井巷工程第三讲-炸药和起

1、1诺贝尔名言：“我更关心生者的肚皮，而不是以纪念碑的形式对死者的缅怀”、“我看不出我应得到任何荣誉，我对此也没有兴趣”。爆破工程在国民经济建设中的作用基本建设开山凿石隧道修路移山填海抛石筑坝城市建设拆除建筑开挖地基机械加工爆炸焊接爆炸复合爆炸切割爆炸加工航空航天星箭分离发动机点火救生逃逸降落伞切割2022/9/9单 位：安全科学与工程学院主讲人：高保彬炸药和起爆井巷工程第四讲2022/9/9炸药爆炸理论2炸药1炸药起爆3炸药和起爆2022/9/9目的 重点 炸药爆炸理论难点炸药爆炸理论掌握炸药及其起爆器材炸药发展史2022/9/9炸药12022/9/9引言7起爆药：敏感、威力小，对机械冲击、摩

2、擦、加热、电火花极敏感，雷管的起爆药。雷汞、 氮化铅等。猛炸药：敏感度低、威力大，雷管的加强药、组成混合炸药。TNT、黑索金、太恩。 发射药（火药）：快速燃烧，军事上发射药，工业上作起爆器材（导火索）和雷管的延期药 单体炸药：各组成元素以一定化学结构存在于同一分子中的炸药。TNT、黑索金、雷汞混合炸药：由两种以上分子组成的混合物。硝化甘油类炸药、硝铵类炸药、氯酸盐类炸药1. 按组分分：2. 按用途分：2022/9/91.1 黑火药时代“火”的概念及演变继而进入煤和石油燃烧的利用；（2）几千年前燧人氏钻木取火开始了人类对火的利用；（1）当今已进入原子能时代；从某种意义上讲:人类是从火中繁荣起来的

3、。在利用火的技术中，火炸药的利用独树一帜。（3）2022/9/91.1 黑火药时代“药”的概念及演变古代药物虽多是天然品，但能爆发着火的药都不是天然产物，而是中国炼丹家发明的。（1）公元前475-86年，炼丹家利用各种金、石药物炼药时，硝、硫、炭为常备物，当此三种成分相遇受热或激发即会爆炸着火。（2）由于炼丹而发生的火药爆发燃烧丹房的事故多了，转而重视火药的爆发性质而作兵家火攻之用，也因此将一切爆发着火的物质都以药字命名，统称为火药。（3）2022/9/9时 间发 展 历 程公元660年孙思邈（药学家）丹经中“伏硫磺法”，就记载了硝石与硫磺的化学反应；公元803年清庶子铅汞甲辰至宝集成中记载了

4、硫二两、硝二两、马兜铃三钱半配合而成的矾伏火法： 4KNO3+2S+6C=2K2S+2N2+6CO2即民间所谓的“一硫二硝三木炭”的说法。1113世纪黑火药经由阿拉伯传入欧洲， 1242年国外才有第一次专门记载。1.1 黑火药时代火药黑火药的发展历程2022/9/9时 间发 展 历 程17世纪欧洲产业革命后，黑火药始用于开采矿石。18世纪末至18世纪末黑火药还是唯一的炸药品种。1799年雷汞的发现和应用,标志着黑火药时代的结束。我国由于受苏联文字翻译的影响，把爆发物中以爆燃为主要反应形式的才称为火药，而把以爆轰为主要反应形式的称为炸药，同时也把一切爆发物都称为炸药。1.1 黑火药时代火药黑火药

5、的发展历程2022/9/9时 间发 展 历 程19世纪基础化学的发展促进了炸药化学的研究，一些工业炸药相继问世。18671875年伟大的化学家诺贝尔发明了：硝化甘油炸药、硝化棉炸药和雷管，推动了爆破技术向生产建设的广阔领域发展。20世纪初人类经历了两次世界大战。炸药的研究和生产达到了疯狂时期，从另一个角度讲也推动了炸药和爆破技术的发展。出现的军事炸药主要、（黑索金）等。1.2 硝化甘油时代炸药炸药的发展历程2022/9/91.2、硝化甘油时代硝化甘油是由甘油经三次硝化而制，又称三硝酸甘油酯，英文名Nitroglycerine，缩写：NG硝化甘油纯硝化甘油感度极高，不能单独作为工业炸药使用。在1

