1、1炸藥爆炸基本理論基本概念1.1.1爆炸及其分類自然界有各種各樣的爆炸現(xiàn)象，如自行車爆胎、燃放鞭炮、鍋爐爆炸、原子 彈爆炸等。爆炸時(shí)，往往伴有強(qiáng)烈的發(fā)光、聲響和破壞效應(yīng)。從廣義的角度來(lái)看， 爆炸是指物質(zhì)的物理形態(tài)或化學(xué)性質(zhì)發(fā)生急劇變化，在變化過(guò)程中伴隨有能量的 快速轉(zhuǎn)化，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械壓縮能，且使原來(lái)的物質(zhì)或其變化產(chǎn)物及周圍介質(zhì)產(chǎn) 生運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生巨大的機(jī)械破壞效應(yīng)。按引起爆炸的原因不同，可將爆炸區(qū)分為物理爆炸、核爆炸和化學(xué)爆炸三類。物理爆炸這是由物理原因造成的爆炸，爆炸不發(fā)生化學(xué)變化。例如鍋爐爆炸、氧氣瓶 爆炸、輪胎爆胎等都是物理爆炸。在實(shí)際生產(chǎn)中，除了煤礦利用內(nèi)裝壓縮空氣或 二氧化碳的爆破

2、筒落煤外，很少應(yīng)用物理爆炸。核爆炸這是由核裂變或核聚變引起的爆炸。核爆炸放出的能量極大，相當(dāng)于數(shù)萬(wàn)噸 全數(shù)千萬(wàn)噸三硝基甲苯(TNT，俗稱“梯恩梯”)爆炸釋放的能量，爆炸中心 區(qū)溫度可達(dá)數(shù)百萬(wàn)至數(shù)千萬(wàn)攝氏度，壓力可達(dá)數(shù)十萬(wàn)兆帕以上，并輻射出各種很強(qiáng)的射線。目前，在巖石工程 中，核爆炸的應(yīng)用范圍和條件仍十分有限?；瘜W(xué)爆炸這是由化學(xué)變化造成的爆炸。炸藥爆炸、井下瓦斯或煤塵與空氣混合物的爆 炸、汽油與空氣混合物的爆炸以及其他混合爆鳴氣體的爆炸等，都是化學(xué)爆炸。 與物理爆炸不同，化學(xué)爆炸后有新的物質(zhì)生成。巖石的爆破過(guò)程是炸藥發(fā)生化學(xué) 爆炸做機(jī)械功、破壞巖石的過(guò)程。因此，化學(xué)爆炸將是我們研究的重點(diǎn)。炸藥是

3、在一定條件下，能夠發(fā)生快速化學(xué)反應(yīng)，放出能量，生成氣體產(chǎn)物，顯示 爆炸效應(yīng)的化合物或混合物，主要由碳、氫、氮、氧四種元素組成。炸藥既是安 定的又是不安定的。在平常條件下，炸藥是比較安定的物質(zhì)。除起爆藥外，炸藥 的活化能值是相當(dāng)大的，但當(dāng)局部炸藥分子被活化達(dá)到足夠數(shù)目時(shí)，就會(huì)失去穩(wěn)定性，引起炸藥爆炸。以鞭炮中裝填的黑 火藥為例，當(dāng)點(diǎn)燃時(shí)，黑火藥迅速燃燒，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，并放出熱量和氣體產(chǎn)物， 同時(shí)發(fā)出聲響和閃光，完成爆炸過(guò)程。1.1.2化學(xué)爆炸三要素炸藥是在一定的條件下，能發(fā)生急劇的化學(xué)反應(yīng)，在有限的空間和極短的時(shí)間內(nèi) 迅速釋放大量的熱量和生成大量氣體，并顯示爆炸效應(yīng)的化合物或混合物。實(shí)踐表明，炸

