爆破工程第四讲

1、爆破工程第四讲 主讲人：阚冬梅复习旧课冲击波：是一种强压缩波，当某物质（物体）以超音速在某种介质中运动时，运行前方一定范围内的介质质点就会受到扰动，并在一定界面上形成强烈的压缩状态，这种压缩在介质中传播，就形成冲击波。特点：冲击波的产生是一系列弱压缩波叠加的结果，是一个由量变到质变的过程，波头是无限陡峭的，冲击波是状态参量不连续的间断面。爆轰波的特点：爆轰波只存在于炸药的爆轰过程当中，爆轰波的传播随着炸药的爆轰结束而终止；爆轰波阵面的宽度远远大于冲击波阵面的宽度，一般0.1-10mm，如硝化甘油为0.2mm，爆轰波阵面参数等于C-J面上的状态参数；爆轰波的参数用C-J面上的参数来表示。 均匀灼

2、热机理特点：需要较大的起爆能；爆速高，化学反应区宽度小，反应时间短。不均匀灼热机理特点： 1需要的起爆能较小；2反应区宽度大，爆速低（反应需要的时间长）。 混合反应机理特性：1反应宽度更大，反应时间长，爆速低；2爆轰过程受更多因素的影响。第二章 炸药爆炸的基本理论-炸药的热化学性能炸药的爆炸反应爆热、爆温、爆容、爆压炸药的爆炸反应炸药的氧平衡：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。所谓完全氧化，即碳原子完全氧化生成二氧化碳，氢原子完全氧化生成水。反映了炸药内含氧量与可燃元素充分氧化所需氧量之间的关系。根据所含氧的多少，可以将炸药的氧平衡分为下列三种不同的情况:

3、正氧平衡、负氧平衡、零氧平衡氧平衡正氧平衡（ Kb 0） 炸药内的含氧量除将可燃元素充分氧化之后尚有剩余，这类炸药称为正氧平衡炸药。正氧平衡炸药未能充分利用其中的氧量，且剩余的氧和游离氮化合时，将生成氮氧化物有毒气体，并吸收热量。不利于发挥炸药的最大威力负氧平衡（Kb0） 炸药内的含氧量不足以使可燃元素充分氧化，这类炸药称为负氧平衡炸药。这类炸药因氧量欠缺，未能充分利用可燃元素，放热量不充分，并且生成可燃性CO等有毒气体。不利于发挥炸药的最大威力零氧平衡（Kb0） 炸药内的含氧量恰好够可燃元素充分氧化，这类炸药称为零氧平衡炸药。零氧平衡炸药因氧和可燃元素都能得到充分利用，故在理想反应条件下，能

4、放出最大热量，而且不会生成有毒气体。氧平衡是设计混合炸药配方、确定炸药使用范围和条件的重要依据。氧平衡值的计算 一般地说，对于含碳、氢、氧、氮的单质炸药或混合炸药，其实验式可用下面通式表示：CaHbOcNd 式中a，b，c，d分别代表在一个炸药分子中碳、氢、氧、氮的原子个数。三种氧平衡的情况： (1) 的炸药为正氧平衡炸药； (2) 的炸药为零氧平衡炸药； (3) 的炸药为负氧平衡炸药 炸药氧平衡的表示方法1、在实际计算中，氧平衡值往往用每克炸药内多余或不足的氧的克数来表示，这时CaHbOcNd炸药的氧平衡可按下式计算： 式中 16氧的原子量；M炸药的分子量。2、氧平衡值也可用百分数来表示，系

5、指每100克炸药所含的多余或不足的氧的克数。习惯上，在正氧平衡数值前冠以“+”号，在负氧平衡数值前冠以“”号。氧平衡值的计算实例硝酸铵。提示：将硝酸铵写成炸药通式应为：C0H4O3N2，M=80克。(2)梯恩梯。提示：梯恩梯写成通式为C7H5O6N3，M=227克 。解：硝酸铵(分子式：NH4NO3 )，KB=3-(0+2) 1680=+0.20 正氧平衡；梯恩梯(分子式：C6H2(NO2)3CH3 )， KB=6-(14+2.5) 16 227=-0.74 负氧平衡。混合炸药的氧平衡：对于一个比较复杂的混合炸药体系来说，虽然可以以一定量为基础，写出实验通式，然后进行计算，但比较复杂。若采用各

6、组分的百分率与其氧平衡值的乘积的总和来计算，则比较简便，即： 式中KB某一组分的氧平衡值；ki某一组分的百分比含量。由上式可知，知道一些常用炸药和物质的氧平衡值，对于计算比较复杂体系的氧平衡值是十分必要的。 实例2号岩石炸药的配比为：硝酸铵84%，梯恩梯11%，木粉4%。其氧平衡为：KB=84% 0.2+11% （-0.74）+4% （-1.37）=0.0318 根据混合炸药氧平衡计算式子还可以设计混合炸药的配比，已知混合炸药的氧平衡值，以及每一种组分的氧平衡值，可以确定各组分的百分比。爆轰产物所谓爆轰产物就是指炸药爆轰时，化学反应区反应终了瞬间的化学反应产物。当然，在反应一瞬间，反应终了瞬间

