炸药与爆炸的基本理论

炸药和爆炸的基本概念炸药的氧平衡炸药的起爆和感度冲击波与爆轰波的基本知识炸药的热化学参数炸药的性能1炸药与爆炸的基本理论1.1炸药和爆炸的基本概念1.1.1爆炸的概念1.1.2爆炸现象及其分类1.1.3炸药的化学反应及其基本形式1.1.4炸药爆炸反应的三要素1.1.5炸药产品及其分类1炸药与爆炸的基本理论1.1炸药和爆炸的基本概念1.1.1概念---什么是爆炸

爆炸（explosion）是一种现象，其基本特征是物质的能量急剧释放并对外界做机械功。

一般特点：在爆炸现象发生的过程中，大量能量在有限空间内急剧释放，产生一个压力极高并向外传播的冲击波，同时生成大量的高温高压气体产物。通过冲击波的冲击作用和高温高压气体产物的膨胀作用，对炸药周围的介质（如岩石）做机械功，可使此介质迅速产生巨大的机械性破坏。外部特征：震动、声、光、热1.1.2爆炸现象及其分类

根据爆炸的性质，可将其分为三类：◆物理爆炸◆化学爆炸◆核爆炸●物理爆炸

由系统的物理变化引起的爆炸。在爆炸前后，物质的化学成份没有变化，发生变化的只是物态（物质的物理性态）。如锅炉爆炸，是由于内部蒸汽压力超过容器的极限强度，但爆炸前后蒸汽的成份相同，都是H20，只不过由高压变成低压罢了。再如自行车车胎爆炸、强放电（如闪电雷击）爆炸等。●化学爆炸由化学变化引起的爆炸称为化学爆炸，在爆炸前后，不仅有物理状态的改变，而且物质的化学成份也发生变化，如炸药的爆炸、瓦斯或煤尘的爆炸等。工程中应用最为广泛的是化学爆炸，而且主要是利用其破坏作用。●核爆炸由核裂变或核聚变引起的爆炸。如U235的裂变或氘、氚、锂的聚变等。1.1.3炸药的化学反应及其基本形式

炸药是不稳定的化学体系，但它在普通环境中处于相对稳定的状态。在接受到外界一定能量的作用之前，一般不会自行发生爆炸反应。在一定的环境条件下，炸药会发生以下四种不同形式的化学变化：分解（热分解）燃烧爆炸爆轰

（1）分解（decomposition）

●缓慢●在整个炸药中展开，没有集中反应区域●其反应速度与环境温度有关

炸药的分解速度随着温度的升高而呈指数地增大。当通风散热条件不好时，分解热不易散失，很容易使炸药温度加速升高，导致炸药的燃烧甚至爆炸。（2）燃烧(combustion)在无氧环境中发生在炸药的局部部区域内开始始发生，形成成燃烧反应区区并逐渐传播播、扩大氧化反应，发发光、发热燃烧反应区的的扩散速度称称为燃烧线速度，通常称为燃烧速度。炸药的燃烧烧速度一般不不超过每秒几几米，其快速速燃烧（每秒秒数百米或更更高）又称爆爆燃（deflagration）。炸药的燃烧速速度低于音速速。炸药在燃烧过过程中，若燃燃烧速度保持持定值，不发发生波动，就就称为稳定燃烧，否则称为不稳定燃烧。。不稳定燃烧一般是由于燃燃烧过程中的的热量传导或或散失不平衡衡所致。不稳稳定燃烧可导导致燃烧的熄熄灭、震荡或或转变为爆炸炸。（3）爆炸（explosion）●在炸药的局局部区域内发发生，形成爆爆炸反应区并并在炸药体系内高速传传播（爆炸反应区的的传播速度称称为爆速）●爆炸反应区区产生爆炸冲冲击波，以高高压作用于相相邻炸药和周围介质●剧烈的氧化化反应，强光光、高热、高高压●爆炸反应一一旦发生，即即与环境温度度无关一般炸药的爆爆速为每秒数数千米，高于于音速。在炸药爆炸过过程中，若爆爆速保持定值值，称为稳定爆炸，否则称为不稳定爆炸。其中，炸药药化学反应区区的传播速度度低于声速时，称为爆燃（Deflagration）。（4）爆轰（detonation）爆轰是指炸药以最大稳定速度度（爆轰波传播播速度）进行行传播的爆炸炸。换言之，，爆轰（detonation）是爆炸的最最高形式。讨论：BasicformsofchemicalreactionDecompositionBurningDeflagration:Noshockwavecanbeobservedinlowexplosivebuttheexplosiveburnswithanextremelyrapidratelowerthansound.Detonation:Aprocessofpropagationofashockwavethroughtheexplosive,whichisaccompaniedbyachemicalreactionthatfurnishesenergytomaintaintheshockwavepropagationinastablemanner.通过燃烧释放炸药的能能量，其速度度相对缓慢；；燃烧是通过热传导和热辐射来传递能量；；燃烧受环境条件的的影响较大。。燃烧和爆燃的速度都是亚音速的，，爆炸则是借助于冲冲击波对炸药药一层层的强强烈冲击压缩缩作用来传递递能量和激起起化学反应的的；爆炸反应比燃烧反反应更为激烈烈，放出热量量的速度和形形成的温度也也更高；爆炸和爆轰的速度则是超超音速的。1.1.4化学爆炸的基基本特征炸药发生化学学爆炸反应时时，必然具有有以下特征：：放出热量反应迅速，速速度极高生成大量气态态产物这是炸药爆炸炸反应所具有有的基本特征征，缺一不可可，故也称之之为炸药爆炸的三三要素。