爆破工程 第一章

武汉理工大学2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论2主要内容第一章炸药爆炸基本理论1.1基本概念1.2炸药化学反应基本形式1.3炸药氧平衡与反应产物1.4炸药热化学参数1.5炸药感度1.6炸药起爆1.7炸药爆轰理论1.8炸药爆炸性能：本章思考题2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论3第一节基本概念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）（explosive）：在一定条件下，能够发生快速化学反应，放出能量，生成气体产物，显示爆炸效应（explosiveeffect）的化合物或混合物。爆炸的分类：炸药2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论4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2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论5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。★★2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论6第二节炸药化学反应基本形式爆炸速度增长到稳定爆速（stationarydetonationvelocity）的最大值，以每秒数千米的最大稳定速度进行的反应过程。反映炸药的化学安定性A缓慢分解炸药以每秒数百米至数千米的高速进行爆炸反应C爆炸与爆轰对爆破材料的安全生产,加工,运输保管以及过期变质炸药的销毁都很有必要B燃烧与爆燃爆轰2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论7第三节炸药氧平衡与反应产物炸药内含氧量与所含可燃元素充分氧化所需氧量相比之间的差值称为氧平衡。氧平衡用每克炸药中剩余或不足氧量的克数或质量分数来表示。炸药的氧平衡（Oxygenbalance）2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论8氧平衡的计算令炸药的通式：CaHbNcOd则氧平衡的计算式：1(2/2)16100%bQdabMbQM式中炸药的氧平衡；炸药的摩尔质量（g/mol）；氧的摩尔质量（g/mol）162020/4/25第一章炸药爆炸基本理论9混合炸药氧平衡的计算计算公式：1(2/2)16100%1000bQdab或者bibiQmQimbiQ式中、分别为第i组分的质量分数和氧平衡值2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论10氧平衡的三种类型正氧平衡零氧平衡负氧平衡Qb0Qb=0Qb02020/4/25第一章炸药爆炸基本理论11混合炸药配方计算含两种成分的混合炸药配比：设x、y分别为炸药中氧化剂和可燃剂的配比，Qx、Qy、Qb分别为这两种成分和混合后氧平衡值，则有：100%xybxyxQyQQ2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论12例：用硝酸铵、TNT和木粉配制零氧平衡的岩石炸药，试求出其取值范围并选定一组配方。解：设1单位质量炸药中含硝酸铵为x，TNT为y，木粉为z。已知各组中的氧平衡（查表）：硝酸铵20%，TNT-74%，木粉-138%，按零氧平衡配制时应有：三种成分的取值范围为:硝酸铵,TNT木粉可取TNT含量y=10%，代入上方程组解得：100%0.20.741.380xyzxyz87.34%012.66%xyz设得78.72%021.28%xy再设z得78.72~87.34%x0~21.28%y0~12.66%z83.3%6.7%xz2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论13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。2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论14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2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论15第四节炸药热化学参数爆炸压力爆温爆热爆容1kg炸药爆炸生成气体产物换算为标准状态下的体积称为爆容（specificvolume）(单位:L/kg)。爆容越大，炸药做功能力越强。单位质量炸药爆炸时所释放的热量称为爆热（explosionheat）(单位:J/kg或kJ/kg)。爆炸瞬间固体炸药变成气体产物，这些产物来不及膨胀，爆炸已经结束，因而可以认为爆炸过程是定容过程。(explosiontemperature)指炸药爆炸时放出的能量将爆炸产物加热到的最高温度。（explosionpressure）指当爆炸结束，爆炸产物在炸药初始体积内达到热平衡后的流体静压值。也有人将其定义为炮孔中装药爆炸完了瞬间炮孔壁上的压力，故又称为炮孔压力。2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论16第五节炸药感度感度（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）2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论17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（sensitivitytoimpact）在机械撞击的作用下，炸药发生爆炸的难易程度称为炸药的撞击感度。（sensitivitytofriction）在机械摩擦的作用下，炸药发生爆炸的难易程度称为炸药的摩擦感度。