炸药与起爆方法课件.ppt

1、1炸药炸药与起爆方法与起爆方法1爆炸和炸药的基本概念爆炸和炸药的基本概念2起爆药和单质炸药起爆药和单质炸药3炸药的起爆炸药的起爆4炸药的爆轰理论炸药的爆轰理论5矿用硝铵炸药矿用硝铵炸药6工业炸药的爆炸性能指标工业炸药的爆炸性能指标7起爆器材与起爆方法起爆器材与起爆方法21爆炸和炸药的基本概念爆炸和炸药的基本概念 炸药的爆炸 化学爆炸应具备的条件 炸药化学反应形式 炸药的分类31.1 爆炸现象爆炸：一般认为，物质发生急剧变化并放出大量的能量对周围介质做机械功，同时可能伴随有声、光、热效应的现象，称为爆炸。 爆炸现象归纳为： 物理爆炸 化学爆炸 核爆炸 41.2 化学爆炸应具备的条件化学爆炸应具备

2、的条件炸药爆炸是一个化学反应过程，但炸药的化学反应并不都是爆炸，必须具备一定条件的化学反应才是爆炸。炸药爆炸具备以下三个条件：放热反应生成大量气体 高速度反应 5放热反应放热反应 炸药爆炸实质上是炸药中的化学能在瞬间转化为对外界做功的过程，反应释放出的热是做做功的能源功的能源，也是化学反应进一步加速进行的必要条件。 炸药爆炸时放出的热量大小常用爆热来衡量，爆热爆热指单位质量炸药爆炸时放出的热量，1400-6500KJ/kg。炸药爆炸瞬间放出的热量主要用于对爆炸产物加热，使爆炸产物达到很高的温度，爆炸产物在原有体积内达到热平衡时的温度称爆温爆温，一般在20004500C。 6生成大量气体生成大量

3、气体 气体具有良好的压缩性，瞬间生成大量的气体容纳在原有体积内，必然产生很高的压力，高温高压气体为做功提供了必要条件必要条件，气体膨胀就是做功。产生气体多少和释放热量多少决定了炸药爆炸做功多少。 用比容衡量炸药爆炸时产生的气体多少，比容比容指单位质量炸药爆炸后生成的气体在标准状态下所占的容积。 单质炸药比容一般在3001000L/kg。7高速度反应高速度反应 尽管炸药化学反应释放出大量能量并产生大量气体，如果没有必要的反应速度，也不能形成爆炸，反应速度标志着做功的功率功率。 爆炸反应的速度通常用爆速来衡量，爆速爆速指爆炸过程在炸药中传播的稳定速度。单质炸药爆速一般在11008000m/s。 8

4、1.3炸药的反应形式炸药的反应形式 爆炸不是炸药唯一的化学反应形式，在特定的反应条件下，同种炸药可能有四种不同形式的化学反应： 热分解 燃烧 爆炸 爆轰 四种反应形式产生不同的物理化学效应。 9热分解热分解热分解是炸药化学反应的最低形式，表现为炸药在常温下缓慢的化学变化，使原物质发生本质的变化。炸药热分解一般会带来不良后果，炸药因热分解而变质直接影响炸药的使用。在一定条件下，热分解会转变为燃烧甚至爆炸，以致发生意外爆炸事故。所以在炸药的制造、贮存过程中应严格控制环境条件，避免炸药的热分解。 10燃烧燃烧燃烧是比热分解更高一级的化学反应形式，往往是由受热或火焰引起的。燃烧是物质的氧化过程，所以一

5、般物质燃烧需要外界提供氧，而炸药本身含有丰富的氧和燃料，不需要外界的氧就可以燃烧，一旦炸药燃烧，靠隔绝空气的灭火方法不起作用，往往还会加速炸药的燃烧。炸药燃烧时对压力比较敏感，压力越大，燃速越高，甚至由燃烧转变为爆炸，所以在密闭条件下燃烧是很危险的。在炸药贮存时，要注意创造不利于燃烧的条件，如改善通风条件。 11爆炸爆炸爆炸是炸药的最高化学反应形式。与燃烧的区别在于燃烧靠热传导传递能量和激发化学反应，爆炸则靠冲击波传递能量和激发反应区；燃烧受环境影响较大，爆炸则基本上不受环境影响。爆炸的反应速度、温度和压力都比燃烧高得多。所以爆炸表现出强烈的破坏作用。爆炸是爆破安全的主要控制对象。爆炸过程中遇

