全国工程爆破技术人员统一培训内容(2).ppt

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1、全国工程爆破技术人员统一培训教材,中国工程爆破协会 编 汪旭光院士 主编 冶金工业出版社,爆 破 设 计 与 施 工 (2),第2章 爆炸与炸药的基本理论,2.1 基本概念 2.2 炸药的起爆和感度 2.3 炸药的爆轰理论 2.4 炸药的氧平衡与热化学参数 2.5 炸药的爆炸性能,重点：1、炸药化学爆炸的条件和基本形式； 2、炸药的氧平衡； 3、炸药起爆理论； 4、冲击波基本概念； 5、爆轰波稳定传爆的条件和影响因素； 6、炸药爆炸的动、静作用及表示。 难点：1、冲击波与爆轰波的概念； 2、炸药起爆理论； 3、炸药的热化学参数。,2.1 基本概念,2.1.1 爆炸现象及分类 爆炸现象 是某一物

2、理系统在发生迅速的物理和化学变化时，系统本身的能量借助于气体的急剧膨胀而转化为对周围介质做功，同时伴随有强烈放热、发光和声响等效应的过程。 例如：锅炉爆炸、原子弹爆炸、放鞭炮、自行车炸胎等。, 分类 物理爆炸、化学爆炸、核爆炸 1）物理爆炸：只是物质形态发生变化，而化学成分和性质 没有改变的爆炸现象。 2）化学爆炸：在爆炸前后，不仅发生物态的急剧变化，而 且物质的化学成分也发生改变的反应。 3）核爆炸：由核裂变或核聚变释放出巨大能量所引起的爆 炸现象。, 爆炸定义 爆炸是某一物质系统在发生迅速的物理和化学变化时， 系统本身的能量借助于气体的急剧膨胀而转化为 对周围介质做功，同时伴随有强烈放热、

3、发光和 声响等效应的过程。,燃 放 鞭 炮,炸 药 爆 炸,核 爆 炸,2.1.2 化学爆炸的三要素（基本特征） 反应的放热性 （高温） 生成大量气体产物 （高压） 反应和传播的高速性 （高速）,1）反应的放热性 放出热量是爆炸得以进行的首位必要条件。是使反应独立地、高速地进行的必须能源。下面以硝酸铵的不同化学反应为例： 常温下分解： NH4NO3 NH3 + HNO3170.7kJ 加热至200左右： NH4NO3 0.5 N2 + NO + 2 H2O+36.1kJ 或 NH4NO3 N2O + 2 H2O+ 52.4kJ 起爆药柱引爆： NH4NO3 N2 + 2H2O + 0.5O2

4、+ 126.4kJ,常温下，硝酸铵的分解是一个吸热反应，不能发生爆炸；但加热到200左右时，分解反应为放热反应，如果放出的热量不能及时散失，炸药温度就会不断升高，促使反应速度不断加快和放出更多的热量，最终就会引起炸药的燃烧和爆炸；如果用起爆药柱（primer cartridge）引爆时，硝酸铵发生剧烈的放热反应，即刻爆炸。可见，只有放热反应才可能具有爆炸性。,2）生成大量气体产物 炸药爆炸放出的热量必须借助气体介质才能转化为机械功。因此，生成气体产物是炸药作功不可缺少的条件。如果物质的反应热很大，但没有气体产物形成，就不会具有爆炸性。 例如铝热剂反应： 3Al Fe2O3 Al2O3 2Fe

5、841KJ 此反应的速度很快，反应的热效应可以使产物温度升到3000，使其呈熔融状态，但因为没有气态产物生成，而不发生爆炸。只是高温产物逐渐地将热量传导到周围介质中去，慢慢冷却凝固。 炸药爆炸放出的热量不可能全部转化为机械功，但生成气体数量越多，热量利用率也越高。,3）反应的高速度 反应的高速度是爆炸过程区别于一般化学反应过程的重要标志。化学反应具备了放热性并不一定能够发生爆炸。 例如：1kg煤完全燃烧时放出的热量为8912kJ ，但因燃烧速 度太低而不可能形成爆炸。 1kg梯恩梯炸药爆炸时放出的热量虽 然只有4226kJ ， 但其爆炸反应的时间只需十几到几十ms ，因而 形成爆 炸反应。,由

6、于爆炸反应的速度极高，反应结束瞬间，其能量几乎全部聚集在炸药爆炸前所占据的体积内，因而能够达到很高的能量密度。炸药发生爆炸变化所达到的能量密度比一般燃料燃烧时达到的能量密度要高数百至数千倍。正是由于这个原因，爆炸过程才具有巨大的作功能力和强烈的破坏效应。,可见，放出热量，生成气体产物和反应的高速度是形成爆炸反应的三个充要条件。 炸药是一种相对安定的物质系统，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，并显示爆炸效应的化合物或混合物。 一般有四种元素组成：C、H、N、O,2.1.3 炸药化学变化的形式 炸药爆炸不是炸药化学变化的唯一形式。 缓慢分解 燃烧 爆炸 （爆轰） 爆炸：炸药