4、藥爆炸必須具備3個(gè)基本條件。反應(yīng)的放熱性放熱是炸藥爆炸必需的條件之一。爆炸反應(yīng)只有在炸藥自身提供能量的條件下才 能自動(dòng)進(jìn)行。沒(méi)有這個(gè)條件，爆炸過(guò)程就根本不能發(fā)生；沒(méi)有這個(gè)條件，反應(yīng)也就不能 自行延續(xù)，因而也不可能出現(xiàn)爆炸過(guò)程的反應(yīng)傳播。依靠外界供給能量來(lái)維持其分解的物質(zhì)，不可能具有爆炸的性質(zhì)。草酸鹽的分解反應(yīng)便是典型例子：ZnC20- 42CO2+Zn-250kJCuC20f 42CO2+Cu+23.9kJHgC20- 42CO2+Hg+47.3kJ第一種反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，只有在外界不斷加熱的條件下才能進(jìn)行，因而不具有爆炸性質(zhì)；第二種反應(yīng)具有爆炸性，但因放出的熱量不大，爆炸性不強(qiáng)；第三種反應(yīng)具有

5、顯 著的爆炸性質(zhì)。爆炸反應(yīng)所放的熱量是爆炸產(chǎn)生破壞作用的能源。反應(yīng)過(guò)程的高速度反應(yīng)過(guò)程的高速度是爆炸反應(yīng)區(qū)別一般化學(xué)反應(yīng)的重要標(biāo)志。炸藥爆炸反應(yīng)時(shí)間 大約是10-610-7S量級(jí)。雖然炸藥的能量?jī)?chǔ)藏量并不比一般燃料大，但由于 反應(yīng)的高速度，使炸藥爆炸時(shí)能夠達(dá)到一般化學(xué)反應(yīng)所無(wú)法比擬的高得多的能量密度。石油、煤和幾種炸藥的放熱量和能量密度數(shù)據(jù)如表11所示。表11石油、煤和幾種炸藥的放熱量和能量密度物質(zhì)名稱單位質(zhì)量物質(zhì)的放熱量（MJ/kg）單位體積炸藥或燃料空氣混合物的能量密度（kJ/L）煤32.663.60石油 4 1.8 7 3.6 8黑火藥2 .9 3 2 8 0 5梯恩 梯4.1 9 6

6、7 0 0黑索金5.8 6 1 0 4 6 71kg煤塊燃燒可以放出3 2. 6 6 MJ的熱量，這個(gè)熱量比1kg梯恩梯炸藥 爆炸放出的熱量要多幾倍，可是這塊煤燃燒完成的時(shí)間大約需要幾分鐘到幾十分鐘，在這段時(shí)間 內(nèi)放出的熱量不斷以熱傳導(dǎo)和輻射的形式傳送出去，因而雖然煤的放熱量很多，但是單位時(shí)間 的放熱量并不多。同時(shí)還要注意到煤的燃燒是與空氣中的氧進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)完成的，1kg的煤 的完全反應(yīng)就需要2. 6 7kg的氧，這樣多的氧必須由9m3的空氣才能提供，因而作為燃 燒原料的煤和空氣的混合物，單位體積所放出的熱量也只有3.6kJ/L，能量密度很低。爆炸反應(yīng)就完全相反。炸藥反應(yīng)一般都是以（58）X1

7、03m/s的速度進(jìn) 行。一塊10cm見(jiàn)方的炸藥爆炸反應(yīng)完畢只需要10 M s的時(shí)間。由于反應(yīng)速度極快，雖然總放 熱量不是太大， 但在這樣短暫時(shí)間內(nèi)的放熱量卻比一般燃料燃燒時(shí)在同樣時(shí)間內(nèi)放出的熱量高 出上千萬(wàn)倍。同時(shí)，由于爆炸反應(yīng)無(wú)需空氣中的氧參加，在反應(yīng)所進(jìn)行的短暫時(shí)間內(nèi)放出的熱 量來(lái)不及散出，以致可以認(rèn)為全部熱量都聚集在炸藥爆炸前所占據(jù)的體積內(nèi)，這樣炸藥單位體積所具有的熱量就達(dá)到1MJ/L以上，比一般燃料燃燒要高數(shù)千倍。由于反應(yīng)過(guò)程的高速度使炸藥所具有的能量在極短時(shí)間內(nèi)放出，達(dá)到極高的能量密度，所以炸藥爆炸具有巨大的做功功率和強(qiáng)烈的破壞作用。（3）反應(yīng)中生成大量氣體產(chǎn)物反應(yīng)過(guò)程中生成大量氣體

