爆炸与炸药的基本理论

爆炸与炸药的基本理论
16年济宁市爆破工程技术人员（复训）：
教学培训计划
（2016-12-13）
一、教学内容
1、爆炸与炸药的爆炸理论（二章）
2、爆破器材（三章）
3、起爆技术（四章）
4、岩土爆破理论（六章）
5、露天爆破（七章）
6、爆破安全技术和环境保护（十四章）
7、相关法律法规1天
8、爆破安全管理和相关规定（十五章）1天
9、复习小结0.5天
10、考试（笔试：填空、选择、问答、计算设计题）0.5天
二、使用教材
《爆破设计与施工》中国爆协汪旭光主编、2015版（15章、782页121.9万字）
三、教学时间:5天（40学时）
具体教学课程安排见《课程表》
四、任课教师: 尹成祥、毕延华等
五、教学目的
1、提高爆破基础理论知识和爆破设计施工技能；
2、提高爆破工程行业管理水平和法律法规意识；
3、解决爆破施工作业疑难问题，确保爆破工程施工效果和施工安全；
4、复训学习情况存档、备案，为办理个人爆破作业证件许可、审核提供依据；亦为爆破作业证件升级打基础。

六、教学要求
1、珍惜这次爆破技术人员复训学习机会
95年全国第一次举办爆破技术人员作业证：
2、严格遵守培训班各项规章制度；
3、严格遵守课堂教学纪律，按时到课；
4、认真听课，做好笔记。

编制：尹成祥
2016-12-1
第二章爆炸与炸药的基本理论
（教材10p）
第一节基本概念
一、爆炸及其分类
（一）爆炸
物质或物体在外界作用下，瞬间发生物理或化学变化，并在极短时间内放出大量能量的的现象。

如：锅炉爆炸、热水瓶爆炸、轮胎爆炸、炸药爆炸、鞭炮爆炸等。

（二）爆炸的分类
1、物理爆炸
爆炸后物质的物理状态发生变化，其内部分子结构不发生变化。

如车胎、水瓶、压力罐、雷电等
2、化学爆炸
爆炸后不但物质的物理形状发生变化，其内部分子结构也发生变化，并生成其它物质。

炸药爆炸属于化学爆炸。

3、核爆炸
由核炸药的原子核发生烈变或聚变的连锁反应，并在瞬间放出巨大能量的现象称为核爆炸。

如u235，u238、氚、氘的爆炸等。

二、炸药及其爆炸特征（3个基本条件）
（一）炸药
凡在外界作用下，能产生快速变化，生成高热和大量气体的物质，叫炸药。

按用途分类：起爆药、破坏药、火药、核炸药
按物理状态分类：固体、液体和气体
（二）炸药爆炸的三大特征（3个基本条件）
实践表明：炸药爆炸时瞬间产生火光、出现烟雾、发生巨响，并产生冲击波。