7、的爆炸过程与燃烧过程类似，化学反应也只是在反应区内进行并在炸药内按一定速度一层层地自行传播。反应区的传播速度称为爆速。在炸药的爆炸过程中，若爆速保持定值，就称为稳定爆炸，又称为爆轰（detonation）。否则称为不稳定爆炸。 以上三种形式可以相互转化。,燃烧与爆轰的区别：,1）燃烧靠热传导传递能量,受环境条件的影响较大；而爆轰靠冲击波传递能量和激起化学反应,基本上不受环境条件的影响； 2）燃烧的产物与反应方向相反而爆轰相同； 3）燃烧是亚音速的而爆轰是超音速的。,2.2 炸药的起爆与感度,2.2.1 炸药的起爆机理 1）起爆引起炸药发生爆炸的过程称为起爆。 2）起爆能将外界施加给炸药某一局部

8、而引起炸药爆炸的能量称为起爆能。 活化能：能够使炸药分子转换为活化分子，并能维持持续化学反应的能量叫活化能。,起爆能形式： A 热能 利用加热形式使炸药发生爆炸。能够引起炸药爆炸的加热 温度称为起爆温度。 B 机械能 通过机械作用使炸药爆炸。撞击、摩擦，实质上是机械能 转化为热能。 （预防事故） C 爆炸能 用某些炸药来起爆另外一些炸药， 如：雷管，导爆索，中继药包。,3）起爆机理 （1）热能起爆理论 要点：在一定的温度、压力和其他条件下，如果一个体系反应放出的热量大于热传导所散失的热量，就能使该体系发生热积聚。从而使反应自动加速，最后导致爆炸。 爆炸是系统内部温度渐增的结果。 放热是随着温度

9、的变化率应超过散热量随温度的变化率。 T爆炸温度；R气体常数；E炸药分子活化能； T0环境温度；,（2）机械能起爆理论-灼热核理论（热点学说） A 要点：当炸药受到撞击摩擦等机械能作用的同时，其中 的某一部分或几个极小部分（个别晶体的棱角处 或微小气泡处）首先被加热到炸药的爆发温度， 促使局部炸药首先起爆，然后迅速传播至全部。 B 热核形成的原因 炸药中微小气泡的绝热压缩。300-600度； 颗粒间产生摩擦，炸药质点之间或炸药掺合物之间的 作用。 炸药流动的粘性加热。,C 灼热核引起爆炸的条件 热点温度不低于300-600度； 热点半径够大， 过大过小都不行； 热点作用时间在10-7s以上；

10、热点具有够大的热量。 乳化炸药、浆状炸药等含水炸药，较好地利用了微小 气泡绝热压缩形成的灼热核的理论，根据灼热核理论制 成的。,（3）爆炸冲击能起爆理论 利用一种炸药爆炸后产生的冲击波通过某介质去起爆另一种炸药。 A 均相炸药的爆炸冲击能起爆过程 炸药产生的强冲击波进入均相炸药，并在其表面形成冲击 波。 B 非均相炸药的爆炸冲击能起爆过程 从局部“热点”开始扩展开的。所需要临界压力小，可以用 灼热核理论解释。,2.2.2 炸药的感度 1）感度 炸药在外界能量作用下，发生爆炸反应的难易程度。 炸药的敏感度分为： 热感度、机械感度、爆轰感度。 衡量： 用激进炸药爆炸反应所需要起爆能的多少来衡量。,

11、（1）热感度 炸药在热能作用下发生爆炸的难易程度。 包括：加热感度和火焰感度，通常分别用爆发点和火焰敏感度来表示。 a）加热感度： 爆发点测定：爆发带内指炸药在规定时间5s内起爆 所需要加热的最低温度。 用爆发点测定器来测定爆发点。 注意： 最低温度并不是炸药爆炸时炸药本身的温度，也不是炸药开始分解时本身的温度，而是炸药分解自行加速开始的环境温度。,b）火焰感度及测定： 炸药在明火（火焰、火星）作用下，发生爆炸的难易程度。 用火焰感度测定装置来测定火焰感度。用来测定100%发火的最大距离和100%不发火的最小距离。,火焰感度试验方法 1托架、2导火索、 3标尺、4火帽壳,表1-3 几种炸药的爆

