第10章爆炸作用

一般，爆炸常伴隨著發(fā)熱、發(fā)光、壓力上升、真空和電離等現(xiàn)象，具有很大的破壞作用。10.1.1與爆炸有關(guān)的因素爆炸物的數(shù)量和性質(zhì)（主要表面為單位重量的爆炸物爆炸威力的相對比較）。爆炸時(shí)的條件（震動(dòng)大小、受熱情況、爆炸初期的壓力、空氣混合物的均勻程度等）。爆炸位置

10.1爆炸破壞形式10.1.2爆炸的破壞力的形式震蕩作用

在遍及破壞作用的區(qū)域內(nèi)，有一個(gè)能使物體震蕩、使之松散的力量。沖擊波

隨著爆炸的出現(xiàn)，沖擊波最初出現(xiàn)正壓力，而后又出現(xiàn)負(fù)壓力。負(fù)壓力就是氣壓下降后的空氣振動(dòng)稱為吸收作用，吸收作用的原因是產(chǎn)生局部真空的結(jié)果。爆炸物的數(shù)量和沖擊波的關(guān)系，可認(rèn)為是成正比例的關(guān)系，而沖擊波壓力與距離之間的關(guān)系成反比。碎片的沖擊機(jī)械設(shè)備、裝置、容器等爆炸以后，變成碎片出去會在相當(dāng)廣的范圍內(nèi)造成危害，化工生產(chǎn)中屬于爆炸碎片造成的傷亡占很大的比例。碎片一般在100~500米內(nèi)飛散。造成火災(zāi)

通常爆炸氣體擴(kuò)散只發(fā)生在極其短促的瞬間，對一般可燃性物質(zhì)來說，不足以造成起火燃燒，而且有時(shí)沖擊波還能起滅火作用。但是建筑物內(nèi)遺留大量的熱或殘余火苗，還會把從破壞的設(shè)備內(nèi)部不斷流出的可燃?xì)怏w或易燃液體的蒸氣點(diǎn)燃，使廠房可燃物起火，加重爆炸的破壞力。爆炸中心的高溫、高壓氣體產(chǎn)物會迅速向外膨脹，劇烈地沖擊、壓縮周圍原來平靜的空氣，形成很強(qiáng)的空氣沖擊波并迅速向外傳播。

10.2.1炸藥爆炸的特點(diǎn)（1）變化速度極快

爆炸反應(yīng)一般在10-4～10-6s之間完成,爆炸傳播速度一般在2400～9000m/s之間。由于反應(yīng)速度極快，功率很大。如一包1kg的硝銨炸藥完成爆炸反應(yīng)的時(shí)間只有3-5s，爆速為2400～3000m/s，爆炸能量在極短時(shí)間內(nèi)放出，爆炸功率可達(dá)220650kW。10.2爆炸物爆炸破壞性

（2）產(chǎn)生熱量高

爆炸的反應(yīng)熱一般在2926～6270kJ/kg之間，氣體產(chǎn)物依靠反應(yīng)熱往往被加熱到2000～4000℃，壓力可達(dá)（1～4）×104MPa。這種高溫、高壓反應(yīng)產(chǎn)物的能量最后轉(zhuǎn)化為機(jī)械能作功，使周圍介質(zhì)受到壓縮和破壞。

（3）產(chǎn)生氣體多

炸藥爆炸后產(chǎn)生氣體的多少與爆炸溫度有關(guān)。爆炸溫度愈高，產(chǎn)生的氣體愈多，其破壞力也就愈大。一般1kg炸藥爆炸時(shí)能產(chǎn)生700～1000L氣體。如1kg硝銨炸藥爆炸時(shí)能在3-5s內(nèi)放出869-963L氣體，使壓力猛增到104MPa（105atm），所以破壞力很大。

爆炸物爆炸時(shí)對周圍介質(zhì)所產(chǎn)生的各種爆炸作用的總和，即爆炸物所作的總功，稱為爆炸物的作功能力。炸藥的作功能力又稱為爆炸物的威力，它可由理論計(jì)算或?qū)嶒?yàn)求得。