8、產(chǎn)物，是炸藥爆炸對(duì)外做功的媒介。爆炸瞬間炸藥定容 地轉(zhuǎn)化為氣體產(chǎn)物，其密度要比正常條件下氣體的密度大幾百倍到幾千倍。也就是說(shuō)， 正常情況下這樣多體積的氣體被強(qiáng)烈壓縮在炸藥爆炸前所占據(jù)的體積內(nèi)，從而造成10 91OlOPa以上的高壓。同時(shí)，由于反應(yīng)的放熱性，這樣處于高溫、高壓的氣體產(chǎn)物必然急劇膨脹， 把炸藥的位能變成氣體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，對(duì)周圍介質(zhì)做功。在這個(gè)過(guò)程中，氣體產(chǎn)物既是造成高壓的 原因，又是對(duì)外界做功的介質(zhì)。某些炸藥爆炸氣體產(chǎn)物在標(biāo)準(zhǔn)條件下的體積如表12所示。表12某些炸藥爆炸氣體產(chǎn)物在標(biāo)準(zhǔn)條件下的體積炸 藥1kg炸藥放出的氣體產(chǎn)物（L）1L炸藥放出的氣體產(chǎn)物（L）梯恩梯 7401180特屈

9、兒 7601290太安 7 9 0 1 3 2 0黑索金 9081630奧克托金9 0 8 1 7 2 0可見(jiàn)，1kg猛炸藥爆炸生成的氣體換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（1. 0133X105Pa,2 7 3 K）下的氣體體積為7 0 010 0 0L,為炸藥爆炸前所占體積的12001700倍。當(dāng)氣體爆炸時(shí)，體積一般不會(huì)增大，例如氫、氧混合爆炸H2 + 0.5O-2H2O+ 2.4 2 X 1 0 2 kJ爆炸產(chǎn)物體積在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下比爆炸前減少了13.但是由于反應(yīng)速度很快，而且放出大量熱量和熱反應(yīng)產(chǎn)物，使其壓力提高到106Pa以上，仍能迅速向外膨脹做功。又例如金屬硫化物的生成反應(yīng)-Fe+SFeS+96kJ或鋁熱

10、劑反應(yīng)2Al+Fe2Of 3A12O3+2Fe+828kJ盡管反應(yīng)非常迅速，且放出很多的熱量，后一個(gè)反應(yīng)放出的熱量足以把反應(yīng)產(chǎn)物 加熱到3 0 0 0 K，但終究由于沒(méi)有氣體產(chǎn)物生成，沒(méi)有把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的媒介，無(wú)法對(duì)外做功，所以不具有爆炸性。因此，對(duì)于爆炸來(lái)說(shuō)，放熱性、高速度、生成大量的氣體產(chǎn)物是缺一不可的，只 有在這三個(gè)要素同時(shí)具備時(shí)，化學(xué)反應(yīng)才能具有爆炸的特性。炸藥化學(xué)反應(yīng)基本形式爆炸并不是炸藥唯一的化學(xué)變化形式。由于環(huán)境和引起化學(xué)變化的條件不同，一 種炸藥可能有三種不同形式的化學(xué)變化：緩慢分解、燃燒和爆炸。這三種形式進(jìn)行的速 度不同，產(chǎn)生的產(chǎn)物和熱效應(yīng)也不同。1.2.1緩慢分解炸藥在

11、常溫下會(huì)緩慢分解，溫度愈高，分解愈顯著。這種變化的特點(diǎn)是：炸藥內(nèi) 各點(diǎn)溫度相同，在全部炸藥中反應(yīng)同時(shí)展開(kāi)，沒(méi)有集中的反應(yīng)區(qū)；分解時(shí)，既可 以吸收熱量，也可以放出熱量，這取決炸藥類型和環(huán)境溫度。但是，當(dāng)溫度較高時(shí)，所有炸藥的分解反應(yīng) 都伴隨有熱量放出。例如，硝酸銨在常溫或溫度低于isor時(shí)，其分解反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，反 應(yīng)方程為NH4N0- 3NH3+HNO3173.04kJ（謹(jǐn)慎加熱到略高于熔點(diǎn)）當(dāng)加熱至2oor左右，分解時(shí)將放出熱量，反應(yīng)方程為NH4N0- 30.5N2+NO+2H2O+36.1kJ或NH4N0- 3N2O+2H2O+52.5kJ分解反應(yīng)為放熱反應(yīng)時(shí)，如果放出熱量不能及時(shí)散失，炸