12、发点,(2) 炸药的机械感度及其测定方法 a）撞击感度及其测定方法 指炸药在机械撞击下发生爆炸的难易程度。 测定仪器是立式落锤仪。 用25次试验中爆炸次数的百分数表示,（1-19）,图1-6 立式落锤仪 1-落锤；2-撞击器；3-钢砧；4-水泥基础；5-上击柱； 6-炸药；7-导向套；8-下击柱；9-底座,b）摩擦感度的测定：用摆式摩擦仪,表1-4 几种炸药的撞击感度和摩擦感度,(3) 炸药的冲能感度（爆轰感度）及其测定 a）单质猛炸药：用极限起爆药量来表示； b）混合炸药：用殉爆距离来表示其冲能感度 殉爆距离：足以使以炸药卷全爆的药卷间的最大距离，单位cm。 (4) 冲击波感度 炸药在冲击波

13、作用下发生爆炸的难易程度（隔板试验）。,图117 殉爆距离的测定 1雷管；2主发装药；3被发装药,(5) 静电感度 在静电火花作用下炸药发生爆炸的难易程度。 防止静电的主要措施： 设备接地； 增加工房潮度； 在工作台或地面铺设导电橡胶； 在炸药颗粒和容器壁上加入导电物质； 使用压气装药时，应采用敷有良好导电层的抗静电聚 乙烯软管做输药管等,2) 影响炸药感度的因素 (1) 炸药的化学结构 （内在影响因素）键能，分子结构和成分，生成热， 热效应，活化能，热容量。 (2) 炸药的物理性质 （外在影响因素）物理状态，粒度，密度，晶体形态， 微气泡，掺合物。,2.3 炸药的爆轰理论,炸药的爆轰是爆轰波

14、沿炸药（爆炸物）一层层地进行传播的过程，这种爆轰波实际是沿爆炸物传播的一种强冲击波； 炸药爆炸对周围介质的作用是与爆轰气体产物的高速流动及在介质中形成的压力突跃的传播紧密相关的。 因此，必须了解一些关于流体动力学的基本知识。,1)波的基本概念 (1)波的两大类 机械力学波如声波、水波、爆炸冲击波； 电磁波如光波、无线电波。 (2)波的形成 扰动 在受到外界作用（如振动、敲打、冲击等）时，介 质状态（P、u、）发生局部的变化。 分为：弱扰动变化是连续的、逐渐的； 强扰动急剧、突变、不连续、间断的。 波 扰动在介质中的传播就形成波。 波阵面 已扰动区和未扰动区的分界面叫波阵面（或叫波 头）。, 波

15、速 单位时间内波阵面沿介质移动的距离。 音波 属弱扰动的传播。 纵波 波阵面的移动方向就是波的传播方向，波的传播方 向与介质质点震动方向平行的波称为纵波。 横波 波的传播方向与介质质点震动方向垂直的波。 压缩波 受扰动后波阵面上介质的压力、密度均增加的波。 膨胀波 （稀疏波）受扰动后波阵面上介质的压力、密度均减 少的波。 平面波 按波阵面形状不同，波可分为 柱面波 球面波,2) 压缩波与稀疏波 (1) 压缩波 扰动波传播过后，压力、密度、温度（P、T ） 等状态参数增加的波称为压缩波。其特点是（P 、 、T ）增加，介质质点运动方向与波的传播方向 一致。（以活塞运动为扰动源解释）特征线收敛。

16、(2) 稀疏波 质状态参数压力、密度、温度（P 、 T）均为 下降的波。特点是质点的移动方向与波的传播方向相 反，弱扰动。（以活塞运动为扰动源解释）特征线发散。,特点： 波震面达到之处，介质压力、密度等参数增大。 波的传播方向与介质的运动方向一致。,特点： 波震面达到之处，介质压力、密度等参数减小。 波的传播方向与介质的运动方向相反。,声波 声波是弱压缩波与稀疏波的合成活塞来回往复运动。 音速与弱压缩波与稀疏波的传播速度相同。 次声波：赫兹 声 波：赫兹 超声波：赫兹。 特点：在不同的介质状态下音速不同。 标准空气内：333m/s 当P=10个大气压，T=35，密度=5.01710-3 g/c

17、m3时:523m/s 水：1430m/s 花岗岩：3590m/s 钢：5050m/s,3) 冲击波的基本方程 (1) 质量守恒：0D=1(D-u1) (1) (2) 动量守恒：p1-p0=0Du1 (2) (3) 能量守恒：p1v1=(e1-e2+u12)0D (3) 将（1）（2）两式联立，用比容v=1/代替，则有： 将v=1/带入(3)式有： e1-e2=(p1+p2)(v0-v1) (3a) 公式(1a)(2a)(3a)则是冲击波的三个基本方程 ， 其中(3a)式又称为冲击波的雨果尼奥方程。 如果介质为理想气体，理想气体的状态方程是 ：pV=RT （4),方程(3b)称为理想气体的雨果尼

