常见的爆破器材与起爆方法课件.ppt
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1、2.1 炸药爆炸原理炸药爆炸原理2.2 工业炸药工业炸药2.3 起爆器材起爆器材2.4 起爆方法与网络起爆方法与网络2.1.1爆炸的定义爆炸的定义2.1.2爆炸种类爆炸种类2.1.3炸药爆炸三要素炸药爆炸三要素2.1.4炸药的分类与化学反应形式炸药的分类与化学反应形式2.1.5炸药的起爆与敏感度炸药的起爆与敏感度2.1.6炸药的传爆与性能参数炸药的传爆与性能参数 爆炸的定义:爆炸是物质的一种急剧的物理,爆炸的定义:爆炸是物质的一种急剧的物理,化学变化,同时瞬间施放出大量内能,对周围化学变化,同时瞬间施放出大量内能,对周围介质做功,产生巨大的机械破坏作用。介质做功,产生巨大的机械破坏作用。2.1
2、.2 爆炸种类爆炸种类 爆炸分类:物理爆炸、核爆炸、化学爆炸爆炸分类:物理爆炸、核爆炸、化学爆炸 物理爆炸:爆炸前后物质的分子组成不发生变化,只是物理爆炸:爆炸前后物质的分子组成不发生变化,只是物态发生变化的爆炸现象称为物理爆炸。如锅炉、氧气物态发生变化的爆炸现象称为物理爆炸。如锅炉、氧气瓶等高压容器的爆炸均属此类,爆炸前后只是气体的高瓶等高压容器的爆炸均属此类,爆炸前后只是气体的高压状态发生变化。压状态发生变化。化学爆炸:爆炸前后物质的分子组成发生了变化,爆炸化学爆炸:爆炸前后物质的分子组成发生了变化,爆炸过程就是化学反应的过程。过程就是化学反应的过程。核爆炸:由核裂变、核聚变或发生物质湮灭
3、等引起的爆核爆炸:由核裂变、核聚变或发生物质湮灭等引起的爆炸称为核爆炸,核爆炸在瞬间施放出极大的能量。炸称为核爆炸,核爆炸在瞬间施放出极大的能量。炸药爆炸三要素:炸药爆炸三要素:放热:炸药爆炸化学反应放出大量热量是维持爆炸反应继放热:炸药爆炸化学反应放出大量热量是维持爆炸反应继续进行的能源,也是对周围介质做功的物质基础。只有这续进行的能源,也是对周围介质做功的物质基础。只有这样,爆炸反应才能独立地假设进行。样,爆炸反应才能独立地假设进行。生成大量气体:高压气体具有膨胀做功的能力。爆轰界面生成大量气体:高压气体具有膨胀做功的能力。爆轰界面附近的气体压力在附近的气体压力在GPa以上。以上。如:铝热
4、剂反应:可以形成如:铝热剂反应:可以形成3000度高温,但无气体度高温,但无气体发生,不会发生爆炸。发生,不会发生爆炸。反应高速度反应高速度 由于反应速度快,炸药爆炸前所占据体积内,气体产物由于反应速度快,炸药爆炸前所占据体积内,气体产物温度可以达到温度可以达到2000-3000度,压力可达到几万度,压力可达到几万MPa。反应速度高意味着功率高:反应速度高意味着功率高:1公斤煤在空气中燃烧能生成公斤煤在空气中燃烧能生成2140千卡热量。约合千卡热量。约合900万万焦耳,假设燃烧时间为焦耳,假设燃烧时间为1小时,功率为小时,功率为2500J/s;1公斤公斤TNT炸药的爆热值为炸药的爆热值为101
