爆破基础知识1.doc
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1、1 爆炸和炸药的基本知识1 基本概念1 1 爆炸及其分类 何谓爆炸:爆炸是某一物质系统瞬间释放出巨大能量的物理和化学变化的过程,在这个过 程中产生大量的高压、高温气体,伴随有冲击波、热、光声、电磁等效应。 爆炸分类:(1)物理爆炸:系统物质形态发生变化而物质组成和性质不发生变化的爆炸现象,如锅炉爆炸等(2)化学爆炸:系统物质形态、物质组成和性质都发生变化的爆炸现象,如炸药爆炸,这是本章的重点。 (3)核爆炸:原子弹、氢弹,都是利用化学元素U235的裂变和氘、氚、锂等聚变发生的爆炸现象12 产生化学爆炸的条件:(1) 变化过程必须是放热反应,这是发生爆炸的首要条件,但不是说放热反应就能发生爆炸。
2、 ZnC2O4=Zn+2CO2205.4kj (吸热反应,不能发生爆炸) CuC2O4=Cu+2CO2+23.86kj (小量的热,不足以发生爆炸) AgC2O4=2Ag+2CO2+55.2kj (放出大量的热,有产生爆炸的条件)(2) 变化过程必须是高速的,也就是要求释放能量快,即单位时间内传播的能量大,这是发生爆炸的重要条件。如煤的放热反应,每kg释放能量为8960kj,而TNT炸药的爆炸反应,每kg释放能量4187k,而1kg煤的放热反应时间需要半小时,TNT炸药的爆炸反应只需要10-6秒。因此,虽然发热量煤是TNT的两倍,但单位时间内放出的能量TNT却是煤的几千万倍。(3) 变化过程必
3、须释放出大量的气体,这是发生爆炸的必要条件。如铝热剂反应: 2Al+Fe2O3=AlO3+2Fe+8290kj 这是高放热反应,但没有气体发生,也不是爆炸反应。 以上三个是主要条件,缺一不可,否则就不能发生爆炸反应。 13 炸药及其分类131按炸药组成分类:(1) 单质炸药:由C、H、O、N四大元素组成的单一结构的化学物质。如TNT、黑索金等(2) 混合炸药:由二种以上成分结构组成的机械混合物。如硝铵炸药、铵油炸药等。132 按用途分类:(1) 起爆药:敏感度很高的炸药,如雷汞、迭氮化铅等。(2) 炸药:敏感度低、需要较大的起爆能量才能爆炸。如TNT、硝铵炸药、硝化甘油等。(3) 发射药:即火
4、药,用于枪、炮、火箭等作推进剂(4) 烟火剂:氯酸钾等氧化剂与可燃剂组成的混合物,如照明弹、信号弹等。14 炸药化学变化的形式:(1) 热分解:在常温下发生分解作用,温度越高,分解越快。这会影响炸药的储存尤其在高温、封闭条件下,分解加剧会导致自燃而爆炸。(2) 燃烧:大多数炸药在一定条件下,能够稳定地燃烧而不发生爆炸。这里主要是取决于环境条件,外界的压力和温度升高,会导致炸药燃烧速度增大,达到一定的压力和温度,燃烧会转变为爆炸。(3) 爆炸:比燃烧有高得多的反应速度。(4) 爆轰:炸药内部发生稳定的爆炸反应,爆炸传播速度是一定的爆炸。2 炸药的起爆与敏感度21 炸药的起爆 炸药发生爆炸反应,需
5、要给予一定的能量,由外界施加给炸药使之发生爆炸的能量,称为起爆能。 起爆能的方式有三种:(1) 热能:导火索(2) 机械能:撞击、摩擦(3) 爆炸能:雷管、导爆索等22 炸药起爆的理论221 热能起爆理论 前苏联学者谢苗诺夫认为爆炸是系统内部温度渐增、导致热能累积的结果。这种理论适合于气体爆炸。222 灼热核理论(或称热点学说) 这种学说,大意是炸药局部受到摩擦或撞击而达到了使炸药某点爆炸的温度,然后由点到面迅速传播到全部。这个局部的点称为灼热核,核径有10-310-5cm。灼热核形成 有两种原因: 一是绝热压缩炸药内部存在的微小气泡,形成灼热核; 二是炸药受到机械作用,使颗粒间产生摩擦,形成