6、到不利因素也可能导致爆炸中断，使爆炸过程转变为燃烧或热分解。 12爆轰爆轰 爆炸速度增长到稳定爆速的最大值时就转化为爆轰，爆轰是指炸药以最大稳定速度进行的反应过程。特定的炸药在特定的条件下的爆轰速度为常数。爆炸和爆轰并无本质上的区别，只不过是传播速度不同而已。爆轰的传播速度是恒定的，爆炸的传播速度是可变的，就这个意义上讲，也可以认为爆轰是爆炸的一种特殊形式，即稳定的爆炸。131.4炸药的分类炸药的分类按炸药的用途划分为：按炸药的用途划分为：起爆药猛炸药发射药按炸药组成的化学成分划分为：按炸药组成的化学成分划分为：单质炸药混合炸药 按使用条件划分为：按使用条件划分为：准许在地下和露天爆破工程中使

7、用的炸药，包括有沼气和矿尘爆炸危险的作业面。准许在地下和露天爆破工程中使用的炸药，但不包括有沼气和矿尘爆炸危险的作业面。只准许在露天爆破工程中使用的炸药。 142起爆药和单质炸药起爆药和单质炸药起爆药单质猛炸药混合猛炸药152.1起爆药起爆药特点是：在很小的外界能量（如火焰、摩擦、撞击等）激发下就发生爆炸。起爆药的敏感度一般都很高，用作雷管的起爆药，用量很少。工业雷管中的起爆药有：雷汞、氮化铅和二硝基重氮酚等，都是单质炸药。 162.2单质猛炸药单质猛炸药单质猛炸药是单一化学成分的高威力炸药。这类炸药对外能的敏感度比起爆药低，需用起爆药的爆炸能来起爆。主要用于雷管的加强药、导爆索的药芯、起爆弹

8、等起爆器材，还大量用作混合炸药的敏化剂。工业常用单质猛炸药有：梯恩梯、黑索金、泰安、硝化甘油和特屈儿。硝酸铵主要用于混合炸药的主要成分。172.3混合猛炸药混合猛炸药炸药的性能对爆破效果和安全均有很大影响，所以工业炸药要符合下列要求：爆炸性能良好，具有足够的威力和必要的敏感度；制造、运输、贮存和使用安全可靠，爆炸后生成的有毒气体少；理化性能稳定，在规定的贮存期内不变质失效；原料来源广，加工容易，成本低。18常用的混合猛炸药常用的混合猛炸药 铵梯类炸药 铵油炸药 铵松腊炸药 浆状炸药 水胶炸药 乳化炸药 硝化甘油炸药 黑火药 煤矿许用炸药19特种爆破材料特种爆破材料 高分子混合炸药 静态破碎剂2

9、03炸药的起爆炸药的起爆 起爆与起爆能 起爆机理 炸药的感度213.1起爆与起爆能起爆与起爆能引起炸药爆炸的外能称为起爆能，引起炸药爆炸的过程称为起爆。起爆能可以归纳为三类： 热能机械能爆炸能223.2起爆机理起爆机理活化能理论过程：外能使部分分子变为活化分子 炸药的分子平均能量 爆炸产物C的分子平均能量 发生化学反应所需最低能量E1活化能,125250KJ/mol 释放出的能量,8401250KJ/mol233.2起爆机理（续）起爆机理（续） 热能起爆机理热能积累率高于散失率 机械能起爆机理灼热核 爆炸冲能起爆起理爆炸冲能在瞬间转变为机械能或热能，在炸药的局部形成灼热核243.3炸药的感度炸