5、0千卡,折合约千卡,折合约400万焦耳,万焦耳,爆炸时间为万分之一秒,功率为爆炸时间为万分之一秒,功率为4E6 J/s,是煤功的,是煤功的1.7万倍。万倍。炸药的定义:炸药是在一定条件下,能够发生快速化学反炸药的定义:炸药是在一定条件下,能够发生快速化学反应,由稳定的反应界面(放出巨大能量,生成大量气体产应,由稳定的反应界面(放出巨大能量,生成大量气体产物,显示其爆炸效应的化合物或混合物。物,显示其爆炸效应的化合物或混合物。特征:特征:反应界面附近爆炸生成物向反应方向运动;反应界面附近爆炸生成物向反应方向运动;通常反应界面移动速度在通常反应界面移动速度在3000m/s以上;以上;反应界面前方为
6、未发生任何化学反应的炸药,后方为反应反应界面前方为未发生任何化学反应的炸药,后方为反应产物。产物。发射药发射药:是在一定条件下,能够发生快速化学反应,生成是在一定条件下,能够发生快速化学反应,生成大量气体产物,并对外做功的化合物或混合物(硝化棉大量气体产物,并对外做功的化合物或混合物(硝化棉等)。等)。烟火剂:用以装填特种弹药,产生特定的烟火效果。烟火剂:用以装填特种弹药,产生特定的烟火效果。特征:特征:反应区附近燃烧生成物向背离反应区运动;反应区附近燃烧生成物向背离反应区运动;反应区是蔓延形的;反应区是蔓延形的;存在反应区域,该区域内物质都在化学反应(燃烧)。存在反应区域,该区域内物质都在化
7、学反应(燃烧)。按组分炸药可分为:单质炸药,混合炸药。按组分炸药可分为:单质炸药,混合炸药。按用途炸药可分为:起爆药、猛炸药。按用途炸药可分为:起爆药、猛炸药。起爆药:起爆药用来制作雷管等起爆器材,敏感度高,威起爆药:起爆药用来制作雷管等起爆器材,敏感度高,威力不一定大,用量很小,一般都是单质炸药。如二硝基重力不一定大,用量很小,一般都是单质炸药。如二硝基重氮酚,雷汞,氮化铅。氮酚,雷汞,氮化铅。猛炸药:起主要做功作用,和起爆药相比较,感度较低,猛炸药:起主要做功作用,和起爆药相比较,感度较低,威力大。威力大。猛炸药可分为单质猛炸药(如:猛炸药可分为单质猛炸药(如:TNT、黑索金、泰安等)、黑
8、索金、泰安等)和混合炸药(如岩石炸药、铵松蜡炸药等,是爆破工程的和混合炸药(如岩石炸药、铵松蜡炸药等,是爆破工程的主要用药)两类。主要用药)两类。炸药有三种化学反应形式:热分解、燃烧、爆炸。炸药有三种化学反应形式:热分解、燃烧、爆炸。(1)热分解:反应速度缓慢。在不同条件下可以是吸)热分解:反应速度缓慢。在不同条件下可以是吸热反应、也可以是放热反应。硝铵在低于热反应、也可以是放热反应。硝铵在低于150度是为吸度是为吸热反应;当温度高于热反应;当温度高于200度左右时为放热反应。分解反度左右时为放热反应。分解反应性能反映了炸药的化学安定性。分解反应进行到一应性能反映了炸药的化学安定性。分解反应进
9、行到一定条件时,可以转化为燃烧,定条件时,可以转化为燃烧,(2)燃烧:不同于一般燃料的燃烧,它不需要外界提供)燃烧:不同于一般燃料的燃烧,它不需要外界提供氧节可以燃烧。如果外界条件有利(压力高、温度高),氧节可以燃烧。如果外界条件有利(压力高、温度高),炸药的燃烧可能转化为爆炸。爆破工程中所用猛炸药如果炸药的燃烧可能转化为爆炸。爆破工程中所用猛炸药如果发生燃烧则是一种研制的事故。发生燃烧则是一种研制的事故。(3)爆炸:反应的速度和传爆的速度极高,可达到每秒)爆炸:反应的速度和传爆的速度极高,可达到每秒数千千米。爆炸的传播靠冲击波,在爆炸界面附近,发生数千千米。爆炸的传播靠冲击波,在爆炸界面附近