1.1.4炸药爆炸反应应的三要素1）放热反应Ag2C2O4=2Ag+2CO2＋123.3kJ/mol(NH4)C2O4=2NH3+H2O+CO+CO2－263.3kJ/mol2）反应速度极极高5个150g2#铵梯炸药药卷卷的功率约为为1.4X107kW，大致相当于一一个大型水电电站的功率；；煤40,000kj/kg，一般民用炸药药2900～6300kj/kg。2）生成大量气气态产物ZnC2O4=Zn+2CO2-205.00kJ/molCuC2O4=Cu+2CO2+23.86kJ/molAg2C2O4=2Ag+2CO2+123.3kJ/mol炸药爆炸在气气体产物膨胀胀过程中对外外界做机械功功。由于爆炸反应的速速度极高，反应结束瞬瞬间，其能量量几乎全部聚聚集在炸药爆爆炸前所占据据的空间内，，因而能够达达到很高的能量密度。炸药发生爆炸炸变化所达到到的能量密度度比一般燃料料燃烧时达到到的能量密度度要高数百至至数千倍。正是由于这种种原因，爆炸炸过程才具有有巨大的作机械功的能能力和强烈的破坏效应。讨论：可见，放出热热量，生成气气体产物和反反应的高速度度是形成爆炸炸反应的三个个基本条件，，也是化学爆爆炸不同于一一般化学反应应的三个重要要特点。还应应看到，上述述三个条件是是相辅相成的的，缺一不可可，只有它们们的综合效果果才能使化学学反应变化过过程具有爆炸炸的性质。由此可以得出出炸药爆炸的定义：炸药爆炸是一种高速进进行且能持续续自行传播的的化学反应，在此反应过程程中放出大量量的热，并生成大量的的气态产物。讨论：1.1.5炸药产品及其其分类成分特点：氧化剂，还原剂化学特性：不稳定物质质体系。在在接受到到外界能量的作用用之前处处于暂时的的相对稳定的状态态。一定形式和和一定大小小的外界能能量可用于于克服炸药的的这种相对稳定状状态，从而引爆爆炸药。1.1.5炸药及其分分类炸药的品种种繁多，它它们的组成成、物理性性质、化学学性质和爆爆炸性能可可有显著差差异。根据据炸药的某某些特点，，对其进行行归纳分类类，便于研研究和使用用炸药。常见的炸药药的分类方方法有以下下几种：①按炸药的物质质构成分类②按炸药药的主要成分分类③按炸药药的作用特性和和用途分类④按炸药药的物理状态分类根据炸药组成成份的不同，常常把炸药分分为单质炸药和混合炸药两类。单质炸药，，如TNT混合炸药，，如黑火药药、铵油炸炸药（ANFO）和乳化炸炸药按炸药组成分类1）单质炸药（explosivecompound）在民用炸药药与爆破器器材中，单单质炸药大大多用作混合炸炸药的组分分或起爆器材的的装药（例如雷管管、导爆索索等），很很少单独用用来进行爆爆破作业。。按炸药组成分类2）混合炸药（compositeexplosive）黑火药（blackpowder）：用硝酸酸钾、木炭炭粉和硫黄黄粉混合而而制成，一一般含硝酸酸钾约75%。铵油炸药（（ANFO）：由硝酸铵和和柴油混合合而成。乳化炸药（emulsion）：主要成成份为硝酸酸盐水溶液液、可燃剂剂(柴油和石蜡蜡)、发泡剂(亚硝酸钠、、空心玻璃璃球等）和和乳化剂(多脂肪族化化合物)）等。铵梯炸药（ammonite）：其主要要成分是硝硝酸铵加少少量的TNT和木粉混合合而成。混合炸药在爆破工程程领域占有有重要地位。按炸药组成分类根据炸药作作用特性和和用途的不不同，可分分为起爆药、猛炸药、火药和烟火剂四大类。1)起爆药（Primaryexplosive）如雷汞(Mercuryfulminate(Hg(CNO)2))和氮化铅(leadnitride(Pb(N3)2)等，敏感度度高，威力力不一定很很大，一般般用于起爆爆其它炸药药。2)猛炸药（Highexplosive）一般工业炸炸药，如梯梯恩梯和各各类混合炸炸药。感度度较低，威威力较大。。3)发射药（Propelant）如黑火药，，火焰感度度高，多作作为推进剂剂。按作用特性和和用途分类2）猛炸药（highexplosive）猛炸药指那些利用用爆轰所释释放的能量量对周围介质质作功的炸炸药。猛炸药因因其对周围围介质的破破坏作用猛猛烈而得名名。无论军用还还是民用，，大量使用的的仍是由混混合炸药组组成的猛炸炸药。不同的是是民用混合炸炸药以廉价价的硝酸铵为主要成分分，而军用混合炸炸药则很少少使用硝酸酸铵，只是在特特定条件下下将其当作作一种代用用品。按作用特性和和用途分类2）黑火药（blackpowder）黑火药的化化学变化形形式主要是是燃烧，生生成大量气气体和热能能，可用于于抛射或推推射。因此此，又称为为发射药或固体推进剂剂。与黑火药类类似的高分分子复合火火药则主要要用作发射射弹药的能能源，如火火炮的发射射药、火箭箭发动机的的推进剂等等。按作用特性和和用途分类类2）烟火火剂剂（pyrotechniccomposition）烟火火剂剂是是由由氧氧化化剂剂和和可可燃燃剂剂为为主主体体制制成成并并在在燃燃烧烧时时能能产产生生声声、、光光、、热热、、烟烟等等特特定定效效应应的的炸炸药药。。烟烟火火剂剂包包括括照照明明剂剂、、燃燃烧烧剂剂、、烟烟幕幕剂剂、、信信号号剂剂和和曳曳光光弹弹等等，，通通常常用用于于装装填填特特种种弹弹药药或或烟烟火火材材料料，，产产生生特特定定的的烟烟火火效效应应。。按作用用特特性性和和用用途途分类类根据据炸炸药药的的主主要要成成分分，，可可分分为为：：◆雷酸酸盐盐、叠氮氮化化物物类类炸药药◆醇基基硝硝酸酸酯酯类类炸药药◆芳香香族族硝硝基基化化合合物物类类炸药药◆硝甘甘炸药药◆硝铵铵炸药药◆黑火火药药等在民民用用爆爆破破工工程程领领域域，，应应用用最最为为广广泛泛的的是是硝铵铵炸炸药药。按炸炸药药的的主要要成成分分分类类◆固体体炸药药◆液体体炸药药◆气体体炸药药◆多相相炸药药按炸炸药药的的物理理状状态态分类类氧化剂＋还原剂