12、藥溫度就會(huì)不斷升高，促使反應(yīng)速度不斷加快和放出更多的熱量，最終就會(huì)引起炸藥的燃燒和爆炸。因此，在儲(chǔ) 存、加工、運(yùn)輸和使用炸藥時(shí)要注意采取通風(fēng)等措施，防止由于炸藥分解產(chǎn)生熱積累而導(dǎo)致意外爆炸事故的發(fā)生。炸藥的緩慢分解反映炸藥的化學(xué)安定性。在炸藥儲(chǔ)存、加工、運(yùn)輸和使用 過(guò)程中，都需要了解炸藥的化學(xué)安定性。這是研究炸藥緩慢分解意義之所在。燃燒與爆燃炸藥在熱源（例如火焰）作用下會(huì)燃燒。但與其他可燃物不同，炸藥燃燒時(shí)不需 要外界供給氧。當(dāng)炸藥的燃燒速度較快，達(dá)到數(shù)百米每秒時(shí)，稱為爆燃。進(jìn)行燃燒的區(qū)域稱作燃燒區(qū)，又稱作反應(yīng)區(qū)。開(kāi)始發(fā)生燃燒的面稱作焰面。焰面和反應(yīng)區(qū)沿炸藥柱一層層地傳下去，其傳播速度即單位時(shí)

13、間內(nèi)傳播的距離稱為燃燒線速度。線速度與炸藥密度的乘積，即單位時(shí)間內(nèi)單位截面上燃燒的炸藥質(zhì)量，稱為燃燒質(zhì)量速 度。通常所說(shuō)的燃燒速度系指線速度。炸藥在燃燒過(guò)程中，若燃燒速度保持定值，就稱為穩(wěn)定燃燒；否則稱為不穩(wěn)定燃 燒。炸藥是否能夠穩(wěn)定燃燒，取決于燃燒過(guò)程中的熱平衡情況。如果熱量能夠平衡，即反 應(yīng)區(qū)中放出的熱量與經(jīng)傳導(dǎo)向炸藥鄰層和周圍介質(zhì)散失的熱量相等，燃燒就能穩(wěn)定，否則就不能穩(wěn)定。不穩(wěn)定燃燒可導(dǎo)致燃燒的熄滅、震蕩或轉(zhuǎn)變?yōu)楸?。要使燃燒過(guò)程中熱量達(dá)到平衡或燃燒穩(wěn)定，必須具備一定的條件。該條件由下列 因素所決定：炸藥的物理化學(xué)性質(zhì)和物理結(jié)構(gòu)，藥柱的密度、直徑和外殼材料，環(huán)境溫 度和壓力等。炸藥在一

14、定的環(huán)境溫度和壓力條件下，只有當(dāng)藥柱直徑超過(guò)某一數(shù)值量，才能穩(wěn)定 燃燒，而且燃燒速度與藥柱直徑無(wú)關(guān)。能穩(wěn)定燃燒的最小直徑稱為燃燒臨界直徑。環(huán)境溫度和 壓力越高，燃燒臨界直徑越小；反之，當(dāng)藥柱直徑固定時(shí)，藥柱穩(wěn)定燃燒必有其對(duì)應(yīng)的最小 溫度和壓力，稱作燃燒臨界溫度和臨界壓力，而且燃燒速度隨溫度和壓力的增高而增大。了解炸藥燃燒的穩(wěn)定性、燃燒特性及其規(guī)律，對(duì)爆炸材料的安全生產(chǎn)、加工、運(yùn) 輸、保管、使用以及過(guò)期或變質(zhì)炸藥的銷毀都是很必要的。爆炸與爆轟在足夠的外部能量作用下，炸藥以每秒數(shù)百米全數(shù)千米的高速進(jìn)行爆炸反應(yīng)。爆 炸速度增長(zhǎng)到穩(wěn)定爆速的最大值時(shí)就轉(zhuǎn)化為爆轟；另一方面，由于衰減它也可以轉(zhuǎn)化為 爆燃或