6、3.5度时，结晶的硝化甘油用羽毛一拨，就能爆炸；化学特性硝化甘油有毒，虽其挥发性很小，但当你闻到有股淡淡的甜味时，你就中毒了。中毒的反应如同急性感冒症状。物理性质诺贝尔发现了硅藻土能吸收相当大量的硝化甘油，并且运输和使用时都较为安全，于是便产生了最初的硝化甘油类炸药达纳迈特。之后又出现其衍生品如:硝化棉炸药等。2022/9/91.2 硝化甘油时代抗水性强、可用于水 下爆破密度大、爆炸威力大 优 点撞击和摩擦感度高，安全性差有毒价格昂贵，储存期短、易老化 缺 点2022/9/91.3 硝酸铵时代 硝酸铵（ammonium nitrate）缩写：AN 分子式： NH4NO3 氧平衡： 19.98%

7、 爆速 ： 11002700m/s 临界直径：100mm 2022/9/91.3 硝酸铵时代 时 间发 展 历 程1659年德国人J.R.格劳贝尔首次制得硝酸铵。19世纪末期欧洲人用硫酸铵与智利硝石（硝酸钠）进行复分解反应生产硝酸铵。后由于合成氨工业的大规模发展，硝酸铵生产获得了丰富的原料，于20世纪中期得到迅速发展，20世纪60年代硝酸铵曾是氮肥的领先品种。中国在60年代左右建立了一批硝酸铵工厂。硝酸铵的发展历程2022/9/91.3 硝酸铵时代 当硝酸铵颗粒吸湿以后，在颗粒表面逐渐形成饱和溶液膜，通过表面张力和毛细管作用，使饱和溶液膜在颗粒之间搭成“液桥”。随着温度的下降，从“液桥”中析出

8、坚硬致密的晶粒，并将硝酸铵颗粒牢固地粘结成块状。又称“盐桥”结块。这和我们日常的盐受潮结块是一个原理。当化工厂存放大量硝酸铵就会结块成盐山，这种盐山就像石头那么硬，在过去的工程能力条件下很难把它破碎。当爆破量比较大时，引起了硝酸铵的爆炸，世界发生了多起惨烈事故。具有较强的吸湿性和结块性特点2022/9/91.3 硝酸铵时代 历史上最大的10次爆炸之一德克萨斯城的灾难2022/9/91.3 硝酸铵时代 第二次世界大战期间，一些国家专门建立了硝酸铵厂，将硝酸铵与TNT混合在一起弥补军用炸药的不足；这就是最早的铵梯炸药；中国解放后，硝酸铵作为主要化肥，也同时生产硝铵炸药；一些山区农民买了化肥种地，农

9、闲时就把化肥加点柴油加工炒一下，去山上开炸石头。随着多起恐怖爆炸事件的发生，尤其是911事件之后，硝酸铵被全世界统一列为爆炸物质和严控生产，我国的大多生产厂关闭转产，仅留下为数不多一些大型化工厂在计划条件下控制生产。化肥的作用也被取代。2022/9/91.3 硝酸铵时代 铵梯炸药铵油炸药铵松（沥）腊炸药浆状（水胶）炸药乳化炸药硝铵类炸药-按出现顺序有：硝酸铵造粒品种按出现顺序有：粒状、多孔粒状、膨化粒状。2022/9/91.3 硝酸铵时代 TNT作用：提高炸药感度、威力铵梯炸药成分硝酸铵T N T木 粉问题：价格贵、与军工争原料、有毒这类炸药受潮、遇水就失效木粉作用：减缓结块2022/9/91

10、.3 硝酸铵时代 柴油作用：平衡硝酸铵的氧平衡值，提高炸药的传爆性能。解决了使用TNT的问题。铵油炸药成分 硝酸铵柴 油木 粉 新问题： 用雷管不能直接起爆， 临界直径大， 不能用于小炮孔装药。 更没有解决怕潮、怕水问题。2022/9/91.3 硝酸铵时代 把硝酸铵颗粒放在融化的松香、石蜡混合物中炒，让松香、石蜡能包裹在颗粒上，起到防潮防水的作用。这样，松香、石蜡也代替了柴油的作用。问题：可短期防水、但当温度高一点时就融化粘接，失去防水作用；更大的问题：产生的毒气量大，不能用于地下矿山。铵沥腊炸药硝酸铵 沥 青石 蜡铵松腊炸药石 蜡硝酸铵松 香2022/9/91.3 硝酸铵时代 固体颗粒和水溶

