第二章-炸藥和爆炸的基本理論

PAGEPAGE49第二章炸藥和爆炸的基本理論第一節(jié)爆炸和炸藥的基本概念一、爆炸及其分類概括地說，爆炸是某一物質(zhì)系統(tǒng)在發(fā)生迅速的物理和化學的變化時，系統(tǒng)本身的能量借助于氣體的急劇膨脹而轉(zhuǎn)化為對周圍介質(zhì)做機械功，同時伴隨有強烈放熱、發(fā)光和聲響等效應(yīng)。爆炸是一種常見的現(xiàn)象。例如，鍋爐爆炸、汽車或自行車的輪胎“放炮”，原子彈、氫彈的爆炸和燃放鞭炮等。分析各種爆炸現(xiàn)象，大致可以將其歸納為三大類。（一）物理爆炸（Physicsexplodes）經(jīng)驗表明，自行車輪胎由于打氣過多，內(nèi)部壓力過大，超過了內(nèi)胎的強度，使內(nèi)胎突然破裂，以致發(fā)出大的響聲。這種僅僅是物質(zhì)形態(tài)發(fā)生變化，而化學成分和性質(zhì)沒有改變的爆炸現(xiàn)象，叫做物理爆炸。（二）核爆炸（Nucleusexplodes）由于核裂變(如U235的裂變)或核聚變(如氘、氚、鋰的聚變)反應(yīng)放出巨大的能量，使裂變或聚變產(chǎn)物形成高溫高壓的蒸汽而迅速膨脹做功，造成巨大的破壞作用。這種由核裂變或核聚變釋放出巨大能量所引起的爆炸現(xiàn)象，叫做核爆炸。（三）化學爆炸（Chemistryexplodes）燃放鞭炮所引起的強烈響聲或礦山爆破所引起的巖石破裂、位移和氣浪等，都是由于炸藥獲得一定的起爆能量后，迅速發(fā)生化學反應(yīng)，放出足夠的熱能，形成高溫高壓氣體，并對外界膨脹做功的緣故。這種爆炸現(xiàn)象叫做化學爆炸?；瘜W爆炸不僅是物質(zhì)的形態(tài)發(fā)生了變化，而且成分和性質(zhì)也發(fā)生了變化。在工程爆破中，應(yīng)用最廣泛的是化學爆炸，而且主要是利用其破壞作用。二、產(chǎn)生化學爆炸的條件實踐表明，凡是形成化學爆炸必須同時具備四個條件，即變化過程應(yīng)是放熱的、高速進行的、生成大量的氣體產(chǎn)物和能自動迅速地進行傳播。（一）爆炸變化過程放出大量的熱能。這是產(chǎn)生化學爆炸的首要條件。熱是爆炸做功的能源。同時，如果沒有足夠的熱量放出，化學變化本身不能供給繼續(xù)變化所需要的能量，化學變化就不可能自行傳播，爆炸過程也就不能產(chǎn)生。舉例說明如下：ZnC2O4=Zn+2CO2-205.4kJCuC2O4=Cu+2CO2+23.86kJAg2C2O4=2Ag+2CO2+55.2kJ這三個分解反應(yīng)，雖然都生成氣體，反應(yīng)速度也很迅速，但前一個分解反應(yīng)是吸熱的，反應(yīng)過程很平靜，不是爆炸反應(yīng)。第二個反應(yīng)雖屬放熱反應(yīng)，但反應(yīng)熱很小，仍不足以使反應(yīng)自動加速和傳播，也不是爆炸反應(yīng)。唯有第三個反應(yīng)在分解時能夠放出大量的熱，使反應(yīng)得以迅速進行并穩(wěn)定傳播。這樣的分解變化過程就具有化學爆炸的特征。（二）變化過程必須是高速的。只有高速的化學反應(yīng)，才能忽略能量轉(zhuǎn)換過程中熱傳導和熱輻射的損失，在極短的時間內(nèi)將反應(yīng)形成的大量氣體產(chǎn)物加熱到高溫，壓力猛增到幾萬~幾十萬個大氣壓，高溫高壓氣體迅速向四周膨脹做功，便產(chǎn)生了爆炸現(xiàn)象。與一般的可燃物相比，炸藥并非是高能物質(zhì)。然而，一般可燃物(如煤)的燃燒過程進行得十分緩慢，反應(yīng)放出的熱量大部分由于熱的傳導和輻射而損失掉了，不能將產(chǎn)物加熱到很高的溫度，更不能形成很高的壓力，所以不能形成爆炸。相反，炸藥的爆炸反應(yīng)通常是在10-5~10-6秒內(nèi)完成的。例如，1kg球狀梯恩梯藥包完全爆炸的時間僅為1×10-5秒左右。在如此極為短暫時間內(nèi)，反應(yīng)釋放出的能量來禾及散失而高度集中于有限的空間內(nèi)，因而爆炸反應(yīng)可以達到很高的能量密度，這也是形成化學爆炸的重要條件。（三）變化過程應(yīng)能生成大量的氣體產(chǎn)物。炸藥爆炸時所生成的氣體產(chǎn)物是做功的介質(zhì)。表2-1一些物質(zhì)的反應(yīng)熱物質(zhì)名稱反應(yīng)形式釋放的熱量KJ/kgKJ/L煤(C)氫(H2)硝化甘油硝化棉梯恩梯黑火藥硝銨炸藥雷汞迭氮化鉛與氧按化合量燃燒與氧按化合量燃燒爆炸反應(yīng)爆炸反應(yīng)爆炸反應(yīng)爆炸反應(yīng)爆炸反應(yīng)爆炸反應(yīng)爆炸反應(yīng)896013524621742914187278442281733153617.164.189965558168083341711760674760由于氣體具有很大的可壓縮性和膨脹系數(shù)，在爆炸的瞬間處于強烈的壓縮狀態(tài)，而形成很高的勢能。該勢能在氣體膨脹過程中，迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功。如果反應(yīng)產(chǎn)物不是氣體而是固體或液體，那么，即使是放熱反應(yīng)，也不會形成爆炸現(xiàn)象。例如，鋁和氧化鐵的反應(yīng)，即鋁熱劑反應(yīng)：2Al+Fe2O3=A12O3+2Fe+8290kJ反應(yīng)放出的熱很高，可使生成物加熱到3000℃左右，但由于反應(yīng)中沒有大量氣體生成，因而不是爆炸反應(yīng)。（四）變化過程能自動進行傳播。從上述分析可知，在外界能量激發(fā)下，化學爆炸可放出大量的熱，致使炸藥中某一局部發(fā)生化學反應(yīng)后，其余部分則無需任何其它外界因素就能自動地連續(xù)不斷地傳播下去。上述四點是產(chǎn)生化學爆炸的四個基本條件，也是化學爆炸不同于一般化學反應(yīng)的四個重要特點。還應(yīng)看到，上述四個條件是相輔相成的，缺一不可，只有它們的綜合效果才能使化學反應(yīng)變化過程具有爆炸的性質(zhì)。三、炸藥及其分類凡在外部施加一定的能量后，能發(fā)生化學爆炸的物質(zhì)叫做炸藥。炸藥分類方法很多，目前還沒有建立起統(tǒng)一的劃分標準，一般可根據(jù)炸藥的組成和用途分類。（一）按炸藥的組成分類1.單質(zhì)炸藥指碳、氫、氧、氮等元素以一定的化學結(jié)構(gòu)存在于同一分子中，并能自身發(fā)生迅速氧化還原反應(yīng)的物質(zhì)。2.混合炸藥指由兩種或兩種以上的成分所組成的機械混合物，既可以含單質(zhì)炸藥，也可以不含單質(zhì)炸藥，但應(yīng)含有氧化劑和可燃劑兩部分，而且二者是以一定的比例均勻混合在一起的，當受到外界能量激發(fā)時，能發(fā)生爆炸反應(yīng)。混合炸藥是目前工程爆破中應(yīng)用最廣、品種最多的一類炸藥。（二）按用途分類1.起爆藥（PrimaryExplosives，InitiatingExplosives）主要用于起爆其它工業(yè)炸藥。這類炸藥的主要特點是：(1)敏感度較高。在很小的外界熱或機械作用下就能迅速爆轟。(2)與其它類型炸藥相比，它們從燃燒到爆轟的時間極為短暫。通常稱為起爆藥，雷管中使用。傳統(tǒng)的起爆藥有迭氮化鉛、二硝基重氮酚、斯蒂酚酸鉛等。近年來，我國還生產(chǎn)使用了其他性能優(yōu)越的新型起爆藥。國外用ASA，[（amixtureofleadAzide，leadStephanieandaluminum，）疊氮化鉛、三硝基間苯二酚鉛和鋁的混合物]。2.猛炸藥（highexplosives）與起爆藥不同，這類炸藥具有相當大的穩(wěn)定性。它們比較鈍感，需要有較大的能量激發(fā)才能引起爆炸。在工程爆破中多數(shù)是用雷管或其它起爆器材起爆。常用的梯恩梯、乳化炸藥、漿狀炸藥、水膠炸藥和銨梯炸藥等都是猛炸藥。3.發(fā)射藥（Gunpowder）又稱火藥，主要用作槍炮或火箭的推進劑，也有用作點火藥、延期藥的。它們的變化過程是迅速燃燒。