15、燃燒。爆轟是指炸藥以每秒數(shù)千米的最大穩(wěn)定速度進(jìn)行的反應(yīng)過(guò)程。特定的炸藥在特定 條件下的爆轟速度為常數(shù)。有些學(xué)者認(rèn)為，廣義的爆炸應(yīng)把爆炸和爆轟都包含在內(nèi)。爆炸與緩慢分解和燃燒之間的關(guān)系（1）爆炸與緩慢分解的主要區(qū)別1）緩慢分解是在整個(gè)炸藥中展開(kāi)的，沒(méi)有集中的反應(yīng)區(qū)域；而爆炸是在炸藥局 部發(fā)生的，并以波的形式在炸藥中傳播。2）緩慢分解在不受外界任何特殊條件作用時(shí)，一直不斷地自動(dòng)進(jìn)行；而爆炸要 在外界特殊條件作用下才能發(fā)生。3）緩慢分解與環(huán)境溫度關(guān)系很大，隨著溫度的升高，緩慢分解速度將按指數(shù)規(guī) 律迅速增加；而爆炸與環(huán)境溫度無(wú)關(guān)。（2）燃燒與爆炸的主要區(qū)別1）燃燒與爆炸傳播速度截然不同，燃燒的速度為幾

16、毫米每秒到幾百米每秒，大 大低于原始炸藥中的聲速;而爆轟的速度通常達(dá)幾千米每秒，一般大于原始炸藥中的聲速。2）從傳播連續(xù)進(jìn)行的機(jī)理來(lái)看，燃燒時(shí)化學(xué)反應(yīng)區(qū)放出的能量是通過(guò)熱傳導(dǎo)、 輻射和氣體產(chǎn)物的擴(kuò)散傳入下一層炸藥，激起未反應(yīng)的炸藥產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使燃燒連續(xù)進(jìn) 行；而在爆炸時(shí)，化學(xué)反應(yīng)區(qū)放出的能量以壓縮波的形式提供給前沿沖擊波，維持前沿沖擊波 的強(qiáng)度，然后前沿沖擊波沖擊壓縮激起下一層炸藥進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使爆轟連續(xù)進(jìn)行。3）從反應(yīng)產(chǎn)物的壓力來(lái)看，燃燒產(chǎn)物的壓力通常很低，對(duì)外界顯示不出力的作 用；而爆炸時(shí)產(chǎn)物壓力可以達(dá)到10 10MPa以上，有強(qiáng)烈的力效應(yīng)。4）從反應(yīng)產(chǎn)物質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向來(lái)看，燃燒產(chǎn)物質(zhì)點(diǎn)運(yùn)

17、動(dòng)方向與燃燒傳播的方向相 反；而爆炸產(chǎn)物質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向與爆炸傳播的方向相同。5）從炸藥本身?xiàng)l件來(lái)看，隨著裝藥密度的增加，炸藥顆粒間的孔隙度減小，燃 燒速度下降；而爆轟隨著裝藥密度的增加，單位體積物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)時(shí)放出的能量增加，使 之對(duì)于下一層的炸藥的沖壓加強(qiáng)，因而爆轟速度增加。6）從外界條件影響來(lái)看，燃燒易受外界壓力和初溫的影響。當(dāng)外界壓力低時(shí)， 燃燒速度很慢；隨著外界壓力的提高，燃燒速度加快，當(dāng)外界壓力過(guò)高時(shí)，燃燒變得不穩(wěn) 定，以致轉(zhuǎn)變成爆炸；爆炸基本上不受外界條件的影響。此外，爆炸與爆轟是兩個(gè)不同的概念。一般來(lái)說(shuō)，具有爆炸三個(gè)要素的化學(xué)反應(yīng) 皆稱為爆炸，爆炸傳播的速度可能是變化的；爆轟除了要具

18、備爆炸的三個(gè)要素之外，還要 求傳播的速度是恒定的。因而，爆炸一般籠統(tǒng)定義為具有三大要素的化學(xué)反應(yīng)，而爆轟專門定義為以恒定速度穩(wěn)定傳播的爆炸過(guò)程。炸藥不同化學(xué)反應(yīng)形式轉(zhuǎn)化炸藥三種化學(xué)反應(yīng)形式可以相互轉(zhuǎn)化。在某些條件下，爆炸可以衰減為燃燒，某 些工業(yè)炸藥常常出現(xiàn)這樣的轉(zhuǎn)化；反之，緩慢分解也能轉(zhuǎn)化為燃燒，燃燒也可以轉(zhuǎn)化為爆 炸。這些轉(zhuǎn)化的條件與環(huán)境、炸藥的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。三種化學(xué)反應(yīng)變化形式之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系可表示如下：熱分解微WWWWWWW放熱量大于散熱量燃燒微WWWWW燃燒速度加快爆炸（爆轟）1.3 炸藥氧平衡與反應(yīng)產(chǎn)物1.3.1炸藥氧平衡（1）氧平衡定義炸藥的主要組成元素是碳、氫、氮、氧四種元素

