2022年醫(yī)學專題-第3章-炸藥爆炸基本理論

《工程爆破》主講(zhǔjiǎng)：解立波第一頁，共八十一頁。第三章炸藥(zhàyào)爆炸基本理論3.1爆炸(bàozhà)和炸藥的基本概念3.2炸藥(zhàyào)的起爆和感度3.3炸藥的傳爆3.4炸藥的氧平衡3.5炸藥的爆破性能第二頁，共八十一頁。3.1爆炸(bàozhà)和炸藥的基本概念物理爆炸（不發(fā)生化學變化

）

化學爆炸（有新的物質(wùzhì)生成

）核爆炸（核裂變或核聚變

）

在一定條件下，能夠發(fā)生快速化學反應，放出熱量，生成氣體產(chǎn)物(chǎnwù)，顯示爆炸效應的化合物或混合物。

炸藥爆炸是指在有限的體積內能量發(fā)生急劇轉化的物理、化學過程。在該變化過程中，伴隨著能量的快速轉化，物質某種形式的內能轉化為機械壓縮能、光、熱輻射等，且使原來的物質或其變化產(chǎn)物、周圍介質產(chǎn)生機械運動。一、爆炸的定義與分類：爆炸第三頁，共八十一頁。3.1爆炸(bàozhà)和炸藥的基本概念第四頁，共八十一頁。3.1爆炸(bàozhà)和炸藥的基本概念第五頁，共八十一頁。3.1爆炸(bàozhà)和炸藥的基本概念二、炸藥(zhàyào)爆炸的三要素：1反應的放熱性

炸藥爆炸必須的能源（吸熱反應或放熱不足都不能形成爆炸---硝酸銨）3生成大量氣體產(chǎn)物

炸藥爆炸對外做功的媒介2反應過程的高速度爆炸反應區(qū)別一般化學反應的重要標志第六頁，共八十一頁。3.1爆炸(bàozhà)和炸藥的基本概念以硝酸銨的不同(bùtónɡ)化學反應為例：常溫下分解(fēnjiě)：

NH4NO3→NH3+HNO3－170.7kJ加熱至200℃左右：

NH4NO3→0.5N2+NO+2H2O+36.1kJ或NH4NO3→N2O+2H2O+52.4kJ起爆藥柱引爆：

NH4NO3→N2+2H2O+0.5O2+126.4kJ第七頁，共八十一頁。3.1爆炸(bàozhà)和炸藥的基本概念以煤的燃燒(ránshāo)為例：化學反應具備了放熱性并不一定能夠發(fā)生爆炸，例如1kg煤完全燃燒時放出的熱量為8912kJ，但因燃燒速度太低，燃燒產(chǎn)生的能量通過熱傳導和熱輻射不斷散失，所以不可能形成爆炸。1kg梯恩梯炸藥爆炸時放出的熱量雖然只有4226kJ，但其爆炸反應的時間(shíjiān)只需十幾到幾十ms，因而會形成爆炸反應。第八頁，共八十一頁。3.1爆炸(bàozhà)和炸藥的基本概念以鋁熱劑反應(fǎnyìng)為例：2Al+Fe2O3→Al2O3+2Fe+828kJ

盡管反應非常迅速，且放出很多的熱量，反應放出的熱量足以把反應產(chǎn)物加熱到3000K，但終究(zhōngjiū)由于沒有氣體產(chǎn)物生成，沒有把熱能轉變?yōu)闄C械能的媒介，無法對外做功，所以不具有爆炸性。第九頁，共八十一頁。3.1爆炸(bàozhà)和炸藥的基本概念三、炸藥(zhàyào)化學變化的形式：（一）緩慢分解炸藥的緩慢分解是一個很復雜的反應過程，其主要(zhǔyào)特點是：炸藥內的各點溫度相同；在全部炸藥內反應同時進行，沒有集中的反應區(qū)；分解時，既可以吸熱，也可以放熱，決定于炸藥的類型和環(huán)境溫度。但當溫度較高時，所有炸藥的分解反應都伴隨有熱量放出。（二）炸藥的燃燒炸藥的燃燒與其他可燃物燃燒有著本質的區(qū)別，不需要外界供氧或其他助燃氣體的供給，依靠自身所含的氧進行反應，幾乎不受環(huán)境影響。分類：1、穩(wěn)定燃燒。2、不穩(wěn)定燃燒。（三）炸藥的爆轟炸藥爆炸的過程與燃燒過程相類似，化學反應也只在局部區(qū)域內進行并在炸藥中傳播，反應區(qū)的傳播速度稱為爆炸速度。若爆速保持定值，就稱為穩(wěn)定爆炸，又稱為爆轟。第十頁，共八十一頁。3.1爆炸(bàozhà)和炸藥的基本概念三、炸藥(zhàyào)化學變化的形式：緩慢分解（熱分解）、燃燒(ránshāo)、爆炸及爆轟。爆轟：炸藥最大的反應速度穩(wěn)定的爆炸稱為爆轟。因此爆炸與爆轟并無實質區(qū)別，只是傳播速度不同而已。爆轟是炸藥化學反應最充分的一種，釋放的能量最多。爆轟爆炸燃燒熱分解在火焰和其他熱源作用下，炸藥可以燃燒。且在一定條件下燃燒是穩(wěn)定的，只要壓力、溫度不變，燃燒不會改變，直至燃盡。在常溫常壓下，炸藥會自行分解。當溫度升高到一定值時，可能會轉化成燃燒，甚至爆炸。炸藥高速放熱、產(chǎn)生氣體的反應稱為爆炸。第十一頁，共八十一頁。燃燒與爆轟的特征(tèzhēng)比較變化過程燃燒爆轟傳播速度每秒幾毫米至幾米（低于炸藥中音速），受外界壓力影響大每秒幾百米至幾千米（高于炸藥中音速）受外界壓力影響小傳播的性質熱傳導、擴散、輻射沖擊波對外界的作用燃燒點壓力升高不大，在一定條件下才對周圍介質產(chǎn)生爆破作用爆炸點有劇烈的壓力突躍，無須封閉系統(tǒng)便能對周圍介質產(chǎn)生強烈的爆破作用產(chǎn)物運動方向與波陣面的運動方向相反與波陣面的運動方向一致3.1爆炸(bàozhà)和炸藥的基本概念第十二頁，共八十一頁。炸藥是具有一定穩(wěn)定性的物質，如果沒有任何外部能量的作用，炸藥可以保持它的平衡狀態(tài)。為了使炸藥爆炸變?yōu)楝F(xiàn)實(xiànshí)，還必須給炸藥以一定的外作用。3.2炸藥(zhàyào)的起爆和感度3.2.1炸藥(zhàyào)的起爆機理1、起爆與起爆能炸藥在外界能量作用下發(fā)生爆炸反應的過程稱為起爆。足以引起炸藥爆炸的外加能量，叫做起爆能。炸藥起爆能一共有三種：1).熱能-------導火索2).機械能-------起爆槍3).爆轟沖能--------雷管引爆炸藥第十三頁，共八十一頁。3.2炸藥(zhàyào)的起爆和感度3.2.1炸藥(zhàyào)的起爆機理2、炸藥的起爆機理(jīlǐ)熱能起爆機理、機械能起爆機理、爆轟沖能起爆機理。炸藥爆炸反應能量變化圖第十四頁，共八十一頁。3.2炸藥(zhàyào)的起爆和感度3.2.1炸藥的起爆(qǐbào)機理熱能(rènéng)起爆機理熱能起爆機理

