1、爆破工程第四講 主講人：闞冬梅復(fù)習(xí)舊課沖擊波：是一種強(qiáng)壓縮波，當(dāng)某物質(zhì)（物體）以超音速在某種介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)行前方一定范圍內(nèi)的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)就會(huì)受到擾動(dòng)，并在一定界面上形成強(qiáng)烈的壓縮狀態(tài)，這種壓縮在介質(zhì)中傳播，就形成沖擊波。特點(diǎn)：沖擊波的產(chǎn)生是一系列弱壓縮波疊加的結(jié)果，是一個(gè)由量變到質(zhì)變的過程，波頭是無(wú)限陡峭的，沖擊波是狀態(tài)參量不連續(xù)的間斷面。爆轟波的特點(diǎn)：爆轟波只存在于炸藥的爆轟過程當(dāng)中，爆轟波的傳播隨著炸藥的爆轟結(jié)束而終止；爆轟波陣面的寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于沖擊波陣面的寬度，一般0.1-10mm，如硝化甘油為0.2mm，爆轟波陣面參數(shù)等于C-J面上的狀態(tài)參數(shù)；爆轟波的參數(shù)用C-J面上的參數(shù)來(lái)表示。 均勻灼

2、熱機(jī)理特點(diǎn)：需要較大的起爆能；爆速高，化學(xué)反應(yīng)區(qū)寬度小，反應(yīng)時(shí)間短。不均勻灼熱機(jī)理特點(diǎn)： 1需要的起爆能較??；2反應(yīng)區(qū)寬度大，爆速低（反應(yīng)需要的時(shí)間長(zhǎng)）。 混合反應(yīng)機(jī)理特性：1反應(yīng)寬度更大，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，爆速低；2爆轟過程受更多因素的影響。第二章 炸藥爆炸的基本理論-炸藥的熱化學(xué)性能炸藥的爆炸反應(yīng)爆熱、爆溫、爆容、爆壓炸藥的爆炸反應(yīng)炸藥的氧平衡：氧平衡就是衡量炸藥中所含的氧與將可燃元素完全氧化所需要的氧兩者是否平衡。所謂完全氧化，即碳原子完全氧化生成二氧化碳，氫原子完全氧化生成水。反映了炸藥內(nèi)含氧量與可燃元素充分氧化所需氧量之間的關(guān)系。根據(jù)所含氧的多少，可以將炸藥的氧平衡分為下列三種不同的情況:

3、正氧平衡、負(fù)氧平衡、零氧平衡氧平衡正氧平衡（ Kb 0） 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。不利于發(fā)揮炸藥的最大威力負(fù)氧平衡（Kb0） 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CO等有毒氣體。不利于發(fā)揮炸藥的最大威力零氧平衡（Kb0） 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

4、放出最大熱量，而且不會(huì)生成有毒氣體。氧平衡是設(shè)計(jì)混合炸藥配方、確定炸藥使用范圍和條件的重要依據(jù)。氧平衡值的計(jì)算 一般地說(shuō)，對(duì)于含碳、氫、氧、氮的單質(zhì)炸藥或混合炸藥，其實(shí)驗(yàn)式可用下面通式表示：CaHbOcNd 式中a，b，c，d分別代表在一個(gè)炸藥分子中碳、氫、氧、氮的原子個(gè)數(shù)。三種氧平衡的情況： (1) 的炸藥為正氧平衡炸藥； (2) 的炸藥為零氧平衡炸藥； (3) 的炸藥為負(fù)氧平衡炸藥 炸藥氧平衡的表示方法1、在實(shí)際計(jì)算中，氧平衡值往往用每克炸藥內(nèi)多余或不足的氧的克數(shù)來(lái)表示，這時(shí)CaHbOcNd炸藥的氧平衡可按下式計(jì)算： 式中 16氧的原子量；M炸藥的分子量。2、氧平衡值也可用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示，系

5、指每100克炸藥所含的多余或不足的氧的克數(shù)。習(xí)慣上，在正氧平衡數(shù)值前冠以“+”號(hào)，在負(fù)氧平衡數(shù)值前冠以“”號(hào)。氧平衡值的計(jì)算實(shí)例硝酸銨。提示：將硝酸銨寫成炸藥通式應(yīng)為：C0H4O3N2，M=80克。(2)梯恩梯。提示：梯恩梯寫成通式為C7H5O6N3，M=227克 。解：硝酸銨(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 負(fù)氧平衡?；旌险ㄋ幍难跗胶猓簩?duì)于一個(gè)比較復(fù)雜的混合炸藥體系來(lái)說(shuō)，雖然可以以一定量為基礎(chǔ)，寫出實(shí)驗(yàn)通式，然后進(jìn)行計(jì)算，但比較復(fù)雜。若采用各