火光说明：
烟雾说明：
巨响说明：
炸药爆炸反应过程中释放出大量的热量、生成大量气体以及化学反应的快速性是炸药爆炸所具备的特殊因素和必要条件。

炸药爆速快、温度高和气体多称为炸药的三大要素，简称炸药三要素。

（1）变化速度快
炸药爆炸产物传爆的速度，称为爆速。

常用炸药的爆速约为2000～8000m/S。

一公斤炸药（集中药包）开始爆炸到完成爆炸反应，约为十万分之一秒。

如梯恩梯炸药的爆速为6800m/s。

硝铵类炸药的爆速约为3500m/s。

（2）释放大量的热
炸药爆炸变化过程放出大量的热能，使炸药瞬间产生变化。

常用炸药爆炸时产生1000～3500 kJ/kg的热量。

在极短的
时间内将爆炸产物加热到数千摄氏度。

爆炸时的温度最高可达2000～50000C。

（3）生产大量的气体
常用炸药爆炸可产生600～1000L/kg的气体。

炸药爆炸放的气体约相当于原体积的1000倍。

以上炸药爆破快、温度高、气体多就是炸药三大的特征（三大要素）：
（1）反应过程大量放热；
（2）反应过程极快；
（3）生产大量气体。

总之，炸药爆炸在瞬间形成高温、高压的爆炸产物，急剧向
外膨涨，形成超压冲击波对介质做功。

其超压最高可达数十万（10-40万兆帕）个大气压。

因此，炸药爆炸时具有巨大的破坏威力。

炸药爆炸时产生的气体越多、温度越高、爆速越快，炸药爆炸威力就越大，破坏能力越强。

三、炸药化学变化的基本形式
炸药在外界作用下发生三种基本的化学反应。

即：热分解、燃烧、爆炸和爆轰。

（一）热分解
炸药在常温下或受热作用时，会发生缓慢的分解，并放出热量，产生热分解。

炸药的分解速度主要取决于环境温度。

温度越高分解越快。

当温度达到一定限度时，炸药缓慢的热分解会自动转变为快速的化学变化，发生燃烧或爆炸。

因此，炸药在存储、保管和使用时，要特别注意炸药的环境温度变化，如炸药堆放不易过高，要注意通风保持常温，防止炸药因温度过高导致热分解加快，而引起燃烧或爆炸。

（二）燃烧
炸药在火焰或加热的作用下，可能引起燃烧。

燃烧的速度一般比较缓慢。

当燃烧生成的气体或热量不能及时排除时，压力增大，温度升高，可能由燃烧转为炸药爆炸。

一般情况下少量炸药能够稳定的燃烧而不爆炸。

炸药的燃烧与一般燃料燃烧有着本质的区别，一般燃料的燃烧需要外界供氧，而炸药的燃烧是依靠自身所含的氧进行反应的。

（三）爆炸与爆轰
，1、爆炸
当炸药受到足够大的外力作用时，炸药会发生最猛烈的化学反应，
这种反应以冲击波的形式高速传播。

传播的速度通常每秒数千米。

这就是炸药的爆炸。

爆炸过程不稳定，是开始的过程。

2、爆轰
炸药以最大而稳定的爆速进行传播的过程叫爆轰。

区别：
（1）爆轰的传爆速度恒定，爆炸传爆速度不稳定。

（2）爆轰是炸药变化的最高形式。

爆轰是一种比燃烧更剧烈的化学变化形式。

它是冲击波在炸药中自行高速传播的现象，并且与外界的压力、温度等条件无关。

炸药爆轰是炸药特有的一种化学变化形式。

对一定的炸药来说，爆轰波的速度是稳定的。

在爆轰条件下，爆炸具有最大的破坏作用。

（四）三种变化形式的转化
上述炸药的三种反应形式在性质上虽有不同之处，但它们之间却有着非常密切的关系。

1、在一定条件下可以相互转化。

2、炸药的热分解在一定条件下可以转变为燃烧。

3、炸药的燃烧随温度和压力的增加又可以转变为爆炸。

因此，在使用保管中,控制外界的温度变化，就可以控制炸药向要求的方面的转化，以达到对炸药使用、保管的安全性，确保炸药爆炸的效果。

（五）炸药变化的启示
1、炸药着火时降温、控制温度。

2、用水灭火，不易使用沙土和泡沫灭火器等。

3、起爆炸药要给予足够的起爆能，确保炸药稳定爆轰。

第二节炸药的起爆和感度
一、炸药的起爆和起爆能
1、炸药的起爆
炸药是一种相对稳定平衡的物质。

使之爆炸必须施加一定的能量，才能爆炸。

因此，引起炸药爆炸的过程（现象）叫起爆。

2、炸药的起爆能
使炸药爆炸的能量，叫起爆能。

（1）热能：火源加热、电加热等（最基本的起爆能源）；（2）机械能：机械功作用；
如：撞击、摩擦、针刺、摔砸等；
（3）爆炸能：
利用炸药爆炸能量引起另一种炸药爆炸。

另外：激光能、化学能等，均可以使炸药爆炸。

起爆能和感度的关系：
通常炸药的感度越大，所需的起爆能越小。

相反炸药的感度越小，所需的起爆能就越大。

二、炸药感度
1、什么是炸药感度？
在外界作用下炸药发生爆炸的难易程度。

2、炸药的热感度（爆发点）
3、爆发点
什么是炸药爆发点？
加热使炸药爆炸的最低温度。

乳化炸药3300C; 黑火药3000C ；TNT 2950C；黑索金2300C ；雷汞1750C；
（2）火焰感度：
（3）撞击感度：
利用撞击（）
（4）爆轰感度：
炸药感度与起爆能成反比关系。