4.煙火劑（PyrotechnicalComposition）基本上也是由氧化劑與可燃劑組成的混合物，其主要變化過程是燃燒，在極個別的情況下也能爆轟。一般用來裝填照明彈、信號彈、燃燒彈等。延期雷管中的延期藥屬于此類。四、炸藥化學變化的基本形式根據(jù)化學反應(yīng)的激發(fā)條件、炸藥的性質(zhì)和其它因素的不同，炸藥化學變化過程可能以不同的速度進行傳播，同時在性質(zhì)上也具有重大的區(qū)別。按照其傳播性質(zhì)和速度的不同，可將炸藥化學變化的基本形式分為四種：熱分解、燃燒、爆炸和爆轟。（一）熱分解炸藥在常溫下也要進行分解作用，但分解速度很慢，不會形成爆炸。當溫度升高時，分解速度加快，溫度繼續(xù)升高到某一定值(爆發(fā)點)時，熱分解就能轉(zhuǎn)化為爆炸。炸藥的熱分解性能影響炸藥的貯存。例如，庫房的溫度和藥箱堆放數(shù)量與方式都會對炸藥熱分解產(chǎn)生影響。一般來說，在炸藥庫房內(nèi)，藥箱不應(yīng)過多，堆放不應(yīng)過緊，要隨時注意通風，防止溫度升高時熱分解加劇而引起爆炸事故。（二）燃燒（Combustion）炸藥不僅能爆炸，而且在一定的條件下，絕大多數(shù)炸藥都能夠穩(wěn)定地燃燒而不爆炸。例如，人們銷毀炸藥時就是利用了炸藥的燃燒性質(zhì)。但隨著溫度和壓力的增加，燃速也顯著增加，并且當外界壓力、溫度超過某一極限數(shù)值時，燃燒的穩(wěn)定性就被破壞，炸藥很快地由燃燒變成爆轟。例如，炸藥(量較小)在空氣中燃燒時比較緩慢，且不伴隨有聲效應(yīng)。而在容器內(nèi)(特別是密閉時)燃燒時，由于產(chǎn)生的氣體不易排出，溫度、壓力就會急劇增加，燃燒變得相當強烈，此時極易轉(zhuǎn)化為爆轟。（三）爆炸(explosion)炸藥爆炸的特點是在爆炸點的壓力急劇地發(fā)生突變時，傳播速度很快而且可變，通常每秒達數(shù)千米，但是這種速度與外界條件的關(guān)系不大，即使是在敞開容器中也能進行高速度爆炸反應(yīng)。一般地說，爆炸過程是很不穩(wěn)定的，不是過渡到更大爆速的爆轟，就是衰減到很小爆速的爆燃（DDT，deflagrationtodetonationtransition，爆燃）直至熄滅。因此，爆炸只是爆炸變化過程中的一種過渡狀態(tài)。（四）爆轟（Detonation）炸藥爆炸以最大而穩(wěn)定的爆速進行傳爆的過程叫做爆轟。它是炸藥所特有的一種化學變化形式，并且與外界的壓力、溫度等條件無關(guān)。各種不同炸藥爆轟的傳播速度一般為每秒數(shù)千米直至萬米。例如，梯恩梯的爆速為7000m／s，系指梯恩梯在該條件下能達到的最大的穩(wěn)定的爆炸速度。對于任何一種炸藥來說，在給定的條件下，爆轟速度均為常數(shù)。在爆轟條件下，爆炸具有最大的破壞作用。爆炸和爆轟并無本質(zhì)上的區(qū)別，只不過傳播速度不同而已。爆轟的傳播速度是恒定的，爆炸的傳播速度是可變的，也可以認為爆炸就是爆轟的一種形式，即不穩(wěn)定的爆轟。炸藥化學變化的上述四種基本形式在性質(zhì)上雖有不相同之處，但它們之間卻有著非常密切的聯(lián)系，在一定的條件下是可以互相轉(zhuǎn)化的。炸藥的熱分解在一定的條件下可以轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵ㄋ幍娜紵S溫度和壓力的增加又可能發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，直至過渡到穩(wěn)定的爆轟。這種轉(zhuǎn)變所需的外界條件是至關(guān)重要的。了解分析這些變化形式就在于針對各種不同的實際情況，有力地控制外界條件，使其按照人們的需要來“駕馭”炸藥的變化形式。第二節(jié)炸藥的氧平衡與有毒氣體一、氧平衡（oxygenbalance）(一)氧平衡的基本概念從元素組成來說，炸藥通常是由碳(C)、氫(H)、氧(O)、氮(N)四種元素組成的。其中碳、氫是可燃元素，氧是助燃元素，炸藥是一種載氧體。炸藥的爆炸過程實質(zhì)上是可燃元素與助燃元素發(fā)生極其迅速和猛烈的氧化還原反應(yīng)的過程。反應(yīng)結(jié)果是氧和碳化合生成二氧化碳(CO2)或一氧化碳(CO)，氫和氧化合生成水(H2O)，這兩種反應(yīng)都放出了大量的熱。每種炸藥里都含有一定數(shù)量的碳、氫原子，也含有一定數(shù)量的氧原子，發(fā)生反應(yīng)時就會出現(xiàn)碳、氫、氧的數(shù)量不完全匹配的情況。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。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：(1)零氧平衡。指炸藥中所含的氧剛夠?qū)⒖扇荚赝耆趸?2)正氧平衡。指炸藥中所含的氧將可燃元素完全氧化后還有剩余。(3)負氧平衡。指炸藥中所含的氧不足以將可燃元素完全氧化。實踐表明，只有當炸藥中的碳和氫都被氧化成CO2和H2O時，其放熱量才最大。零氧平衡一般接近于這種情況。負氧平衡的炸藥，爆炸產(chǎn)物中就會有CO、H2，甚至會出現(xiàn)固體碳；而正氧平衡炸藥的爆炸產(chǎn)物，則會出現(xiàn)N0、NO2等氣體。這兩種情況，都不利于發(fā)揮炸藥的最大威力，同時會生成有毒氣體。如果把它們用于地下工程爆破作業(yè)，特別是含有礦塵和瓦斯爆炸危險的礦井，就更應(yīng)引起注意。因為CO、NO、NxOy不僅都是有毒氣體，而且能對瓦斯爆炸反應(yīng)起催化作用，因此這樣的炸藥就不應(yīng)用于地下礦井的爆破作業(yè)。炸藥的氧平衡不僅具有理論意義，而且是設(shè)計混合炸藥配方、確定炸藥使用范圍和條件的重要依據(jù)。(二)氧平衡值的計算一般地說，對于含碳、氫、氧、氮的單質(zhì)炸藥或混合炸藥，其實驗式可用下面通式表示：CaHbOcNd式中a，b，c，d分別代表在一個炸藥分子中碳、氫、氧、氮的原子個數(shù)。發(fā)生爆炸反應(yīng)時，可燃元素碳、氫的完全氧化是按下式進行的：C+O2→CO22H2+O2→2H2O也就是說，a個原子碳變成二氧化碳，需要消耗2a個原子氧，b個原子氫變成水，需要消耗去b/2個原子氧。而炸藥本身所含有的氧的原子數(shù)是c，因此c與的差值，就反映了上述三種氧平衡的情況：(1)的炸藥為正氧平衡炸藥；(2)的炸藥為零氧平衡炸藥；(3)的炸藥為負氧平衡炸藥。(三)炸藥氧平衡的表示方法1、在實際計算中，氧平衡值往往用每克炸藥內(nèi)多余或不足的氧的克數(shù)來表示，這時CaHbOcNd炸藥的氧平衡可按下式計算：(2—1)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數(shù)來表示，系指每100克炸藥所含的多余或不足的氧的克數(shù)。習慣上，在正氧平衡數(shù)值前冠以“+”號，在負氧平衡數(shù)值前冠以“–”號。3、單質(zhì)炸藥和混合炸藥的氧平衡(2—1)式對于計算含碳、氫、氧、氮體系之單質(zhì)炸藥的氧平衡值是十分方便有效的，可是在乳化炸藥、漿狀炸藥等現(xiàn)代礦用炸藥中，除了含有碳、氫、氧、氮等元素外，還可能含有鋁、鈉、鉀、鐵、硫等其它的元素，因此在實際計算時是應(yīng)該將后面幾種元素考慮在內(nèi)的。實踐已經(jīng)表明，乳化炸藥、漿狀炸藥的組分較復(fù)雜，以至用上述的氧平衡公式已不能直接計算，需要作適當修正。我們知道氧平衡的意義，廣義地說就是炸藥或物質(zhì)中的氧化劑用以完全氧化它自身所含的可燃劑后所多余或不足的氧量。這樣除了考慮將碳氧化為CO2，氫氧化為H2O之外，對一些金屬元素還應(yīng)考慮生成金屬的氧化物。而硫一般作為可燃劑處理，生成SO2。這樣，各種元素的氧化最終產(chǎn)物大致如下：C→CO2；H→H20；Na→Na2O；K→K2O；Al→A12O3；Fe→Fe2O3；Si→SiO2；S→SO2等。