18、奥方程。 将雨果尼奥方程画在p-v坐标上，得到一个曲线 ,叫做雨果尼奥曲线，又叫做冲击波冲击绝热线 ； 将方程（2a）画在同样的p-v坐标上，得到一条直线，称为波速线。又称为冲击波的米海尔松直线。 冲击波的冲击绝热线是不同波速的冲击波传过同一初始状态A(p0，v0)的同一种介质后所到达的终点状态的连线，而不是过程线。 冲击波的波速线乃是相同的冲击波传过具有同一初始状态的不同介质所达到的终点状态的连线。,（3b）,4) 冲击波的基本知识 (1) 冲击波形成的物理过程 冲击波的形成：可以认为，压缩波是一系列压缩微幅波的所形成的，其波头沿第一道波传播，波尾沿最后一道微幅波传播，扰动区即波头波尾间的区

19、域。 继续增大活塞速度的，在气体中相继形成一系列的微压缩波，压缩波速大于相邻的前波波速。因为后道波总是在前道波压缩过的介质中传播，其当地音速CnCn-1。所以，波尾不断接近波头、扰动区不断变窄、特征线不断收拢、波形图不断变陡峭，最后在某一瞬间，后面各种都赶上第一个波，并叠加成一个强压缩波，这个波就是冲击波。,活塞在管中作加速运动，后面的波速比前面的大，于是相互叠加、追逐、积累，压缩和未压缩之间形成一个明显的突增面。这时PP0 ,TT0 ,0 ,从而形成冲击波,冲击波乃是一系列弱压缩波叠加的结果反映了从 量变到质变的辨证过程。 定义：冲击波乃是一种强烈的压缩波，其实质是一种状 态突跃变化的超音速

20、传播。,(2) 冲击波的基本方程 对理想气体中的强冲击波PP0，方程可简化为 待与爆轰波比较。,(3) 冲击波的性质 冲击波的波速对未扰动介质是超声速； 冲击波的速度同波的强度有关； 介质受到冲击波压缩时，波阵面上的介质状态参数突跃变化； 波阵面上质点运动方向与波传方向一致； 波在介质中传播强度逐渐衰减，最终成为音波； 冲击波是一种脉冲波，不具有周期性。,5) 炸药的爆轰过程 自十九世纪末提出了一套经典的爆轰波流体力学理论，即 契普曼柔格理论，简称C-J理论。 (1)炸药的爆轰 爆轰过程：爆轰波在炸药中的传播过程。局部炸药爆炸所 释放的能量不断补充到冲击波中维持冲击波以 稳定的速度向前传播。

21、(2)定义：是一种伴随发生化学反应，在炸药中传播的冲击波。 或者说是后面带有一个高速化学反应区的强冲击波。,(3)爆轰波结构 二十世纪四十年代初，泽尔道维奇、冯.诺依曼、达尔令三 人各自独立地提出同一种形式的结构模型，成为经典的爆轰波 结构模型，简称Z-N-D模型。 a）冲击波压缩区； b）化学反应区； c）气体产物膨胀区； d）气体产物静压区。 爆轰波阵面：冲击波阵面和紧跟其后的化学反应区合 起来叫做爆轰波阵面。,下面进一步讨论爆轰过程和爆轰波的结构。 在冲击波的高压作用下，相邻于冲击波的炸药层出现一个压缩区0-1（图4-12），其厚度约105cm，在这里，压力、密度、温度都呈突跃升高状态，

22、实际上，就是冲击波的波阵面。 随着冲击波的传播，新压缩区的产生，原压缩区成为化学反应区，反应在1-1面开始发生，在2-2面完毕；再随着冲击波的前进，新的化学反应区的形成，原化学反应区又成为反应产物膨胀区。化学反应放出的能量，不断维持着波阵面上参数的稳定，其余在膨胀区消耗掉，因而达到能量平衡，冲击波即以稳定速度向前传播。在就是爆轰过程的实质。,由此可见： 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。 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0.1cm1.0cm ，视炸药的种类而异。 通常把2-2面的

23、参数作为爆轰波的参数。,单质炸药：0.11mm 混合炸药：23cm以上, 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。 0-0面之前，炸药未受扰动； 0-0、1-1面之间，是炸药被压缩，但尚未开始反应，因其厚度和一 个分子的自由路程同数量级，故忽略称0-1面。 1-1面、2-2面之间，是化学反应区，一般宽度： 2-2面之后，是爆轰产物区，2-2面为化学反应结束面，称为爆轰波波阵面。,在进行理论研究时，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。 C-J面上的状态参数称做爆轰波参数或爆轰参数。 C-J面上的压力称做爆轰压力（detonation ressur

24、e）。 C-J面上的温度称做爆轰温度（detonation temperature）。 需要指出的是爆轰压力与爆炸压力、爆轰温度与爆温的含义不同，应把它们区分开来。 与冲击波一样，爆轰波后面经常跟随有稀疏波。,爆轰波的特征,(4)爆轰波方程 质量守恒定律： 0 初始炸药密度； H 反应区物质密度； D 爆速； H 生成气体气流速度。 动量守恒定律： PH C-J面压力； P0 初始压力 能量守恒定律： 当考虑炸药放热时（Q为爆热）有： 该方程叫做爆轰波的雨果尼奥方程。,爆轰波的雨果尼奥方程的物理意义, 将雨果尼奥方程画在p-v坐标中，得到爆轰波的雨果尼奥曲线。 在同一坐标中，画出前沿冲击波的曲