10、,发生压力、温度的急剧升高。爆炸过程如遇到不利因素,爆炸压力、温度的急剧升高。爆炸过程如遇到不利因素,爆炸中断。中断。这三种形式在一定条件下可以相互转化,三种形式所产生这三种形式在一定条件下可以相互转化,三种形式所产生的效果大不相同:的效果大不相同:2.1.3.1 炸药的起爆炸药的起爆 炸药属于不稳定物质(能级属于亚稳态),但如炸药属于不稳定物质(能级属于亚稳态),但如果没有任何外部能量的作业,炸药保持它的化学平衡。果没有任何外部能量的作业,炸药保持它的化学平衡。外部输入的能量一旦达到某个阈值,化学反应开始,外部输入的能量一旦达到某个阈值,化学反应开始,施放出热量,在一定条件下,反应速度加快:
11、从燃烧施放出热量,在一定条件下,反应速度加快:从燃烧转化为爆炸。转化为爆炸。工业炸药的起爆能主要有三种形式:工业炸药的起爆能主要有三种形式:热能热能火焰、火星、电热等形式,工业雷管多用这火焰、火星、电热等形式,工业雷管多用这种起爆能种起爆能机械能机械能通过碰撞、摩擦、针刺等机械作用使炸药通过碰撞、摩擦、针刺等机械作用使炸药分子间产生强烈的相对运动,并在瞬间产生热效应分子间产生强烈的相对运动,并在瞬间产生热效应使炸药起爆,多用于武器。使炸药起爆,多用于武器。爆炸冲能爆炸冲能利用起爆药等爆轰产生的爆轰波及高温利用起爆药等爆轰产生的爆轰波及高温高压气体产物的动能,使猛炸药起爆。高压气体产物的动能,使
12、猛炸药起爆。2.1.3.2 炸药的敏感度炸药的敏感度定义:炸药在外界起爆能作用下发生爆炸反应与否以及发定义:炸药在外界起爆能作用下发生爆炸反应与否以及发生爆炸反应的难易程度,叫做该炸药的敏感度(或感度)生爆炸反应的难易程度,叫做该炸药的敏感度(或感度)炸药感度的高低以激起炸药爆炸反应所需起爆能的多少炸药感度的高低以激起炸药爆炸反应所需起爆能的多少来衡量。感度与所需的起爆能成反比。来衡量。感度与所需的起爆能成反比。炸药的敏感度感度指标:炸药的敏感度感度指标:热感度:炸药的热感度是指在热能作用下引起炸药爆炸热感度:炸药的热感度是指在热能作用下引起炸药爆炸的难易程度。热感度包括热感度和火焰感度两种。
13、的难易程度。热感度包括热感度和火焰感度两种。机械感度:包括撞击感度、摩擦感度机械感度:包括撞击感度、摩擦感度爆炸冲能感度:冲击波感度(描述指标为殉爆)爆炸冲能感度:冲击波感度(描述指标为殉爆)静电感度:指在静电火花作用下发生爆炸的难易程度。静电感度:指在静电火花作用下发生爆炸的难易程度。殉爆定义:主爆药柱和从爆药柱被置于直径略大于药柱直殉爆定义:主爆药柱和从爆药柱被置于直径略大于药柱直径的半圆槽中。两药柱轴线重合,距离为径的半圆槽中。两药柱轴线重合,距离为L。主药柱前端插。主药柱前端插入入8#雷管,爆炸时产生的强烈冲击波在一定距离内可以激雷管,爆炸时产生的强烈冲击波在一定距离内可以激起从爆药柱
14、爆炸。足以使得从爆药柱全爆的最大距离起从爆药柱爆炸。足以使得从爆药柱全爆的最大距离L称为称为该炸药的殉爆距离,单位是该炸药的殉爆距离,单位是cm。影响炸药敏感度的因素:影响炸药敏感度的因素:内在因素内在因素外在因素外在因素炸药的密度炸药的密度掺入的杂质掺入的杂质2.1.4.1 炸药的传爆炸药的传爆 炸药的传爆是指药包从起爆到爆炸反应完毕所经历的炸药的传爆是指药包从起爆到爆炸反应完毕所经历的传播。传播。炸药的传爆过程是爆轰波传播的结果。利用建立在流炸药的传爆过程是爆轰波传播的结果。利用建立在流体动力学基础上的爆轰波传播理论,可以计算出爆轰波体动力学基础上的爆轰波传播理论,可以计算出爆轰波的所有参