在一定條件下（溫度、壓力等）若炸藥因熱分解的作用下，反應放出的熱量大于熱傳導（向外）所散失的熱量，就能使炸藥的內部發(fā)生熱積累，從而使反應自動加速，溫度升高，反應更快，溫度更高，如此循環(huán)發(fā)展最后導致爆炸。

炸藥發(fā)生爆炸的條件有兩個：一是放熱量大于散熱量，即炸藥中能產(chǎn)生熱積累；二是炸藥受熱分解反應的放熱速度大于環(huán)境介質的散熱速度。只有這樣，才能使炸藥內的溫度不斷上升，引起炸藥的自動加速反應和導致爆炸。第十五頁，共八十一頁。3.2炸藥(zhàyào)的起爆和感度3.2.1炸藥(zhàyào)的起爆機理機械能起爆(qǐbào)機理機械能起爆機理

先后出現(xiàn)了“熱學說”、“摩擦化學假說”和“熱點學說”，較為公認的是“熱點學說”。

熱點學說認為，當炸藥受到撞擊或摩擦時，機械能首先轉化成熱能，由于產(chǎn)生的熱來不及均勻地分布到全部試樣上，故在小的局部范圍內聚集形成小點，在小點處發(fā)生熱分解，又因為分解的放熱性，分解速度迅速增加，小點內形成強烈反應，結果引起部分炸藥或全部炸藥爆炸。

這些溫度很高的局部小點稱為熱點或灼熱核。在機械作用下爆炸首先從這些熱點處開始，而后擴展到整個炸藥的爆炸。第十六頁，共八十一頁。3.2炸藥(zhàyào)的起爆和感度3.2.1炸藥的起爆(qǐbào)機理熱點形成的原因:

1）炸藥中的微小氣泡受沖擊(chōngjī)絕熱壓縮，驟然加熱，溫度上升很高，成為引起炸藥爆炸的灼熱核；

2）炸藥顆粒之間或炸藥與夾雜物或炸藥與容器之間發(fā)生強烈摩擦而形成灼熱核；

3）高速粘滯流動產(chǎn)生灼熱核，是液體炸藥或低熔點炸藥（無氣泡存在時）發(fā)生爆炸的原因之一。第十七頁，共八十一頁。3.2炸藥(zhàyào)的起爆和感度3.2.1炸藥(zhàyào)的起爆機理熱點的形成和發(fā)展階段(jiēduàn)：

1）熱點的形成階段；

2）熱點的成長階段，即以熱點為中心向周圍擴展的階段，其主要表現(xiàn)形式是速燃；

3）低爆轟階段，即由燃燒轉變?yōu)榈捅Z的過渡階段；

4）穩(wěn)定爆轟階段。第十八頁，共八十一頁。3.2炸藥(zhàyào)的起爆和感度3.2.1炸藥(zhàyào)的起爆機理沖擊波起爆(qǐbào)機理爆炸沖擊波起爆機理

在爆破實踐中經(jīng)常有這種情況：一種炸藥爆炸后產(chǎn)生的沖擊波通過某一介質去起爆另一種炸藥。沖擊波是一種強烈的壓縮波，當炸藥受到?jīng)_擊波的強烈壓縮要產(chǎn)生熱，因此沖擊波起爆是屬于熱起爆范疇的。

若是均相炸藥（即不含氣泡、雜質的液體炸藥或單晶體炸藥）在受沖擊波作用時，其沖擊波面上一薄層炸藥均勻受熱升溫，此溫度如達到爆發(fā)點，則經(jīng)過一定延滯期后發(fā)生爆炸。若是非均相炸藥受到?jīng)_擊時，則由于炸藥受熱的不均勻性，使在局部率先產(chǎn)生熱點，爆炸首先在熱點開始并擴展，然后引起整個炸藥的爆炸。第十九頁，共八十一頁。3.2炸藥(zhàyào)的起爆和感度3.2.2炸藥(zhàyào)的感度炸藥在外界能量作用下發(fā)生爆炸反應的難易程度稱為炸藥的感度或敏感度。炸藥感度分為：熱感度、機械感度、起爆沖能感度、沖擊波感度、靜電火花(huǒhuā)感度、激光感度和槍擊感度等。1.熱感度是指在熱的作用下,炸藥發(fā)生爆炸的難易程度。