10、药的感度 炸药的敏感度 炸药的热感度 炸药的机械感度 炸药的爆炸冲能感度 25炸药的敏感度炸药的敏感度 炸药在外能作用下，发生爆炸反应的难易程度叫做炸药的敏感度敏感度，简称感度。 炸药的敏感度高低对于炸药的加工制造、贮存运输及安全使用都十分重要。 研究炸药的感度的目的在于掌握炸药在特定条件下爆炸的可能性，分析影响感度的诸因素，通过采用相应的措施，使炸药的感度满足生产、贮存、运输、使用和经济上的不同要求。 26炸药的热感度炸药的热感度 炸药在热能的作用下发生爆炸的难易程度称为炸药的热感度热感度。 炸药的热感度目前主要采用实验测定的方法来确定。通过测定炸药的爆发点、火焰感度来确定。 27爆发点测定

11、仪 爆发点指炸药在规定时间(5min)内起爆所需加热的最低温度。爆发点越低的炸药，热感度越高。爆发点测定原理很简单，将定量炸药（0.05g）放在恒温的环境中5min，如果炸药没有爆炸，说明此环境温度太低，升高环境温度后再试，如果不到5min就爆炸，说明环境温度太高，降低环境温度再试，直到调整到某一环境温度时，炸药正好在5min爆炸，此环境温度就是炸药的爆发点。 1-合金浴锅；2-电热丝；3-外壳；4-隔热层；5-锅盖；6-铜试管；7-温度计；8-放气孔；9-低熔点合金28常见炸药的爆发点 炸药名称炸药名称爆发点（爆发点（0C）炸药名称炸药名称爆发点（爆发点（0C）二硝基重氮酚170-175泰安

12、205215雷汞170175黑索金215235胶质炸药180200梯恩梯290295特屈儿195200硝铵类炸药280320硝化甘油200205叠氮铅33034029火焰感度测量装置炸药在明火（火花，火焰）的作用下发生爆炸的难易程度，称为炸药的火焰感度。火焰感度用图3-2所示火焰感度测量装置测定，试管内装入待试炸药（起爆药0.05g，猛炸药0.1g），通过调整导火索头距炸药的距离X，点燃导火索进行试验，同样距离试验六次，找出六次同样试验100%都能使炸药点燃的最大距离Xmax和100%都不能使炸药点燃的最小距离Xmin，Xmax越大，炸药的火焰感度越高，Xmin越小，火焰感度越低。当起爆炸药时

13、，要了解炸药的Xmax；当从安全方面考虑时，要了解炸药的Xmin。1-支座；2-炸药；3-试管；4-下夹头；5-上夹头；6-导火索；7-标尺30炸药的机械感度机械感度主要有撞击感度和摩擦感度。在爆破工程中，雷管内利用起爆药的热感度起爆，起爆药与炸药间利用爆炸能起爆，一般不用炸药机械感度起爆。机械感度主要影响炸药的贮存、运输和使用安全，机械感度高的炸药会给爆破工程带来更多的不安全因素，所以爆破工程中不希望炸药的机械感度高。在军火方面，弹药的引信一般用机械作用起爆，机械感度对弹药的起爆有重要意义。 31撞击感度 撞击感度撞击感度表示炸药在撞击作用下发生爆炸的难易程度。撞击感度用实验方法测定，实验的

14、原理是利用自由落体的能量撞击炸药，猛炸药用垂直落锤仪，起爆药用弧形落锤仪。32猛炸药的撞击感度测定猛炸药用垂直落锤仪，撞击能量较大，在撞击能固定的条件下，用25次同等试验中炸药发生爆炸的百分率表示所试炸药的撞击感度。1-击砧装置； 2-导轨；3-落锤；4a-电磁铁；4b-钢爪；5-钢丝绳；6-标尺；7-底座；8-套筒；9-下击柱；10-炸药；11-上击柱 33猛炸药的撞击感度炸药名称炸药名称撞击感度（撞击感度（%）炸药名称炸药名称撞击感度（撞击感度（%）梯恩梯49铵松腊炸药04特屈儿50602#岩石炸药3240黑索金70801#岩石炸药4856泰安10062%胶质炸药10034起爆药的撞击感度