7、的化学反应产物也可能同周围空气、岩石等其他物质相互作用，发生新的反应，生成新的产物，为了同爆轰产物相区别，把这种产物叫做爆炸产物。爆轰产物中，含有大量的有毒气体，俗称炮烟，在矿山爆破中，经常出现炮烟中毒的事故，所以，必须了解爆轰产物中有毒气体的成份，生成量等，在配制炸药时就要尽量减少有毒气体的生成量。现代工业炸药多采用有机化合物，其中主要成份有碳、氢、氧、氮，炸药爆炸时，爆轰产物有：CO2，NO，NO2，C，N2，O2等。爆轰产物不同，炸药的热效应不同。 爆炸生成物中的有毒气体在实际爆破工作中，由于炸药种类、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。地下工程爆破时，

8、都必须测定其有毒气体生成量，规定其安全(或炮烟)等级。 表2-9 我国地下爆破作业点有毒气体允许浓度名称符号最大允许浓度按体积()按重量(mgm3)一氧化碳氮氧化物(折算成N02)二氧化硫硫化氢氨CON02S02H2SNH3O.00240O.00025O.00050O.000660.00400305151030爆炸反应方程反应方程能够确定反映产物的成分和数量，确定爆炸释放的能量。它是计算炸药爆炸热化学参数和爆轰参数的依据。爆炸反应的特点 反应时间短；爆炸反应及产物受多因素的影响；存在中间反应和产物的二次反应。确定炸药爆炸反应方程的方法理论法：根据化学平衡和质量守衡定律来计算。经验法：以某种热效

9、应或能量原则来确定产物成分。爆热定义：单位质量炸药在定容条件下爆炸所释放的热量称为爆热，其单位是kJkg或kJmol。爆热的计算：生成热：由元素生成1kg或lmol化合物所放出（或吸收）的热量叫做该化合物的生成热。盖斯定律：盖斯定律认为，化学反应的热效应同反应进行的途径无关，当热力过程一定时，热效应只取决于反应的初态和终态。 根据盖斯定律，从状态1到状态3，同状态1经由状态2再到状态3的热效应相等。即Q1-3Q1-2Q2-3爆容：是指每公斤炸药爆炸后生成的气体产物，在标准条件下的体积数，其单位为L/kg。爆温：是指炸药爆炸瞬间所放出的热量将爆生产物加热到的最高温度。爆压：当爆轰结束后，爆炸产物

10、在炸药的原始体积内达到热平衡时流体的静压值称为爆压。课间休息第二章 炸药爆炸的基本理论-炸药的爆炸作用炸药爆炸时形成的爆轰波和高温、高压的爆轰产物，将对周围介质产生强烈的冲击和压缩作用，使周围介质发生变形、破坏、运动和抛掷。炸药对周围介质的各种机械作用统称为爆炸作用。炸药的理论爆炸功炸药做功能力试验-铅铸法炸药猛度试验-铅铸压缩法爆破漏斗试验单位质量炸药在定容条件下爆炸所释放的热量称为爆热，其单位是kJkg或kJmol。它反映了炸药爆炸后释放出热量的多少，是炸药的重要参数之一，是评定炸药爆炸做功能力的重要标志量。单位质量炸药爆炸时，气体产物在标准状态（0C和一个大气压）下的体积，单位L/kg。

11、爆容越大，炸药做功能力越强。(1)炸药的最大作功能力与炸药爆热有关，它随爆热的增大而增大。 (2)炸药的实际作功能力，除爆热Qv外，还与比容V0有关。比容越大，效率越高。(3)绝热指数K: 爆炸产物若含双原子气体多，热容量小，K值大，则作功能力大；若是多原子气体或固体残渣，热容量都较大，则作功能力就小。其实，进行爆破作业时，实际的有效功只占其中很小部分，这是由于？（思考） 实际上，工程爆破作业时，真正用于破碎岩石的能量只占炸药化学能量的很小部分，其中由于炸药的侧向飞散带走部分未反应的炸药，使化学反应不完全，化学能不能完全释放，造成了化学能损失；炸药爆炸释放出的能量一部分随着气体的膨胀释放到空气

12、中，产生空气冲击波，造成气体动能损失；在爆炸过程中由于热传导、热辐射使周围介质加热造成热量损失；用于破碎岩石的能量又有一部分消耗在岩石的过粉碎和塑性变形、不必要的抛掷以及岩石的振动等无效机械功方面。所以用于破碎岩石的有效机械功只占炸药总能量的一少部分，一般松动爆破占15%25%，抛掷爆破占3%6%。炸药威力的测定方法在工程爆破中通常使用相对威力来表示炸药的相对做功能力大小。所谓相对威力，是指选取反映某一炸药做功能力的相对指标作为标准，其他炸药与之相比较得出相对做功能力的大小。炸药的爆力是表示炸药爆炸作功的一个指标，它表示炸药爆炸所产生的冲击波和爆轰气体作用于介质内部，对介质产生压缩、破坏和抛移