如果在這些炸藥中還可能有含氯的化合物，如氯酸鉀、高氯酸銨(鈉)等，在計算其氧平衡值時，是將氯考慮為氧化性元素，應(yīng)生成氯化氫和金屬氯化物等產(chǎn)物，而剩余的其它可燃元素則按完全氧化而予以計算。此外，對于乳化炸藥、漿狀炸藥中所含的乳化劑、膠凝劑，則應(yīng)根據(jù)具體所用物質(zhì)確定實驗式來予以考慮。例如，田菁膠、古爾膠等植物膠可采用的實驗式為C6H20O5。確定了上述原則之后，若以CaHbOcNdXe表示含鋁、硫等炸藥的實驗通式(X表示任意一種可燃元素)，那么這些炸藥的氧平衡值可用下式計算：(2—2)式中e——該元素的原子數(shù)；m——該元素完全氧化時，氧原子數(shù)與該原子數(shù)之比。如，Al→A12O3時，其m=3/2，Na→Na2O時，m=1/2，S→SO2時，m=2；a，b，c的意義同(2—28)式。對于一個比較復(fù)雜的混合炸藥體系來說，雖然可以以一定量為基礎(chǔ)，寫出實驗通式，然后按照(2—2)式進行計算，但比較復(fù)雜。若采用各組分的百分率與其氧平衡值的乘積的總和來計算，則比較簡便，即：(2—3)式中O.Bi——漿狀炸藥或乳化炸藥各組分的氧平衡值；ki——漿狀炸藥或乳化炸藥各組分的百分比含量。由(2—3)式可知，知道一些常用炸藥和物質(zhì)的氧平衡值，對于計算比較復(fù)雜體系的氧平衡值是十分必要的。表2—2列述了一些常用炸藥和物質(zhì)的氧平衡值。表2—2一些常用炸藥和物質(zhì)的氧平衡值物質(zhì)名稱分子式原子量或分子量氧平衡值(g／g)硝酸銨硝酸鈉硝酸鉀硝酸鈣抗水硝酸銨高氯酸銨高氯酸鈉黑索金奧克托金二硝基甲苯二硝基甲苯磺酸鈉三硝基萘硝化甘油硝化二乙二醇高氯酸鉀氯酸鉀重鉻酸鉀梯恩梯NH4NO3NaNO3KNO3Ca(NO3)2NH4C1O4NaClO4C3H6O6N6C4H8O8N8C7H6O4N4C13H20O3SNaC10H6O4N2C13H5O9N3C4H8O6N2KClO4KClO3K2Cr2O7C6H2(NO2)3CH3808510l164117.5122.5222296182348218227196138.5122.5295227+O.200+O.471+O.396+O.488+0.185+O.340+0.523-0.216-O.216-1.142-2.300-1.393+0.035-0.408+O.462+O.392+O.082-O.740(四)氧平衡值的計算實例1.單一物質(zhì)的氧平衡值計算(1)硝酸銨。將硝酸銨寫成炸藥通式應(yīng)為：C0H4O3N2，M=80克，將各數(shù)據(jù)代入(2—1)式即得：(2)梯恩梯。梯恩梯寫成通式為：C7H5O6N3，M=227克，將其代入(2—1)式便得：2.混合炸藥的氧平衡值計算正如前述，混合炸藥的氧平衡值可按(2—2)式計算，此時需以某一定數(shù)量的炸藥為基礎(chǔ)，求出C、H、O、N等元素的摩爾數(shù)，然后再代入式中求算其氧平衡值，比較繁雜。也可按(2—3)式計算，此時只需查出或算出炸藥中各成分的氧平衡值和百分比，將其代入(2—3)式即算出其氧平衡值。在計算混合炸藥，特別是乳化炸藥、漿狀炸藥的氧平衡值時，一般采用后一種方法較好。(1)計算4號漿狀炸藥的氧平衡值。4號漿狀炸藥的組分配比和各組分的氧平衡值(可由表2—2查得)如表2—3所示。表2—34號漿狀炸藥的組分配比與氧平衡值組分名稱含量百分比(％)氧平衡值(g／g)硝酸銨水梯恩梯白芨膠尿素硼砂60.216.517.52.03.01.3+O．200O-0.740-1.066-O.800將表中的各數(shù)據(jù)代入（2—3）式便得：氧平衡值=60.2%×(+0.200)+17.5%×(0.740)+2%×(-1.066)+3.0%×(-0.80)=0.1204-0.1295-0.0213-0.0240=0.0544(g/g)(2)計算EL-102乳化炸藥的氧平衡值。EL-102乳化炸藥的大致組分配比和各組分的氧平衡值列于表2—4中。將表中數(shù)據(jù)代入（2—3）式得氧平衡值：氧平衡值=70.0%×(+0.200)+10%×(+0.471)+1%×(-2.39)+1.5%×(-3.420)+2.5%×(-3.470)+1%×(-1.00)+2%×(-0.889)=0.140+0.0471-0.0239-0.0521-0.0865-0.01-0.018=0.0029(g/g)二、爆炸生成物中的有毒氣體誠然，從理論上講，適當調(diào)整炸藥的組分配比，使其保持零氧平衡，在爆炸時是可以不生成CO和NxOy的。但是，在實際爆破工作中，由于炸藥種類、貯存條件、引爆方式和爆破條件等的不同，炸藥爆炸時總是要產(chǎn)生有毒氣體的。這些有毒氣體主要是一氧化碳和氮的氧化物，在硫化礦和含硫巖層中進行爆破時，或是含硫炸藥爆炸時，還可能生成少量的硫化氫和二氧化硫。這些氣體對于人體組織都是十分有害的。當其濃度超過一定限度時，將會導致人們中毒甚表2-4EL-102之組分配比與氧平衡值組分名稱百分含量(％)氧平衡值(g／g)硝酸銨硝酸鈉水失水山梨糖醇單油酸酯（司盤-80）柴油復(fù)合蠟硫鋁70.O10.O12.01.O1.52.51.O2.O+O.200+O.4710-2.39-3.420-3.470-1.00-O.889至死亡。對于有瓦斯和礦塵爆炸危險的礦井來說，這些氣體還將對瓦斯和粉塵爆炸反應(yīng)起催化作用。就其毒性來說，一般認為NxOy（ＮＯＸ,氮氧化物,指ＮＯ,ＮＯ2和Ｎ2Ｏ）的毒性要比CO的毒性更大，但究竟大到何種程度，各國規(guī)定的標準很不一致。例如，美國通常認為NxOy的毒性比CO大20倍，前蘇聯(lián)則規(guī)定為大6.5倍，我國也是采用6.5倍的標準。通常都是按毒性程度，將NxOy的含量折算為CO的含量，然后用CO表示有毒氣體的總量。表2-5我國地下爆破作業(yè)點有毒氣體允許濃度名稱符號最大允許濃度按體積(％)按重量(mg／m3)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任何一種炸藥當其被推廣應(yīng)用于地下工程爆破時，都必須測定其有毒氣體生成量，規(guī)定其安全(或炮煙)等級。目前各國都根據(jù)各自的具體情況規(guī)定出有毒氣體的允許濃度標準。例如，我國規(guī)定地下爆破作業(yè)點的有毒氣體的濃度不得超過表2-5的標準。日本規(guī)定其允許濃度是：CO要在1/104以下，NxOy要在5/106以下，同時美國礦山局還規(guī)定，呼吸CO氣體濃度為1/104或NxOy氣體濃度為5/106的空氣，不得超過8h。第三節(jié)炸藥的起爆和敏感度一、炸藥起爆的能量形式炸藥是一種相對穩(wěn)定的平衡系統(tǒng)，要使其發(fā)生爆炸變化必須要由外界施加一定的能量。通常將外界施加給炸藥某一局部而引起炸藥爆炸的能量稱為起爆能，而引起炸藥發(fā)生爆炸的過程稱為起爆。引起炸藥爆炸的原因可以歸納為兩個方面——內(nèi)因與外因。從內(nèi)因看，是由于炸藥分子結(jié)構(gòu)的不同所引起的，也就是說，炸藥本身的化學性質(zhì)和物理性質(zhì)決定著該炸藥對外界作用的選擇能力。吸收外界作用能量比較強，分子結(jié)構(gòu)比較脆弱的炸藥就容易起爆，否則起爆就比較困難。例如，碘化氮只要用羽毛輕輕觸及就可以引起爆炸，而硝酸銨要用幾十克甚至數(shù)百克梯恩梯才能引爆。所謂外因系指起爆能。由于外部作用的形式不同，其起爆能通常可以有三種形式：（一）熱能。利用加熱的形式使炸藥形成爆炸。能夠引起炸藥爆炸的加熱溫度，稱為起爆溫度。熱能是最基本的一種起爆能，在爆破作業(yè)中，利用導火索引爆火雷管，就是熱能引爆的一個例子。（二）機械能。通過機械作用使炸藥爆炸，其機械作用的方式一般有撞擊、摩擦、針刺、槍擊等。機械作用引起爆炸的實質(zhì)是在瞬間將機械能轉(zhuǎn)化為熱能，從而使局部炸藥達到起爆溫度而爆炸。在工程爆破中，很少利用機械能進行起爆，但是在炸藥生產(chǎn)、儲存、運輸和使用過程中，應(yīng)該注意防止因機械能引起意外的爆炸事故。