熱感度通常用爆發(fā)點（起爆時的溫度）和火焰感度（對導火索噴火的最大引爆距離）來表示。

第二十頁，共八十一頁。3.2炸藥(zhàyào)的起爆和感度3.2.2炸藥(zhàyào)的感度2.機械(jīxiè)感度（1）撞擊感度：在機械撞擊的作用下，炸藥發(fā)生爆炸的難易程度稱為炸藥的撞擊感度。撞擊感度測試方法。（2）摩擦感度：在機械摩擦的作用下，炸藥發(fā)生爆炸的難易程度稱為炸藥的摩擦感度。摩擦感度測試方法。根據(jù)力的作用特點，分撞擊感度和摩擦感度。第二十一頁，共八十一頁。3.2炸藥(zhàyào)的起爆和感度3.2.2炸藥(zhàyào)的感度第二十二頁，共八十一頁。3.2炸藥(zhàyào)的起爆和感度3.2.2炸藥(zhàyào)的感度第二十三頁，共八十一頁。3.2炸藥(zhàyào)的起爆和感度3.2.2炸藥(zhàyào)的感度3.起爆(qǐbào)沖能感度起爆沖能感度指猛炸藥在其它炸藥（起爆藥或猛炸藥）的爆炸作用下發(fā)生爆炸變化的能力，也稱為爆轟感度。引爆炸藥并保證其穩(wěn)定爆轟所應采取的起爆裝置（雷管、起爆藥柱等）決定于炸藥的起爆感度。引爆炸藥并使其達到穩(wěn)定爆轟所需要的最低起爆沖能，即臨界沖能，用它來表示炸藥的起爆沖能感度。凡能用1發(fā)8號工業(yè)雷管可靠起爆的炸藥稱其具有雷管感度；凡不能用1發(fā)8號工業(yè)雷管可靠起爆的炸藥稱其不具有雷管感度。第二十四頁，共八十一頁。3.2炸藥(zhàyào)的起爆和感度3.2.2炸藥(zhàyào)的感度炸藥(zhàyào)殉爆的概念殉爆殉爆是指炸藥（主發(fā)藥包）發(fā)生爆炸時引起與它不相接觸的鄰近炸藥（被發(fā)藥包）爆炸的現(xiàn)象。殉爆距離是指主爆藥卷爆炸時一定引爆從爆藥卷的兩藥包間的最大距離。殉爆距離炸藥的殉爆能力用殉爆距離表示，單位一般為cm。殉爆距離的測試方法。炸藥在沖擊波作用下發(fā)生爆炸的難易程度，稱為炸藥的沖擊波感度。炸藥對沖擊波感度的試驗和表示方法常用的為隔板試驗。該法是在主發(fā)炸藥（用以產(chǎn)生沖擊波）和被發(fā)炸藥（被沖擊波引爆）間放置惰性隔板（金屬板或塑料片），常用升降法測定使被發(fā)炸藥發(fā)生50％爆炸的臨界隔板厚度，作為評價沖擊波感度的指標。4.沖擊波感度第二十五頁，共八十一頁。3.2炸藥(zhàyào)的起爆和感度3.2.2炸藥(zhàyào)的感度確定炸藥生產(chǎn)房間的安全距離，為廠房(chǎngfáng)設計提供基本數(shù)據(jù)；改進工業(yè)炸藥的性質，提高在工程爆破時起爆或傳爆的可靠性。在采用炮孔法進行爆破工作時，為保證相鄰藥卷完全殉爆，對藥卷之間的殉爆距離有一定要求。裝藥時，應盡可能使相鄰藥卷緊密接觸，防止巖粉或碎石等惰性物質將藥卷隔開。因有惰性介質時，殉爆距離將明顯減小。研究殉爆的目的：第二十六頁，共八十一頁。3.2炸藥(zhàyào)的起爆和感度3.2.2炸藥(zhàyào)的感度靜電火花(huǒhuā)感度指在靜電火花的作用下炸藥發(fā)生爆炸的難易程度。5.靜電火花感度激光感度是指在激光能量作用下，炸藥發(fā)生爆炸的難易程度，常用50％發(fā)火能量來表示。6.激光感度槍擊感度，又稱為拋射體撞擊感度，是指用槍彈等高速拋射體撞擊下，炸藥發(fā)生爆炸的難易程度。7.槍擊感度第二十七頁，共八十一頁。3.2炸藥(zhàyào)的起爆和感度3.2.2炸藥(zhàyào)的感度影響炸藥(zhàyào)感度的因素1炸藥溫度的影響：溫度越高感度越高2炸藥的化學結構：分子鍵能↑，感度↓；原子基團穩(wěn)定性差，感度高；生成熱Q↑，感度↓；熱效應E↑，感度↑；活化能↑，感度↓；熱容量大，感度↓。3炸藥的物理性質：固→液，感度↑;晶體邊數(shù)↑,感度↑;適宜密度，感度最高;結晶粒度↑,感度↑;增感材料：高硬度，含棱角，石英，玻璃;鈍感材料：軟質，高熱容，水，石臘。第二十八頁，共八十一頁。工程爆破中通常都用雷管來起爆炸藥。雷管的爆炸能量比起爆藥包的爆炸能量要小的多，雷管的作用僅在于激起與它鄰近的局部炸藥分子爆炸，至于整個(zhěnggè)藥包能否完全爆炸，則取決于炸藥爆炸的穩(wěn)定傳爆。傳爆：炸藥由起爆開始到所有裝藥全部爆炸終了的整個過程。炸藥傳爆的基本觀點：1）炸藥的爆轟是沖擊波在炸藥中傳播而引起的；2）炸藥在沖擊波作用下的快速化學反應所釋放出的能量又支持了沖擊波的傳播，使其波速保持恒定而不衰減；3）爆轟參數(shù)是以流體動力學為基礎計算的。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆第二十九頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.1波的基本概念波波陣面波在傳播過程(guòchéng)的某一瞬間，擾動區(qū)與未擾動區(qū)之間的界面。擾動(rǎodòng)在介質中的傳播稱為波，波可分為有兩大類，即機械波與電磁波。物質在外界的作用下狀態(tài)參數(shù)會發(fā)生一定的變化，物質局部狀態(tài)的變化稱為擾動。擾動壓縮波稀疏波擾動波傳播過后，壓力P、密度ρ、溫度T等狀態(tài)參數(shù)增加的波。其特點是介質質點運動方向與波的傳播方向一致。擾動波傳播過后，壓力P、密度ρ、溫度T等狀態(tài)參數(shù)下降的波。其特點是介質質點運動方向與波的傳播方向。第三十頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.2沖擊波的基本知識沖擊波是指在介質中以超聲速傳播并能引起介質的狀態(tài)參數(shù)(如壓力、密度和溫度)發(fā)生突躍升高的一種(yīzhǒnɡ)特殊形式的壓縮波。