15、测定起爆药用弧形落锤仪，撞击能量较小。通过调整重锤的落高，同一落高下做多次试验，100%能使炸药爆炸的最小落高为上限距离，100%不能使炸药爆炸的最大距离为下限距离。试验次数10次以上。1-定位钩；2-弧形架；3-炸药；4-钢底座；5-落锤35三种起爆药的撞击感度炸药名称炸药名称锤重锤重(g)上限上限(mm)下限下限(mm)雷汞4808055叠氮铅9752356570二硝基重氮酚500 22536摩擦感度 摩擦感度衡量炸药在摩擦作用下发生爆炸的难易程度。摩擦感度用摆式摩擦感度测量仪测定，测量原理如右图。 1-摆锤；2-击杆；3-角度标量；4-测定装置；5-油压机；6-压力计；7-顶板；8-上下

16、击柱；9-炸药；10-导向套；11-柱塞 37炸药的摩擦感度炸药名称炸药名称摩擦感度摩擦感度（%）炸药名称炸药名称摩擦感度摩擦感度（%）梯恩梯0铵松蜡416特屈儿242号岩石炸药1620黑索金901号煤矿炸药28铵铝高威力炸药402号煤矿炸药364号高威力炸药32 38炸药的爆炸冲能感度 爆炸冲能感度爆炸冲能感度指炸药在爆炸冲击波的作用下发生爆炸的难易程度。当炸药爆炸时，产生的爆炸冲击波对相邻或附近炸药作用，受作用炸药被引发爆炸的难易程度即该炸药的爆炸冲能感度。用爆炸冲能起爆炸药是爆破工程起爆的主要方法。炸药爆炸冲能感度常用极限起爆药量、殉爆距离来衡量。39极限起爆药量保证炸药起爆所需的最小起

17、爆药量称做该炸药的极限起爆药量(简称极限药量)。如用A炸药起爆B炸药，能使B炸药完全起爆的A炸药的最小药量称为B炸药的极限起爆药量，实验装置见右图。1-雷管；2-导火索；3-铅板 40几种炸药的极限起爆药量 起爆药名称受试炸药（克）梯恩梯特屈儿黑索金雷汞0.240.190.19氮化铅0.160.100.05二硝基重氮酚0.1630.170.1341殉爆距离 工业炸药的爆炸冲能感度常用殉爆距离大小来衡量。主爆药包与从爆药包同置于直径与药包直径相近的半圆沟中。两个药包纵轴在同一水平线上，距离为l，主爆药包由雷管起爆后，产生强烈空气冲击波，在一定距离范围内，可以激起从爆药包爆炸。足以使从爆药包爆炸的

18、药包间最大距离，就是炸药的殉爆距离殉爆距离。殉爆距离的单位用cm表示。殉爆距离大，说明炸药的爆炸冲能感度高。用殉爆距离作标准比较不同炸药感度时，一定要保持相同的测定条件，否则就失去测定结果的可比性。1-雷管；2-主爆药包；3-从爆药包 424炸药的爆轰理论炸药的爆轰理论伴随有化学反应，在炸药中传播的特殊形式的冲击波称为爆轰波，这个过程叫做爆轰过程。并非任何冲击波都可以激发爆轰过程，大致分五种情况。434炸药的爆轰理论（续）炸药的爆轰理论（续）爆轰波的结构：爆轰波波阵面压缩区反应区爆轰波特点：只存在于爆轰过程；反应区是爆轰传播保证；爆轰波具有稳定性。444炸药的爆轰理论（续）炸药的爆轰理论（续）

19、二、稳定爆轰的条件（一）反应区的反应机理一是整体均匀灼热，适用于均质炸药；二是热点局部灼热引起的化学反应，反应区宽。工业炸药是混合炸药，反应区中的化学反应具有多阶段的特点。Pc-j (P2+P3)/2454炸药的爆轰理论（续）炸药的爆轰理论（续）二、稳定爆轰的条件（二）理想爆轰与稳定爆轰临界直径和极限直径理想爆轰区：爆速最大稳定值非理想爆轰区：包括稳定爆轰区和不稳定爆轰区铵油炸药无法达到极限直径，尽管达到了稳定爆轰，但属于非理想爆轰，化学反应过程中炸药能量没有完全充分释放出来，能量损失很大。464炸药的爆轰理论（续）炸药的爆轰理论（续）二、稳定爆轰的条件（三）侧向扩散对反应区结构的影响dd临时