（三）爆炸能。這是工程爆破中最廣泛應(yīng)用的一種起爆能。顧名思義，它是利用某些炸藥的爆炸能來起爆另外一些炸藥。例如：在爆破作業(yè)中，利用雷管爆炸、導爆索爆炸和中繼起爆藥包爆炸來起爆炸藥包等。二、炸藥起爆的機理（一）炸藥的熱能起爆理論炸藥在熱能作用下發(fā)生爆炸的理論研究工作是從研究爆炸氣體混合物(如甲烷與空氣混合物)發(fā)生熱爆炸的原因開始的研究過程中，謝苗諾夫建立了混合氣體熱自動點火的熱爆炸理論。其基本要點是，在一定的溫度、壓力和其他條件下，如果一個體系反應(yīng)放出的熱量大于熱傳導所散失的熱量，就能使該體系——混合氣體發(fā)生熱積聚，從而使反應(yīng)自動加速進行，最后導致爆炸。就是說，爆炸是系統(tǒng)內(nèi)部溫度漸增的結(jié)果。為便于研究，謝苗諾夫提出了下述三點假設(shè)：1.炸藥各處溫度相同，就是說炸藥的里層和外層不存在溫度差。2.環(huán)境溫度T0為常數(shù)。3.炸藥達到爆炸時的炸藥溫度丁大于T0，但是T與T0的差值不大?；谏鲜黾僭O(shè)，謝苗諾夫建立了均溫分布定常熱爆炸的熱平衡方程式，即，炸藥在溫度為T時的單位時間內(nèi)，發(fā)生化學反應(yīng)所放出的熱量Q1，取決于化學反應(yīng)速度W(g／s)和單位重量炸藥反應(yīng)后放出的熱量q(J／g)：(2-4)按照化學反應(yīng)動力學，一級反應(yīng)在開始反應(yīng)時的速度為(2-5)式中Z——頻率因子，與炸藥分子的碰撞概率有關(guān)，Hz；E——炸藥分子的活化能，J；m——炸藥量，g；R——氣體常數(shù)。將(2—4)式代入(2—5)式便得：(2-6)不言而喻，在爆炸反應(yīng)釋放熱量的同時，由于熱傳導的存在，也會向四周散失熱量。單位時間內(nèi)因熱傳導散失于環(huán)境中的熱量Q2為：(2-7)式中K——傳熱系數(shù)，J/K·s。由此可見，只有Q1＞Q2時，體系中才能發(fā)生熱積聚，從而使其溫度不斷升高，化學反應(yīng)迅速加快，最后導致炸藥爆炸。因此炸藥熱爆炸的臨界條件之一應(yīng)是：Q1=Q2(2-8)即：(2-9)要使炸藥爆炸還必須滿足另一個條件，即放熱量隨溫度的變化率應(yīng)超過散熱量隨溫度的變化率，以保證引起炸藥的自動加速反應(yīng)，故爆炸的第二個條件為(2-10)即(2-11)因此，熱爆炸的臨界條件為：(2-12)或(2-13)令(2-14)式中θ——無因次溫度，當θ＞1時，炸藥就有可能發(fā)生爆炸。(2-14)還可用來估計在環(huán)境溫度T0時，炸藥達到爆炸時必須具備的溫度T。上面討論的熱爆炸理論，雖然是以氣體炸藥為研究對象的，但是它的基本點也適用于凝聚炸藥。（二）炸藥的機械能起爆理論——灼熱核理論（熱點學說）灼熱核理論，或稱熱點學說，是布登在總結(jié)前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上提出并已被實踐證實的。該理論認為，當炸藥受到撞擊摩擦等機械能的作用時，并非受作用的炸藥各個部分都被加熱到相同的溫度，而只是其中的某一部分或幾個極小的部分，例如個別晶體的棱角處或微小氣泡處，首先被加熱到炸藥的爆發(fā)溫度，促使局部炸藥首先起爆，然后迅速傳播至全部。這種溫度很高的微小區(qū)域，通常被稱為灼熱核，也稱為“熱點”。研究表明，灼熱核的形狀一般近似于球體，其直徑為10-3～10-5cm。由于分子直徑為10-8cm，因此灼熱核的大小比分子大得多。這就是說，每一個灼熱核起爆實際上是為數(shù)眾多的炸藥分子同時起爆。這種局部炸藥起爆后，又會在其附近形成眾多的新灼熱核，呈連鎖反應(yīng)迅速傳播開來，在極短暫的時間內(nèi)完成整個爆炸過程。灼熱核通常在炸藥晶體的棱角處和微小氣泡處形成。對于單質(zhì)炸藥或者含單質(zhì)炸藥的混合炸藥來說，其灼熱核通常在分子晶體的棱角處形成。而對于含水炸藥(乳化炸藥、漿狀炸藥等)來說，一般是在微小氣泡處形成灼熱核。這兩種形成灼熱核的原因是不同的：(1)絕熱壓縮炸藥內(nèi)所含的微小氣泡，形成灼熱核。當炸藥內(nèi)部含有微小氣泡時，在機械能的作用下，被絕熱壓縮，此時機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽箿囟燃眲∩仙_到足夠高的溫度(300～600℃)在氣泡周圍形成灼熱核，并引起熱點周圍反應(yīng)物質(zhì)的劇烈燃燒和爆炸。(2)炸藥受機械作用，顆粒間產(chǎn)生摩擦，形成灼熱核。在機械能作用下，炸藥質(zhì)點之間或炸藥與摻合物之間發(fā)生相對運動而產(chǎn)生的相互摩擦，也可使炸藥某些微小區(qū)域首先達到爆發(fā)溫度，形成灼熱核。研究表明，除炸藥質(zhì)點摩擦外，摻合物的粒度、數(shù)量、硬度、熔點及導熱性等因素均對灼熱核的形成有影響。常見的摻合物為礦粉、石英砂、玻璃粉等惰性物質(zhì)。實踐表明，當加入導熱率低、硬度大且多棱角的摻合物時，易于使摩擦應(yīng)力集中在少數(shù)幾個點上，有利于灼熱核的形成。此外，由于炸藥急劇地流動而導致炸藥的粘性加熱，也可形成灼熱核。研究表明，由灼熱核的形成到炸藥的穩(wěn)定爆轟是需要經(jīng)歷幾個階段的，如果在某階段上發(fā)生了問題，就不能過渡到爆轟。這就是說，灼熱核產(chǎn)生以后，必須具備一定的條件才能爆炸。在這里，灼熱核的大小、溫度和作用時間是最為重要的。具體一點說，灼熱核必須滿足下列條件：(1)灼熱核的尺寸應(yīng)盡可能地細小，直徑一般為10-3~10-5cm。(2)灼熱核的溫度應(yīng)為300～600℃。(3)灼熱核的作用時間在10-7s以上。乳化炸藥、漿狀炸藥等含水炸藥，比較好地利用了微小氣泡絕熱壓縮形成灼熱核的理論，即引入敏化氣泡，增加炸藥的爆轟敏感度。(三)炸藥的爆炸沖擊能起爆理論在工程爆破中，經(jīng)常利用一種炸藥爆炸后產(chǎn)生的沖擊波通過某一介質(zhì)去起爆另一種炸藥。例如，利用雷管和中繼起爆藥包起爆炸藥，不同藥卷間的殉爆現(xiàn)象均屑此例。實踐表明，均相炸藥和非均相炸藥的爆炸沖擊能起爆機理是不同的。1.均相炸藥的爆炸沖擊能起爆過程均相炸藥是指不含氣泡或其它摻和物的均質(zhì)炸藥，如熔融后鑄裝的TNT、不含氣泡或其它摻合物的液體炸藥或晶體炸藥。這類炸藥的起爆過程是整體均勻灼熱引起化學反應(yīng)。在起爆沖擊波作用下，鄰接沖擊波波陣面的炸藥薄層均勻地受到強烈壓縮，溫度迅速升高，產(chǎn)生急劇的化學反應(yīng)。這需要較強的起爆沖擊波來提供較高的起爆壓力。比如主發(fā)裝藥爆炸產(chǎn)生的強沖擊波進入均相炸藥(如四硝基甲烷)，經(jīng)過一定的延遲以后，便開始在其表面形成爆轟波。這個爆轟波是在強沖擊波通過后，在已被沖擊壓縮的炸藥中發(fā)生的，此時爆轟波的傳播速度比正常的穩(wěn)定爆速大得多。雖然它開始是跟隨于強沖擊波的后面，但經(jīng)一定的距離后，它會趕上沖擊波陣面，其爆速突然降低到略高于穩(wěn)定的值，往后慢慢地達到穩(wěn)定爆速。一般地說，均相炸藥的爆炸沖擊能起爆，取決于臨界起爆壓力值(PK)。不同炸藥的臨界起爆壓力值是不相同的。例如，ρ0=1.6g／ml的硝化甘油炸藥，其臨界起爆壓力值PK=8.5×109Pa；而ρ0=1.8g／ml的黑索金炸藥，其臨界起爆壓力值PK=10×1010Pa。2.非均相炸藥的爆炸沖擊能起爆過程非均相炸藥系指物理性質(zhì)不均勻的炸藥。既可能是不同物質(zhì)的相互混合（比如粉狀銨梯炸藥），也可能是炸藥中留有空氣間隙（比如乳化炸藥），或是二者皆有之。工業(yè)炸藥大多是這類混合炸藥。非均相炸藥的爆炸沖擊能起爆符合熱點學說。在起爆沖擊波作用下，化學反應(yīng)首先圍繞熱點開始，然后進一步發(fā)展到整個炸藥層。這樣非均相炸藥所需的臨界起爆壓力PK值要比均相炸藥小，較低的沖擊波壓力也會引起混合炸藥的爆炸反應(yīng)。