19、，某些炸藥中也含有少量的氯、 硫、金屬和鹽類。若認(rèn)為一般炸藥只含有碳、氫、氮、氧元素，則無(wú)論是化合炸藥還是混合炸 藥，都可把它們寫(xiě)成通式CaHbNcOd。通常，化合炸藥的通式按1mo 1質(zhì)量寫(xiě)出，混合炸藥的通式 按1kg質(zhì)量寫(xiě)出。這樣，炸藥分子通式中，下標(biāo)a、b、c、d表示相應(yīng)元素的原子數(shù)。四 種元素中，C、H為可燃元素，。為助燃元素，N為載氧體。炸藥爆炸反應(yīng)過(guò)程，實(shí)質(zhì)是炸藥中所包含的可燃元素和助燃元素在爆炸瞬間發(fā)生 高速度化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，反應(yīng)的結(jié)果重新組合成新的穩(wěn)定產(chǎn)物，并放出大量的熱量。按 照最大放熱反應(yīng)條件，炸藥中的碳、氫應(yīng)分別被充分氧化為CO2和H2 0。這種放熱最大、生成產(chǎn)物最穩(wěn)定的

20、氧化反應(yīng)稱為理想的氧化反應(yīng)。是否發(fā)生理想的氧化反應(yīng)與炸藥中含氧量有關(guān)， 只有炸藥中含有足夠的氧量時(shí)，才能保證理想的氧化反應(yīng)的發(fā)生。炸藥內(nèi)含氧量與所含可燃元素充分氧化所需氧量相比之間的差值稱為氧平衡值。氧平衡值用每克炸藥中剩余或不足氧量的克數(shù)或質(zhì)量分?jǐn)?shù)來(lái)表示。（2）氧平衡值計(jì)算若炸藥的通式為CaHbNcOd，a個(gè)C原子充分氧化需要2 a個(gè)0原子，b個(gè)H原子充分氧化需要b/2個(gè)。原子，則單質(zhì)炸藥的氧平衡值計(jì)算式為Ob=1MX d-(2a+b2)X16X100%(1)式中 Ob炸藥的氧平衡值；M炸藥的摩爾質(zhì)量(g/mol)；16氧的摩爾質(zhì)量(g/mol)。對(duì)混合炸藥，氧平衡值計(jì)算式為Ob = 10

21、0 0 X d- (2a + b2)X16X100%(12)或Ob=EmiObi(1 3)式中 mi、Obi分別為第i組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和氧平衡值。某些炸藥及常用組分的氧平衡值，見(jiàn)表13【例1 1】計(jì)算梯恩梯C6H2(NO2)3CH3和硝酸銨NH4NO3的氧平衡值。解將梯恩梯的通式寫(xiě)為C7H5N3O6，即有 a = 7,b = 5,c = 3,d = 6,M=227 g/mo1。于是，由式(11 ),梯恩梯的氧平衡值Ob = 12 7 X 6-2x7-()52X16X100%=74%類似地，硝酸銨的通式為c 0H4N2O3，即 a = 0,b = 4,c = 2,d = 3,M=80g/mol,氧

22、平衡值為Ob = l80X3-(2X0+42)X16X1OO%=2O%表1部分炸藥及組分的氧平衡值O物質(zhì)名稱分子式氧平衡值(%)梯恩梯C6H2(NO2)3CH3-74黑索金C3H6N3(NO2)21.6硝化甘油C3H5(ONO2)33.5二硝化乙二醇C2H4(ONO2)20太安C5H3(ONO2)10.1甲銨硝酸鹽CH3NH2HNO3-34二硝基重氮酚C6H2(NO2)2NON-58雷汞Hg(ONC)2-1184硝酸鉀KNO 3 3 9.6硝酸鈉NaNO347硝酸銨NH4NO320鋁粉A1-89木粉 C9H70O23 138石蠟C18H38346瀝青C30H18O276輕柴油C 16H32 3