6、組分的百分率與其氧平衡值的乘積的總和來(lái)計(jì)算，則比較簡(jiǎn)便，即： 式中KB某一組分的氧平衡值；ki某一組分的百分比含量。由上式可知，知道一些常用炸藥和物質(zhì)的氧平衡值，對(duì)于計(jì)算比較復(fù)雜體系的氧平衡值是十分必要的。 實(shí)例2號(hào)巖石炸藥的配比為：硝酸銨84%，梯恩梯11%，木粉4%。其氧平衡為：KB=84% 0.2+11% （-0.74）+4% （-1.37）=0.0318 根據(jù)混合炸藥氧平衡計(jì)算式子還可以設(shè)計(jì)混合炸藥的配比，已知混合炸藥的氧平衡值，以及每一種組分的氧平衡值，可以確定各組分的百分比。爆轟產(chǎn)物所謂爆轟產(chǎn)物就是指炸藥爆轟時(shí)，化學(xué)反應(yīng)區(qū)反應(yīng)終了瞬間的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物。當(dāng)然，在反應(yīng)一瞬間，反應(yīng)終了瞬間

7、的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物也可能同周圍空氣、巖石等其他物質(zhì)相互作用，發(fā)生新的反應(yīng)，生成新的產(chǎn)物，為了同爆轟產(chǎn)物相區(qū)別，把這種產(chǎn)物叫做爆炸產(chǎn)物。爆轟產(chǎn)物中，含有大量的有毒氣體，俗稱炮煙，在礦山爆破中，經(jīng)常出現(xiàn)炮煙中毒的事故，所以，必須了解爆轟產(chǎn)物中有毒氣體的成份，生成量等，在配制炸藥時(shí)就要盡量減少有毒氣體的生成量。現(xiàn)代工業(yè)炸藥多采用有機(jī)化合物，其中主要成份有碳、氫、氧、氮，炸藥爆炸時(shí)，爆轟產(chǎn)物有：CO2，NO，NO2，C，N2，O2等。爆轟產(chǎn)物不同，炸藥的熱效應(yīng)不同。 爆炸生成物中的有毒氣體在實(shí)際爆破工作中，由于炸藥種類、貯存條件、引爆方式和爆破條件等的不同，炸藥爆炸時(shí)總是要產(chǎn)生有毒氣體的。地下工程爆破時(shí)，

8、都必須測(cè)定其有毒氣體生成量，規(guī)定其安全(或炮煙)等級(jí)。 表2-9 我國(guó)地下爆破作業(yè)點(diǎn)有毒氣體允許濃度名稱符號(hào)最大允許濃度按體積()按重量(mgm3)一氧化碳氮氧化物(折算成N02)二氧化硫硫化氫氨CON02S02H2SNH3O.00240O.00025O.00050O.000660.00400305151030爆炸反應(yīng)方程反應(yīng)方程能夠確定反映產(chǎn)物的成分和數(shù)量，確定爆炸釋放的能量。它是計(jì)算炸藥爆炸熱化學(xué)參數(shù)和爆轟參數(shù)的依據(jù)。爆炸反應(yīng)的特點(diǎn) 反應(yīng)時(shí)間短；爆炸反應(yīng)及產(chǎn)物受多因素的影響；存在中間反應(yīng)和產(chǎn)物的二次反應(yīng)。確定炸藥爆炸反應(yīng)方程的方法理論法：根據(jù)化學(xué)平衡和質(zhì)量守衡定律來(lái)計(jì)算。經(jīng)驗(yàn)法：以某種熱效

9、應(yīng)或能量原則來(lái)確定產(chǎn)物成分。爆熱定義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量炸藥在定容條件下爆炸所釋放的熱量稱為爆熱，其單位是kJkg或kJmol。爆熱的計(jì)算：生成熱：由元素生成1kg或lmol化合物所放出（或吸收）的熱量叫做該化合物的生成熱。蓋斯定律：蓋斯定律認(rèn)為，化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)同反應(yīng)進(jìn)行的途徑無(wú)關(guān)，當(dāng)熱力過程一定時(shí)，熱效應(yīng)只取決于反應(yīng)的初態(tài)和終態(tài)。 根據(jù)蓋斯定律，從狀態(tài)1到狀態(tài)3，同狀態(tài)1經(jīng)由狀態(tài)2再到狀態(tài)3的熱效應(yīng)相等。即Q1-3Q1-2Q2-3爆容：是指每公斤炸藥爆炸后生成的氣體產(chǎn)物，在標(biāo)準(zhǔn)條件下的體積數(shù)，其單位為L(zhǎng)/kg。爆溫：是指炸藥爆炸瞬間所放出的熱量將爆生產(chǎn)物加熱到的最高溫度。爆壓：當(dāng)爆轟結(jié)束后，爆炸產(chǎn)物