（Oc）（Ca,Hb,Nd）炸药爆炸H2OCO2等等热!!1炸药药与与爆爆炸炸的的基基本本理理论论1.2炸药药的的氧氧平平衡衡炸药药由由富含含氧氧的的氧化化剂剂和可以以燃燃烧烧的的还原原剂剂构成成。还原原剂剂一一般般为为C和H，但但炸炸药药产产品品大大多多也也含含有有相相当当量量的的N。炸药药的的化化学学构构成成可可以以通通式式的的形形式式表表示示为为：：CaHbOcNd炸药药爆爆炸炸反反应应的的生生成成物物一一般般包包括括：：H2OCO2以及及可可能能的的NO2，NO,CO,NH2,CH4,等等等。。所谓谓氧平平衡衡（oxygenbalance），系系指指炸炸药药自自身身的的含含氧氧量量与与其其生生成成H2O和CO2所需需氧氧量量之之间间的的数数量量关关系系。。一一般般用用每每克克炸炸药药中中剩剩余余或或不不足足氧氧量量的的克克数数或或百百分分数数来来表表示示炸炸药药的的氧平平衡衡状态态。★何谓谓氧平平衡衡？对单单质质炸炸药药:O.B.=16[c-(2a+b/2)]/M对混混合合炸炸药药：：O.B.=∑∑((O.B.)i×ki)当炸炸药药中中成成份份不不同同或或爆爆炸炸条条件件不不同同时时，，根根据据炸炸药药的的氧氧平平衡衡不不同同，，将将可可能能产产生生以以下下几几种种情情况况：：●炸药药的的氧氧平平衡衡（oxygenbalance）(1)零氧氧平平衡衡炸药药中中氧氧的的含含量量恰恰好好能能将将碳碳、、氢氢完完全全氧氧化化，，此此时时炸炸药药的的氧氧平平衡衡为为零零，，即即c-(2a+b/2)＝0◆因氧氧和和可可燃燃元元素素都都得得到到了了充充分分利利用用，，故故在在理理想想反反应应条条件件下下，，炸炸药药的的热热量量释释放放最最为为充充分分，，爆爆炸炸产产物物为为H2O、CO2和N2，不会生成成有毒气气体。(2)正氧平衡衡炸药中的的氧将碳碳、氢完完全氧化化后仍有有剩余，，此时氧氧平衡大大于零，，即c-(2a+b/2)>0◆氧量过剩剩，爆炸炸产物除除H2O、CO2和N2外，爆炸炸反应剩剩余的氧氧将与游游离氮反反应生成成毒性强强烈的氮氮氧化物物NO和NO2。氮的氧氧化反应应是吸热反应应，会相应应降低炸药药的威力力。(3)负氧平衡衡炸药中的的氧含量量不足以以将碳、、氢完全全氧化，，此时氧氧平衡小小于零，，即c-(2a+b/2)<0◆负氧平衡衡炸药：：由于氧氧的不足足，爆炸炸产物除除有H2O、CO2和N2外，因部部分C不能充分分氧化而而形成有毒气体体CO（负氧严严重时还还会生成成固态C），炸药药威力相应应降低。另外外，负负氧平平衡炸炸药的的产物物中的的双原原子气气体，，可能能增加加生成成气体体的数数量和和体积积。炸药的的氧平平衡状状态的的影响响：▲爆生气气体产产物的的种类类和体体积▲有毒气气体含含量▲炸药的的爆炸炸威力力（对对外界界做机机械功功的能能力））对于工工业炸炸药，，一般般应使使其氧氧平衡衡处于于弱负氧氧平衡衡状态。。一般的的工业业炸药药是混合炸炸药，可通通过调调节其其成分分配比来控制制其氧氧平衡衡。例1：计算算硝酸酸铵（（NH4NO3）的氧氧平衡衡值。。解：硝硝酸铵铵的通通式为为C0H4O3N2,M=80例2：计算算2号岩石石铵梯梯炸药药的氧氧平衡衡值已知2号岩石石铵梯梯炸药药的配配方为为硝酸酸铵85%，梯恩恩梯11%，木粉粉4%，计算算2号岩石石铵梯梯炸药药的氧氧平衡衡值。。解：由由表1-1查得，，硝酸酸铵、、梯恩恩梯和和木粉粉的氧氧平衡衡分别别为0.2、-0.74和-1.37,由式1-2）得：：OB=0.2××0.85＋(-0.74×0.11)+(-1.37×0.04)＝0.0334（g/g）1.3.1炸药的的起爆爆炸药是是一种种处于于暂时时相对对稳定定的不不稳定定化学学体系系，要要使其其发生生爆炸炸变化化必须须要由由外界界施加加一定定的能能量。。通常常将外外界施施加给给炸药药某一一局部部而引引起炸炸药爆爆炸的的能量量称为为起爆能能，而引引起炸炸药发发生爆爆炸的的过程程称为为起爆。起起爆能能的三三种形形式：：(1)热能：火星星（焰焰）、、热(2)机械能能：撞击击、摩摩擦(3)爆炸冲冲能：一种种炸药药起爆爆另一一种炸炸药1.3炸药的的起爆爆和感感度1.3.2起爆机机理1）活化化能理理论——热起爆爆机理理的来来源活化能能：使物质质的一一般分分子变变为活活化分分子所所需吸吸收的的最小小能量量，称称为该该物质质分子子的活化能能。活化能能理论论认为为：任任何化化学反反应，，只有有在具具有活活化能能量的的活化化分子子互相相接触触和碰碰撞时时，才才能发发生。。外能作作用使使分子子获得得能量量并转转化为为内能能，达达到一一定能能量级级时可可使分分子活活化。。一般炸炸药的的分子子活化化能约约为30～60千卡/克分子子。炸炸药爆爆炸时时释放放的热热量为为200～300千卡/克分子子以上上。