23、42礦物油C 12H26 350木炭一2 6 6.7煤含8 6%碳一2 5 5.9硬脂酸鈣 C36H70O4Ca 275纖維素（C6H10O5）n118.5氯化鈉NaC10氯化鉀KaC10十二環(huán)基苯硫酸鈉C 18H20O3SNa 230古爾膠（加拿大）C3.21H6.2O3.33N0.043 98.2聚丙基酰胺（CH2CHCONH2）2 169硬脂酸C 18H36O2 292.52號(hào)巖石炸藥一3.342號(hào)煤礦炸藥一1.32銨油炸藥一一0.16【例12】 計(jì)算阿梅托5 0 / 5 0 （含梯恩梯50%，硝酸銨50%，質(zhì)量百分比）炸藥的氧平衡值。解1kg阿梅托5 0 / 5 0炸藥中含梯恩梯和硝酸

24、銨各0. 5kg,梯恩梯的摩爾數(shù)為5 0 0227mol = 2.2mo l,硝酸銨的摩爾數(shù)為50080mol=6.25mo l,炸藥通式為2. 2C7H5N3O6 + 6. 25C0H4N2O3=C15. 4H36N19.1031.95由式（】2）,炸藥的氧平衡為Ob = 1100031.95-（2X15.4 + 362）X16X100% = 27%或者根據(jù)式（13 ）,其中m1=m2 = 50%,0b1=74%,0b2 = 20%，有0b=i0bi=50%X（74%）+50%X20% =27%（3）炸藥氧平衡分類根據(jù)氧平衡值的大小，可將氧平衡分為正氧平衡、負(fù)氧平衡和零氧平衡三種類型。1）正

25、氧平衡（0b0）。炸藥內(nèi)的含氧量除將可燃元素充分氧化之后尚有剩 余，這類炸藥稱為正氧平衡炸藥。正氧平衡炸藥未能充分利用其中的含氧量，且剩余的氧和游離氮化合時(shí)，將生成氮氧化物有毒氣體，并吸收熱量。2）負(fù)氧平衡（0bV0）。炸藥內(nèi)的含氧量不足以使可燃元素充分氧化，這類 炸藥稱為負(fù)氧平衡炸藥。這類炸藥因氧量欠缺，未能充分利用可燃元素，放熱量不充分，并且 生成可燃性。0等有毒氣體。3）零氧平衡（0b = 0）。炸藥內(nèi)的含氧量恰好夠可燃元素充分氧化，這類炸 藥稱為零氧平衡炸藥。零氧平衡炸藥因氧和可燃元素都能得到充分利用，故在理想反應(yīng)條件下， 能放出最大熱量，而且不會(huì)生成有毒氣體。炸藥的氧平衡對(duì)其爆炸性能

26、，如放出熱量、生成氣體的組成和體積、有毒氣體含量、氣體溫度、二次火焰（如co和H2在高溫條件下和有外界供氧時(shí)，可以二次燃燒形成二次火焰）以及做功效率等有著多方面的影響。（4）混合炸藥配方計(jì)算炸藥的氧平衡受其成分的影響。在配制混合炸藥時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)其組成和配比， 使炸藥的氧平衡接近于零氧平衡，這樣可以充分利用炸藥的能量和避免或減少有毒氣體的 產(chǎn)生。以含兩種成分的混合炸藥配比為例，設(shè)x、y分別為炸藥中氧化劑和可燃劑的配比，0X、0y、0b分別為這兩種成分和混合后氧平衡值，則有x+y=100%x0 x+y0y=0b（14 ）若按零氧平衡配制，則取0b = 0，可聯(lián)立求解x、y。若配制三種成分的炸藥，

27、則需要先計(jì)算出三種成分的取值范圍，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先確定一種成分在炸藥中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，再按以上方法計(jì)算其他兩組分的配比?！纠?3】 用硝酸銨、梯恩梯和木粉配制零氧平衡的巖石炸藥，試求出其取 值范圍并選定一組配方。解 設(shè)1單位質(zhì)量炸藥中含硝酸銨為x，梯恩梯為y，木粉為z。已知各組中的氧平衡值（查表13）：硝酸鉉，2 0%,梯恩梯，一7 4%, 木粉，一138%，按零氧平衡配制時(shí)應(yīng)有 x+y+z=100%0.2x 一 0.74y 一 1.38z=0設(shè) y = 0得 x = 87.34%z = 12. 6 6%再設(shè) z = 0 得 x = 78.72%y = 21. 28%三種成分的取值范圍為硝酸銨 x