同時，由于從熱點形成、反應(yīng)到全部炸藥爆炸反應(yīng)需要經(jīng)過一段時間，所以非均質(zhì)炸藥爆炸化學反應(yīng)區(qū)的寬度大、爆速低，炸藥顆粒、密度等各種因素和外部條件對爆轟波的傳播和爆轟波參數(shù)變化的影響更為顯著。反應(yīng)區(qū)中的化學反應(yīng)甚至分階段進行，在起爆沖擊波壓力作用下，首先是炸藥中各成分的分解反應(yīng)，稱為第一次反應(yīng)；然后分解產(chǎn)物互相作用，或與尚未分解或尚未汽化的成分（如鋁粉）發(fā)生反應(yīng)，生成最終的爆轟產(chǎn)物，稱為第二次反應(yīng)。三、炸藥的敏感度炸藥在外界能量作用下，發(fā)生爆炸反應(yīng)的難易程度稱之為炸藥敏感度。炸藥敏感度與所需的起爆能成反比，就是說炸藥爆炸所需的起爆能愈小，該炸藥的敏感度愈大，按照外部作用形式，炸藥的敏感度有熱感度、機械感度和爆轟感度之分。（一）炸藥的熱感度及其測定方法炸藥在熱能的作用下發(fā)生爆炸的難易程度稱為熱感度，通常以爆發(fā)點和火焰感度等來表示之。1.炸藥的爆發(fā)點炸藥的爆發(fā)點系指使炸藥開始爆炸所需加熱到的介質(zhì)的最小溫度。應(yīng)該注意，這一溫度并不是炸藥爆炸時炸藥本身的溫度，也不是炸藥開始分解時本身的溫度，而是指炸藥分解自行加速開始時的環(huán)境溫度。一般把炸藥的分解開始自行加速到爆炸所經(jīng)歷的時間稱為爆發(fā)延滯期，實驗時，延滯期取5min或5s為標準。圖2—1爆發(fā)點測定器l—合金浴鍋；2—電阻絲；3—隔熱層；4—圖2—1爆發(fā)點測定器l—合金浴鍋；2—電阻絲；3—隔熱層；4—銅管；5—溫度計；6—炸藥測定時，稱取一定量(炸藥取0.05g；起爆藥取0.0lg)的試樣放入銅管中，并輕輕塞上小銅塞，待低熔點合金加熱到將近爆發(fā)點，將已準備好的銅管插入合金浴鍋中(深度要超過管體2／3)，以秒表計時，如在此溫度下不爆炸或超過5min才爆炸，則需升高溫度；如果早于5min爆炸，則需降低溫度。如此反復(fù)幾次，即可測出被試炸藥的爆發(fā)點。表2—6列述了一些炸藥的爆發(fā)點。表2-6幾種炸藥的爆發(fā)點炸藥名稱爆發(fā)點(℃)炸藥名稱爆發(fā)點(℃)EL系列乳化炸藥2*巖石銨梯炸藥3*露天銨梯炸藥2*煤礦銨梯炸藥3*煤礦銨梯炸藥硝酸銨黑火藥330186~230171~179180~188184~189300290~310雷汞氮化鉛黑索金特屈兒硝化甘油梯恩梯二硝基重氮酚175~180300~340230195~200200290~295150~1512.炸藥的火焰感度炸藥在明火(火焰、火星)作用下，發(fā)生爆炸變化的能力稱為炸藥的火焰感度。實踐表明，在非密閉狀態(tài)下，黑火藥與猛炸藥用火焰點燃時通常只能發(fā)生不同程度的燃燒變化，而起爆藥卻往往表現(xiàn)為爆炸。根據(jù)火焰感度的不同，使人們據(jù)此選擇使用不同炸藥，以滿足不同的需要。例如選擇火焰感度較高的起爆藥(如二硝基重氮酚、疊氮化鉛等)作為雷管的第一裝藥，選擇黑索金等猛炸藥作為第二裝藥。圖2—2所示的裝置一般用來測量炸藥的火焰感度。其操作步驟是：準確稱取0.05g試樣，裝入火帽殼內(nèi)，變更插導火索的上、下盤之間的距離，以測定100%發(fā)火的最大距離(上限距離)和100%不發(fā)火的最小距離(下限距離)。一般以六次平行試驗結(jié)果為準。由于導火索的噴火強度隨其藥芯的粒度、密度等不同而變化，所以實驗結(jié)果通常只能作為相對比較。炸藥的上限距離越大，其火焰感度越高；下限距離越小，其火焰感度越低。一般情況下，上限距離可用于比較起爆藥發(fā)火的難易程度，下限距離則往往作為判定炸藥對火焰安全性的依據(jù)。（二）炸藥的機械感度及其測定方法1.撞擊感度是指炸藥在機械撞擊下發(fā)生爆炸的難易程度，是炸藥最重要的感度指標之一。測定撞擊感度最常用的儀器是立式落錘儀。如圖2—3所示。重錘在導軌間可以自由上下滑行，其重量在0.5~20kg之間變化，落高一般為25cm。重錘上有一個頭可由特制的鋼爪抓住，鋼爪可使錘固定在不同的高度上(落高)，只要輕輕拉動鋼爪上的繩子，錘即可自由落下。其撞擊裝置由擊砧、套筒以及鋼座、地基等組成，在擊砧之間放入炸藥試樣0.05g，然后放下重錘撞擊之，根據(jù)聲效應(yīng)來判斷其爆炸與否。利用該裝置測出的撞擊感度，表示方法有多種，常用的有下列三種：(1)爆炸百分數(shù)。落高25cm，錘重10kg，撞擊25～50次，求出其爆炸百分率。當爆炸百分率為100％時，改用5kg或2kg重錘重新試驗。表2-7列述了幾種炸藥以爆炸百分數(shù)表示的撞擊感度。(2)上下限法。上限：100%爆炸的最低落高；下限：100%不爆炸的最高落高。(3)50%爆炸特性高度。即找出50%爆炸的那一點的高度來表示。2．炸藥的摩擦感度及其測定方法炸藥的摩擦感度系指在機械摩擦作用下炸藥發(fā)生爆炸的難易程度。測定炸藥摩擦感度的儀器有多種，但大多數(shù)測定誤差較大，精度不高。比較精確的方法是擺式摩擦儀，是目前我國最常用的儀器。儀器的主要部分(見圖2—4)是長2m帶有重1kg擺錘的擺。擺用弧形刻度尺可以固定在規(guī)定的高度表2-7幾種炸藥的撞擊感度炸藥名稱EL系列乳化炸藥2#巖石銨梯炸藥硝化甘油黑索金特屈兒黑火藥梯恩梯爆炸百分數(shù)(％)≤82010070~7550~60504～8上，擺落下時擺錘打擊加有靜載荷的摩擦擊柱。上下?lián)糁g夾有試樣，在擺錘打擊下使上下?lián)糁g發(fā)生水平移動，以摩擦炸藥試樣，觀察爆炸與否。每次試驗的藥量為0.01～0.03g，平行試驗25次，計算爆炸百分數(shù)。表2-8列述了用這種儀器測定的幾種炸藥的摩擦感度。表2-8幾種炸藥的摩擦感度炸藥名稱EL系列乳化炸藥銨鋁高威力炸藥1#煤礦炸藥3#煤礦炸藥梯恩梯特屈兒黑索金摩擦感度（%）040283602490注：測試條件：擺角96°，表壓4903kPa，負荷593299kPa，擺錘1kg，藥量0.03g。(三)炸藥的爆轟感度及其測定方法炸藥的爆轟感度系用來表示一種炸藥在其它炸藥的爆炸作用下發(fā)生爆炸的難易程度。它一般用極限起爆藥量表示。所謂極限起爆藥量系指引起炸藥完全爆炸的最小起爆藥量，通常利用如圖2-5所示的實驗裝置測定。操作步驟是：稱取0.5g或1.0g炸藥試樣，以49030kPa壓力將其壓入8號銅雷管殼中，然后再裝入起爆藥，扣上加強帽，以29400kPa壓力加壓，并插入導火索，將制成的這種火雷管直立放在4mm厚的鉛板上起爆。根據(jù)鉛板穿孔大小來判斷測試的炸藥是否引爆。完全爆炸的標準是鉛板穿孔直徑不小于雷管外徑。通過增減起爆藥的藥量，經(jīng)過一系列試驗，即可測出它的極限起爆藥量。用這種方法測定的幾種猛炸藥的極限起爆藥量列于表2-9。（ＲＤＸ，hexogen，黑索金炸藥，環(huán)三亞甲基三硝基胺）起爆藥名稱受試炸藥(g)梯恩梯特屈兒黑索金氮化鉛O.160.10O．05二硝基重氮酚O.1630.17O．13表2-9幾種單質(zhì)猛炸藥的極限起爆藥量由表列數(shù)據(jù)可看出，同一種起爆藥，對不同猛炸藥的極限起爆藥量是不相同的，就是說不同炸藥的爆轟感度是不同的。對于沒有雷管感度的工業(yè)炸藥(如多孔粒狀銨油炸藥、漿狀炸藥)的極限起爆藥量，通常以中繼起爆藥包(柱)的最小重量來衡量的。四、影響炸藥敏感度的因素影響炸藥敏感度的因素可歸納成內(nèi)在因素與外界影響因素兩個方面。(一)內(nèi)在影響因素1.鍵能一般地說，分子中各原子間的鍵能越大，破壞它就越困難，敏感度也越小。但是鍵能的大小只是眾多的內(nèi)在因素中的一個。2.分子結(jié)構(gòu)和成分單體炸藥分子中含有各種穩(wěn)定性小的原子基團，這些基團的穩(wěn)定性愈小，其感度愈大。例如，基團—O—ClO2比基團—O—NO2的穩(wěn)定性小，所以氯酸鹽的感度比硝酸鹽大。3.生成熱生成熱較小的炸藥，其感度就大。例如，在氮的鹵化物中，生成熱隨著鹵素原子量的增加而減小，而感度隨之增加。4.熱效應(yīng)一般熱效應(yīng)愈大，其感度愈大。