2）机械械能起起爆理理论(1)热点学学说——灼热核核理论论机械作作用——能量集集中在在个别别点上上——温度升升高——起爆温温度——热点发发生爆爆炸——由小点点（热热点））——全断面面“灼热核核”：在机机械作作用下下，首首先达达到起起爆温温度的的局部部小区区。起起爆尺尺寸要要求：：半径径约为为10-3～10-5cm.(一般分分子半半径10-8cm)。(2)热点形形成原原因（（灼热热核形形成途途径））炸药中中微小小气泡泡的绝绝热压压缩空空气（（加热热20个大气气压））温度度可达达500℃左右。。应用用：乳乳化炸炸药等等加气气泡可可提高高感度度。炸药颗颗粒间间的强强烈摩摩擦应应用：：炸药药中掺掺砂可可使感感度提提高。。高粘性性液体体炸药药的流流动生生热。。3）爆炸炸冲能能起爆爆利用一一种炸炸药爆爆炸后后产生生的冲冲击波波起爆爆另一一种炸炸药。。爆炸冲冲能起起爆过过程：：炸药A爆炸——形成冲冲击波波——传播到到并作作用于于炸药药B——形成热热点（（灼热热核））——炸药B爆炸。。其它起起爆能能：光光能、、超声声波、、粒子子轰击击、静静电效效应、、电磁磁辐射射1.3.3炸药的的敏感感度（（感度度）炸药在在外界界能量量作用用下发发生爆爆炸的的难易易程度度称为为该炸炸药的的敏感感度（（sensitivity）。炸炸药的的敏感感度高高低与与所需需起爆爆能的的多少少成反反比。。起起爆爆能的的形式式：*热能*电能*机械能能*爆炸冲冲能感感度分分类：：如热热感度度、火火焰感感度、、摩擦擦感度度、撞撞击感感度、、爆炸炸冲能能感度度（起起爆感感度冲冲击波波感度度）及及静电电感度度等。。炸药对对不同形形式的的外界界能量量作用所所表现现出的的感度度是不不一样样的。。换言言之，，炸药的的感度度与不不同形形式的的起爆爆能并并不存存在固固定的的比例例关系系。因此此，不不能简简单地地以炸炸药对对某种种起爆爆能的的感度度等效效地衡衡量它它对另另一种种起爆爆能的的感度度。希望望:在使使用用的的时时候候具具有有高高感感度度其它它情情况况下下具具有有低低感感度度使用用感感度度～～正正常常起起爆爆能能危险险感感度度～非非正正常常起起爆爆能能1）炸炸药药的的热热感感度度炸药药的的热感感度度（sensitivitytoheat）是是指指在在热热的的作作用用下下，，炸炸药药发发生生爆爆炸炸的的难难易易程程度度。。热作作用用的的方方式式主主要要有有两两种种：：均匀匀加加热热和火焰焰点点火火，习习惯惯上上把把均均匀匀加加热热时时炸炸药药的的感感度度称称为为热感感度度，把把火火焰焰点点火火时时的的炸炸药药感感度度称称为为火焰焰感感度度（sensitivitytoflame）。。炸药药的的热感感度度通常常用用爆爆发发点点（（detonationpoint）表表示示。。爆发发点点是指指炸炸药药在在一一定定的的受受热热条条件件下下，，经经过过一一定定的的延延滞滞期期，，发发生生爆爆炸炸时时加加热热介介质质的的最最低低温温度度。。很很显显然然，，爆爆发发点点越越高高，，则则说说明明该该炸炸药药的的热热感感度度越越低低。。在工业生产产中，用爆发点测定定仪来测定炸药药的爆发点点，做爆发发点量测实实验时延滞滞期一般取取5min为标准。表表1-2列出了几种种炸药的爆爆发点。图1－1爆发点测定定器1—合金浴锅；；2—电阻丝；3—隔热层；4—铜管；5—温度计；6—炸药火焰感度用用上限距离和下限距离表示。用导导火索点燃燃装入加强强帽中的1g炸药，以6次实验结果果为准。上限距离是100%爆炸的最大大距离，下限距离离是100%不爆炸的最小距离离。上限距离越越大，火焰焰感度越大大；下限距离越越小，火焰焰感度越小小。上限距离表表示炸药起爆的难易易程度，下限距离离表示炸药对火焰焰的安全性性。2）炸药的机机械感度炸药的机械感度是指炸药在在机械作用用下发生爆爆炸的难易易程度。机机械作用的的形式很多多，如撞击击、摩擦、、针刺等，，其中撞击击和摩擦是是最为常见见的两种形形式。(1)撞击感度在机械撞击击的作用下下，炸药发发生爆炸的的难易程度度称为炸药药的撞击感度（sensitivitytoimpact）。炸药的撞击击感度通常常借助于立式落锤仪仪测定。测定的基本本步骤是将将一定质量量的炸药试试样（30mg或50mg）放在击发发装置内，，让一定质质量的落锤锤（10kg或2kg）自规定的的高度（250mm或500mm）自由落下下，撞击击击发装置内内的炸药试试样，根据据火花、烟烟雾或声响响结果来判判断炸药试试样是否发发生爆炸。。撞击25次后，计算算该炸药试试样的爆炸概率P，并用P来表示炸药药试样的撞撞击感度。。(2)摩擦感度在机械摩擦擦的作用下下，炸药发发生爆炸的的难易程度度称为炸药药摩擦感度（sensitivitytofriction)。炸药摩擦感感度的测定定采用摆式摩擦仪仪。测定时将将一定质量量的炸药试试样（20mg或30mg），装入上上下滑柱间间，通过装装置给上下下滑柱施加加规定的静静压力。摆摆锤重1500g。摆角可根根据炸药的的感度取80°、90°或96°释放摆锤，，摆锤打击击击杆，上上下滑柱产产生水平相相对位移，，摩擦炸药药试样，判判断炸药试试样式样是是否爆炸。。试验25次，计算炸炸药试样的的爆炸概率率P（式1-6），并用P来表示炸药药试样的摩摩擦感度。。