20、，爆轰中断，因为侧向扩散的能量消耗导致维持爆轰波传播的能量减少。化学反应生成的高温高压气体产物，自反应区侧面向外扩散。扩散区包括来不及反应或反应不完全的炸药颗粒以及中间产物。474炸药的爆轰理论（续）炸药的爆轰理论（续）484炸药的爆轰理论（续）炸药的爆轰理论（续）三、影响稳定传爆的因素（一）药包直径（二）药包外壳494炸药的爆轰理论（续）炸药的爆轰理论（续）504炸药的爆轰理论（续）炸药的爆轰理论（续）三、影响稳定传爆的因素（三）装药密度就一种炸药而言，极限密度并不是一个定值，它受炸药颗粒、混合均匀程度、含水量大小、药包直径以及外壳约束条件等因素的影响而变化很大。514炸药的爆轰理论（续）炸

21、药的爆轰理论（续）三、影响稳定传爆的因素（四）径向间隙小直径炮孔爆破时，径向间隙量为1015mm条件下，间隙效应最显著。（五）炸药粒度药包直径一定时，颗粒越细，反应区宽度越小，能量损失越少，越有利于稳定传爆。混合炸药的粒度比对D影响明显。52四炸药的氧平衡问题四炸药的氧平衡问题炸药是一种载氧体，炸药的爆炸过程实质上是可燃元素与助燃元素发生极其迅速和猛烈的氧化还原反应的过程。反应结果是氧和碳化合生成二氧化碳(CO2 )或一氧化碳(CO)，氢和氧化合生成水(H2O)，这两种反应都放出了大量的热。氧平衡氧平衡就是衡量炸药中所含的氧与将可燃元素完全氧化所需要的氧两者是否平衡的问题。 53氧平衡分类氧平

22、衡分类零氧平衡：系指炸药中所含的氧刚够将可燃元素完全氧化；正氧平衡：系指炸药中所含的氧将可燃元素完全氧化后还有剩余；负氧平衡：系指炸药中所含的氧不足以将可燃元素完全氧化。 54研究氧平衡的意义研究氧平衡的意义只有当炸药中的碳和氢都被氧化成CO2和H2O时，其放热量才最大。零氧平衡一般接近于这种情况。负氧平衡的炸药，爆炸产物中就会有 CO、H2，甚至会出现固体碳；而正氧平衡炸药的爆炸产物，则会出现 NO、NO2等气体。CO、NxOy不仅是有毒气体，而且对瓦斯爆炸反应起催化作用，因此这样的炸药就不能应用于地下矿井的爆破作业。由此可见，研究氧平衡不仅具有理论意义，而且是设计混合炸药配方、确定炸药使用

23、范围和条件的重要依据。 氧平衡值的计算方法氧平衡值的计算方法 单质炸药CaHbOcNd ： 含铝炸药CaHbOcNdXe ： 混合炸药：氧平衡值 cabM21216氧 平 衡 值 cab m eMg g21216()氧平衡值 m Miiin1硝酸铵的氧平衡值硝酸铵的氧平衡值将硝酸铵（NH4NO3）写成炸药通式应为：C0H4O3N2，M80克，将各数据代人公式即得：硝酸铵氧平衡值= 34168002012 . g g求混合炸药各成分的配比求混合炸药各成分的配比 配制由硝酸铵和柴油两成分组成的混合炸药，使炸药达到零氧平衡。求两种成分的合适配比。解：已知硝酸铵和柴油的氧平衡值分别为+0.20g/g和

24、-3.24g/g，设混合炸药中硝酸铵和柴油所占的比例分别为x和y，则有；x+y=100%0.2x+(-3.24)y=0解方程组得：x=95%，y=5.5%。所以，该炸药合适的配比应为硝酸铵占95%；柴油占5.5%。 4号浆状炸药的组分配比与氧平衡值号浆状炸药的组分配比与氧平衡值 组分名称含量(%)氧平衡值(g/g)硝酸铵60.2+0.200水16.50梯恩梯17.5-0.740白芨胶2.0-1.066尿素3.0-0.80硼砂1.30氧平衡值60.20.200+17.5(-0.740)+2(-1.066)+3.0(-0.80) 0.1204-0.1295-0.0213-0.0240 -0.054