10、在炸藥的原始體積內(nèi)達(dá)到熱平衡時(shí)流體的靜壓值稱為爆壓。課間休息第二章 炸藥爆炸的基本理論-炸藥的爆炸作用炸藥爆炸時(shí)形成的爆轟波和高溫、高壓的爆轟產(chǎn)物，將對(duì)周圍介質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和壓縮作用，使周圍介質(zhì)發(fā)生變形、破壞、運(yùn)動(dòng)和拋擲。炸藥對(duì)周圍介質(zhì)的各種機(jī)械作用統(tǒng)稱為爆炸作用。炸藥的理論爆炸功炸藥做功能力試驗(yàn)-鉛鑄法炸藥猛度試驗(yàn)-鉛鑄壓縮法爆破漏斗試驗(yàn)單位質(zhì)量炸藥在定容條件下爆炸所釋放的熱量稱為爆熱，其單位是kJkg或kJmol。它反映了炸藥爆炸后釋放出熱量的多少，是炸藥的重要參數(shù)之一，是評(píng)定炸藥爆炸做功能力的重要標(biāo)志量。單位質(zhì)量炸藥爆炸時(shí)，氣體產(chǎn)物在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（0C和一個(gè)大氣壓）下的體積，單位L/kg。

11、爆容越大，炸藥做功能力越強(qiáng)。(1)炸藥的最大作功能力與炸藥爆熱有關(guān)，它隨爆熱的增大而增大。 (2)炸藥的實(shí)際作功能力，除爆熱Qv外，還與比容V0有關(guān)。比容越大，效率越高。(3)絕熱指數(shù)K: 爆炸產(chǎn)物若含雙原子氣體多，熱容量小，K值大，則作功能力大；若是多原子氣體或固體殘?jiān)?，熱容量都較大，則作功能力就小。其實(shí)，進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí)，實(shí)際的有效功只占其中很小部分，這是由于？（思考） 實(shí)際上，工程爆破作業(yè)時(shí)，真正用于破碎巖石的能量只占炸藥化學(xué)能量的很小部分，其中由于炸藥的側(cè)向飛散帶走部分未反應(yīng)的炸藥，使化學(xué)反應(yīng)不完全，化學(xué)能不能完全釋放，造成了化學(xué)能損失；炸藥爆炸釋放出的能量一部分隨著氣體的膨脹釋放到空氣

12、中，產(chǎn)生空氣沖擊波，造成氣體動(dòng)能損失；在爆炸過程中由于熱傳導(dǎo)、熱輻射使周圍介質(zhì)加熱造成熱量損失；用于破碎巖石的能量又有一部分消耗在巖石的過粉碎和塑性變形、不必要的拋擲以及巖石的振動(dòng)等無(wú)效機(jī)械功方面。所以用于破碎巖石的有效機(jī)械功只占炸藥總能量的一少部分，一般松動(dòng)爆破占15%25%，拋擲爆破占3%6%。炸藥威力的測(cè)定方法在工程爆破中通常使用相對(duì)威力來(lái)表示炸藥的相對(duì)做功能力大小。所謂相對(duì)威力，是指選取反映某一炸藥做功能力的相對(duì)指標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn)，其他炸藥與之相比較得出相對(duì)做功能力的大小。炸藥的爆力是表示炸藥爆炸作功的一個(gè)指標(biāo)，它表示炸藥爆炸所產(chǎn)生的沖擊波和爆轟氣體作用于介質(zhì)內(nèi)部，對(duì)介質(zhì)產(chǎn)生壓縮、破壞和拋移

13、的作功能力。炸藥的爆力愈大，破壞巖石的量就愈多。炸藥爆力測(cè)定方法有二種： 1鉛柱擴(kuò)孔法 2爆破漏斗法炸藥做功能力試驗(yàn)鉛鑄法 炸藥相對(duì)做功能力可以用鉛鑄試驗(yàn)的擴(kuò)孔值來(lái)表示。鉛鑄法( GB 12436-1990)又稱特勞茨法，其原理是將一定質(zhì)量、一定密度炸藥置于鉛鑄孔內(nèi)，爆炸后以鉛鑄孔擴(kuò)大部分的容積來(lái)衡量炸藥的做功能力。如圖2-24所示，鉛鑄直徑200mm，高200mm，中間有一個(gè)直徑25 mm，深125mm的小孔。將(10. 00 +0. 01)g炸藥裝入直徑24mm紙筒中，上面放上帶圓孔紙板，將其放在內(nèi)徑為(24.5+0.1)mm的專用銅模子中，用專用銅沖子（沖子中心有直徑7.5mm，高12m