（1）作功能力的理論表達(dá)式：A=EQv

又稱為炸藥的位能，它表示爆轟產(chǎn)物絕熱膨脹冷卻到炸藥的初溫時(shí)所作的功，是炸藥作功能力的理論數(shù)值。10.3爆炸作功能力（2）作功能力的實(shí)驗(yàn)測定：鉛蓉法測作功能力

炸藥的作功能力常用鉛蓉?cái)U(kuò)張法表示。如圖10-1。

此方法是最簡單常用的方法之一，它是以一定量的炸藥在鉛蓉爆炸時(shí)，按爆炸氣體產(chǎn)物膨脹所引起的鉛蓉?cái)U(kuò)孔的體積數(shù)值大小來判斷和比較炸藥的作功能力。圖10-1爆炸前后鉛蓉示意圖除鉛蓉法外，還用作功能力擺（威力擺）法和拋擲漏斗坑法測評炸藥的作功能力炸藥的作功能力與梯恩梯的作功能力之比稱為該炸藥的梯恩梯當(dāng)量。炸藥作功能力的梯恩梯當(dāng)量=A炸藥/A梯恩梯。（3）爆炸的破壞作用：爆炸的破壞作用可包括以下4個(gè)方面：①爆炸火球?qū)ξ矬w的直接作用

炸藥爆炸產(chǎn)生的高溫、高壓、高能量密度的氣體產(chǎn)物最初呈一個(gè)熾熱的火球，其迅速膨脹對周圍的物體有灼燒和猛烈沖擊作用，可以燒穿鋼甲、炸碎彈體、炸壞建筑或設(shè)備，也可以使鄰近炸藥產(chǎn)生殉爆或引起火災(zāi)。②空氣沖擊波的作用炸藥爆炸形成的空氣沖擊波可以使人體內(nèi)臟器官受到損傷，使建筑物遭到破壞，引起鄰近炸藥的殉爆。③固體飛散物的作用

由于爆炸而拋擲起來的石場、破片、碎磚瓦等固體飛散物，可以擊傷人員和砸壞建筑物。④地震波的作用

爆炸引起的地震效應(yīng)以地震波的形式向周圍傳播，使鄰近建筑物遭到破壞。一般說來，爆炸火球的作用距離較近，大約只在裝藥半徑的7～14倍范圍之內(nèi)；石塊、碎片等固體飛散物有時(shí)被拋擲很遠(yuǎn)，但它對建筑物只能造成局部破壞；地震波對人作用小，只是對建筑物有害，大容量的地下炸藥庫或洞庫爆炸時(shí)的地震波對附近建筑物威脅較大，但地震波較之空氣沖擊波卻衰減得快得多。相比之下，爆炸形成的沖擊波傳播距離很遠(yuǎn)，破壞作用很大，能使鄰近炸藥產(chǎn)生殉爆，鄰近建筑物遭受破壞，對附近人員也有一定殺傷作用。從爆炸能量分布來看，敞開條件下爆炸時(shí)大約有75%的能量傳給了空氣沖擊波。

（4）爆炸空氣沖擊波的特性

炸藥爆炸時(shí)，在極短時(shí)間內(nèi)釋放出大量高熱的氣態(tài)產(chǎn)物，其壓力極高，可達(dá)104MPa（105atm）以上，因而以很高的速度向周圍膨脹擴(kuò)散，擴(kuò)散速度可達(dá)3000～5000m/s，這就在空氣中形成初始沖擊波。初始沖擊波波陣面上的壓力可達(dá)100～200MPa，并以每秒幾千米的速度在空氣中傳播，以致強(qiáng)烈壓縮周圍空氣，爆炸一部分能量傳遞給空氣粒子，引起這些空氣粒子的劇烈運(yùn)動(dòng)。爆炸空氣沖擊波的所有這些特性決定了它能夠?qū)Ρ粗車慕ㄖ锖蜆?gòu)筑物產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械破壞作用。先是沖擊波波頭以極大的速度襲擊遇到的障礙物，緊跟在沖擊波波頭后面的是以很高速度、朝同一方向運(yùn)動(dòng)的空氣介質(zhì)流，它以猛烈的沖擊力對障礙產(chǎn)生補(bǔ)充破壞作用，使其傾翻或破壞。表10-8超壓對建筑物的破壞作用