反之，熱效應(yīng)小，感度也小。5.活化能活化能愈大，炸藥的感度愈小。相反，活化能愈小，則感度愈大。6.熱容量炸藥熱容量很大時，使炸藥升高到爆炸所需的溫度時，需消耗很多能量。因此熱容量大的炸藥感度小，而熱容量小者感度大。另外，炸藥的熱傳導性愈大，感度就愈小。(二)外界影響因素1.炸藥的物理狀態(tài)與晶體形態(tài)通常炸藥由固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)時，敏感度提高。例如，液態(tài)硝化甘油比在固態(tài)時要敏感。硝銨炸藥受潮結(jié)塊時，敏感度明顯下降。結(jié)晶狀態(tài)對同一種炸藥的敏感度也有影響。例如，不穩(wěn)定的菱形晶體的硝化甘油(凍結(jié)的)比穩(wěn)定的三斜晶系的硝化甘油的敏感度高。2.裝藥密度一般情況下，炸藥隨著密度增加，敏感度會降低。因為密度大時，同量的起爆能作用于每個顆粒上的單位能量減少。另一方面，隨著密度的增加，必然減少晶體移動的可能性，減少了產(chǎn)生灼熱核的機會，即不利于起爆。當密度過大時，就會造成所謂“壓死”現(xiàn)象。3.炸藥結(jié)晶的大小對于撞擊感度而言，起爆藥的撞擊感度是隨著結(jié)晶顆粒的加大而增加，隨著顆粒的減小而減小，而猛炸藥的撞擊感度則隨著顆粒尺寸的減小而增加，隨著尺寸的增大而減小。4.溫度隨著溫度升高，炸藥的各種感度增加。因為隨著溫度的升高，炸藥的分子運動加速，使炸藥分解所需的起爆能減少，即增加了炸藥的敏感度。5.惰性雜質(zhì)的摻入一般地說，所有惰性物質(zhì)都降低了炸藥的爆轟敏感度。對于熱作用來說，這種影響也是存在的。其原因是惰性雜質(zhì)將一部分熱能吸收使其本身溫度升高，但不參加反應(yīng)，因此為了引起爆炸就需要較大熱能。對于機械感度來說，摻入惰性物質(zhì)對其影響取決于雜質(zhì)的硬度、熔點、含量、粒度等性質(zhì)。當惰性雜質(zhì)的硬度大于炸藥的硬度，而且具有棱角時，如石英砂粒、碎玻璃等，可使炸藥的機械感度增高，這類物質(zhì)通常稱為增感劑。而另外一些很軟，且熱容量大的物質(zhì)，如水、石蠟等，摻入后可使炸藥的感度降低，通常將此類物質(zhì)稱為鈍感劑。毋庸置疑，炸藥的敏感度是一個很重要的問題，在炸藥的生產(chǎn)、運輸、貯存和使用過程中要給予足夠的重視。對于敏感度高的炸藥要有針對性地采取預(yù)防措施，而對于敏感度低的炸藥，特別是起爆感度低的炸藥，在工程爆破使用中要注意選用合適的中繼起爆藥包。第四節(jié)炸藥的傳爆人們從炸藥爆炸的實踐中知道，一個炸藥柱的某一處爆炸可以迅速地傳至整個炸藥柱。通常將炸藥由起爆開始到爆炸終了所經(jīng)歷的過程稱為炸藥的傳爆。炸藥的傳爆過程是一個很復(fù)雜的過程，提出解釋爆轟過程的理論很多。但是，目前一般公認的爆轟理論為爆轟流體動力學理論。該理論認為，炸藥的傳爆過程就是爆轟波沿炸藥柱傳播的過程，而爆轟波乃是后面帶有化學反應(yīng)區(qū)的沖擊波。一、波的基本概念一般地說，波的形成是與擾動分不開的。所謂擾動就是在受到外界作用(如振動、敲打、沖擊等)時，介質(zhì)狀態(tài)(壓力、溫度、密度等)發(fā)生的局部變化。而波就是擾動的傳播，換句話說，介質(zhì)狀態(tài)變化的傳播即稱為波?？諝?、水、巖石、土壤、金屬、炸藥等一切可以傳播擾動的物質(zhì)，通常稱為介質(zhì)。介質(zhì)的某個部位受到擾動后，便立即有波由近及遠地逐層傳播開去。因此，在擾動或波傳播過程中，總存在著已受擾動區(qū)與未受擾動區(qū)的分界面，此分界面稱之為波陣面。波陣面的傳播方向就是波的傳播方向，波陣面的傳播速度就是波的傳播速度，簡稱為波速，單位為m/s或km/s。絕不可把波的傳播與受擾動介質(zhì)質(zhì)點的運動混同起來。擾動前后狀態(tài)參數(shù)變化量很微小的擾動稱為弱擾動，如聲波就是一種弱擾動。弱擾動的特點是，狀態(tài)變化是微小的、逐漸的和連續(xù)的，其波形如圖2—6a所示。與此相反，狀態(tài)參數(shù)變化很劇烈，或介質(zhì)狀態(tài)是突躍變化的擾動稱為強擾動，其波形如圖2—6b所示。沖擊波就是一種強擾動。（一）壓縮波與稀疏波圖2-8沖擊波形成過程示意圖1-運動的活塞；2-長管；3-氣體擾動波傳播過后，壓力P、密度ρ、溫度T等狀態(tài)參數(shù)增加的波稱為壓縮波。例如，當活塞向一個充滿氣體的無限長管中推進時，管中的氣體受到壓縮。此時在活塞推壓方向的前方所形成的波即是壓縮波。研究表明，壓縮波的特點是，除了狀態(tài)參數(shù)P、ρ、T圖2-8沖擊波形成過程示意圖1-運動的活塞；2-長管；3-氣體波陣面?zhèn)鞑ミ^后，介質(zhì)狀態(tài)參數(shù)P、ρ、T均下降的波稱為稀疏波。如圖2—7a所示，在管子中有一團高壓氣體，氣體的狀態(tài)參數(shù)為P、ρ、T，且u=0。當活塞突然向左拉動如圖2—7b所示，在活塞表面與高壓氣體之間就會出現(xiàn)低壓狀態(tài)，這種低壓狀態(tài)便逐層地向右擴展，此即為稀疏波傳播現(xiàn)象。稀疏波（rarefactionwave）傳到哪里，哪里的壓力便開始降低。由于波前面為高壓狀態(tài)，波后為低壓狀態(tài)，壓力差降必然促使高壓區(qū)的氣體向低壓區(qū)膨脹，氣體質(zhì)點隨之向左飛散。因此，稀疏波傳播過程中質(zhì)點的移動方向與波的傳播方向是相反的。此外，由于氣體的膨脹飛散是按順序連續(xù)地進行的，故稀疏波后面介質(zhì)的狀態(tài)變化也是連續(xù)的。在波陣面處壓力與未受擾動介質(zhì)的壓力相同，從波陣面至活塞面間壓力依次減低，活塞面處的壓力最低。稀疏波是一種弱擾動，即在稀疏波的波陣面上，介質(zhì)狀態(tài)參數(shù)變化非常小。(三)沖擊波1．沖擊波的形成沖擊波是指在介質(zhì)中以超聲速傳播并能引起介質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)(如壓力、密度和溫度)發(fā)生突躍升高的一種特殊形式的壓縮波。如雷擊、強力的火花放電和沖擊以及在充滿氣體的長管中迅速移動活塞等等都可在介質(zhì)中形成沖擊波。下面以在充氣的長管中作加速運動的活塞為例來說明沖擊波的形成過程。如圖2-8所示，假如活塞移動前管內(nèi)的氣體狀態(tài)參數(shù)為：壓力P0、密度ρ0和溫度T0，同時不考慮活塞運動過程中的能量損失，那末活塞在開始運動后的t1瞬間，活塞以u1速度從S0移到S1位置，這時活塞前方鄰近的氣體首先受到壓縮，形成一個有限長度的(S1-A1)的壓縮區(qū)。區(qū)內(nèi)的氣體狀態(tài)參數(shù)增大為P1、ρ1、T1，其波陣面A1—A1以D1的速度向前傳播，形成了第一個微元壓縮波。當活塞以u2(u2>u1)的速度繼續(xù)往前運動，由S1位置移動到S2位置時，活塞前方原來受到第一次壓縮的氣體又受到新的壓縮，狀態(tài)參數(shù)由原來的P1、、T1，增大為P2、和T2，同時波陣面A2—A2以速度D2往前運動，形成了第二個微元壓縮波。由于第二個微元壓縮波是在經(jīng)過第一次壓縮造成密度上升了的介質(zhì)中傳播，故其波速大于第一次壓縮介質(zhì)中的波速，即D2>D1。同理，將活塞運動速度繼續(xù)增大至足夠大時，在氣體中相繼形成一系列的微元壓縮波。各個微元壓縮波都是在受到前一個波的壓縮而密度增大了的氣體中形成和傳播的，因此后波的速度總是逐個大于相鄰的前波速度。最終，在某一瞬間tn，后面的各個波都要先后趕上第一個波，彼此疊加而形成一個強壓縮波，這個波就是沖擊波，其波陣面為An—An沖擊波是由若干微元壓縮波疊加而成的，微元壓縮波疊加形成沖擊波是由量變到質(zhì)變的過程，由壓力連續(xù)變化的壓縮波到形成壓力突躍變化的沖擊波是一個飛躍，兩者的性質(zhì)有根本的差別。