即：
4、影响炸药感度的因素
外界影响：
（1）炸药的物理状态
（2）装药密度
（3）炸药结晶的大小：可能增大。

可能减小。

一般颗粒减小，感
度增大。

（4）温度
（4）添加物的加入：
根据添加物楞角、硬度、含量等决定。

坚硬。

棱角大，感度大；如加入石英砂、玻璃粉等，感度增大。

加入松软物质感度降低。

如加入油、石蜡等。

5、爆炸和爆轰理论和方程（略）
（1）爆轰波基本方程
（2）爆轰参数计算
第四节炸药的氧平衡与热化参数
（一）炸药的基本概念
1、炸药组成（成份）
C、H 、O 、N
因为，炸药本身含可燃元素和助燃元素，爆炸反应不需要外界供氧。

只要外界条件达到及限，即可爆炸。

3、爆炸后生成的主要物质
CO、CO2、H2O、NO、C、N。

放出大量的热、和气体
（二）炸药的氧平衡
1、什么是炸药的氧平衡？
炸药爆炸时，炸药中所含的氧与可燃元素C、H原子完全氧化时所需的氧量问题。

2、炸药的氧平衡的三种情况：
（1）零氧平衡：含的氧刚好完全氧化。

完全氧化：主要生成产CO2 H2O、放热量最大。

硝铵类炸药基本为零氧平衡。

（2）正氧平衡：含的氧刚好完全氧化，还有剩余。

氧有多余：主要生成产ON、O2N。

（3）负氧平衡：含的氧不足以将可燃元素完全氧化。

缺氧，主要生成产CO、H2、C、
正氧平衡和负氧平衡均不利于炸药发挥最大威力，同时会产生有害气体。

特别在煤矿地下实施爆破施工，和瓦斯混合易产生有毒气体，另外，还可以起催化作用。

（三）炸药的氧平衡计算（略）
（四）炸药的热化参数
1、爆热
（1）什么是炸药爆热？
单位质量的炸药爆炸时产生的热量，称为炸药爆热。

单位:千卡/公斤（kJ/kg）。

工业炸药的爆热一般为3300-5900 kJ/kg。

1kJ(焦耳)=0.239千卡
1卡：使1kg的水升高1度使用的热量（标准大气压）。

（2）爆热的测定
（2）爆热的计算
2、爆温
（1）什么是炸药爆温？
炸药爆炸时将爆炸产物加热的最高温度。

单位:摄氏度（0C）。

单质炸药：3000-50000C
矿用炸药的爆热一般为2000-25000C
3、爆压
（1）什么是炸药爆压？
炸药爆炸时爆炸产物高温、高压气体产生的压力。

即：对介质产生的超压。

单位:Pa（帕斯卡）。

常用工业炸药的爆压为：3000-3500Mpa
1Mpa=106 /m2 =105kg/m2
1kg=9.8N=10kgF
1N=0.1kgF
常用炸药产生的超压（最大）：30万kg/cm2。

第五节炸药的爆炸性能
一、爆速
1、什么是炸药的爆速？
爆轰波在炸药柱中传播的速度。

单位：（Km/S）
2、影响炸药爆速的因素
（1）装药直径
（2）炸药密度
（3）炸药的颗粒度
（4）炸药爆速测量方法
二、炸药的做功能力（威力）
炸药爆炸时高温、高压爆炸产物瞬间对介质产生的作用，或总的做功能力，称为炸药威力，亦称爆力。

威力的大小取决于：爆速、爆热和爆炸气体。

炸药威力是衡量炸药作功能力大小的重要指标之一。

炸药威力测定方法，通常是用铅柱扩孔法，测量炸药爆炸后的容积差值。

铅柱试验：直径20cm，高20cm，10g炸药。

炸药威力单位：（mL/10g）。

一般工业炸药的爆力为280-460mL。

炸药的威力有多大（概算）？
可以说，炸药是目前所有物质瞬间释放能量最大的物质。

如200克TNT炸药，可以将标准钢轨断。

若计算炸药的爆炸功：
按热功当量理论计算，炸药爆炸的瞬时功：
一公斤TNT炸药爆炸，相当于50万台75马力拖拉机发出的舜时功。

一公斤的核炸药爆炸威力是多大？
一公斤核炸药爆炸相当于2万吨TNT炸药：
一公斤核炸药爆炸功相当于100亿台75马力拖拉机发出的舜时功（当然，这只是按理论计算，未考虑爆炸能量的利用率等）。