超壓△P公斤力/厘米2破壞情況0.05~0.060.6~0.100.15~0.200.20~0.300.40~0.500.60~0.700.70~1.01.0~2.02.0~3.0門窗玻璃部分破碎受壓面的門窗玻璃大部分破碎窗框損壞墻裂縫墻大裂縫，屋瓦掉下木建筑廠房房柱折斷，房架松動(dòng)磚墻倒塌防震鋼筋混凝土破壞，小房屋倒塌大型鋼架結(jié)構(gòu)破壞（5）空氣沖擊波對建筑物的破壞和人員的殺傷①對建筑物的破壞作用根據(jù)我國爆炸試驗(yàn)和爆炸事故統(tǒng)計(jì)資料，得出建筑物破壞等級與沖擊波超壓峰值的關(guān)系，如表10-8所示。傷亡等級等級程度傷亡特征對比距離，m沖擊波峰值，MPa一無傷無損傷＞12＜0.01二輕傷1/4肺氣腫，散在性肺氣腫或2～3個(gè)臟器點(diǎn)狀出血7～120.025～0.010三中傷1/3肺氣腫，1～3個(gè)臟器片狀出血4.5～70.045～0.025四重傷1/3肺氣腫，1～3個(gè)以上的臟器片狀（0.5cm2左右）出皿或2個(gè)臟器大片（1cm2以上）出血3.7～4.50.075～0.045五死亡當(dāng)場死亡或傷勢嚴(yán)重，無法搶救＜3.7＞0.075表10-9沖擊波峰值超壓與動(dòng)物傷亡等級的關(guān)系

②對人員的殺傷作用

空氣沖擊波對人員的殺傷作用，主要是引起聽覺器官損傷，內(nèi)臟器官出血以及死亡。較小的沖擊波能引起耳膜破裂，稍大的沖擊波會引起肺、肝和脾等內(nèi)臟器官的嚴(yán)重?fù)p傷。在無掩蔽的情況下，人員無法承受0.02MPa以上的沖擊波超壓。用羊、狗做試驗(yàn)，測得按沖擊波峰值超壓劃分的動(dòng)物傷亡等級如表10-9所示。（6）炸藥的殉爆殉爆是指炸藥A爆炸后，能夠引起與其相距一定距離的炸藥B爆炸，這種現(xiàn)象叫做炸藥的殉爆。殉爆產(chǎn)生的原因：①主爆藥的爆轟產(chǎn)物直接沖擊從爆藥。②沖擊波沖擊從爆藥，主爆藥爆炸的沖擊波速大于或等于從爆藥的臨界爆速。③主爆藥爆炸時(shí)，拋擲出的固體破片（如炮彈彈片或包裝材料破片等）沖擊從爆藥，也可引起從爆藥的殉爆。影響炸藥殉爆的因素：①主爆藥的爆炸能量愈大，引起殉爆的能力愈大。

為了盡量減少殉爆危險(xiǎn)，加工或儲存爆炸品的建筑物需限定存藥量，任何人都要遵守有關(guān)工房、庫房的定員和定量的規(guī)定。②從爆藥的敏感度越高，其殉爆的可能性越大。

凡是影響從爆藥爆轟感度的因素（密度、裝藥結(jié)構(gòu)、粒度大小、化學(xué)性質(zhì)等），都影響殉爆距離。③兩炸藥間介質(zhì)的種類不同，其殉爆情況也不同。④兩炸藥之間的連接方式不同，其殉爆情況也不同。

