多爆7卷，这 种现象称为间隙效应。 一般认为产生间隙效应的原因是：爆轰波在传播过程中，其高 温高压爆生气体使其前 端间隙中的空气受到强烈压缩，从而在 炮眼间隙内产生了超前于爆轰波传播的空气冲击波， 药卷在爆 轰波达到之前已受到冲击波的强烈压缩，药卷直径缩小而密度 增大，导致爆速下 降，甚至造成爆轰中断。 解决办法有减小炮眼直径；或在药卷上隔一定距离套上硬纸板 做成的隔环；或在药卷 中心扎一轴向孔；或隔一定距离；或隔 一定距离用炮泥或黄油糊上加粗药卷直径；或采用水胶及乳化 炸药等。
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§4.2
炸药的爆炸性及其测定
一、炸药的起爆与传爆
激发炸药爆炸的过程称为起爆，使炸药活化发生 爆炸反应所需的活化能称为起爆能或初始冲能。在地 下工程爆破中利用雷管的爆炸冲能，首先在炸药某些 局部造成热点，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，同时进一步扩展。
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§4.1
爆炸和炸药的一般特性
炸药的主要特性及炸药爆炸的三要素
(一)炸药的主要特性
在外界能量作用下，自身进行高速的化学反应，同时产生大量的高温
高压气体和热量，这种物质称为炸药。其主要特性如下： (1)具有相对稳定性和化学爆炸性。当炸药未受外界能量作用时，常温 下处于相对稳定状态，保证其加工、运输及储存使用的安全。但炸药 的物质结构属化学不稳定体系，一旦受到外界能量作用，就打破了原 来的平衡结构，经化学反应转化为爆炸。 (2)在微小的体积中蕴藏有巨大的能量。单位质量的炸药爆炸时放出 的热量要比单位质量的煤燃烧时放出的热量要小，但在极短的时间 (0.1~1ms)内单位容积的炸药爆炸比单位容积的煤慢慢燃烧放出的热量 大数百万倍，即炸药具有很高的能量密度。 (3)能够依靠自身的氧实现爆炸反应。炸药主要由碳、氢、氧、氮四 种元素组成，它爆炸时不需要外界供氧，只靠自身的氧就可以进行爆 炸反应。
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§4.2
炸药的爆炸性及其测定
1．影响稳定爆轰的主要因素
(2)炸药密度。密度增加，则爆轰压力也增高，爆轰也
更加稳定。对单质炸药而言确实如此，但混合炸药常 有一个最佳密度，超过之后爆速则要降低，最终发生 “压死”的熄爆现象，与其相对应的密度称为临界密 度。 与最大爆速相对应的装药密度称为最佳密度(极限密度)。 同一种炸药的最佳密度是一个定值，它随炸药颗粒大 小与级配、混合均匀程度、含水率大小、药卷直径及 外壳约束条件等因素的变化而变化。
炸药殉爆的难易程度决定于炸药对冲击波作用的感度，通
常用殉爆距离表示。其定义是在装有雷管的主炸药包爆炸 时，能使相隔一定距离的另一向种药包百分之百也爆炸的 最大距离称殉爆距离，百分之百不爆炸的最小距离称殉爆 安全距离。
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§4.2
距离。
炸药的爆炸性及其测定
殉爆距离一般可通过实验来确定(图4—1)。试验时，将同一种炸药的两个药 卷沿轴线隔一定距离平放在坚实的沙土上，其中一个药卷装有雷管作为主动 药卷，另一个药卷作被动药卷，然后引爆。根据形成的炸坑以及有无残留的 炸药和药卷来判断殉爆情况。通过一系列实验，找出相邻药卷能殉爆的最大
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§4.2
(二)传爆
炸药的爆炸性及其测定
地下工程爆破都用雷管的起爆能来起爆炸药，雷管的
作用仅在于使它临近的局部炸药分子爆炸。至于整个 药包能否完全爆炸，则取决于炸药爆炸的稳定传播。 也就是说，炸药的爆轰是冲击波在炸药中传播而引起 的，而在冲击波作用下快速化学反应所释放出的能量 又支持了冲击波的传播，使其波速保持恒定而不衰减。 这种伴随有化学反应的冲击波，称为爆轰波，其波速 称为爆速。爆速是衡量炸药质量的重要指标，它反映 了炸药爆轰的性能。
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§4.2
炸药的爆炸性及其测定
1．影响稳定爆轰的主要因素
(4)其他因素。其他堵如药包外壳的强度、炸药的粒
度、变质程度以及填塞质量等，都 对炸药能否爆轰有 明显的影响。
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2．间隙效应 深孔爆破，在炮眼内连续多个装入铵梯炸药卷，时常不能全部


不同，一种炸药 可能具有三种不同形式的化学变化，即缓慢分解、 燃烧和爆炸。 (1)缓慢分解。炸药在常温条件下，若不受其他外界能量作用，常以缓 速进行分解反 应，环境温度越高，分解越显著。其特点是：炸药内 各点温度相同；在全部炸药内反应同时进行，没有集中的反应区；分 解时可以吸热，也可以放热，决定于炸药的类型和环境温度。 (2)爆燃。炸药的快速燃烧称为爆燃，燃速一般为每秒几米，最高只能 达每秒数百米。爆燃属热传导过程。 (3)爆轰。爆轰波(炸药内部传播的冲击波)以恒定速度传播的爆炸称为 爆轰，它是爆炸的一种特殊形式。爆速可达2000~9000m／s。因为爆 炸是靠冲击波的作用来传递能量和激起化学反应的，爆炸产物的运动 方向则与反应区运动方向相同，产生数千至数万兆帕的压力。 炸药的上述三种化学变化形式，在一定条件下，都是能够相互转化的， 缓慢分解可发展为燃烧、爆炸；反之，爆炸也可转化为燃烧。