如1945年8月二战时为迫使日本投降，美国总统杜鲁门、英国首相丘吉尔认为使用一两次核袭击就可以结束战争。

(45年7月26日试爆成功)当时决定袭击5个城市（包括东京），最后选择两个。

8月5日在日本的广岛、长奇投下两颗小型原子弹（当量两万吨），长3.05米，直径0.7米，弹重。

4.082吨。

使用B —29轰炸机，在1万米m 高空投下，在66米高空爆炸，爆炸后，1000米内花岗岩融化，3000米所有建筑物被毁。

两个城市几乎全部消失，伤亡人数五六十万，至死23.9万人，8月15日日本宣布无条件投降。

现在战略核武器当量大到百万，甚至千万吨级，可想而知破坏范围有多大。

61年苏联（苏联威慑美国）试爆了世界最大的核武器是5000万吨级当量，损伤半径1000公里。

10月31日使用图-95轰炸机，飞至爆炸中心10000米高空，加速返回，350公里半经范围内物体几乎全部破坏。

具俄罗斯媒体消息至13年10月中国具有135枚核弹头。

中国的东风41飞行最大距离15000km，飞行速度3000km/H，21分钟飞到美国纽约；可装载10枚（100万吨级威力）,且可以分别制导。

另外，中国只要具备32枚东风41，即可将美国5万以上的城市全部摧毁。

具近期媒体报道：世界仅中国具有30枚氢弹。

300-1500万吨。

只要两颗氢弹既可把日本彻底消灭。

三、炸药的猛度
1、什么是炸药的猛度？
炸药瞬间爆炸产物直接对介质局部产生破碎的猛力程度。

2、试验测试：
50g炸药；铅柱：直径40，高60mm，中10mm钢板。

下压的数量（mm）
黑索金24mm；TNT17mm; 硝铵炸药8mm 猛度的大小：爆速、破碎岩石越碎。

四、炸药的殉爆
1、什么是炸药的殉爆？
2、炸药的殉爆的距离。

单位：cm
200g:TNT15cm;150g硝铵炸药8cm。

3、影响炸药殉爆的因素
（1）装药的密度
被发药包密度小，殉爆距离增加。

（2）药量和直径
（3）外壳和连接方式
五、沟槽效应
1、什么是炸药沟槽效应？
即：管道效应、间隙效应。

2、管道效应的产生
（1）线性装药在药孔中爆炸时，爆炸产物（超压冲击波）超前于爆轰波，并压缩药卷、仰制爆轰。

会产生炸药爆速衰减甚至拒爆。

（2）影响因素
炸药性质、物理状态、包装和加工工艺有关。

乳化炸药沟槽效应较小。

六、聚能效应
1、什么是聚能效应？
2、聚能效应的产生：
（1）爆炸产物的散射方向
（2）凹槽一定距离聚集能量。

例如：50gTN炸药实验(p)
加工直径30mm，高100mm，炸钢板200mm
装药平底底部凹穴有凹穴罩留有炸高
浅坑6-7mm 80mm 110m
七、炸药密度
单位体积装填炸药的重量，叫炸药密度。