如兩炸藥之間用管子聯(lián)接時(shí)，爆轟產(chǎn)物和沖擊波能集中地沿著管子傳播，增大了殉爆的能力，使殉爆距離增大很多。以苦味酸為例試驗(yàn)，主爆藥50g，密度為1.25g/cm3，從爆藥密度為1.0g/cm3，以試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表10-10所示。

從表中數(shù)據(jù)可以看出，即使采用壁厚僅1mm、強(qiáng)度很低的紙管，其殉爆距離也比無管道時(shí)大3倍多，當(dāng)管道為5mm厚的鋼管時(shí)，殉爆距離增大到6倍多，可見管道的作用非常顯著。由于炸藥在制造和加工過程中采用管道輸送，故應(yīng)在炸藥及其原料的輸送管道上設(shè)置隔火、隔爆裝置，以避免引起殉爆。⑤主爆藥的引爆方向不同，對殉爆距離也有影響。

這主要是由于引爆方向不同時(shí)，其沖擊波在各個(gè)方向上的分布不均勻造成的。在設(shè)計(jì)炸藥工房、庫房時(shí)，應(yīng)避免兩個(gè)危險(xiǎn)建筑物長面相對，盡量減少殉爆距離的威協(xié)，按照總沖擊波峰值超壓、沖量的相似準(zhǔn)則，在其他條件固定的情況下，殉爆距離與炸藥質(zhì)量的關(guān)系可以表示為：

式中，R是同等程度的殉爆距離。引起從爆藥100%殉爆的最大距離，以R100表示；引起從爆藥50%殉爆的對應(yīng)距離以R50表示；從爆藥100%不殉爆的最小距離（也就是殉爆安全距離），以R0表示。（7）安全距離：

為了確?；?、炸藥和彈藥等在生產(chǎn)、貯存和加工時(shí)的安全，對具有爆炸危險(xiǎn)性的建筑物都要求有一定的安全距離。實(shí)際上要考慮沖擊波的安全距離和殉爆安全距離。前者是指防止空氣沖擊波對人員和建筑操作和破壞的安全距離；后者是指防止炸藥殉爆的安全距離。

①沖擊波安全距離沖擊波對建筑物的破壞作用與建筑物的振動(dòng)周期有關(guān)。因此，根據(jù)建筑物的振動(dòng)周期和沖擊波的作用時(shí)間的長短，建筑物的破壞可分為兩種情況。當(dāng)沖擊波作用時(shí)間小于振動(dòng)周期時(shí)，建筑物則在沖量作用下得到動(dòng)量而振動(dòng)。這時(shí)的破壞作用是由比沖量所引起的，一般炸藥爆炸多屬于這種情況。如沖擊波作用時(shí)間遠(yuǎn)大于建筑物的振動(dòng)周期，則破壞完全是由沖擊波作用時(shí)的超壓所造成的。一般核爆炸就是這樣，因核爆炸形成的空氣沖擊波正壓區(qū)寬，作用時(shí)間長。目前，各國在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上得到一些安全距離的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)式

。我國有的單位在國內(nèi)資料初步分析的基礎(chǔ)上，提出了按建筑物危險(xiǎn)等級確定沖擊波安全距離的意見。例如生產(chǎn)區(qū)內(nèi)A級爆炸性危險(xiǎn)建筑物到其它建筑物的最小安全距離計(jì)算公式可按

式中

R——沖擊波最小安全距離（米）；K安

——安全系數(shù)；

W——炸藥重量（千克）。②殉爆安全距離

防止炸藥相互殉爆的安全距離稱之為殉爆安全距離。炸藥庫房或車間的相對位置必須考慮一個(gè)庫房或車間的炸藥爆炸時(shí)，不應(yīng)引起附近建筑物中炸藥殉爆，殉爆安全距離可按下式計(jì)算：

式中

R——沖擊波最小安全距離