15、数,如速度、压力、必定、稳定及能量等。的所有参数,如速度、压力、必定、稳定及能量等。2.1.4.1 2.1.4.1 炸药的传爆炸药的传爆 炸药起爆后,首先在炸药的某一聚变发生爆炸化学反应,炸药起爆后,首先在炸药的某一聚变发生爆炸化学反应,产生大量高温、高压和高速流动的气体产物流,并施放出大产生大量高温、高压和高速流动的气体产物流,并施放出大量的热能。这一高速气流强烈冲击和压缩临近的炸药,使得量的热能。这一高速气流强烈冲击和压缩临近的炸药,使得临近炸药层中产生冲击波并引起该层炸药的压力、温度、密临近炸药层中产生冲击波并引起该层炸药的压力、温度、密度产生突跃式升高,而迅速发生化学反应,生成大量的爆
16、炸度产生突跃式升高,而迅速发生化学反应,生成大量的爆炸产物并施放出大量的热能。产物并施放出大量的热能。局部炸药爆轰所施放的热能,可以加强冲击波强度,补局部炸药爆轰所施放的热能,可以加强冲击波强度,补偿偿“爆轰产物中的稀疏波对冲击波头的爆轰产物中的稀疏波对冲击波头的”追赶消弱,当这一追赶消弱,当这一补偿达到平衡时,稳定的爆轰出现,爆轰波以稳定的速度向补偿达到平衡时,稳定的爆轰出现,爆轰波以稳定的速度向前传播。这样,冲击波继续压缩下一层炸药又引起下一层炸前传播。这样,冲击波继续压缩下一层炸药又引起下一层炸药的化学反应,新施放的热能又补充到新冲击波中期。如此药的化学反应,新施放的热能又补充到新冲击波
17、中期。如此一层一层传播,就完成了炸药的爆轰过程。一层一层传播,就完成了炸药的爆轰过程。由冲击波在炸药中传播激起的爆炸反应称为爆轰由冲击波在炸药中传播激起的爆炸反应称为爆轰(detonation)。伴随有快速化学反应区的冲击波称为爆轰波伴随有快速化学反应区的冲击波称为爆轰波(detonation wave)。爆轰波沿药柱传播的速度称为爆速爆轰波沿药柱传播的速度称为爆速(detonation velocity)。爆轰波压力取决于装药的爆速和密度;爆轰波压力取决于装药的爆速和密度;爆轰波特征:爆轰波特征:爆轰波是带有一个化学反应区的冲击波的一种;爆轰波是带有一个化学反应区的冲击波的一种;紧临爆轰波的
18、爆轰产物的运动反向指向未爆炸药区域;紧临爆轰波的爆轰产物的运动反向指向未爆炸药区域;爆轰刚结束时,爆轰产物的密度大于炸药的出事密度;爆轰刚结束时,爆轰产物的密度大于炸药的出事密度;紧临爆轰波的爆轰产物的稳定高于爆温。紧临爆轰波的爆轰产物的稳定高于爆温。2.1.4.1 2.1.4.1 炸药的传爆炸药的传爆2.1.4.2 炸药的爆速炸药的爆速爆速是炸药的重要性能指标之一,也是目前唯一能准确策爆速是炸药的重要性能指标之一,也是目前唯一能准确策略的爆轰参数。略的爆轰参数。药包直径的影响。药包直径的影响。约束条件的影响。约束条件的影响。炸药性能和装药条件的影响炸药性能和装药条件的影响起爆能的影响。起爆能