3）起爆感度度炸药的起爆感度（sensitivitytodetonation）也叫起爆爆冲能感度度、爆轰感感度，是指指在其它炸炸药（起爆爆药、起爆爆具等）的的爆炸作用用下，猛炸炸药发生爆爆轰的难易易程度。猛炸药对起起爆药爆轰轰的感度，，一般用最小起爆药药量来表示，即即在一定的的实验条件件下，能引起猛炸药药完全爆轰轰所需的最最小起爆药药量。最小起爆爆药量越小小，则表明明猛炸药对对起爆药的的爆轰感度度越大；反反之，最小小起爆药量量越大，则则表明猛炸炸药对起爆爆药的爆轰轰感度越小小。对于于一一些些起起爆爆感感度度较较低低的的工工业业炸炸药药，，如如铵铵油油炸炸药药，，用用少少量量的的起起爆爆药药（（如如1发8号工工业业雷雷管管））是是难难以以使使其其可可靠靠爆爆轰轰的的。。这这类类炸炸药药的的爆爆轰轰感感度度不不能能用用最最小小起起爆爆药药量量来来表表示示的的，，而而只只能能用用威威力力较较大大的的起起爆爆药药柱柱的的最最小小质质量量来来表表示示。。在工工程程爆爆破破中中，，习习惯惯上上用用雷管管感感度度(capsensitivity)来区区分分工工业业炸炸药药的的起起爆爆感感度度。。凡凡能能用用1发8号工工业业雷雷管管可可靠靠起起爆爆的的炸炸药药称称其其具具有有雷雷管管感感度度，，凡凡不不能能用用1发8号工工业业雷雷管管可可靠靠起起爆爆的的炸炸药药称称其其不具具有有雷雷管管感感度度。1.3.4炸药药感感度度的的影影响响因因素素炸药药的的感感度度一一方方面面与与自自身身的的结结构构和和物物理理化化学学性性质质有有关关，，如如成成份份、、分分子子结结构构、、分分子子中中原原子子间间的的键键能能、、生生成成热热、、活活化化能能等等；；另另一一方方面面还还与与炸炸药药的的物物理理状状态态和和装装药药条条件件有有关关。。▲炸药温温度▲炸药物物理状状态与与晶体体形态态▲炸药颗颗粒度度▲装药密密度▲添加物物炸药的的物理理状态态和装装药条条件对对感度度的影影响主主要表表现在在：1）炸药药温度度的影影响随着温温度的的增高高，炸炸药的的各种种感度度都增增加。。在高高温介介质中中爆破破时，，更应应重视视这一一点。。2）炸药药物理理状态态与晶晶体形形态的的影响响铵梯炸炸药受受潮结结块时时，感感度明明显下下降；；硝化化甘油油炸药药冻结结时，，晶体体形态态发生生变化化，敏敏感度度明显显提高高。硝硝铵类类炸药药因硝硝酸铵铵原料料结晶晶不同同而影影响感感度。3）炸药药颗粒粒度的的影响响炸药的的颗粒粒度主主要影影响炸炸药的的爆轰轰感度度，一一般颗颗粒越越小，，炸药药的爆爆轰感感度越越大。。例如如100%通过2500目的梯梯恩梯梯极限限起爆爆药量量为0.1g，而从从溶液液中快快速结结晶的的超细细梯恩恩梯的的极限限起爆爆药量量为0.04g。4）装药药密度度的影影响装药密密度主主要影影响起爆感感度和火焰感感度。通常常，粉粉状炸炸药的的装药药密度度有一一最佳佳范围围，超超出这这一范范围，，随着着装药药密度度的增增加，，炸药药的起起爆感感度和和火焰焰感度度都会会下降降。粉粉状铵铵梯炸炸药的的装药药密度度大于于1.2g/cm3时，容容易出出现拒拒爆；；密度度大于于1.5g/cm3时易达达到极极限密密度而而“压压死””。5）添加加物的的影响响在炸药药中掺掺入某某些物物质可可以显显著改改变炸炸药的的机械械感度度。添添加物物对炸炸药机机械感感度的的影响响主要要取决决于添添加物物的性性质，，即硬硬度、、熔点点及粒粒度等等。当当添加加物的的硬度度较高高时(如石英英砂、、碎玻玻璃)，可能能使炸炸药的的机械械感度度增高高，这这类物物质叫叫增感剂剂。另外外一类类较软软且热容量量大的物质质，如如水、、石蜡蜡等，，掺入入后使使炸药药感度度降低低，这这类物物质称称为钝感剂剂。1.4.1冲击波波(shockwave)的概念念物质的的状态态可用用压力力ｐ、密度度ρ、温度度Ｔ、移动动速度度ｖ等参数数表征征。物物质在在外界界的作作用下下状态态参数数（压压力ｐｐ、密密度ρ、温度度Ｔ、、质点点移动动速度度ｖ））会发发生一一定的的变化化，物物质局局部状状态的的变化化称为为扰动。如果果外界界作用用只引引起物物质状状态参参数发发生微微小的的变化化，这这种扰扰动称称为弱扰动动；如果果外界界作用用引起起物质质状态态参数数发生生显著著的变变化，，这种种扰动动称为为强扰动动。1.4炸药的的传爆爆过程程1.4炸药的的传爆爆过程程扰动在在介质质中的的传播播称为为波。在波的的传播播过程程中，，介质质原始始状态态与扰扰动状状态的的交界界面称称为波阵面面（或波头）。波阵面面的移移动方方向就就是波波的传传播方方向，，波的的传播播方向向与介介质质质点震震动方方向平平行的的波称称为纵波；波的的传播播方向向与介介质质质点震震动方方向垂垂直的的波称称为横波。波阵阵面在在其法法线方方向上上的位位移速速度称称为波速。按波阵阵面形形状不不同，，波可可分为为平面面波、、柱面面波、、球面面波等等。扰动波波传播播过程程中，，按照照扰动动前后后介质质状态态参数数变化化的不不同，，可以以分为为压缩缩波与与稀疏疏波。。(1)压缩波波受扰动动后波波阵面面上介介质的的压力力、密密度均均增加加的波波称为为压缩波波（pressurewave）。特点：波阵阵面达达到之之处，，介质质压力力、密密度等等参数数增大大。波波的传传播方方向与与介质质的运运动方方向一一致。。