沖擊波形成原理示意圖

R—活塞與氣體的界面(jièmiàn)

A—各個瞬時的波陣面；P—管中空氣壓力第三十一頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.2沖擊波的基本知識沖擊波的基本關系式：單位時間內從波面右側流入的介質量等于從左側流出的量，由此得質量守恒方程或稱為(chēnɡwéi)連續(xù)方程：沖擊波傳播過程中，單位時間內作用于介質的沖量等于(děngyú)其動量的改變，由此得動量守恒方程或運動方程：可導出由波陣面前、后狀態(tài)參量描述的擾動傳播基本方程：第三十二頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.2沖擊波的基本知識沖擊波的基本關系式：

波的傳播過程(guòchéng)中，單位時間從波面右側流入的能量應等于從波左側流出的能量，能量包括有：介質所具有的內能，壓力位能和介質流動動能。因此，得到能量守恒方程:上式被稱為：沖擊絕熱方程或雨果(yǔɡuǒ)尼奧方程。前面三個基本方程：連續(xù)方程、運動方程和能量方程，為沖擊波的基本關系式方程。第三十三頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.2沖擊波的基本知識如果介質為理想氣體(lǐxiǎnɡqìtǐ)，由熱力學的基本知識通過變換可得理想氣體(lǐxiǎnɡqìtǐ)的雨果尼奧方程：圖3-7沖擊絕熱和波速關系(guānxì)曲線I-沖擊絕熱曲線；II-等熵絕熱曲線；1、2-波速線或第三十四頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.2沖擊波的基本知識氣體中的空氣沖擊波參數(shù)：由沖擊波的三個基本方程組，若已知E=E(P,V)，則有四個基本未知參數(shù)D、u、ρ、P。因此，若能給出其中一個參數(shù)（通常為波速(bōsù)或壓力，因其值容易測定），就能將其他參數(shù)求出。若近似將氣體看成是理想氣體，則經(jīng)代數(shù)變換可得到?jīng)_擊波參數(shù)簡化計算公式：第三十五頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.2沖擊波的基本知識沖擊波特性：1）沖擊波的波速對未擾動介質而言是超音速的。2）沖擊波的波速對波后介質而言是亞音速的。3）沖擊波的波速與波的強度有關。由于稀疏波的侵蝕和不可逆的能量損耗，其強度和對應的波速將隨傳播距離增加而衰減。傳播一定距離后，沖擊波就會蛻變?yōu)閴嚎s波，最終衰減為音波。4）沖擊波波陣面上的介質狀態(tài)參數(shù)（速度、壓力、密度、溫度）的變化是突躍的，波陣面可以看做是介質中狀態(tài)參數(shù)不連續(xù)的間斷面。沖擊波后面通常跟有稀疏波。5）沖擊波通過時，靜止介質將獲得流速，其方向與波傳播方向相同，但流速值小于波速。6）沖擊波以脈沖形式傳播，不具有周期性。7）當很強的入射沖擊波在剛性障礙物表面發(fā)生反射時,其反射沖擊波波陣面上的壓力是入射沖擊波波陣面上壓力的8倍,由于反射沖擊波對目標的破壞性更大，因此在進行火工品車間.倉庫等有關設計(shèjì)時應盡量避免可能造成的沖擊波反射。第三十六頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.3炸藥(zhàyào)的爆轟理論自十九世紀末提出(tíchū)了一套經(jīng)典的爆轟波流體力學理論，即契普曼——柔格理論，簡稱C-J理論。爆轟波的定義通常把這種在炸藥中傳播并伴隨有高速化學反應的沖擊波叫做爆轟波，也稱為反應性沖擊波或自持性沖擊波。爆轟波具有沖擊波的一般特性，但由于伴隨有炸藥的化學反應，反應釋放出的能量支持沖擊波的傳播，補償沖擊波再傳播中的能量衰減，因此，爆轟波具有傳播速度穩(wěn)定的特點。爆轟波沿炸藥裝藥傳播的速度稱為爆速。第三十七頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.3炸藥(zhàyào)的爆轟理論爆轟波的C-J模型該模型由查普曼（Chapman）與朱格（Jouguet）提出，后稱為C-J理論。C-J理論的基本假定：沖擊波與化學反應區(qū)作為一維間斷面處理，反應在瞬間(shùnjiān)完成，化學反應速度無窮大，反應的初態(tài)和終態(tài)重合。C-J假設把爆轟過程過程簡化為一個含化學反應的一維定常傳播的強間斷面，對于爆轟過程，該強間斷面為爆轟波。將爆轟波簡化為含化學反應的強間斷面的理論稱為Chapman-Jouguet理論，簡稱C-J理論。爆轟波的C-J模型第三十八頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.3炸藥(zhàyào)的爆轟理論爆轟波的Z-N-D模型