弱壓縮波通過介質(zhì)時，介質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)發(fā)生連續(xù)變化；而沖擊波通過時，介質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)發(fā)生突躍式變化。弱壓縮波在介質(zhì)中傳播的速度是未擾動介質(zhì)中的聲速，其速度大小只取決于未擾動介質(zhì)中的狀態(tài)，而與波的強度無關(guān)。沖擊波在介質(zhì)中的傳播速度大于未擾動介質(zhì)中的聲速，其速度的大小取決于波的強度。炸藥在空氣中爆炸時與上述情況相似，會在空氣中形成強烈的空氣沖擊波。如圖2-9所示，在球形藥包爆炸的瞬間，產(chǎn)生數(shù)十萬個大氣壓的氣體產(chǎn)物往外猛烈膨脹，推壓周圍的空氣，猶如上述的活塞作用一樣，使藥包周圍的空氣受到強烈的壓縮而形成空氣沖擊波，其波陣面呈球形。由于波陣面的傳播速度超過爆炸氣體的擴散速度，空氣沖擊波的壓縮區(qū)很快就與爆炸氣體脫離，并在兩者之間形成一個低壓區(qū)(稀疏區(qū))，它緊跟在空氣沖擊波的后面，原來受壓的氣體向低壓區(qū)流動，而形成稀疏波。稀疏波使壓縮區(qū)的空氣向后膨脹，導致沖擊波強度的衰減，另外隨著沖擊波波陣面的向外擴展，波陣面面積逐漸增大，卷入的空氣越來越多，其結(jié)果沖擊波的能量逐漸消耗，壓力和波速下降，沖擊波逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槁暡ǎ敝料А?．沖擊波的基本關(guān)系式確立沖擊波的基本關(guān)系式，其目的是要建立沖擊波波陣面在介質(zhì)中傳播的前后各參數(shù)之間的關(guān)系，以便從量上來計算這些參數(shù)。建立關(guān)系式的理論基礎(chǔ)是可壓縮流體在一元定常狀態(tài)下的平面正沖擊波理論，所謂平面正沖擊波它必須具備以下兩個特點：(1)波陣面是平面。(2)波陣面與未擾動介質(zhì)的流動方向相垂直。下面以長管中的氣體沖擊波作為研究對象，來建立沖擊波波陣面通過介質(zhì)的前后各參數(shù)之間的關(guān)系式。如圖2—10所示，活塞運動到t1瞬間，波陣面的位置為A—A′，當活塞移到t2瞬間，波陣面移到B—B′。此時，波前未擾動氣體的壓力、密度、溫度、內(nèi)能和質(zhì)點運動速度分別用P0、ρ0、T0、e0和u0表示，波后受壓縮氣體的相應(yīng)參數(shù)分別用P1、ρ1、T1、e1和u1表示，用D表示沖擊波在氣體中的傳播速度。將坐標系取在波陣面上并隨著波陣面以D速度運動，那么在此動坐標系中，波陣面右邊的未擾動介質(zhì)以D-u0的速度向左流入波陣面，而左邊已擾動過的介質(zhì)以速度D-u1向右流出波陣面。假如管子的截面積為1，沖擊波的傳播過程是絕熱過程，那么根據(jù)質(zhì)量守恒定律、動量守恒定律和能量守恒定律可建立沖擊波的基本關(guān)系式如下：(2—15)(2—16)(2—17)式中V0——未擾動介質(zhì)的比容，L/g；V1——已擾動介質(zhì)的比容，L/g；u0——未擾動介質(zhì)的質(zhì)點運動速度，m/s；u1——已擾動介質(zhì)的質(zhì)點運動速度，m/s；e0——未擾動介質(zhì)單位質(zhì)量內(nèi)能，J/g；e1——已擾動介質(zhì)單位質(zhì)量內(nèi)能，J/g。3．沖擊波的性質(zhì)從以上的討論中，可以將沖擊波的特性歸納如下：(1)沖擊波是一種強壓縮波，它的波陣面通過介質(zhì)的前后，會引起介質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)發(fā)生突躍式的變化，故沖擊波沒有周期性。(2)沖擊波傳播速度永遠大于未擾動介質(zhì)中的聲速。(3)介質(zhì)受到?jīng)_擊波壓縮時，波陣面上的介質(zhì)質(zhì)點要發(fā)生位移。對于正沖擊波來說質(zhì)點移動的方向與沖擊波移動的方向是一致的。二、爆轟流體動力學理論（一）爆轟波及炸藥爆轟過程炸藥一旦起爆以后，就在炸藥的某局部首先發(fā)生爆炸化學反應(yīng)，產(chǎn)生大量高溫、高壓和高速流動的氣體產(chǎn)物流，并釋放出大量的熱能。該高速氣流猶如前述的加速運動的活塞作用一樣，強烈沖擊壓縮鄰近層的炸藥，使在鄰近炸藥層中產(chǎn)生沖擊波并引起該層炸藥的壓力、溫度和密度產(chǎn)生突躍式的升高，而迅速發(fā)生化學反應(yīng)，生成大量的爆炸產(chǎn)物并釋放出大量的熱能。局部炸藥爆轟所釋放的熱能補充到?jīng)_擊波中去，以維持沖擊波以穩(wěn)定的速度向前傳播，繼續(xù)沖擊壓縮下一層炸藥又引起下層炸藥的化學反應(yīng)，新釋放出的熱能又補充到?jīng)_擊波中去，以維持它的定速傳播，這樣一層一層地傳播下去，就完成了炸藥的爆轟過程。通常把這種伴隨發(fā)生化學反應(yīng)，而在炸藥中傳播的沖擊波叫做爆轟波。這意味著爆轟波乃是后面帶有一個高速化學反應(yīng)區(qū)的強沖擊波，而爆轟過程就是爆轟波在炸藥中的傳播過程。圖2—11是密封的柱狀藥包從一端起爆后，藥柱中爆轟波壓力變化展開示意圖，從圖中可以看出，炸藥的爆轟過程可分為幾個區(qū)域來描述。1.沖擊波壓縮區(qū)（0—1）該區(qū)炸藥正受到鄰近先爆炸藥層的爆轟波的猛烈沖擊和壓縮，狀態(tài)參數(shù)突躍升高，形成極陡的尖峰壓力P1，該區(qū)的厚度極薄，約為10-5cm，實際上它是爆轟波最前面的沖擊波波陣面。此時，該區(qū)域中的炸藥尚未發(fā)生化學反應(yīng)。2.化學反應(yīng)區(qū)（1—2）該區(qū)炸藥正在進行化學反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進行，壓力下降，反應(yīng)區(qū)的終了面2—2面，稱之為C—J面。C—J面上的壓力稱為炸藥的穩(wěn)定爆轟壓力PC—J(即P2)。PC—J的大小因炸藥而異，極不穩(wěn)定，有時比P1小百分之幾，有時小到只有P1的一半。反應(yīng)區(qū)的厚度也很薄，但比壓縮區(qū)要厚得多，通常為0.1～2.5cm，視炸藥的種類而異。3.氣體產(chǎn)物膨脹區(qū)（2—3）在此區(qū)內(nèi)化學反應(yīng)生成的氣體產(chǎn)物開始膨脹，由于膨脹后的體積增大，壓力急劇下降。4.氣體產(chǎn)物靜壓區(qū)（3—4）（3—4）區(qū)表示爆轟生成氣體膨脹終了時的狀態(tài)，其壓力為P3。如果炸藥是在密閉容積中爆轟，那么P3為定值，稱為爆轟生成氣體的靜壓。（二）爆轟波參數(shù)正如上面所談到的，爆轟波乃是帶有化學反應(yīng)區(qū)的沖擊波，所以爆轟波參數(shù)關(guān)系式的建立方法與前面所談到的沖擊波參數(shù)關(guān)系式的建立方法基本相同，所不同的是炸藥爆轟后釋放出熱量。因此根據(jù)質(zhì)量守恒定律、動量守恒定律、能量守恒定律、理想氣體狀態(tài)方程和穩(wěn)定爆轟條件可建立爆轟波的關(guān)系式：(2—18)(2—19)(2—20)(2—21)(2—22)式中P2——爆轟壓力，Pa；D——爆速，m/s；U2——爆轟產(chǎn)物質(zhì)點運動速度，m/s；T2——爆轟產(chǎn)物的溫度，K；ρ2——爆轟產(chǎn)物的密度，kg/m3；ρ0——炸藥原來的密度，kg/m3；QV——炸藥的定容爆熱，J；T0——炸藥的初始溫度，K；K——絕熱指數(shù)，對于一般工業(yè)炸藥，可取K=3。三、穩(wěn)定傳爆的條件與影響因素(一)穩(wěn)定傳爆的條件炸藥被起爆以后，能以恒定不變的爆轟速度進行傳播，并能始終如一地完成整個爆炸過程，這種傳爆過程被稱為穩(wěn)定傳爆。為了保證得到穩(wěn)定的傳爆，必須滿足下面兩個條件：(2—23)(2—24)式中t——炸藥被爆轟波驅(qū)散所需的時間，s；τ——炸藥顆粒反應(yīng)時間，s；V——爆炸初速度，m/s；’V界——爆炸初速度的臨界值，m/s。