6、灼热核。223 爆炸冲击能起爆理论 利用一种炸药产生的冲击波使另一种炸药发生爆炸,这种方法通常是用雷管、导爆索或起爆药包来实现的。一般起爆药的爆轰速度都要大于被爆炸药的爆轰速度,这样才能 达到炸药的临界起爆压力值,发生爆炸。23 炸药的敏感度 表示炸药在外界能量作用下,发生爆炸反应的难易程度出称为炸药的敏感度。有以三种:231 热感度:用爆发点和火焰感度来表示。(1) 热感度:指加热炸药到开始爆炸的最小温度。如常用炸药的爆发点: 2#岩石硝铵炸药 186230 雷汞 175180 黑索金 230 TNT 290295(2) 火焰感度:指炸药在明火作用下发生爆炸的能力,一般炸药如TNT、硝铵炸药
7、等在不密闭状态下,用火点燃只会燃烧而不产生爆炸,但是对火焰敏感的黑索金和起爆药会发生爆炸。232 机械感度(1) 撞击感度:指炸药在撞击作用下发生爆炸的难易程度。用落锤仪测定的几种炸药 撞击感度如下 2#岩石硝铵炸药 20% 特屈儿 5060% 黑索金 7075 % TNT 48%(2) 摩擦感度:指炸药对摩擦作用发生爆炸的难易程度,用摩擦摆测定的几种炸药摩擦感度如下 乳化炸药 0% 特屈儿 24% 黑索金 90% TNT 0233 爆轰感度:指炸药对爆炸冲击波作用发生爆炸的难易程度,用雷汞为起爆药起爆 几种单质炸药的极限起爆药量为: 特屈儿 0.19g 黑索金 0.19g TNT 0.24g
8、24 影响炸药敏感度的因素241 内在影响因素:键能、分子结构和成分、生成热、热效应、热容量242 外界影响因素:炸药的物理状态与结晶形态、装药密度、温度、惰性介质3 炸药的传爆31 波的基本概念 波是物质系统受到外界干扰后状态发生变化的的传播,简单地说,波就是扰动的传播。受到扰动的介质与未受扰动的介质之间有一个界面,称为波阵面,波阵面的传播速度,称为波速。这里要注意,波速与介质的运动速度是不同的。 Y X 图2.1 波的形成示意311 强扰动与弱扰动 P P a 弱扰动 b.强扰动 图2 .2 强扰动与弱扰动312压缩波与稀疏波 P P p p 0 X 0 X a. 压缩波 b. 稀疏波 图
9、2.3 压缩波与稀疏波 313 冲击波 冲击波是在介质中以超声速度传播的强扰动、压缩波,在它波阵面的前后状态参数(压力P、密度、温度T等)发生突变。 P,T,u D P0,0,T0 ,u0 图2.4 冲击波波阵面的前后状态参数 冲击波阵面上的参数关系可用质量、动量、能量守恒定律推导得出: u- u0 =(P1-P0)(V0-V1)1/2 D- u0 =(P1-P0)/(V0-V1)1/2 e1-e0=1/2(P1+P0)(V0-V1)32 炸药的爆轰321 爆轰波:在炸药内部以稳定速度传播的冲击波。用D表示爆轰波波速。 P1 P2 P3 P0 4 3 2 1 0 冲击波压缩区(10, 10-5
10、cm)化学反应区(21,0.12.5cm)气体膨胀区32)气体产物静止区(43) 图 2.4 炸药爆轰示意322 爆轰波参数: 按照上述冲击波阵面上的参数关系(质量、动量、能量守恒定律)推导得出: P2=0 D2/(K+1) D=2(K2-1)QV1/2 U2=D/(K+1) T2=2K T0 / (K+1) 2=(K+1)0/K33 稳定爆轰的条件对于一般炸药形成稳定爆轰要求爆炸初速度 V2C(声速) 34 影响稳定爆轰的因素:(1) 装药直径: D 稳定爆轰区d临 d极 d图 2.5 装药直径影响稳定爆轰几种炸药的临界直径: 2#岩石硝铵炸药 1820mm 黑索金 11.5 mm TNT