C—J理論將爆轟波當作一個包含化學反應的強間斷面，實際上就是(jiùshì)不考慮爆轟波中化學反應區(qū)的結構，這個理論模型，不僅使一個極為復雜的爆轟過程得到大大簡化。但爆轟畢竟是有化學反應的過程，化學反應不可能瞬間完成，在一定的化學反應速度下，必然有一個原始炸藥變成爆轟反應產(chǎn)物的化學反應區(qū)，對一般高效炸藥，反應區(qū)寬度幾毫米數(shù)量級。鑒于這種實際情況，科學工作者對C—J理論進行了修正，提出了新的爆轟波結構的理論，即所謂的Z-N-D模型。爆轟波的Z-N-D模型第三十九頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.3炸藥(zhàyào)的爆轟理論炸藥的爆轟過程

在沖擊波的高壓作用下，相鄰于沖擊波的炸藥層出現(xiàn)(chūxiàn)一個壓縮區(qū)0-1，其厚度很薄，在這里，壓力、密度、溫度都呈突躍升高狀態(tài)，實際上，就是沖擊波的波陣面。

隨著沖擊波的傳播，新壓縮區(qū)的產(chǎn)生，原壓縮區(qū)成為化學反應區(qū)，反應在1-1面開始發(fā)生，在2-2面完畢；再隨著沖擊波的前進，新的化學反應區(qū)的形成，原化學反應區(qū)又成為反應產(chǎn)物膨脹區(qū)。

化學反應放出的能量，不斷維持著波陣面上參數(shù)的穩(wěn)定，其余在膨脹區(qū)消耗掉，因而達到能量平衡，沖擊波即以穩(wěn)定速度向前傳播。在就是爆轟過程的實質。爆轟波波陣面結構示意圖第四十頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.3炸藥(zhàyào)的爆轟理論爆轟波性質：

爆轟波只存在于炸藥的爆轟過程中。爆轟波的傳播隨著炸藥爆轟結束而中止。

爆轟波總帶著一個化學反應區(qū)，它是爆轟波得以穩(wěn)定傳播的基本保證。習慣上把0—2區(qū)間稱為爆轟波波陣面的寬度(kuāndù)，其數(shù)值約0.1cm～1.0cm，視炸藥的種類而異。通常把2-2面的參數(shù)作為爆轟波的參數(shù)。

爆轟波具有穩(wěn)定性，即波陣面上的參數(shù)及其寬度不隨時間而變化，直至爆轟終了。爆轟波結構組成：

0—0面之前，炸藥未受擾動。

0—0面和1—1面之間，炸藥被壓縮，但尚未開始反應，因其厚度和一個分子的自由路程同數(shù)量級，故忽略稱0—1面。

1—1面和2—2面之間是化學反應區(qū)，一般寬度：單質：0.1-1mm,混合：2-3cm以上。

2—2面后是爆轟產(chǎn)物區(qū)，2-2面為化學反應結束面，稱為爆轟波波陣面。第四十一頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.3炸藥(zhàyào)的爆轟理論爆轟波與沖擊波的共性：1）波陣面上的狀態(tài)參數(shù)呈突躍式升高；2）波速大于未擾動介質中的音速；3）介質移動方向(fāngxiàng)與波的傳播方向(fāngxiàng)一致。爆轟波沖擊波傳播介質一定是在炸藥中不一定化學反應有無能量補充有無傳播過程狀態(tài)參數(shù)P，ρ，T，U，D恒定迅速衰減第四十二頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.3炸藥(zhàyào)的爆轟理論理想(lǐxiǎng)爆轟非理想爆轟炸藥經(jīng)起爆后，爆轟波如能以恒定不變的最高速度傳播，則稱為理想爆轟。---極限爆速

爆轟波以低于最大爆速的正常速度傳播時，則稱為非理想爆轟或穩(wěn)定傳爆。如果爆速不穩(wěn)定，則稱為不穩(wěn)定爆炸。

不穩(wěn)定爆炸理想爆轟與穩(wěn)定傳爆第四十三頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.3炸藥(zhàyào)的爆轟理論爆轟波的方程及傳播(chuánbō)的穩(wěn)定性條件：

質量守恒定律：

ρ0——初始炸藥密度；ρH——反應區(qū)物質密度；

D——爆速；μH——生成氣體氣流速度。動量守恒定律：

PH——C-J面壓力；P0——初始壓力能量守恒定律：

當考慮炸藥放熱時（Q為爆熱）有：該方程叫做爆轟波的雨果尼奧方程。第四十四頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.3炸藥(zhàyào)的爆轟理論爆轟波參數(shù)計算(jìsuàn)：

利用爆轟波基本方程，推算出其氣體炸藥波陣面參數(shù)：（1）C-J處質點速度（2）爆轟壓力（3）爆轟產(chǎn)物體積

（4）產(chǎn)物密度

（5）爆速

（6）產(chǎn)物溫度

K為常數(shù)，取為3，TC

為定容條件下的爆溫。第四十五頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.3炸藥(zhàyào)的爆轟理論爆轟波參數(shù)計算(jìsuàn)：

通常的近似計算采用下式作為凝聚炸藥爆轟產(chǎn)物的近似狀態(tài)方程：式中：A——為與炸藥性質有關的常數(shù)；r——為凝聚體炸藥的多方指數(shù)。經(jīng)推導得到凝聚炸藥爆轟波參數(shù)的計算公式如下：第四十六頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.3炸藥(zhàyào)的爆轟理論爆轟波參數(shù)計算(jìsuàn)：

凝聚炸藥爆轟產(chǎn)物的多方指數(shù)r可近似地按下式確定，即：其中：為爆轟產(chǎn)物中第i種成分的克分子數(shù)；為爆轟產(chǎn)物第i種成分的多方指數(shù)。凝聚炸藥各主要產(chǎn)物成分的多方指數(shù)分別為：也有人提出了如下的經(jīng)驗公式:

其中

為炸藥的初始密度。第四十七頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.3炸藥(zhàyào)的爆轟理論爆轟波參數(shù)計算(jìsuàn)：

對于許多高密度的凝聚炸藥而言，取r=3，可以說是一個很好的近似。這樣可以得到如下簡明的結果：第四十八頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.3炸藥(zhàyào)的爆轟理論爆轟波穩(wěn)定傳播(chuánbō)的條件：