(2)稀疏波波受扰动动后波波阵面面上介介质的的压力力、密密度均均减小小的波波称为为膨胀波波（expansionwave）或稀疏波波。特点：波震震面达达到之之处，，介质质压力力、密密度等等参数数减小小。波波的传传播方方向与与介质质的运运动方方向相相反。。波阵面R0R2R1P0,ρ0,T0P1，ρ1，T1P2，ρ2，T2(3)冲击波波的形形成类似于于活塞塞在管管中作作加速速运动动，后后面的的波速速都比比前面面的大大，于于是产产生波波的叠叠加、、积累累，在在压缩缩区与与未压压缩区区之间间形成成一个个明显显的压压力、、密度度、温温度均均突变变的界界面。。此时时此处处：P＞＞P０，ρ＞＞ρ０，T＞＞T０→形成成冲击击波。。(4)冲击波波定义义冲击波波（shockwave）是一一种在在介质质中以以超声声速传传播的的并具具有压压力突突然跃跃升然然后缓缓慢下下降特特征的的一种种高强强度压压力波波。(5)冲击波波的特特征（（与声声波的的区别别）项目冲击波音速速度冲击波速度远大于音速波阵面状态参数突跃变化无变化波阵面介质参数发生位移只振不移波速与强度有关与强度无关1.4.2爆轰与与爆轰轰波(1)概念炸药被被激发发起爆爆后，，首先先在激激发点点局部部区域域发生生爆炸炸反应应，瞬瞬间产产生大大量高高温、、高压压气体体产物物，并并以冲击波波的形式式强烈烈作用用于邻邻近的的炸药药（层层），，使邻邻近炸炸药层层的压压力、、温度度和密密度产产生突突跃式式上升升，进进而引引起该该炸药药层的的爆炸炸反应应，生生成大大量高高温、、高压压气体体产物物，并并以冲冲击和和压缩缩的形形式强强烈作作用于于邻近近的炸炸药（（层））。这种由由冲击击波在在炸药药中传传播激激起的的爆炸炸反应应称为为爆轰（detonation）。这种由由炸药药的爆爆炸反反应供供给能能量并并在炸炸药中中稳定定传播播的冲冲击波波，称称为爆轰波波（detonationwave）。爆轰波波沿炸炸药装装药传传播的的速度度即为为爆轰轰波波波速，，即炸炸药的的爆速(detonationvelocity)。（2）爆轰轰波结结构炸药在在外能能作用用下被被引爆爆，在在炸药药中产产生冲冲击波波。以以柱状状装药药为例例（图图1-3），相相邻炸炸药层层在此此冲击击波的的高压压作用用下形形成一一压缩缩区0—1（其厚厚度约约10-5cm），压压缩去去内的的压力力、密密度、、温度度都呈呈突跃跃式升升高。。随着冲冲击波波的传传播，，新压压缩区区的产产生，，原压压缩区区成为为化学学反应应区，，反应应在1-1面开始始发生生，在在2-2面完毕毕；再再随着着冲击击波的的前进进，新新的化化学反反应区区的形形成，，原化化学反反应区区又成成为反反应产产物区区。化化学反反应放放出的的能量量，不不断维维持着着波阵阵面上上压力力、温温度等等参数数的稳稳定，，其余余能量量消耗耗于爆爆炸气气体产产物的的膨胀胀等。。当这这种状状态得得以保保持时时，冲冲击波波即以以稳定定速度度沿炸炸药包包长度度方向向向前前传播播。距离压力102102未反应区化学反应区图1-3爆轰波波传播播示意意图爆炸产产物区区（膨胀胀区））由此可可见：：①爆轰波波只存存在于于炸药药的爆爆轰过过程中中。②爆轰波波总伴伴随着着一个个化学学反应应区，，该区区的化化学反反应为为爆轰轰波的的传播播持续续提供供能量量。0—2区间称称为爆爆轰波波波阵阵面的的厚度度（约约0.1mm～2.5cm），因因炸药药种类类而异异。③爆爆轰波波参数数指2-2截面（（C-J面,Chapman-Juguetplane）上的的状态态参数数。爆轰波的参参数具有稳稳定性，即即波阵面上上的参数及及其厚度不不随时间而而变化，直直至爆轰终终了。0—0面前，炸药药未受扰动动；0—0面和1—1面之间，炸炸药被压缩缩，但尚未未开始反应应，因其厚厚度和一个个分子的自自由路程同同数量级。。1—1面和2—2面之间是化化学反应区区，一般宽宽度：单质：0.1～1mm混合：2～3cm以上。2—2面后是爆轰轰产物区，，2-2面为化学反反应结束面面，称为爆爆轰波波阵阵面,即Ｃ-Ｊ面。C—J面上的状态态参数称做做爆轰波参参数或爆轰轰参数：爆轰压力（detonationpressure）爆轰温度（detonationtemperature）(3)爆轰波的特特征爆轰波冲击波传播介质一定是在炸药中不一定化学反应有一般无能量补充有一般无传播过程状态参数P，ρ，T，U，D恒定迅速衰减(4)爆轰波的参参数由于爆轰波波是冲击波波的一种，，所以表达达爆轰波参参数关系的基本方程程推导方法法与冲击波波大致相似似。Ｃ－Ｊ面上上爆轰气体体产物的移移动速度：：Ｃ－Ｊ面上上爆轰气体体产物压力力：Ｃ－Ｊ面上上爆轰气体体产物温度度：Ｃ－Ｊ面上上爆轰产物物的密度：：Ｃ－Ｊ面上上爆轰气体体产物的比比容：爆速与爆热热的关系：：上述各式中中符号的物物理意义：：Tb表示爆温，，Qv表示爆热，ρ0表示密度，，K为系数。对对于凝聚炸炸药，一般般取K=3。爆轰产物质质点移动速速度比爆速速小，但随随爆速增大大而增大。。爆轰压力取取决于装药药的爆速和和密度。爆轰刚结束束时，爆轰轰产物的密密度大于炸炸药的初始始密度。