28、= 7 8.7 2 %8 7.3 4 %梯恩梯 y=0%21.28%木粉 z=0%12.66%在以上取值范圍內(nèi)，有無(wú)數(shù)配方可滿足零氧平衡。依據(jù)所配炸藥所需的感度、威 力和成本等，可先選定一種成分的含量。如本題選：梯恩梯，y = 10%，代入以上方程組解得x = 83.3%z=6.7%即可選擇配方為硝酸銨8 3.3%、梯恩梯10%、木粉6.7%，組成零氧平 衡的巖石炸藥。1.3.2炸藥爆炸反應(yīng)方程式炸藥的爆炸反應(yīng)方程式反映了炸藥爆炸后產(chǎn)物的成分及數(shù)量，同時(shí)，也是進(jìn)一步 確定爆炸釋放能量、計(jì)算炸藥爆炸的熱化學(xué)參數(shù)和爆轟參數(shù)的依據(jù)。爆炸反應(yīng)方程式不僅 對(duì)炸藥爆炸性能的研究有理論意義，而且對(duì)了解炸藥爆

29、炸后有毒氣體及含量、在井下對(duì)人員 的危害、對(duì)環(huán)境的危害及安全性也有一定意義。炸藥爆炸有以下特點(diǎn)：反應(yīng)時(shí)間極短。炸藥爆炸往往存在中間反應(yīng)和產(chǎn)物的二次反應(yīng)。炸藥成分、氧平衡、炸藥粒度、密度、混合均勻情況、裝藥直徑、裝藥外殼、 含水量、起爆能量等多種因素都對(duì)炸藥爆炸反應(yīng)、爆炸產(chǎn)物及數(shù)量有影響。由于炸藥爆炸存在上述特點(diǎn)，因而，精確地建立炸藥爆炸反應(yīng)方程式十分復(fù)雜和 困難，一般只能建立近似的爆炸反應(yīng)方程式。為建立近似的爆炸反應(yīng)方程式，根據(jù)炸藥內(nèi)含氧量的多少，可將通式為C aHbNcOd的炸藥分為三類：第一類：正氧或零氧平衡炸藥，dN2a + b2.第二類：只生成氣體產(chǎn)物的負(fù)氧平衡炸藥，2a + b2dN

30、a+b2.第三類：可能生成固體產(chǎn)物的負(fù)氧平衡炸藥，dVa + b2.下面按照最大放熱原理，分別建立炸藥的爆炸反應(yīng)方程。第一類炸藥：生成產(chǎn)物應(yīng)為充分氧化的產(chǎn)物，即H氧化成H 2O、C氧化成CO2、N與多余的。游離。這類炸藥的爆炸反應(yīng)方程式為CaHbNcOf daCO2 + 0. 5bH2O+0. 5 (d-2a-0. 5 b) 02 + 0. 5cN2 (15 )如硝化甘油的爆炸反應(yīng)方程式為C3H5N30f 93CO2 + 2. 5H2O+0. 2502 + 1. 5N2 第 二類炸藥:含氧量不足以使可燃元素充分氧化，但生成產(chǎn)物均為氣體，無(wú)固體碳。 建立這類炸藥近似爆炸反應(yīng)方程的原則為：首先使H全部氧化成H2 0,多余的。將C全部氧化成C0,再多余的。將部分C0氧化成C02。按 此原則寫(xiě)出以下爆炸反應(yīng)方程式CaHbNcO一 d (d_a_0. 5b) CO2 + 0.5bH20+(2a-d + 0.5b)C0+0.5cN2(l 只、 如太安炸藥的爆炸反應(yīng)方程為C5H8N40f 123CO2 + 4H2O+2CO+2N2 第三類炸藥：由 于嚴(yán)重缺氧，有可能生成固體碳。確定該類炸藥爆炸反應(yīng)方程式的原則 是：首先使H全部氧化成H2 0,多余的氧使一部分C氧化成C0,剩余的碳游離出來(lái)。爆炸