11、液拌合在一起是要分离的，为此就加入胶结物质。生产的炸药如浆糊状。浆状硝铵炸药敏化猛炸药（TNT）硝酸铵饱和水溶液 硝酸铵固体颗粒胶 联 剂问题：1）加入了高猛炸药和 高发热原料使价格高； 2）存放期不长，会离析、发霉、发臭、渗油等。2022/9/91.3 硝酸铵时代 乳化炸药 具有划时代意义的成果乳化炸药成分硝酸铵饱和水溶液脂 肪 油敏化气泡乳 化 剂神秘的乳化剂 具有让水和油相溶的能力2022/9/91.3 硝酸铵时代 乳化炸药的技术机理（1）油包水（硝酸铵水溶液），使连续相为利于燃烧传爆的油；（2）油包水，使水包裹在油里，水不易蒸发流失，稳定性好；（3）硝酸铵在遇到油脂类物质时，其更易活化

12、；（4）加入微小气泡作为敏化剂，提高了炸药感度。乳化炸药现在已将在工程爆破领域占主导地位，并出现了很多衍生品：粉乳化炸药：将乳化炸药的乳剂喷雾干燥后制成；乳化油炸药：在铵油炸药中掺入粉乳化，来提高铵油炸药的感度； 又称，重铵油炸药。各种煤矿许用炸药：在前面炸药的基础上加入、或被覆消焰剂（盐）。2022/9/9炸药爆炸理论22022/9/92.1 爆炸定义及分类28物理爆炸：仅有温度、压力和体积变化，如地震、闪电、锅炉爆炸、气球爆炸等，化学成分不变。化学爆炸：产生爆炸物，如炸药爆炸、燃放鞭炮、煤气爆炸、瓦斯爆炸等，物态和化学成分发生变化。核爆炸：裂变原子弹、聚变氢弹爆炸的定义 一般认为，物质发生

13、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。爆炸的基本特征表现在速度快、威力大和破坏作用强等方面。爆炸分类2022/9/92.2 炸药爆炸三要素291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 2022/9/92.3 爆炸起爆和殉爆30炸药的起爆：激发炸药爆炸的过程称为起爆；起爆能（初始冲能）雷管提供；主动药卷：反映冲击波的强度猛度被动药卷：反映对冲击波的敏感程度 殉爆1爆 2爆；（优缺点）惰性介质（空气）2022/9/92.4 爆轰及其影响因素31缓慢

14、分解：整个物质内展开。燃烧：在外界能量的激发下，在局部区域进行，且自动传播。主要靠热传导传递参量和激发化学反应。爆轰：在外界能量的激发下，在局部区域进行，且自动传播。主要靠压缩冲击波作用传递参量和激发化学反应，传播速度快，达2000-9000m/s。传播不受外界影响，且爆轰产物的运动方向与反应区的传播方向相同。炸药的燃烧和爆轰（三种化学变化形式）爆轰影响因素药卷直径炸药密度起爆冲能2022/9/92.5 间隙效应32定义：药卷和炮孔之间存在月牙形空间时，爆炸药柱所出现的自抑制能量逐渐衰减直到拒（熄）爆的现象。小直径爆破作业中，非常严重。乳化炸药间隙效应最小。间隙效应(管道效应、沟槽效应)应对措

15、施：可采取选用爆速大的炸药和大直径药卷及坚固外壳等措施，实现稳定爆轰。2022/9/92.6 炸药爆炸性能参数33猛度33炸药爆炸瞬间爆轰波及其产物对邻近局部固体介质的破碎能力。 指标：铅柱压缩 单位mm 。2022/9/92.6 炸药爆炸性能参数34爆力34爆炸气体膨胀作功能力的大小。 指标：铅柱扩孔 单位：毫升 减去原孔体积和雷管爆炸引起扩孔体积，试验时温度15度。2022/9/92.7 炸药的敏感度35炸药敏感度35炸药在外界起爆能作用下发生爆炸的难易程度称为炸药的敏感度，简称炸药感度。1.热敏感度：热能作用引起炸药爆炸的难易程度；加热感度（爆发点）均匀加热时，发生爆炸的温度，火焰感度距

16、离2. 机械敏感度： 冲击感度25次试验，爆炸的百分率；10kg /25cm / 0.05g 摩擦感度摆式摩擦仪2022/9/92.7 炸药的敏感度36363.爆轰感度（起爆冲能感度）：炸药对爆轰冲击波（即激发冲击波）的敏感程度；测试：极限起爆药量测定装置；（炸药冲击波感度殉爆）4. 静电火花感度： 炸药对经典的敏感程度。2022/9/92.8 炸药的氧平衡3737CWHXNYOZC、H可燃剂，O氧化剂爆炸产物：CO2、CO、 C、 NO2、NO、N2、H2O、H2、O2、CH4炸药爆炸的基本反应： 2 H2 + O2 = 2 H2O + 240.7kJ/mol C + O2 = CO2 +