(5)爆轰反应机机理根据炸药的的化学组成成以及装药药的物理状态不同，可以以把炸药的的爆轰反应机机理分为：均匀灼烧机机理不均匀灼烧烧机理①均匀灼烧机机理均匀灼烧机机理又称整体反应机理，它是是指炸药在在强冲击波波作用下，，爆轰波波波阵面上的的炸药受到到强烈的绝热压缩，使受压缩缩炸药的温度均匀地地升高，化学反应是是在反应区区的整个面面积内进行行的。这种机理多多发生在结结构均匀的的固体炸药药（如单质质炸药）以以及无气泡泡和无杂质质的均匀液液体炸药，，即所谓的的均相炸药药中。这种种炸药的反反应速度非非常迅速。。一般认为为该类炸药药爆速达6000-8000m/s。②不均匀灼烧烧机理不均匀灼烧烧机理是指指自身结构不不均匀的炸药，如如松散多空空隙的单质质和混合炸炸药（包括括固体粉（（粒）状炸炸药、晶体体炸药，以以及含有大大量气泡和和杂质的液液体炸药或或胶质炸药药等），在在冲击波的的作用下受受到强烈压压缩，整个个压缩层炸炸药的温度度并不是均均匀地升高高并发生灼灼烧，而是是个别点的的温度升得得很高，形形成“热点”并先发生化化学反应，，然后再导导致整个炸炸药层的化化学反应。。(6)传爆的稳定定性及其影影响因素①柱状装药的的药卷直径径与侧向扩散效效应用相同的起起爆能量，，引爆不同同直径的药药卷时，药药卷的爆速速和稳定传传爆的情况况有很大不不同，原因因在于传爆爆过程中的的侧向扩散效效应。炸药一定，，则炸药颗颗粒从开始始反应到反反应完成所所需时间一一定，反应区宽度度l一定；炸药一定，，约束条件件一定，侧向扩散角角度α一定。BALeLp爆炸产物区未反应炸药反应区压缩区BALｐ爆炸产物区未反应炸药反应区压缩区图1-5侧向扩散对对化学反应应区结构的的影响Ａ-侧向扩散区区；Ｂ-有效反应区区临界直径dc：如d<dc，则因侧向向扩散效应应，药柱截截面上所有有炸药颗粒粒的化学反反应都还没没完成即发发生侧向扩扩散，使得得实际的反应应区厚度Le（反应时间间）小于炸炸药完全反反应所需的的宽度Lp（时间），，造成炸药药能量释放不不完全、不充分。。如此，不仅仅对外界做做功的能力力小，而且且导致波阵阵面压力等等参数下降降，最终导导致不稳定传爆爆。最大直径dm：如d≥dm，则侧向扩扩散就不会会影响到炸炸药的稳定传爆。。此时药柱截截面上部分分炸药颗粒粒的化学反反应得以完完成，其实实际的反应应区宽度等等于炸药完完全反应所所需的宽度度，炸药能能量释放完完全、充分分，波阵面面压力等参参数稳定，，形成稳定传爆。保证炸药稳定传爆的的必要条件件：dc≤d≤dmIIIIII图1-4稳定爆轰与与药卷直径径的关系I-理想爆轰区区；II-稳定爆轰区区；III-不稳定爆轰轰区②装药密度的的影响对单质炸药而言，爆速随密度度增大而增增大。而混合炸药的情况就复复杂一些。。在一定密度度范围内，，爆速随密度增大而而增大，当当密度增大大到某一定定值时，爆爆速达到其其最大值，但此后后若密度进进一步增大大，爆速却却反而下降降，而且密密度大到超过某一定定值时就会会发生所谓谓“压死”的拒爆现象象。这是因为，，在起爆能能作用下由由氧化剂和和可燃剂组组成的混合合炸药的各组分分，先以不不同速度单单独发生分分解，然后后由分解产产物相互作作用完成爆爆轰反应。。装药密度度过大，炸炸药各组分分颗粒间的的孔隙过小小，不利于于分解产物物的相互混混合和反应应，从而导导致反应速速度下降直直至熄爆。。图1-6混合炸药装装药密度对对爆速和爆爆轰稳定性性的影响③其它影响因因素一般地说，，其它影响响因素有：：炸药本身的的特性、掺掺合物数量与性质、、起爆能的的大小与方方式、炸药药的初始温温度（对含水炸炸药的影响尤尤为显著））和爆炸的的约束条件。1.5炸药的热化化学参数炸药发生爆爆炸反应的的几个主要要参数为：：爆热、爆爆压、爆温温和爆炸功功。1.5.1爆热在一定条件件下，单位位质量炸药药爆炸时放放出的热量量称为炸药药的爆热（heatofexplosion）。通常以以1mol或1kg炸药爆炸所所释放的热热量表示（（kJ/mol或kJ/kg）。炸药的爆炸炸变化极为为迅速，可可以看作是是在定容条条件下进行行的，而且且定容热效效应可以更更直接地表表示炸药的的能量性质质，因此炸炸药的爆热热均指定容容爆热。(1)爆热测定炸药的爆热热是在实验验室使用一一种专门的的装置—爆热弹进行测定，，经实验和和计算得到到。表1-4列出了几种种常见炸药药的爆热实实验值。(2)提高爆热的的方法提高炸药爆爆热对于提提高炸药的的作功能力力具有重要要意义,通常用来提提高炸药爆爆热的途径径主要有以以下两个方方面：①改善炸药的的氧平衡为使炸药内内可燃元素素或可燃剂剂完全氧化化放出最大大热量，应应使炸药尽尽量接近于于零氧平衡衡。不过同同属于零氧氧平衡的炸炸药所放出出的能量也也不相同，，一般含氢氢量高的炸炸药能量较较大，这是是由于氢完完全氧化为为水所放出出的热量较较高的缘故故。此外，零氧平平衡炸药放出出的热量还与与炸药化学反反应的完全程程度有关，而而后者又决定定于炸药粒度度、混药质量量、装药条件件和爆炸条件件等许多因素素。②加入高能元素素或高能量的的可燃剂在单质炸药中中引入铍、铝铝等高能元素素可以适量提提高其爆热，，例如，在黑黑索金中加入入适量的镁粉粉，爆热可提提高50%。在混合炸药药中加入铝粉粉、镁粉等是是获得高爆热热炸药常用的的方法。这是是因为这些金金属粉末不仅仅能与氧元素素进行氧化反反应，放出大大量的热，而而且还可以和和炸药爆炸产产物中的CO2、H2O产生二次反应应，而这些反反应都是剧烈烈的放热反应应，从而可以以增大爆热。。