25、线。 从A(p0，v0)做爆轰波波速线，如图所示： 契普曼和柔格认为：当爆轰波定型传播时，在 爆轰波雨果尼奥曲线上只有一点与爆轰过程相 对应，这一点就是与之相切的点C(p2，v2)， C点就是C-J面上的状态参数，而与冲击波曲线 的交点B(p1，v1)即是前沿冲击波的波阵面参数。 以上这个条件就是爆轰波定型传播条件，又叫C-J条件 （由Chapman和Jonget两人提出）。 C-J条件也可以用下式来表示： D=cH+uH 在化学反应区后面，炸药爆炸后，气体质点膨胀，压力下降，说明有一个稀疏波跟在反应区的后面，稀疏波的波阵面就是C-J面，稀疏波的波速等于爆速 。,(5) 爆轰波稳定传播的条件：

26、 D =cH+uH,由于稀疏波和化学反应区都以当地音速（u+c)的速度跟随在 冲击波头后传播。 如果u+cD，稀疏波就会侵入反应区，减少对冲击波的能量 补充，使爆轰波不能稳定传播而降低爆速； 如果u+cD，由于连续性原因，反应区内也有部分区域存在u+cD的情况，这部分区域释放的化学能不可能传到冲击波头上，故从支持冲击波头能量的观点来看，它是无效的，结果使爆轰波不能稳定传播而降低爆速； 因此只有D =cH+uH才是爆轰波稳定传播的条件，即满足C-J条件。,(6)爆轰参数计算 利用上面的方程 C-J处质点速度 ，由质量守恒定律推出 爆轰压力 爆轰产物体积 产物密度 爆速 产物温度,以上几式与空气冲

27、击波比较可知： （参见爆轰波结构图）,K为常数，对于高密度的凝聚炸药而言（01.5）可以近似的取K=3； TC 为定容条件下的爆温，经化简以上各式为：,2.4 爆炸反应的有关参数,2.4.1 炸药的氧平衡 组成炸药的主要元素：C、H、N、O 炸药分子的通式：CaHbNcOd 1) 炸药的氧平衡关系 指炸药内含氧量与可燃元素充分氧化所需氧量之间的关系。 （充分氧化指C、H生成CO2、H2O）。 这一关系用氧平衡值Kb表示。,单质炸药，以1mol计算 Kb= 混合炸药，以1kg计算 Kb= 混合炸药的Kb也可按组分比例与其氧平衡值乘积总和表示。 即 Kb=,例1 计算硝酸铵（NH4NO3）的氧平衡

28、值。 解：硝酸铵的炸药通式为C0H4O3N2 , M=80 例2 已知2号岩石铵梯炸药的配方为硝酸铵85%，梯恩梯11%，木粉4%， 计算2号岩石铵梯炸药的氧平衡值。 解：由表1-1查得，硝酸铵、梯恩梯和木粉的氧平衡分别为0.2、-0.74和 -1.38,由式（1-2）得： Kb = 0.20.85-0.740.11-1.380.04 = 0.0334（%）,表 单质炸药和混合炸药常用组分的氧平衡,2)氧平衡的类型及意义 正氧平衡（Kb0） 三种情况 负氧平衡（Kb0） 零氧平衡（Kb0） 零氧平衡炸药，在理想条件下反应，能放出最大热量，且不会生成有毒气体，因此，应以Kb0来配制炸药。,根据氧

29、平衡值设计混合炸药的配比 只含两种成份的混合炸药，若其配比分别为x，y，两种成份的氧平衡值分别为a和b x+y=1 ax+by=0 含三种成份的混合炸药，若其配比分别为x，y，z，三种成份的氧平衡值分别为a，b，c，有： x+y+z=1 ax+by+cz=0 解以上方程组即可求各成份的配比。,3)爆轰产物与有毒气体 炸药的爆炸反应方程式建立 (1) “最大热效应”原则： 炸药中的氧首先满足HH2O的需要，若O不够使HH2O则生成H2，放出H2，H2和H2O并存，若O有富余再考虑第二条。 O 使满足CCO，若O不够使CCO，则C析出，C和CO并存，若O还有富余，则再考虑第三条。 O 使CCO后还