19、的影响。炸药实际爆速和理想爆速间的关系:炸药实际爆速和理想爆速间的关系:炸药爆速的测定:炸药爆速的测定:导爆索法导爆索法导爆索法又称道特里什导爆索法又称道特里什(Dautriche)法,其原理是利用已知爆法,其原理是利用已知爆速的导爆索测定炸药的爆速。速的导爆索测定炸药的爆速。电测法电测法电测法是国际规定的测定工业炸药爆速的仲裁方法。电测法是国际规定的测定工业炸药爆速的仲裁方法。高速摄影法高速摄影法导爆索法和电测法适用于具有雷管感度且包装符合产品标准导爆索法和电测法适用于具有雷管感度且包装符合产品标准的药卷,药卷外径一般的药卷,药卷外径一般32mm或或35mm。对不具有雷管感度,。对不具有雷管
20、感度,需加起爆药柱或强约束条件起爆的试样,应按需加起爆药柱或强约束条件起爆的试样,应按GB/T1322891工业炸药爆速测定方法工业炸药爆速测定方法的有关规定进行改装。的有关规定进行改装。2.1.4.3 炸药临界直径炸药临界直径由于反应区厚度很小,药柱直径达到一定值后,爆速就由于反应区厚度很小,药柱直径达到一定值后,爆速就已经接近理想爆速,此药柱直径称为极限直径。已经接近理想爆速,此药柱直径称为极限直径。当药柱直径减少到一定值后,爆轰波不能稳定传播。爆当药柱直径减少到一定值后,爆轰波不能稳定传播。爆轰波能稳定传播的最小药柱直径称为临界直径轰波能稳定传播的最小药柱直径称为临界直径(critica
21、l diameter)。临界直径时的爆速称为临界爆速。临界直径时的爆速称为临界爆速。炸药名称炸药名称临界直径(临界直径(mm)玻璃外壳纸壳叠氮化铅0.01-0.02泰安1.0-1.5黑索金1.0-1.54特屈儿7TNT8-1011铵梯炸药10-1212临界直径与炸药的化学本性有很大关系:起爆临界直径与炸药的化学本性有很大关系:起爆药临界直径最小,其次为单质高猛炸药。药临界直径最小,其次为单质高猛炸药。2.1.4.3 2.1.4.3 炸药的临界直径炸药的临界直径2.1.4.4 炸药密度炸药密度 增大炸药的密度可以提高理想爆速,但临界直径和极限增大炸药的密度可以提高理想爆速,但临界直径和极限直径也
22、将发生变化,对于大多数单质炸药,其临界直径和直径也将发生变化,对于大多数单质炸药,其临界直径和极限直径都随装药密度的增加而减少;但对于混合炸药,极限直径都随装药密度的增加而减少;但对于混合炸药,尤其是硝铵类混合炸药,密度超过一定值后,临界直径随尤其是硝铵类混合炸药,密度超过一定值后,临界直径随密度增大而显著增大。密度增大而显著增大。对单质炸药,增大密度既提高理想爆速,又减小临界直对单质炸药,增大密度既提高理想爆速,又减小临界直径,故当药柱直径一定时,爆速是随密度增大而增加的。径,故当药柱直径一定时,爆速是随密度增大而增加的。2.1.4.5 炸药密度炸药密度 增大炸药的密度可以提高理想爆速,但临
23、界直径和极限增大炸药的密度可以提高理想爆速,但临界直径和极限直径也将发生变化,对于大多数单质炸药,其临界直径和直径也将发生变化,对于大多数单质炸药,其临界直径和极限直径都随装药密度的增加而减少;但对于混合炸药,极限直径都随装药密度的增加而减少;但对于混合炸药,尤其是硝铵类混合炸药,密度超过一定值后,临界直径随尤其是硝铵类混合炸药,密度超过一定值后,临界直径随密度增大而显著增大。密度增大而显著增大。对单质炸药,增大密度既提高理想爆速,又减小临界直对单质炸药,增大密度既提高理想爆速,又减小临界直径,故当药柱直径一定时,爆速是随密度增大而增加的。径,故当药柱直径一定时,爆速是随密度增大而增加的。2.
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