14、m的突起部分）將炸藥壓成中心有孔，裝藥密度為(1. 000.03) g/cm3的藥柱。藥柱插入一發(fā)銅殼電雷管，裝入鉛鑄的孔中，上面用石英砂填滿。 圖2-24炸藥做功能力試驗(yàn)示意圖(a)爆炸前的鉛鑄(b)爆炸后的鉛鑄1一雷管腳線；2石英砂；3-銅殼電雷管；4-藥包；5-鉛鑄試驗(yàn)以前，以水作為介質(zhì)測(cè)量鉛鑄孔的容積，記為K。試驗(yàn)后鉛鑄變成圖2-24 (b)的形狀，清理孔內(nèi)殘留物，用同樣方法測(cè)量鉛鑄爆后炮孔的容積，記為V2，試驗(yàn)后炮孔的容積減去試驗(yàn)前炮孔的容積，即為該炸藥的爆力值。X=( V2 - Vl)(1 +K) - 22 式中 Vl -爆前鉛鑄炮孔的容積，mL; V2-爆后鉛鑄炮孔的容積，mL；

15、 K-溫度修正系數(shù)； 22-銅殼電雷管15時(shí)的做功能力，mL。鉛鑄含鉛量要求不小于99. 9%，測(cè)定溫度在15，當(dāng)測(cè)定環(huán)境溫度不等于15時(shí)，應(yīng)該按表2-12進(jìn)行修正。每份炸藥試樣平行兩次測(cè)定，精確至ImL，誤差不超過20mL，取其平均值。幾種炸藥的爆力值炸藥名稱爆力（ml）炸藥名稱爆熱（ml）TNT285迭氮化鉛110黑索金490二硝基重氮酚230泰安5002#煤礦炸藥250苦味酸3352#巖石炸藥320爆破漏斗法炸藥的猛度及測(cè)定 炸藥爆炸產(chǎn)生沖擊波和應(yīng)力波的作用強(qiáng)度稱為猛度。它表征了炸藥動(dòng)作用的強(qiáng)度，是衡量炸藥爆炸特性及爆炸作用的重要指標(biāo)。 炸藥爆炸的沖擊破壞能力，取決于動(dòng)作用階段的壓力及其

16、作用時(shí)間，故可用爆轟壓力或比沖量來(lái)表示。因此，炸藥的密度和爆速越高，猛度也越高，即猛度取決于爆轟參數(shù)。 猛度的試驗(yàn)測(cè)定方法有多種，其基本原理都是找出與爆轟壓或頭部沖星相關(guān)的某個(gè)參量作為猛度的相對(duì)指標(biāo)。較普遍采用的測(cè)定方法是鋁柱壓縮法和猛度擺法。 爆破不同性質(zhì)的巖石，應(yīng)選擇不同猛度的炸藥。一般來(lái)說(shuō)，巖石的波阻抗越大，選用炸藥的猛度越大；爆破波阻抗較小的巖土?xí)r，炸藥的猛度不宜過高。表212 幾種炸藥的鉛柱壓縮值炸藥名稱密度（g/ml）鉛柱壓縮值（mm）TNT1.01617TNT1.218.72#煤礦炸藥0.91.010122#露天炸藥0.91.08112#巖石炸藥0.91.01214銨瀝蠟炸藥0.

17、91.089EL系列乳化炸藥1.11.21619RJ系列乳化炸藥1.11.251519爆速（，/，velocity of detonation）的測(cè)定方法 爆轟波在炸藥藥柱中的傳播速度稱為爆轟速度，簡(jiǎn)稱為爆速，通常以m/s或km/s表示之。 爆速的測(cè)定方法可以概括地分為兩類：直接測(cè)時(shí)法和高速攝影法。前者系用各種類型的測(cè)時(shí)儀和裝置測(cè)定爆轟波從炸藥一點(diǎn)傳播至另一點(diǎn)的時(shí)間間隔，易于得出爆轟波在兩點(diǎn)間傳播的平均速度 。后者系利用高速攝影機(jī)，借助于爆轟時(shí)波陣面的發(fā)光現(xiàn)象將爆轟波傳播過程的軌跡連續(xù)地拍攝下來(lái)，可測(cè)得爆轟波通過任一點(diǎn)的瞬時(shí)速度。 直接測(cè)時(shí)法1.道特里什法 又稱導(dǎo)爆索法，這是一種古老而簡(jiǎn)便的爆速測(cè)定方法具體裝置如圖214所示。 按下述方法計(jì)算出爆速： (226) 式中 D被測(cè)炸藥的爆速，m/s；D0導(dǎo)爆索的爆速，m/s；l插入導(dǎo)爆索兩點(diǎn)間(A、B間)的距離，m；h導(dǎo)爆索中點(diǎn)至爆痕間的距離，m。2計(jì)時(shí)器測(cè)定法利用頻率計(jì)