30、有剩余，则满足COCO2，若不够完全使COCO2，则CO和CO2并存，若O使CO完全生成了二氧化碳，则没有CO生成，这时O2放出。 N 属于惰性气体，不参与反应，（实际不一样）N2，放出，有了这个原则，我们才能写出炸药的爆炸反应方程式，书写步骤用例题来说明。 (2)“最大体积”原则（不作介绍）,爆生产物主要有：H2O、CO2、CO、氮氧化合物（如 NO2）等。 有毒气体：CO、NO2及其它氮氧化合物，少数炸药还会有 H2S、SO2等，危害人体健康，致人死亡，还是瓦 斯爆炸的催化剂或引起二次火焰。 安全规程规定： 1kg 炸药爆生气体（以CO为标准）计，不得超过100L/kg。 井下爆破时：CO

31、不得超过0.0024；NO2不得超过0.00025。,产生有毒气体的原因 1）与Kb有关； 2）与化学反应完全程度有关； 3）与爆破时炸药附近的介质有关。,2.4.2 炸药爆炸的热化学、热力学参数 主要有：爆容、爆热、爆温、爆压 1)爆容(V0)1kg炸药爆生气体产物在标准状态下的体 积，（L/kg）；是炸药爆炸做功能力的重要参数。 V0越 大做功能力越大。,2)爆热(Q) (1)爆热：单位质量的炸药在定容条件下爆炸所释放的热量，用KJ/mol 或 KJ/Kg 表示；是气体膨胀做功的能源。 (2)爆热测定：炸药的爆热是在实验室使用一种专门的装置爆热弹进行测 定，经实验和计算得到。 (3)生成热

32、： 对于任何物质而言，由原子或分子生成1摩尔该物质所放出或 吸收的热量，称为生成热。 放出为正，吸收为负 。生成热分定容生成热和定压生成热。 例如： 2H2+O22H2O(液态)+479.9kJ，则气态水生成热：479.9/2=240kJ/mol； N2+O22NO-180.6kJ，NO的生成热是：-180.6/2=-90.3kJ/mol,(4) 爆热(Q)的计算 计算爆热利用盖斯三角形。 盖斯定律认为： 炸药的化学反应的热效应只取决于反应的初态和终态，与反应的途径无关。 盖斯定律表达式： Q1-2+Q2-3= Q1-3 或：Q2-3= Q1-3-Q1-2,举例说明： 例1：写出TNT的爆炸反

33、应方程式，C6H2(NO2)3CH3 TNT改写成CaHbOcNd，刚才讲了是负氧平衡， a=7 b=5 c=6 d=3 C6H2(NO2)3CH32.5H2O+3.5CO+3.5C+1.5N2 例2：写出泰安的爆炸反应方程式C(CH2ONO2)4 a=5 b=8 c=12 d=4 2a+b/2=10+4=14c=12负氧平衡 C(CH2ONO2)44H2O+2CO+3CO2+2N2,例3： 写出铵油炸药（94.3:5.7）的爆炸反应方程式（按1kg写） NH4NO3+C13H26 首先求NH4NO3和柴油的mol数 分子量：NH4NO3，80，柴油，182。 摩尔数： 1kg炸药中含NH4N

34、O3，943g，换算成摩尔数为x=943/80=11.79； 1kg炸药中含柴油57g，换算成摩尔数为x=57/182=0.31 1kg铵油炸药： C: a=0.3113=4.03； H: b=11.794+260.31=55.22 O: c=11.793=35.37； N: d=11.792=23.58 11.79NH4NO3+0.31C13H2627.61H2O+4.03CO2+11.79N2,例4：求TNT爆热 C6H2(NO2)3CH32.5H2O+3.5CO+3.5C+1.5N2 炸药及爆轰产物的生成热: TNT: 42.2kJ/mol； H2O(汽)：240.4kJ/mol； CO

35、: 113.7kJ/mol； Q1-2=142.2=42.2kJ Q1-3=2.5240.4+3.5113.7=999kJ Q2-3= Q1-3- Q1-2=999-42.2=956.8kJ 注意：严格的讲，Q2-3还不是爆热 QV=956.8 (kJ/mol)= 956.81000/227 (kJ/kg)=4125(kJ/kg),例5：求铵油炸药（94.3:5.7）的爆热： 11.79NH4NO3+0.31C13H2627.61H2O+4.03CO2+11.79N2 生成热: NH4NO3：354.4kJ/mol； C13H26：219.9kJ/mol； H2O：240.4kJ/mol； C

36、O2：395kJ/mol； Q1-2=11.79354.4+0.31219.9=4251.2kJ Q1-3=27.61240.4+4.03395=8229.29kJ Q2-3= Q1-3- Q1-2=8229.29-4251.2=3978.1kJ QV=3978.1(kJ/kg),经验法计算爆热（阿瓦克尼亚法）,该法不需要写出爆炸反应方程式，且精度较高。 （1）爆炸产物的组成及其总生成热为炸药氧系数A的函数； （2）对应每一氧系数A，爆炸产物的总生成热有其最大值Q1-3max， 即：A100%时 Q1-3max=120.35b+395.7a A100% 时 Q1-3max=197.85d+21