1.5.2爆压爆压是指炸药爆炸炸瞬间，爆炸炸气体未做功功之前对周围围介质的最大大压力。工业业炸药的爆压压一般可以达达到1.5×1010～3.0×1010Pa。这样高的爆爆压是压缩能能的积聚造成成的，是对外外做功的必要要条件。1.5.3爆温炸药爆炸时爆爆炸中心能达达到的最高温温度叫爆温，，即爆炸热量量尚未耗散而而全部赋存于于爆炸产物，，使爆炸产物物所能达到的的最高温度。。常用工业炸炸药的爆温在在2000～3000ºC之间。1.5.4爆炸功炸药爆炸过程程中的做功能能力叫爆炸功功。通常是用用爆炸产物作作绝热膨胀时时，从开始膨膨胀到爆炸产产物温度回降降到炸药初温温时所做的全全部功来表示示。表1-5几种炸药的爆爆炸功炸药名称硝化甘油TNT黑索金硝酸铵硝铵炸药爆炸功(KJ/KG)2.59×1071.76×1072.63×1076.02×1073～4×1061.6炸药的爆炸性性能炸药的爆炸性性能（使用性性能）主要取取决于以下因因素，一是炸炸药的组成和和结构，二是是炸药的加工工工艺，三是是炸药的装药药状态和使用用条件。本节节主要介绍炸炸药的爆速、、作功能力、、猛度和殉爆爆距离等性能能指标。2号岩石炸药1.6.1爆速爆轰波沿炸药药装药传播的的速度称为爆速（detonationvelocity）。爆速是炸炸药的重要性性能指标之一一，也是目前前唯一能准确确测量的爆轰轰参数。1）影响爆速的的因素(1)药柱直径当药柱为理想想封闭，爆轰轰产物不发生生径向流动（（侧向扩散））时，炸药所所能达到的爆爆速称为理想爆速。由于药柱不不可能是理想想封闭的，故故实际爆速低低于理想爆速速且与药柱直直径大小有关关。炸药的实实际爆速与理理想爆速之间间存在下式所所示的关系：：式中：D—炸药的实际爆爆速；DH—炸药的理想爆爆速；a—爆轰反应区厚厚度；dc—药柱直径。该式表明，爆爆速随药柱直直径增大而增增大；当药柱柱直径趋于无无穷大时，爆爆速趋于理想想爆速。实际际上，由于反反应区厚度很很小，故药柱柱直径增大到到一定值后，，爆速就已经经接近理想爆爆速。接近理理想爆速的药药柱直径dL称为极限直径径。反应区厚厚度愈小，极极限直径就愈愈小。反之，减小药药柱直径，爆爆速将相应降降低。当药柱柱直径减小到到一定值后，，爆轰波就不不能稳定传播播，最终将导导致熄爆。这这是因为有效效能量已减小小到不再能支支持爆轰波的的稳定传播。。爆轰波能稳稳定传播的最最小药柱直径径dK称为临界直径（criticaldiameter）。临界直径径时的爆速称称为临界爆速。理论研究表明明，临界直径径愈小，接近近理想爆速的的极限直径也也愈小。表1-6给出了几种炸炸药的临界直直径值。从表表1-6可以看出，临临界直径与炸炸药的化学本本性有很大的的关系：起爆爆药的临界直直径最小，其其次为单质高高猛炸药，硝硝酸铵和硝铵铵类混合炸药药的临界直径径则较大。(2)炸药密度增大炸药的密密度可以提高高理想爆速，，但临界直径径和极限直径径也将发生变变化。对于大大多数单质炸炸药，其临界界直径和极限限直径都随装装药密度的增增加而减小；；但对于混合合炸药，尤其其是硝铵类混混合炸药，密密度超过一定定值后，临界界直径随密度度增大而显著著增大。对单质炸药，，因增大密度度既提高了理理想爆速，又又减小了临界界直径，故当当药柱直径一一定时，爆速速是随密度增增大而增加的的。对于硝硝铵类类混合合炸药药，密密度与与爆速速的关关系比比较复复杂。。这是是因为为增大大密度度虽能能提高高理想想爆速速，但但也相相应地地增大大了临临界直直径。。试验验研究究和理理论分分析都都证明明，当当药柱柱直径径一定定时，，存在在有使使爆速速达最最大的的密度度值。。这个个密度度称为为最佳密密度。超过过最佳佳密度度后，，再继继续增增大密密度，，就会会导致致爆速速下降降。当当爆速速下降降到临临界爆爆速，，或临临界直直径增增大到到与药药柱直直径相相等时时，爆爆轰波波就不不再能能够稳稳定传传播，，最终终导致致熄爆爆。爆爆轰波波尚能能稳定定传爆爆的最最大密密度称称为临界密密度。(3)药柱外外壳药柱外外壳不不会影影响炸炸药的的理想想爆速速，所所以当当药柱柱直径径较大大，爆爆速已已接近近理想想爆速速的情情况下下，外外壳的的作用用不大大。但但外壳壳能够够减小小炸药药的临临界直直径，，所以以当药药柱直直径较较小、、爆速速距理理想爆爆速相相差较较大时时，增增加外外壳可可以提提高爆爆速，，其效效果与与加大大药柱柱直径径相同同。影响混合炸炸药爆速的的还有炸药药颗粒的细细度、混合合均匀度、、混药温度度和时间等等多种因素素。对这些些因素的控控制都发生生在炸药的的生产过程程中，此不不赘述。2）工业炸药药爆速的测测定(1)导爆索法导爆索法又又称道特里里什（Dautriche）法。其原原理是利用用已知爆速的的导爆索测测定炸药的的爆速。图1－8导爆索法测测爆速装置置1－被测炸药药；2－导爆索；；3－铅（或铝铝）板；4－雷管；5－导爆索中中点；6－爆轰波相相遇点。在图1-8中，待测炸炸药爆轰波波从Ａ点到到Ｂ点所用用时间为l/D(l为A、B之间距离，，D为待测炸药药爆速),爆轰波在导导爆索中经经A传爆到Ｋ的的时间为(0.5Ｌ+h）/D0,爆轰波在导导爆索中经经B传爆到Ｋ的的时间为(0.5Ｌ-