25、4 (g/g) 59从理论上讲，适当调整炸药的组分配比，使其保持零氧平衡，在爆炸时可以不生成CO和NxOy。在实际爆破工程中，由于有些炸药并没有达到零氧平衡爆轰反应不完全，生产过程中混合不均匀、炸药种类、贮存条件、引爆方式和爆破条件等的不同，炸药爆炸时，总是要产生有毒气体的。这些有毒气体主要是CO和NxOy ，在硫化矿和含硫岩层中进行爆破时，或是含硫炸药爆炸时，还可能生成少量的硫化氢和二氧化硫。这些气体对于人体组织都是十分有害的。当其浓度超过一定限度时，将会导致人们中毒甚至死亡。对于有瓦斯和矿尘爆炸危险的矿井来说，这些气体还将对瓦斯和粉尘爆炸反应起催化作用。 爆炸产生的有毒气体爆炸产生的有毒气

26、体605矿用硝铵炸药矿用硝铵炸药 铵梯类炸药 铵油炸药 铵松腊炸药 浆状炸药 水胶炸药 乳化炸药 煤矿许用炸药616工业炸药的爆炸性能指标工业炸药的爆炸性能指标 爆速 猛度 爆力 殉爆距离626.1爆速爆速爆速就是爆轰传播的速度，爆速越大，爆轰波的压力越高，爆炸的威力也越大。爆速的大小除了取决于炸药本身的性能外，还与密度、约束条件、药卷的直径等密切相关。因此，测定爆速应在标准条件下进行，以使测定值有可比性。测定的方法很多，现场常用的方法是导爆索法(也称对比测定法)。 爆速的测量爆速的测量hlDD2索1雷管；2药包；3导爆索；4铅板 64炸药威力的衡量炸药威力的衡量 炸药的威力可以通过理论计算的

27、方法推算，但是由于理论计算的爆炸威力和有效利用的部分相差较大，所以在实际中通常用实验的方法确定。猛度猛度和爆力爆力是用得最广的衡量炸药威力的实验指标。 6.2炸药的猛度炸药的猛度猛度是衡量炸药对邻近介质局部压缩、粉碎或击穿作用的指标。它是由高压爆轰产物对邻近介质直接强烈冲击压缩所产生的，其强烈程度取决于装药密度和爆速。 1-导火索；2-雷管；3-药包；4-钢片；5-铅柱；6-钢板；7-细绳；8-爆炸后被压缩的铅柱 猛度：h=60-h1 (mm)666.3炸药的爆力炸药的爆力 爆力爆力是指炸药爆炸在介质内部产生的对介质整体的压缩、破坏和抛移作用，其作用范围大，可达到药包体积的几百至几千倍以上。爆

28、力作用是由于应力波在介质中的传播和爆炸气体膨胀综合产生的压缩和破坏的结果，其大小与爆炸能量成比例，也与爆炸气体体积有关，体积大，爆力作用增强。测定炸药爆力大小的方法有几种，如铅涛法、爆破漏斗法、弹道摆法、弹道臼炮法等。 铅柱法测定爆力铅柱法测定爆力 a) 爆炸前铅柱 b) 爆炸后铅柱1-铅柱；2-雷管；3-药包；4-石英砂 爆力V=V1-V2 cm3 68在均质岩土或砂中，钻一炮孔，然后将药包装入孔中，进行爆炸。结果，在地面上形成一可见的爆破漏斗，其深度为h(m)。在地面上经过原来炮孔的位置做两条互相垂直的直线，测定漏斗口的直径，取其平均值作为爆破漏斗直径D( m)，最后按下式求得其体积爆破漏斗法测定爆力hDV21211-炮孔；2-药包；3-抛出去的岩石。r-爆破漏斗半径；h-爆破漏斗可见深度；D-爆破漏斗直径。THE END