13、的作功能力。炸药的爆力愈大，破坏岩石的量就愈多。炸药爆力测定方法有二种： 1铅柱扩孔法 2爆破漏斗法炸药做功能力试验铅铸法 炸药相对做功能力可以用铅铸试验的扩孔值来表示。铅铸法( GB 12436-1990)又称特劳茨法，其原理是将一定质量、一定密度炸药置于铅铸孔内，爆炸后以铅铸孔扩大部分的容积来衡量炸药的做功能力。如图2-24所示，铅铸直径200mm，高200mm，中间有一个直径25 mm，深125mm的小孔。将(10. 00 +0. 01)g炸药装入直径24mm纸筒中，上面放上带圆孔纸板，将其放在内径为(24.5+0.1)mm的专用铜模子中，用专用铜冲子（冲子中心有直径7.5mm，高12m

14、m的突起部分）将炸药压成中心有孔，装药密度为(1. 000.03) g/cm3的药柱。药柱插入一发铜壳电雷管，装入铅铸的孔中，上面用石英砂填满。 图2-24炸药做功能力试验示意图(a)爆炸前的铅铸(b)爆炸后的铅铸1一雷管脚线；2石英砂；3-铜壳电雷管；4-药包；5-铅铸试验以前，以水作为介质测量铅铸孔的容积，记为K。试验后铅铸变成图2-24 (b)的形状，清理孔内残留物，用同样方法测量铅铸爆后炮孔的容积，记为V2，试验后炮孔的容积减去试验前炮孔的容积，即为该炸药的爆力值。X=( V2 - Vl)(1 +K) - 22 式中 Vl -爆前铅铸炮孔的容积，mL; V2-爆后铅铸炮孔的容积，mL；

15、 K-温度修正系数； 22-铜壳电雷管15时的做功能力，mL。铅铸含铅量要求不小于99. 9%，测定温度在15，当测定环境温度不等于15时，应该按表2-12进行修正。每份炸药试样平行两次测定，精确至ImL，误差不超过20mL，取其平均值。几种炸药的爆力值炸药名称爆力（ml）炸药名称爆热（ml）TNT285迭氮化铅110黑索金490二硝基重氮酚230泰安5002#煤矿炸药250苦味酸3352#岩石炸药320爆破漏斗法炸药的猛度及测定 炸药爆炸产生冲击波和应力波的作用强度称为猛度。它表征了炸药动作用的强度，是衡量炸药爆炸特性及爆炸作用的重要指标。 炸药爆炸的冲击破坏能力，取决于动作用阶段的压力及其

16、作用时间，故可用爆轰压力或比冲量来表示。因此，炸药的密度和爆速越高，猛度也越高，即猛度取决于爆轰参数。 猛度的试验测定方法有多种，其基本原理都是找出与爆轰压或头部冲星相关的某个参量作为猛度的相对指标。较普遍采用的测定方法是铝柱压缩法和猛度摆法。 爆破不同性质的岩石，应选择不同猛度的炸药。一般来说，岩石的波阻抗越大，选用炸药的猛度越大；爆破波阻抗较小的岩土时，炸药的猛度不宜过高。表212 几种炸药的铅柱压缩值炸药名称密度（g/ml）铅柱压缩值（mm）TNT1.01617TNT1.218.72#煤矿炸药0.91.010122#露天炸药0.91.08112#岩石炸药0.91.01214铵沥蜡炸药0.

17、91.089EL系列乳化炸药1.11.21619RJ系列乳化炸药1.11.251519爆速（，/，velocity of detonation）的测定方法 爆轰波在炸药药柱中的传播速度称为爆轰速度，简称为爆速，通常以m/s或km/s表示之。 爆速的测定方法可以概括地分为两类：直接测时法和高速摄影法。前者系用各种类型的测时仪和装置测定爆轰波从炸药一点传播至另一点的时间间隔，易于得出爆轰波在两点间传播的平均速度 。后者系利用高速摄影机，借助于爆轰时波阵面的发光现象将爆轰波传播过程的轨迹连续地拍摄下来，可测得爆轰波通过任一点的瞬时速度。 直接测时法1.道特里什法 又称导爆索法，这是一种古老而简便的爆速测定方法具体装置如图214所示。 按下述方法计算出爆速： (226) 式中 D被测炸药的爆速，m/s；D0导爆索的爆速，m/s；l插入导爆索两点间(A、B间)的距离，m；h导爆索中点至爆痕间的距离，m。2计时器测定法利用频率计