17、395 kJ/mol氧平衡：比例关系（含氧量与充分氧化所需氧量之间的关系）氧平衡值：每克炸药中保证可燃元素充分氧化时，多余或欠缺的氧量，g/g。 1. 炸药的氧平衡 单质炸药： K1 = g/g M=12W+X+14Y+16Z 例如：硝化甘油炸药C3H5（ONO2）3C3H5N3O9K = = + 0.035 TNTC6H2(NO2)3CH3 C7H5N3O6 K = = 0.74CWHXNYOZ炸药的氧平衡计算2022/9/9混合炸药： K2 = m1K1m2K2m3K3 二号岩石硝铵炸药含硝酸铵85%，TNT11%，木粉4%。 K = 0.285%0.7411%1.374% = 0.033

18、8 炸药的氧平衡计算2022/9/9K0，正氧平衡炸药，（NO、NO2吸热反应，有毒，促使瓦斯爆炸）K0，负氧平衡炸药，（CO有毒，C、H2不能放出最大热量）K0，零氧平衡炸药（放出最大热量）炸药的氧平衡分类爆炸过程有毒有害气体的产生2022/9/92022/9/9炸药起爆（器具）32022/9/9起爆材料（各种雷管）传爆材料（导火索、导爆管 ） 工程爆破中使用的起爆器材主要有：雷管、导火索、导爆索、导爆管、导爆管连接元件、继爆管（detonating relay）和起爆药柱等。 起爆器材的种类：（继爆管、导爆索） 炸药虽然属于不稳定的化学体系，但只有在一定的外界能量的作用下才能起爆，这种外界

19、能量叫做起爆能 。起爆能（initiation power）起爆器材用于起爆炸药的器材。3.1 引言2022/9/9火雷管起爆法导爆管雷管起爆法电雷管起爆法数码电子雷管起爆法 电力起爆法无线起爆法雷管起爆法导爆索起爆法药包起爆法非电起爆法3.1 引言2022/9/93.1 引言 火雷管结构示意图1管壳；2传火孔；3加强帽；4正起爆药；5加强药；6聚能穴2022/9/9引言2022/9/9引言2022/9/9引言 瞬发电雷管 起爆药：二硝基重氮酚 管壳：纸制圆壳，钝化加强药作管底 加强药：黑索金 加强帽：（引火头式）防止受潮、 防止散落、提高装药安全， 增大压力。 电点火装置：桥丝直插式（两根脚

20、线末端焊上4mm桥线，直接插入起爆药） 桥丝引火头式1脚线，2密封塞，3桥丝，4起爆药，5引火药头，6加强冒，7加强药，8管壳电雷管的构造3.2 电雷管2022/9/9 延期电雷管秒延期电雷管： 毫秒延期电雷管：延期药氧化剂 + 可燃剂 + 缓燃剂 。2022/9/93.2 电雷管2022/9/91. 导火索：黑火药，常用导火索100125s/m， 点火材料（点火线、点火棒）导火索火雷管炸药3.3 其它起爆材料2022/9/9 2. 导爆索：黑索金或太恩，药量不小于12g/m。普通导爆索6.2mm，爆速6500m/s；安全导爆索7.3mm，爆速6000m/s。 安全：装药、处理瞎炮安全； 没有

21、杂散电流影响。 爆破效果好：起爆时间准确， 避免间隙效应。 爆破网路设计简单。 无法延期爆破。3.3其它起爆材料2022/9/93. 继爆管：毫秒延期元件 导爆索消爆管、减压室延期药 起爆药、加强药导爆索, 延期时间有：15、30、50、75ms3.3其它起爆材料2022/9/91.起爆电源（1）发爆器（放炮器）： 发电机式、电容式（井下使用） 直流电源（1.5V干电池） 交流器（直流电源 交流高压电） 整流线路（交流高压电 直流高压电）； 充电器（主电容 直流高压电） 充电电压指示（主电容电压达到额定电压后，发光，可以放炮） 3.3电雷管起爆法2022/9/92022/9/9MFB系列发爆器 适用范围与用途MFB系列煤矿用电容式发爆器（以下简称发爆器）适用于具有甲烷、煤尘爆炸性气体混和物的煤矿井下，在周围环境温