37、.425b （3）考虑到爆炸反应的不完全，爆炸产物实际的总生成热小于最大值，但与最大值成正比，即 Q1-3= KQ1-3max ; 其中K为爆炸产物生成热的“真实系数”，K=0.32A0.24 （4）利用盖斯定律计算爆热； A100%时 QV=0.32A0.24(120.35b+395.7a )- Q1-2 A100% 时 Qv=0.32A0.24(197.85d+21.425b)- Q1-2,(5)影响爆热的因素,提高炸药的爆热对于提高炸药的作功能力具有重要的意义。 通常用来提高炸药爆热的途径主要有： 炸药的氧平衡 零氧平衡时，炸药内可燃元素或可燃剂完全氧化放出最大热量。 装药密度 负氧平衡

38、炸药，增加炸药密度可以增加爆热，这是因为密度增加，爆压增大，使二次可逆反应向增加爆热的方向发展。增加炸药密度对其他炸药影响不大。,附加物影响 在炸药中加入细金属粉末不仅能与氧生成金属氧化物，而且能与氮反应生成金属氮化物，这些反应都是剧烈的放热反应，从而增加爆热。 装药外壳影响 增加外壳强度或重量，能阻止气体产物的膨胀，提高爆压，从而提高爆热。装药外壳特别对缺氧严重的炸药影响较大。 炸药化学反应的完全程度。 炸药反应越完全，放热越充分，则爆热越高。,3)爆温 炸药爆炸时放出的能量，将爆炸产物加热到的最高温度。 4)爆压 爆轰产物在爆炸完成的瞬间所具有的压力，（MPa）。 在炸药初始体积内达到热平

39、衡时的流体静压值。,2.5.1 爆速 1)定义：爆轰波在炸药柱中的传播速度。 2)影响爆速的因素 (1) 装药直径 药包直径为什么会对稳定传爆有影响呢？ 爆炸反应区扩散的物质不仅包括反应生成的气体，而且还有未及时完成反应的炸药颗粒，必而引起能量散失。若散失的能量过多，就可能无法维持稳定爆轰所需要的能量，中断爆轰。,2.5 炸药的爆炸性能,不同直径的药包受到扩散的影响进而影响到爆速的稳定性？ D d极时， 反应区不受扩散影响，爆轰稳定，为理想爆轰。,(2)药包外壳 外壳强度大可减小径向扩 散，从而使极限直径减少。 (3)炸药粒度 较小的粒度，分解反应快， 反应区宽度小，能量损失小。 (4)装药密

40、度 在一定范围内，密度增加， 爆速增大，但当密度增大到一 定值后，再增大，爆速反而下 降。,(5)起爆冲能 供给足够的起爆能，且激发冲击波波速必须大于炸药的临 界爆速。,(6)径向间隙 现象：对于细长连续装药的混合炸药（如硝铵类），通常在空气中都能正常传爆，但在炮孔中，如果药包与炮孔孔壁之间存在间隙，常出现爆轰中断或转变为燃烧的现象。 又称为：间隙效应、管道效应、沟槽效应 概 念：不耦合装药 是指药包与炮孔孔壁之间存在间隙，用不耦合系数K 表示，即孔径D与药径d之比。 K= D/ d,3)工业炸药爆速的测定 导爆索法、电测法、高速摄影法 (1)导爆索法 导爆索法又称道特里什 （Dautrich

41、e）法。其原理 是利用已知爆速的导爆索测 定炸药的爆速。,图 导爆索方法测定爆速,(2)电测法 在药包间距为 l 的A、B两点处各插入一对互相绝缘的探针，当药包爆 轰传播到A处时，由于高温高压的电离作用，使第一对探针导通，产生起 始信号，将计数门电路打开， 开始计数。爆轰传播到B点处 时，又使第二对探针导通，形 成终止信号，将计数门信号关 闭，停止计数。记数器所记录 的时间，即为爆轰波在A、B两 点间传播的间t。 则爆炸速度v为：,(3)高速摄影法 采用高速转镜或转鼓进行摄影和扫描。 导爆索法和电测法适用性 对于具有雷管感度且包装符合产品标准的药卷，药卷的外径一般为32mm或35mm。 对不具

42、有雷管感度，需加起爆药柱或强约束条件起爆的试样，应按GB/T13228-91工业炸药爆速测定方法的有关规定进行改装，此不赘述。 高速摄影测爆速时，要求高度同步性，难以达到抓拍与起爆同步。,2.5.2 爆力（威力） 1)定义：炸药爆炸 对周围介质所做的机械功的总和。 2)影响因素 爆力决定于热化学参数和爆炸产物的组成。 3)测试方法 包括：铅铸法、弹道臼炮法、爆破漏斗法,V=r2D 爆破漏斗法测定爆力,2.5.3 猛度 1）定义：炸药爆炸产生冲击波和应力波的作用强度猛度。 2）影响因素：可用爆轰压力表示，即炸药的密度、爆速越 高，猛度也越高。取决于爆轰参数。 因此，应根据介质性质，合理选择用药和