2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论18炸药的起爆感度起爆感度（sensitivitytoinitiation）炸药的起爆感度是指在其他炸药（起爆药、起爆具等）的爆炸作用下，猛炸药发生爆轰的难易程度。凡能用1发8号工业雷管可靠起爆的炸药称其具有雷管感度；凡不能用1发8号工业雷管可靠起爆的炸药称其不具有雷管感度。2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论19炸药的殉爆殉爆（sympatheticdetonation）殉爆是指炸药（主发药包）发生爆炸时引起与它不相接触的邻近炸药（被发药包）爆炸的现象殉爆距离是指主发药包爆炸时一定引爆被发药包的两药包间的最大距离。殉爆距离（transmissiondistance）炸药的殉爆能力用殉爆距离表示，单位一般为cm确定炸药生产房间的安全距离（safetydistance），为厂房设计提供基本数据；改进工业炸药的性质，提高在工程爆破时起爆或传爆的可靠性。在采用炮孔法进行爆破工作时，为保证相邻药卷完全殉爆，对药卷之间的殉爆距离有一定要求。装药时，应尽可能使相邻药卷紧密接触，防止岩粉或碎石等惰性物质将药卷隔开。因有惰性介质时，殉爆距离将明显减小。研究殉爆的目的：2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论20殉爆距离的测定2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论21影响殉爆距离的因素ABC装药密度药包外壳和连接方式药量和药径2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论22影响炸药感度因素影响炸药感度的因素1炸药温度的影响2炸药物理状态与晶体形态的影响3炸药颗粒度的影响5附加物的影响4装药密度的影响2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论23第六节炸药起爆炸药爆炸的能栅图2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论24热点起爆理论热点学说认为：炸药在受到机械作用时，绝大部分的机械能量首先转化为热能。由于机械作用不可能是均匀的，因此，热能不是作用在整个炸药上，而只是集中在炸药的局部范围内，并形成热点。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的数目足够多，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，最后引起部分炸药乃至整个炸药的爆炸。热点起爆理论又称热点学说热点形成的原因:（1）炸药内部的空气间隙或者微小气泡等在机械作用下受到了绝热压缩；（2）受磨擦作用后，在炸药的颗粒之间、炸药与杂质之间以及炸药与容器内壁之间出现的局部加热；（3）炸药由于黏滞性流动而产生的热点。热点起爆理论2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论25第七节炸药爆轰理论波扰动在介质中的传播称为波。物质在外界的作用下状态参数会发生一定的变化，物质局部状态的变化称为扰动稀疏波压缩波受扰动后波阵面上介质的压力、密度均增大的波称为压缩波。受扰动后波阵面上介质的压力、密度均减小的波称为稀疏波或膨胀波。（pressurewave）（expansionwave）2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论26冲击波的形成冲击波（shockwave）冲击波是一种在介质中以超声速传播的并具有压力突然跃升然后慢慢下降特征的一种高强度压缩波。冲击波形成原理示意图R—活塞与气体的界面A—各个瞬时的波阵面；P—管中空气压力2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论27冲击波基本方程10001PPcVVV11001()()uPPVV101001(1)(1)(1)(1)PKPKPKPK11ncKPV111000PVTTPV2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论28冲击波特征1）冲击波的波速对未扰动介质而言是超音速的。2）冲击波的波速对波后介质而言是亚音速的。3）冲击波的波速与波的强度有关。由于稀疏波的侵蚀和不可逆的能量损耗，其强度和对应的波速将随传播距离增加而衰减。传播一定距离后，冲击波就会蜕变为压缩波，最终衰减为音波。4）冲击波波阵面上的介质状态参数（速度、压力、密度、温度）的变化是突跃的，波阵面可以看做是介质中状态参数不连续的间断面。冲击波后面通常跟有稀疏波。5）冲击波通过时，静止介质将获得流速，其方向与波传播方向相同，但流速值小于波速。6）冲击波对介质的压缩不同于等熵压缩。冲击波形成时，介质的熵将增加。7）冲击波以脉冲形式传播，不具有周期性。8）当很强的入射冲击波在刚性障碍物表面发生反射时,其反射冲击波波阵面上的压力是入射冲击波波阵面上压力的8倍,由于反射冲击波对目标的破坏性更大，因此在进行火工品车间.仓库等有关设计时应尽量避免可能造成的冲击波反射。2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论29炸药爆轰波爆轰波（detonationwave）在炸药中传播的伴随有快速化学反应区的冲击波称为爆轰波。爆轰波沿炸药装药传播的速度称为爆速。（detonationvelocity）爆速爆轰波特征：①爆轰波只存在于炸药的爆轰过程中。爆轰波的传播随着炸药爆轰结束而中止。②爆轰波总带着一个化学反应区，它是爆轰波得以稳定传播的基本保证。习惯上把0-2区间称为爆轰波波阵面的宽度，其数值约0.1~1.0cm，视炸药的种类而异。③爆轰波具有稳定性，即波阵面上的参数及其宽度不随时间而变化,直至爆轰终了.2020/4/25第一章炸药爆炸基本理论30爆轰波的结构波阵面2-2面为爆轰化学反应区的末端面，称为爆轰波波阵面。常把满足一定假设条件的理想爆轰波波阵面简称为C—J面（Chapaman－Jouguetplane）C—J面爆轰波结构示意图20