单位：克/立方厘米（g/cm3）。

销铵类炸药的密度为0.9--1.3 g/cm3；
梯恩梯炸药的密度（压制的药块）为1.6kg/dm3。

八、临界直径
使炸药正常爆炸反应的最小直径，称为炸药的临界直经。

销铵类炸药的临介直径约1.2厘米。

小于直径1.2厘米的小线性硝铵炸药药包，就不能保证正常传爆。

九、炸药的安定性
炸药在存储、使用中保持自身性质稳定不变的能力，称为炸药的安定性。

炸药的安定性，包括物理安定性和化学安定性。

长期保持自身性质稳定的炸药，称为炸药安定性好。

否则相反。

如压榨或溶铸块状梯恩梯炸药安定性好，可以长期存储数十年或百年。

十、炸药的溶点
炸药由固体变成液体的最小温度，称为炸药的熔点。

乳化炸药约170度溶化为液体..
梯恩梯炸药的溶点约为80.3度。

十一、装药
（1）名词解释：制作或加工好的定量炸药。

亦称药包。

（2）动词解释：向药孔（洞或容器）内装填炸药。

十二、集中药包
药包的长度或高度不大于其宽度的三倍，称为集中药包或叫集团药包。

十三、线性药包
药包的长度或高度大于其宽度的三倍以上，称为线性药包或叫直列药包。

十四、内部药包
炸药（药包）设置在药孔（硐、室）中或放在目标的内部，称为内部药包。

一般的民用工程爆破，通常使用内部药包。

内部药包爆破，炸药的能量利用率高，效果好，单耗小。

十五、外部药包
炸药（药包）直接放在爆破目标的外部，称为外部药包，亦称裸露药包。

1、直接接触药包：药包放在外部，直接接触目标爆破，叫接触爆破。

正方体：利用率1/6.
2、非接触药包：药包设置在目标一定距离上，药包不直接接触目标的爆破，叫非接触爆破。

外部药包爆破，药包表面与爆破目标接触少或不接触。

爆炸产物向无限的空间散射，药包爆炸能量利用率低，效果差，单耗大。

十六、火工品
装有火药或炸药的火工器材。

亦称火具。

用以引燃火药或炸药的一次性使用元器件。

如：雷管、火帽、底火、延期件、导火索、导爆索、爆炸开关等。

十七、爆轰
爆炸：炸药受到足够大的外力作用时，瞬间发生猛烈的化学变化，以冲击波形式高速传播，为炸药爆炸。

炸药爆炸反应传播速度保持稳定时的化学反应，称为爆轰。

爆破是炸药的变化过程，是炸药的瞬间变化初始状态，爆炸速度不稳定。

区别：
（1）传播速度不同；
（2）爆炸是爆轰一种化学变化的一种形式，爆速不稳定，是炸药变化的一个过程。

2016-12-13上午
十八、爆炸当量
炸药（爆炸物爆）炸时的威力相当梯恩梯炸药的数量。

（单位：吨）。

1、TNT是世界公认的标准炸药，爆炸威力系为1。

2、常用爆破工程的药量计算（公式）,计算的药量均为标准炸药梯恩梯，威力系数为1。

3、爆破施工中使用其它炸药应进行威力系数换算：
使用硝铵类炸药时：
（1）内部药包：与TNT等量（不用换算）。

（2）外部药包：增加50%。

即:
Q e=1.5Q
（3）核炸药与标准炸药的换算：
核炸药：
1kg=20000吨TNT。

即：一公斤的核炸药，爆炸威力相当于20000吨TNT。

核武器的分类:
(1)原子弹：
铀235、239等重原子核的裂变或聚变。

威力：数万吨-数十万吨级当量。

(2)氢弹：利用原子弹的能量的同位素氘、氚等，质量较轻的原子核发生聚变反应（热核反应）威力巨大，通常威力可达数
千万吨级，温度可达3.5亿度。

（3）中子弹：小型氢弹，只会对人产生巨大的杀伤作用，对建筑物损伤较小。

且没有长期的放射性污染。

近期媒体报道：世界仅有中国具有300-1500万吨的氢弹30枚。

两颗氢弹即可彻底消灭日本。

世界核弹的爆炸历史：
1、42年美国开始研究原子弹（曼哈顿计划）；
2、45年7月6日试爆成功第一颗原子弹成功。

3、45年8月6日9日美国在日本广岛和长奇投下两颗原子弹。

4、64年10月16日年第一颗原子弹爆炸成功（2万屯级）；
5、67年6月7日氢弹爆炸成功（300万吨级）；
5、76年9月17日500万吨级氢弹爆炸成功。

6、61年苏联爆炸5000万吨级氢弹爆炸。

2016-12-1修改
（一）按组成分类
炸药按组成成分分为单质炸药和混合炸药。

1、单质炸药
单质炸药系指碳、氢、氧、氮等元素以一定的化学结构存在于同一分子中，并能自身发生迅速氧化还原反应释放出大量热量和气体的物质。

例如：梯恩梯、黑索金、太恩（安）、硝化甘油、奥克托金等。

2、混合炸药
混合炸药系指由两种或两种以上的成分组成的机械混合物。

混合炸药既可以含单质炸药，也可以不含单质炸药。

混合炸药一般由以下三种原料组成：
（1）氧化剂：
如：硝酸铵、硝酸钠、硫酸、盐、硫磺等
（2）可燃剂：木粉、柴油、煤粉、沥青等
（3）添加剂：为改善炸药的性能。

石蜡、乳化剂等
例如：硝铵类炸药、黑火药等。

（二）按用途分类。