43、改变装药结构。 3）测定方法：铅柱压缩法、猛度摆法。,2.5.4 殉爆 1）殉爆现象：主动药包诱发被动药包发生爆炸的现象。 2）殉爆距离：主动药卷能诱爆被动药卷间的最大距离 ， 单位cm。 3）殉爆的两重意义,图4. 炸药殉爆距离测定 1-主爆药包；2-被爆药包；3-空气间隔,2.5.5 间隙效应 1)现象（间隙效应、沟槽效应、管道效应、） 对于细长连续装药的混合炸药（如硝铵类），通常在空气 中都能正常传爆，但在炮孔中，如果药包与炮孔孔壁之间存在 间隙，常出现爆轰中断或转变为燃烧的现象。 沟槽效应造成爆后炮窝内留有残药，影响爆破效果。对于在 瓦斯隧道内径进行的爆破作业，若炸药由爆轰转变为燃烧，

44、就 有可能引发瓦斯爆炸事故。 2)产生原因：目前有以下两种比较流行的解释：,（1）空气冲击波作用机理 空气冲击波作用机理认为：在空气冲击波压力作用下，炸药内产生自药柱表面向内部传播的压缩波，使药柱发生变形，压缩药柱表面形成锥形压缩区。炮孔内超前于爆轰波的空气冲击波存在有最大波长，因此在达到最大波长后，空气冲击波波头和爆轰波波头将以相同的速度传播，并保持速度不变，达到稳定状态。但是，如果在未达到稳定状态之前，药柱的有效直径已减小到炸药的临界直径，爆轰就会中断。,由于空气冲击波速度高于爆轰波速度，超前在孔内间隙传播，使炸 药提前受到压缩，加大了炸药密度，使爆轰恶化、中断。 装药不耦合系数为1.12

45、3.8时比较明显，坚固、光滑、无阻塞的孔 壁更明显。,图 间隙效应使药柱发生的变形 1产物前沿阵面；2管壁；3空气冲击波；4爆轰产物； 5爆轰波头； 6未压缩炸药；7间隙,通过超高速扫描摄影机对聚乙烯塑料管内药柱（35%硝化甘油胶质硝铵炸药，药柱直径为25mm，管内径27mm）爆轰过程的研究表明：当药柱爆轰时，在空气间隙内产生超前于爆轰波传播的空气冲击波。,（2）等离子体作用机理 美国埃列克化学公司的MA库克和LL尤迪等人采用等离子体探针试验装置，对沟槽效应进行了一系列研究。他们认为，沟槽效应是由于炸药爆轰产生的等离子体引起的。炸药起爆后，在爆轰波阵面的前方有一等离子层（离子光波），对爆轰波前

46、方未反应的药卷表层产生压缩作用，妨碍该层炸药的完全反应。,3)消除方法： (1) 增加装药直径，相应地增加爆速； (2) 改变药卷与炮孔间尺寸； (3) 连续装药时，隔一定距离套上外径稍小于炮眼直径的隔环，将间隙隔 断，以阻止间隙内空气冲击波或等离子体的传播或削弱其强度； (4) 合理选择炸药，选择临界直径小，爆速高的炸药；研制新型炸药，积极 推广使用水胶和乳化炸药； (5) 改进炸药包装，增加炸药的外皮强度，限制爆轰的侧向扩散，从而减弱 间隙内空气冲击波的传播强度； (6) 改进装填结构： 采用抗水性能好的炸药或在无水的炮孔中采用散装炸药（耦合装药）； 药柱间隙充水或泥沙； 采用导爆索串爆法

47、。,2.5.6 聚能效应 1）聚能现象 这种利用药包一端 的孔穴（呈圆锥面、 圆形抛物面、半球等 形状）来提高局部破 坏作用的效应，称为 聚能效应，这种现象 叫做聚能现象。,图 不同装药结构的爆破结果 （a）普通平底药包、（b）带锥形穴药包、 （c）加金属罩的锥形穴药包,2）聚能原理 药包爆炸后，爆炸产物沿近似垂直于药柱表面的方向向四周飞散。平端药包作用在钢板表面上的仅仅是从药柱一端飞散出的爆炸产物，它的作用面积等于药柱一端的端面积。但是，一端带有锥形孔穴的圆柱形药包则不同，它爆炸后锥形孔穴部分的爆炸产物飞散时，先向药包轴线集中，汇聚成一股速度和压力都很高的气流，称为聚能射流。爆炸产物的能量密度大大提高，集中作用在较小面积上，加强了该方向的穿透和破坏作用，形成聚能效应。 3）应用 雷管和药柱的末端、射孔弹、聚能切割药包等结构。,