11、810mm 极限直径是临界直径的813倍。(2)装药密度; 稳定 爆轰 不稳定 爆炸 区 爆炸区 区 佳 图 2.6 装药密度影响稳定爆轰 几种炸药的最佳装药密度:铵油炸药 0.851.05g/ml 乳化炸药 1.051.30g/ml4 炸药的氧平衡41 氧平衡的概念 炸药由C、H、O、N四大元素组成,C、H元素是可燃元素,O是助燃元素。炸药发生爆炸反应生成CO2和水H20。氧平衡就是衡量所含的氧元素与C、H化合是否却好平衡,这有三种情况:(1) 零氧平衡:即炸药中所含O元素正好将C、H元素完全氧化。(2) 正氧平衡:指炸药中所含O元素将C、H元素完全氧化后还有富裕。(3) 负氧平衡;指炸药中
12、所含O元素不足以将C、H元素完全氧化。42 爆炸产物中的有毒气体 炸药爆炸由于环境等很多因素的影响,即使配制得氧平衡很好的炸药爆炸后也会由于反应不完全而产生一些对人类有害的气体,如CO和NxOy,含硫炸药还可能有H4S和SO2。这在地下爆破和峒室爆破中特别要注意。5 炸药的热化学参数5 1爆热:指1ml炸药爆炸所产生的热量。常用炸药的爆热: 2#岩石硝铵炸药 3638kj/kg 黑索金 5820 kj/kg TNT 4187 kj/kg52 爆温:指炸药爆炸所释放的热量将爆炸产物加热达到的最高温度。一般单质炸药为30005000C;矿用炸药为20002500C53 爆压:指炸药在密闭容器中爆炸
13、对边壁所产生的压力。常用阿贝尔爆炸气体状态方程计算: P=F/(1) 式中:炸药密度,kg/L F 炸药力,为nRT乘积 1 kg炸药的余容,即爆炸产物的范德华不可压缩体积 54 爆生气体:指1 kg炸药爆炸生成的气体体积(在标准大气压情况下)6 炸药的爆炸性能6.1 炸药的威力:一般用来衡量炸药作功的能力,与爆热、比容、绝热指数有关,后者越 大,威力越大,但炸药真正用于做有效功的能量极小,一般只有总能量的57%。 炸药的威力一般用爆力来表示,爆温、爆热、气体越多,爆力越大。测定方法有两种:(1) 铅柱扩孔法: 2#岩石硝铵炸药 320ml 黑索金 490ml TNT 285ml(2) 爆破漏
14、斗法:同样炸药和地质条件,在相同埋深时,比较其爆破漏斗的大小。漏斗体积 V=d3h/12 d h 可见 漏斗 W图 2.7 爆破漏斗体积 松动漏斗 药包 62 炸药的猛度:指炸药爆炸对周围介质破碎的能力,它取决于爆速 的大小,爆速越高,猛度越大。用铅柱压缩法测定,几种炸药的猛度如下:炸药名称密度(g/ml)铅柱压缩值(mm)2#岩石硝铵炸药091.01214TNT11.21618.7乳化炸药1.11.25151963 爆速:这是指炸药的传播速度。这个参数反映了炸药作功和破碎的能力,实际上一般用它来衡量炸药的威力和猛度。爆速越大,威力、猛度越大。所以,爆速是反映炸药爆炸性质相当重要的参数。测定方
15、法如下:(1) 直接测时法:a 道特里什法:即导爆索法b 光线示波器法c 计时器测定法:爆速测定仪(2)高速摄影法64炸药的殉爆:这是衡量炸药对爆炸冲击波感应的能力。一定条件下的某种炸药爆炸,对在一定距离上的另一种炸药能否使其产生爆炸,这种能力称为殉爆。而能使其爆炸的最小距离就作为其殉爆能力的度量。显然,炸药殉爆的能力与炸药的品种、数量、密度、装药直径、放置方法等好多因素有关。65聚能效应:在药包底部作成象雷管一样的空穴,会使爆炸能量集中到空穴所对的方向,使该方向上具有更大的破坏作用,这种现象称为聚能效应。6 岩石爆破作用基础61概述62 何谓爆破:利用炸药爆炸释放的能量对周围介质做功,在做有
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