炸药及爆炸基本理论(修订稿)

2020/1/161——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2020/1/162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：[e-mail]2020/1/163培训讲义提纲第一节、爆炸定义及其分类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）2020/1/1645、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（重点介绍乳化炸药生产技术）。第四节、固定炸药生产线介绍第五节、混装炸药的发展现状2020/1/165第六节工业炸药及废旧弹药销毁技术第七节相关技术规范1、工业炸药术语2、工业炸药通用技术条件第八节民爆行业十二五规划第九节炸药的安全管理。第十节复习（18日上午）2020/1/166一、爆炸定义及分类物理爆炸（不发生化学变化）核爆炸（核裂变或核聚变）化学爆炸（有新的物质生成）爆炸：是指在适宜的条件下，某些物质发生急剧的物理和化学变化，其内部的能量瞬间释放，并借助系统内原有气体或爆炸后生成气体的迅速膨胀，对系统周围介质做功，使之发生冲击破坏效应的现象。爆炸的分类：2020/1/167化学爆炸三要素1反应的放热性炸药爆炸必须的能源3反应中生成大量气体产物炸药爆炸对外做功的媒介2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2020/1/168铝热剂反应2Al+Fe2O3→Al2O3+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。★★2020/1/169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：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。2020/1/1610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。2020/1/16112、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。2020/1/1612（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。2020/1/16133、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，能发生化学爆炸的物质叫做炸药。（一）按炸药的组成分类1.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中，并能自身发生迅速氧化还原反应的物质。2.混合炸药指由两种或两种以上的成分所组成的机械混合物.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。2020/1/1614（二）按用途分类1.起爆药：主要用于起爆其它工业炸药。这类炸药的主要特点是：(1)敏感度较高。(2)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：与起爆药不同，这类炸药具有相当大的稳定性。它们比较钝感，需要有较大的能量激发才能引起爆炸。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。2020/1/16153.发射药又称火药，主要用作枪炮或火箭的推进剂，也有用作点火药、延期药的。它们的变化过程是迅速燃烧。4.烟火剂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，在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。2020/1/16164、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）。2020/1/16171.2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、α斜方、β斜方、正方晶体。易结块。2020/1/1618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。2020/1/16191.3、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）。2020/1/16203、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2020/1/1621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。2020/1/16225、炸药爆炸性能爆速（detonationvelocity）爆轰波沿炸药装药传播的速度称为爆速装药直径药包外壳装药密度炸药粒度（影响因素）起爆冲能2020/1/1623影响爆速的因素（1）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（）301.6/gcm301.6/gcm301.6/gcm301.6/gcm301.6/gcm301.53/gcm301.0/gcm301.0/gcm300.98/gcm301.04/gcm2020/1/1624影响爆速的因素（2）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2020/1/1625影响爆速的因素（3）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40mm2020/1/1626炸药爆速的测定测定方法导爆索法电测法高速摄影法①示波器记时法②数字式爆速仪测爆速法2020/1/1627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2020/1/1628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2020/1/1629炸药的威力炸药爆炸作功示意图2020/1/1630炸药威力的测定方法（1）铅铸扩孔法铅铸扩孔法弹道臼炮法爆破漏斗法2020/1/1631炸药威力的测定方法（2）弹道臼炮法1——臼炮体2——标准室3——活塞式炮弹体铅铸扩孔法弹道臼炮法爆破漏斗法2020/1/1632炸药威力的测定方法（3）铅铸扩孔法弹道臼炮法爆破漏斗法爆破漏斗法2020/1/1633炸药的猛度及测定炸药猛度（brisance）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。1——导火索；2——雷管；3——炸药；4——钢片；5——铅柱；6——钢板；7——细绳；8——爆炸后的铅柱炸药猛度的测定方法2020/1/1634炸药殉爆2020/1/1635聚能效应－现象聚能现象聚能装药聚能效应应用水面聚能流的形成2020/1/1636聚能效应－装药聚能现象聚能装药聚能效应应用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1—药形罩（能聚罩）2—爆轰波阵面3—杵体4—射流2020/1/1637聚能效应－应用聚能现象聚能装药聚能效应应用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2020/1/1638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CO含量；其中氮氧化物的毒性系数为6.5，SO2、H2S的毒性系数为2.5。2020/1/1639影响有毒气体生成量的主要因素A炸药的氧平衡B化学反应的完全程度C炸药外壳为涂蜡纸壳D爆破岩石内含硫生成H2S、SO2等有毒气体2020/1/1640炸药感度感度（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。冲击波感度热感度静电感度火焰感度摩擦感度撞击感度其他感度（sensitivitytoinitiation）(sensitivitytoshockwave）（electrostaticsensitivity）（sensitivitytoflame）（sensitivitytofriction）（sensitivitytoimpact）（sensitivitytoheat）2020/1/1641热感度和机械感度热感度（sensitivitytoheat）是指在热的作用下,炸药发生爆炸的难易程度。热感度通常用爆发点（ignitionpoint）来表示.热作用的方式主要有两种：均匀加热、火焰点火。机械感度（1）撞击感度（2）摩擦感度（sensitivi