由于稀疏波和化學反應區(qū)都以當?shù)匾羲伲╱+c)的速度跟隨在沖擊波頭后傳播，如果u+c＞D，稀疏波就會侵入反應區(qū)，減少對沖擊波的能量補充，使爆轟波不能穩(wěn)定傳播而降低爆速；如果u+c＜D，由于連續(xù)性原因，反應區(qū)內也有部分區(qū)域存在u+c＜D的情況，這部分區(qū)域釋放的化學能不可能傳到?jīng)_擊波頭上，故從支持沖擊波頭能量的觀點來看，它是無效的，結果使爆轟波不能穩(wěn)定傳播而降低爆速；因此只有UH+CH=D才是爆轟波穩(wěn)定傳播的條件，即滿足C-J條件。UH為C-J面處爆轟氣體產(chǎn)物的聲速；CH為C-J面處氣體產(chǎn)物的質點速度。第四十九頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.3炸藥(zhàyào)的爆轟理論炸藥(zhàyào)爆速的測定：

測定方法導爆索法電測法（目前最為常用）高速攝影法①示波器記時法②數(shù)字式爆速儀測爆速法第五十頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.3炸藥(zhàyào)的爆轟理論炸藥(zhàyào)爆速的測定：

導爆索法測爆速1—雷管；2—藥包；3—導爆索；4—鉛板第五十一頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.3炸藥(zhàyào)的爆轟理論影響(yǐngxiǎng)爆速的因素：

（1）裝藥直徑的影響（2）裝藥密度的影響（3）炸藥粒度的影響（4）裝藥外殼的影響（5）起爆沖能的影響（6）間隙效應第五十二頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.3炸藥(zhàyào)的爆轟理論影響(yǐngxiǎng)爆速的因素：

第五十三頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.3炸藥(zhàyào)的爆轟理論影響(yǐngxiǎng)爆速的因素：

混合炸藥裝藥密度對爆速的影響1—藥包直徑20mm；2—藥包直徑40mm第五十四頁，共八十一頁。3.3炸藥(zhàyào)的傳爆3.3.3炸藥(zhàyào)的爆轟理論影響(yǐngxiǎng)爆速的因素：

也稱管道效應、溝槽效應，就是當藥卷與炮孔壁間存在有月牙形空間時，爆炸藥柱所出現(xiàn)的自抑制——能量逐漸衰減直至拒（熄）爆的現(xiàn)象。間隙效應一般認為：由于間隙的存在，當藥卷起爆后，在爆轟波傳播過程中，高溫高壓爆轟氣體產(chǎn)物在間隙內形成一股超前于爆轟波傳播的空氣沖擊波。在沖擊波的壓力作用下，藥卷產(chǎn)生變形和密度增加，當變形后的藥卷直徑小于臨界直徑和密度大于臨界密度時，爆速下降，甚至爆轟中斷。預防措施采用耦合裝藥，使炸藥全部充填炮孔不留間隙；采用卷狀炸藥裝藥時，沿藥包全長放置一根導爆索，使所有藥包齊爆，或采用同段雷管多點起爆。第五十五頁，共八十一頁。3.4炸藥(zhàyào)的氧平衡3.4.1炸藥(zhàyào)的氧平衡炸藥氧平衡是指炸藥內含氧量與所含可燃元素(yuánsù)（碳、氫）充分氧化所需氧量之間是否能夠達到平衡的一種指標。氧平衡包括：零氧平衡、正氧平衡、負氧平衡三種。炸藥主要是由C、H、O、N四種元素組成的，其分子式可以寫成通式CaHbNcOd。單質炸藥的通式通常按1mol寫出，混合炸藥則按1kg寫出。第五十六頁，共八十一頁。3.4炸藥(zhàyào)的氧平衡3.4.1炸藥(zhàyào)的氧平衡氧平衡的計算:若炸藥的通式為CaHbNcOd，單質炸藥的氧平衡的計算公式為：

其中：16為氧原子的摩爾(móěr)質量；M──炸藥分子的摩爾質量；Kb──炸藥的氧平衡值。若混合炸藥的通式按1kg寫出，則氧平衡計算公式為：第五十七頁，共八十一頁。3.4炸藥(zhàyào)的氧平衡3.4.1炸藥(zhàyào)的氧平衡氧平衡的計算:混合炸藥的氧平衡還可以(kěyǐ)通過炸藥中各組分的氧平衡值與該組分的重量百分比乘積的代數(shù)和來計算，即：

式中──某組分炸藥的氧平衡值；──相應炸藥組分的重量百分比。

【例題3】計算硝酸銨（NH4NO3）的氧平衡值?！纠}4】已知2號巖石銨梯炸藥的配方為硝酸銨85%，梯恩梯11%，木粉4%，計算2號巖石銨梯炸藥的氧平衡值。第五十八頁，共八十一頁。3.4炸藥(zhàyào)的氧平衡3.4.1炸藥(zhàyào)的氧平衡氧平衡(pínghéng)的計算舉例:

【解答】硝酸銨的炸藥通式為C0H4N2O3，M=80

【解答】由表3-7查得，硝酸銨、梯恩梯和木粉的氧平衡分別為0.2、-0.74和-1.37,由此得：

Kb=0.2×0.85-0.74×0.11-1.37×0.04=0.0338（g/g）氧平衡的意義：1）計算爆炸反應熱的重要依據(jù)；2）決定炸藥合理配比。第五十九頁，共八十一頁。3.4炸藥(zhàyào)的氧平衡3.4.1炸藥(zhàyào)的氧平衡零氧平衡（Kb=0）：炸藥(zhàyào)內的氧恰好能將碳、氫完全氧化（既沒有不足，也沒有剩余）稱為零氧平衡。此時熱量釋放最多，是炸藥(zhàyào)配方追求的狀態(tài)。正氧平衡（Kb>0）：炸藥中的氧除了將碳、氫完全氧化外，還有剩余稱為正氧平衡。同時由于有剩余的氧，所以會與氮元素發(fā)生反應形成NO2和NO，并且熱量會減少。負氧平衡（Kb<0）：炸藥中的氧的含量不足以將碳、氫完全氧化稱為負氧平衡。由于氧含量不足無法與C發(fā)生充分反應因此會形成一定的CO，且熱量釋放不充分。氧平衡分類:第六十頁，共八十一頁。3.4炸藥(zhàyào)的氧平衡3.4.1炸藥(zhàyào)的氧平衡炸藥(zhàyào)配比計算:

確定含兩種成分的混合炸藥配比的方法如下：設炸藥中氧化劑和可燃劑的配比分別為x、y，令a、b、c分別為這兩種成分和混合后的氧平衡值，則有

若按零氧平衡配制，則取c=0，可聯(lián)立求解x、y。若要配制三種成分的零氧平衡炸藥時，若其配比分別為x，y，z，三種成份的氧平衡值分別為a，b，c，有：

解以上方程組即可求各成份的配比。第六十一頁，共八十一頁。3.4炸藥(zhàyào)的氧平衡3.4.2炸藥(zhàyào)的爆炸反應方程式及爆轟產(chǎn)物炸藥的爆炸(bàozhà)反應方程式:

1、炸藥的爆炸反應方程式為建立炸藥的爆炸反應方程式，根據(jù)炸藥內含氧量的多少，通常把通式為CaHbNcOd炸藥分為三類：第一類炸藥為零氧或正氧平藥:第二類炸藥為只生成氣體產(chǎn)物的負氧平衡炸藥:第三類炸藥為可能生成固體碳的負氧平衡炸藥:第六十二頁，共八十一頁。3.4炸藥(zhàyào)的氧平衡3.4.2炸藥的爆炸反應(fǎnyìng)方程式及爆轟產(chǎn)物爆轟產(chǎn)物(chǎnwù)與有毒氣體:爆轟產(chǎn)物是指炸藥爆轟時，化學反應區(qū)反應終了瞬間的化學反應物。爆轟產(chǎn)物組成成分很復雜，炸藥爆炸瞬間生成的產(chǎn)物主要有：H2O、CO2、CO、NO2及其它氮氧化合物，少數(shù)炸藥還會有H2S、SO2等。為了確保井下工作人員的健康和安全，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：1kg炸藥爆生氣體（以CO為標準）不得超過100L/kg。井下爆破時：CO不得超過0.0024%，NO2不得超過0.00025%。第六十三頁，共八十一頁。3.5炸藥(zhàyào)的爆炸性能3.5.1炸藥(zhàyào)的爆炸性能參數(shù)爆溫指炸藥爆炸時爆炸中心能達到(dádào)的最高溫度.。

爆壓炸藥爆炸瞬間,高溫高壓氣體在未向外膨脹做功之前,對周圍介質造成的最大壓力.爆熱

單位質量炸藥在定容條件下爆炸所釋放的熱量稱為爆熱(單位:J/kg或kJ/kg)。

爆炸功炸藥爆炸過程的做功能力叫做爆炸功。

爆容

1kg炸藥爆炸生成氣體產(chǎn)物換算為標準狀態(tài)下的體積稱為爆容(單位:L/kg)。爆容越大，炸藥做功能力越強。

第六十四頁，共八十一頁。3.5炸藥(zhàyào)的爆炸性能3.5.1炸藥(zhàyào)的爆炸性能參數(shù)爆熱的計算(jìsuàn):爆熱的理論計算的基礎是爆炸反應方程式的確立和蓋斯定律的應用。蓋斯定律認為：化學反應的熱效應同反應進行的途徑無關，當熱力過程一定時，熱效應只取決于反應的初態(tài)和終態(tài)。蓋斯三角形如圖，1、2、3分別表示在標準狀態(tài)下的元素、炸藥和爆轟產(chǎn)物。根據(jù)蓋斯定律，從狀態(tài)1到狀態(tài)3，同狀態(tài)1經(jīng)狀態(tài)2再到狀態(tài)3的熱效應相等。即爆熱值為：蓋斯三角形圖解1元素；2炸藥；3爆轟產(chǎn)物式中Q2-3──炸藥的爆熱；Q1-2──炸藥生成熱；Q1-3──爆炸產(chǎn)物生成熱總和。

第六十五頁，共八十一頁。3.5炸藥(zhàyào)的爆炸性能3.5.1炸藥(zhàyào)的爆炸性能參數(shù)爆熱的測定(cèdìng):爆熱的測定通常用量熱彈測量，其裝置如圖所示。測定的基本操作是：一般取100g炸藥卷并插入二只電雷管，將其懸吊于彈蓋上，接出雷管腳線，安好彈蓋后，隨即將彈內空氣抽出，并用氮氣置換剩余的氣體，再抽成真空，然后把彈體放入量熱桶中，桶內注入一定數(shù)量蒸餾水，使其全部淹沒彈體。恒溫一小時后，記錄水溫T0，接著引爆炸藥，水溫隨即上升，記下最高溫度T。被測炸藥的爆熱Qv可按下式求出：

式中Qv為被測炸藥的爆熱，kJ/kg；C水為采用蒸餾水的總熱容，KJ/℃；C儀為試驗裝置的熱容，以當量的水的熱容表示，kJ/℃；q為雷管爆熱，kJ；m為被測的炸藥量，kg。第六十六頁，共八十一頁。3.5炸藥(zhàyào)的爆炸性能3.5.1炸藥(zhàyào)的爆炸性能參數(shù)影響(yǐngxiǎng)爆熱的因素:1）炸藥的氧平衡。2）裝藥密度。3）附加物影響。4）裝藥外殼影響。5）炸藥化學反應的完全程度。第六十七頁，共八十一頁。3.5炸藥(zhàyào)的爆炸性能3.5.1炸藥(zhàyào)的爆炸性能參數(shù)爆溫的計算(jìsuàn):爆溫的計算方法常采用卡斯特法，為使計算簡化，首先建立如下三個假設：1）爆炸過程近似視為定容過程；2）爆炸過程是絕熱的，爆炸反應放出的能量全部用來加熱爆炸產(chǎn)物；3）爆炸產(chǎn)物的熱容只是溫度的函數(shù)，與爆炸時所處的的壓力等其他條件無關。根據(jù)上述假定，炸藥的爆熱與爆溫的關系可以寫為式中：Qv—爆熱，kJ/mol或kJ/kg；t—所求的爆溫，℃；cjv、nj—爆炸產(chǎn)物中j類型產(chǎn)物的定容熱容和摩爾數(shù)。第六十八頁，共八十一頁。3.5炸藥(zhàyào)的爆炸性能3.5.1炸藥(zhàyào)的爆炸性能參數(shù)爆容的計算(jìsuàn):若已知爆炸反應方程式，就可以應用阿伏加德羅定律計算炸藥的爆容。若炸藥通式是按1mol寫出的，則爆容的計算公式為：

式中：ni——爆炸產(chǎn)物氣體產(chǎn)物的總摩爾數(shù)；mi——炸藥某組分的摩爾數(shù)；Mi——炸藥某組分的分子量。若炸藥通式是按1kg寫出的，則：

第六十九頁，共八十一頁。3.5炸藥(zhàyào)的爆炸性能3.5.1炸藥(zhàyào)的爆炸性能參數(shù)爆壓的計算(jìsuàn):

炸藥在密閉容器中爆炸時，其爆炸產(chǎn)物對器壁所施的壓力稱為爆壓，單位為Mpa。計算爆壓的關鍵在于選擇產(chǎn)物的狀態(tài)方程，一般可利用阿貝爾狀態(tài)方程來計算，即式中p——爆壓，kg/cm2；V0——爆容，L/kg；T——爆溫，K；ρ——炸藥密度，g/cm3；α——氣體分子的余容，L/kg。乘積nR可用炸藥爆容V0來表示。因爆容是標準狀態(tài)下的體積，由理想氣體狀態(tài)方程可知：第七十頁，共八十一頁。3.5炸藥(zhàyào)的爆炸性能3.5.2炸藥的爆破(bàopò)性能炸藥(zhàyào)爆炸的動、靜作用:炸藥的爆破作用可分為兩部分：利用炸藥爆炸產(chǎn)生沖擊波或應力波形成的破壞作用稱為炸藥爆炸的動作用；利用爆炸氣體產(chǎn)物的流體靜壓或膨脹功形成的破壞或拋擲作用稱為炸藥爆炸的靜作用。炸藥的動作用和靜作用決定于炸藥爆炸作用在炮孔壁上的壓力變化?？妆诔跏紱_擊壓力越大，作用時間越短，則動作用越強，反之則靜作用越強。炮孔壁上的壓力決定于炸藥和介質的性質、裝藥結構和爆破條件等。不同類型的炸藥，兩種作用的表現(xiàn)程度不同。如火炸藥幾乎不存在動作用，銨油炸藥的動作用也較弱；而猛炸藥的動作用則表現(xiàn)很明顯。第七十一頁，共八十一頁。3.5炸藥(zhàyào)的爆炸性能3.5.2炸藥的爆破(bàopò)性能耦合裝藥孔壁初始壓力(yālì)計算:對于耦合裝藥，炸藥爆炸時的爆轟波直接與周圍介質發(fā)生碰撞，并在介質中形成爆炸沖擊波和應力波。對于大多數(shù)巖石來說，沖擊波作用范圍很小，若忽略不計，可近似認為爆轟波與巖石的碰撞是彈性的。按彈性碰撞和正入射條件，可得孔壁初始壓力的計算公式：式中：、D分別為炸藥的密度和爆速；為介質的密度和彈性波速。第七十二頁，共八十一頁。3.5炸藥(zhàyào)的爆炸性能3.5.2炸藥(zhàyào)的爆破性能不耦合裝藥孔壁初始壓力(yālì)計算:對于不耦合裝藥，炸藥爆炸時的爆轟波首先壓縮間隙內的空氣，產(chǎn)生空氣沖擊波，爾后再由空氣沖擊波沖擊炮孔壁并在介質內產(chǎn)生爆炸應力波。炮孔內的爆轟產(chǎn)物膨脹時的初始壓力按平均爆轟壓力的一半計算。則可導出在不耦合裝藥條件下，作用在孔壁上的初始壓力為：式中：dc、db分別為藥柱和炮孔直徑；n為爆轟產(chǎn)物碰撞炮孔壁時的壓力增大系數(shù)，n=8-11，一般取n=10。第七十三頁，共八十一頁。3.5炸藥(zhàyào)的爆炸性能3.5.2炸藥的爆破(bàopò)性能炸藥(zhàyào)的爆力:為了研究和了解炸藥的爆破性能和對周圍介質的破壞能力，合理的利用炸藥的能量，一般從兩方面對炸藥進行評價：一是炸藥的做功能力或稱爆力，二是炸藥的沖擊能力或稱猛度。用猛度和爆力表征炸藥的爆破性能。炸藥的爆力：炸藥爆炸對周圍介質所作機械功的總和，又稱炸藥的做功能力。根據(jù)理想氣體的絕熱膨脹理論可知：爆熱是決定炸藥作功能力的最基本因素，因此提高爆熱是提高炸藥爆力最有效的措施，另外做功能力還與產(chǎn)物的膨脹能力及等熵指數(shù)有關。很顯然，炸藥爆炸產(chǎn)物的膨脹比越大，則作功能力越大；當爆熱和產(chǎn)物的膨脹程度相同時，則等熵指數(shù)越大，作功能力也越大。第七十四頁，共八十一頁。3.5炸藥(zhàyào)的爆炸性能3.5.2炸藥的爆破(bàopò)性能炸藥(zhàyào)爆力的測定:測定爆力的方法常用的有：鉛鑄法、彈道臼炮法和拋擲漏斗法。鉛鑄法將炸藥取10g，用錫箔紙做外殼，制成24