實驗表明，對于一般工業(yè)炸藥而言，V界的取值約為：V界≈2C(2—25)式中C——爆炸生成物中的聲速，m/s。(二)影響穩(wěn)定傳爆的因素經(jīng)驗表明，影響炸藥穩(wěn)定傳爆的因素是多方面的，其主要的是裝藥直徑和裝藥密度。1．裝藥直徑在其它條件保持不變的情況下，隨著裝藥直徑的增加，其爆炸的穩(wěn)定性都會得到不同程度的改善。圖2—12中的曲線描述了裝藥直徑對爆炸穩(wěn)定性的影響。由圖2—12可以看出，當裝藥直徑較小時，隨著直徑的增加，爆速增加較快。但超過某一界限時，達到穩(wěn)定爆轟狀態(tài)，爆速為一常數(shù)，此時的直徑界限稱為極限直徑或藥徑上限。同時當裝藥直徑減小時，爆速也隨之減小，當直徑小到某一值時，炸藥便發(fā)生不穩(wěn)定爆炸，甚至拒爆，此直徑叫做臨界直徑。不同炸藥的臨界直徑和極限直徑是不同的。例如，2#巖石銨梯炸藥的臨界直徑為18～20mm，梯恩梯為8～10mm，泰安和黑索金為1～1.5mm，EL與RJ系列乳化炸藥為12～16mm。極限直徑通常是臨界直徑的8～13倍。臨界直徑、極限直徑的概念在工程爆破中是很重要的，它是選擇不同品種炸藥直徑的依據(jù)。就是說，在決定藥卷直徑時，應(yīng)盡量保證超過臨界直徑，以使爆轟波能順利傳播，否則是難以得到好的爆破效果的。2．裝藥密度對于一般工程爆破用的混合炸藥而言，在較低的密度時，隨著密度的增加其爆速增大，傳爆穩(wěn)定性提高，爆速達最大值時，密度為最佳密度，隨后爆速又隨著密度的增加而下降，直至某一密度(通常稱臨界密度)以上時，爆炸變?yōu)椴环€(wěn)定，甚至拒爆。圖2—13給出了這種影響的關(guān)系曲線。上述現(xiàn)象可以說明如下：初始時，隨著裝藥密度增大，單位體積內(nèi)炸藥分解能量增多，促使爆速上升，傳爆穩(wěn)定性增高當裝藥密度過大時，從起爆過程看，使炸藥顆粒間的氣泡減少，灼熱核的產(chǎn)生也隨之減少。同時也導致起爆能分給每一炸藥顆粒上的單位能量大大減少，使起爆延緩。實踐表明，銨油炸藥的裝藥密度以0.85～1.05g/ml為佳，硝化甘油類炸藥以1.35～1.45g/ml較宜，對雷管起爆敏感的乳化炸藥一般為1.05～1.30g/ml。3．其它影響因素一般地說，其它影響因素有：炸藥本身的特性、摻合物數(shù)量與性質(zhì)、起爆能的大小與方式、炸藥的初始溫度(對含水炸藥尤有影響)和爆炸的外界條件等。四、爆速（ＶＯＤ，ｍ/ｓ，velocityofdetonation）的測定方法爆轟波在炸藥藥柱中的傳播速度稱為爆轟速度，簡稱為爆速，通常以m/s或km/s表示之。炸藥的爆速與炸藥爆炸化學反應(yīng)速度是本質(zhì)不同的兩個概念。爆速是爆轟波陣面一層一層地沿炸藥柱傳播的速度，而爆炸化學反應(yīng)速度是指單位時間內(nèi)反應(yīng)完了的物質(zhì)的質(zhì)量，其度量單位是克/秒。爆速的測定方法可以概括地分為兩類：直接測時法和高速攝影法。前者系用各種類型的測時儀和裝置測定爆轟波從炸藥一點傳播至另一點的時間間隔。由于兩點間的距離是已知的，所以易于得出爆轟波在兩點間傳播的平均速度。后者系利用高速攝影機，借助于爆轟時波陣面的發(fā)光現(xiàn)象將爆轟波傳播過程的軌跡連續(xù)地拍攝下來，可測得爆轟波通過任一點的瞬時速度。圖2—圖2—15爆速測定儀測定爆速的工作原理圖1.道特里什法又稱導爆索法，這是一種古老而簡便的爆速測定方法具體裝置如圖2—14所示。將被測炸藥裝在某一直徑(雷管敏感者為25~40mm，非雷管敏感者一般為60~ll0mm)和長度(雷管敏感者為200~300mm，非雷管敏感者為800~1500mm)的鋼(塑料)管或紙筒中，其兩端封閉，一端留有小孔將雷管插入。在藥包上留兩個小孔A和B。A、B間距離為200mm，將1~2.5m(視不同品種而異)長的導爆索固定在鉛板上，并使導爆索的中點對準鉛板上的C處刻線，然后起爆，其傳爆過程是：當爆轟波傳到A處時，分兩路傳爆，一路由A處經(jīng)導爆索AC段向前傳爆，另一路由A處經(jīng)炸藥AB段而傳入導爆索，兩個方向的爆轟波在K處相遇，留下顯著的爆痕。爆炸后測出CK間的距離h。按下述方法計算出爆速：(2—26)式中D——被測炸藥的爆速，m/s；D0——導爆索的爆速，m/s；l——插入導爆索兩點間(A、B間)的距離，m；h——導爆索中點至爆痕間的距離，m。2．計時器測定法利用頻率計或爆速測定儀直接記錄爆轟波在藥柱兩點間的傳播時間間隔，根據(jù)記錄的時間和兩點間的距離可求算出兩點間的炸藥平均爆速。我國目前比較常用的爆速測定儀主要是湖南省湘西無線電廠和江蘇省常州煤礦電器廠生產(chǎn)的，其型號有：BSS—1型，BS—1型等。測量范圍一般為0.1～999.9mms，測量精度為±0.1mms。基本工作原理如圖2—15所示，在藥卷A、B兩點，各插入一對電離探針，爆轟產(chǎn)物因高溫高壓而電離，使爆轟波傳經(jīng)A點時，導通了第一對探針，形成啟動信號。信號經(jīng)倒相整形后使控制器翻轉(zhuǎn)而輸出高電位，將計數(shù)門開啟，于是10兆赫晶體振蕩信號就通過計數(shù)門進入計數(shù)器，開始計時。當爆轟波傳到B點，同樣使第二對探針導通，形成停止信號，信號經(jīng)倒相整形后，使控制器再翻轉(zhuǎn)過來而輸出低電位，將計數(shù)門關(guān)閉，于是振蕩信號不再進入,計時停止。在計數(shù)器顯示出的數(shù)字，即為爆轟波傳經(jīng)藥卷l(m)長度的時間間隔t(s)。故爆速為：(2—27)此類儀表采用集成電路和半導體數(shù)碼管制成，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、操作簡便、分辨力高、重現(xiàn)性好、受試藥卷無需很長等優(yōu)點，目前已在生產(chǎn)、科研工作中比較廣泛地使用。(二)高速攝影法高速攝影法是利用爆轟波陣面?zhèn)鞑r的發(fā)光現(xiàn)象，用轉(zhuǎn)鏡式高速攝影機將爆轟波陣面沿藥柱移動的光跡拍攝記錄在膠片上，得到爆轟波傳播的時間—距離掃描曲線，然后測量曲線上各點的瞬時傳播速度。圖2-16是轉(zhuǎn)鏡式高速攝影機測爆速的原理圖。若攝影機的放大系數(shù)為β(一般β<1)，反射光點在膠片上水平掃描的線速度為V，光點垂直向下移動的速度應(yīng)為爆速D的β倍，因此得到：(2—28)由于V和β都是已知的，曲線上某點(對應(yīng)于某瞬時)的角可以量出，其炸藥的爆速即可求出。該方法的優(yōu)點是可以求得爆轟的瞬時速度，從而有利于更深入地研究爆轟過程的本質(zhì)。其缺點是儀器昂貴，操作比較復(fù)雜，測量精度比計時法差一些。第五節(jié)炸藥的熱化學參數(shù)一、爆熱1摩爾炸藥爆轟時所放出的熱量稱為爆熱。在實際使用中，為了比較各種炸藥，一般不以1摩爾炸藥為單位，而是以千克炸藥為單位，這就是說爆熱系指在定容下所測出的單位質(zhì)量炸藥的熱效應(yīng)，通常用QV表示之。(一)爆熱的測定爆熱的測定通常用量熱彈測量，其裝置如圖2—17所示。它的主要部分是一個用優(yōu)質(zhì)合金鋼制成的量熱彈4，其規(guī)格為：直徑270mm，高400mm，重137.5kg，容積5.8L。它被置于一個不銹鋼制成的量熱桶中，其外是保溫桶，最外層是木桶，層間填以保溫材料。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(nèi)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(nèi)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：(2—29)式中QV——被測炸藥的爆熱，kJ/kg；C水——采用蒸餾水的總熱容，KJ/℃；C儀——試驗裝置的熱容，以當量的水的熱容表示，kJ/℃；q——雷管爆熱，kJ；m——被測的炸藥量，kg。應(yīng)該指出，由于各種條件的影響，用上述方法測出的爆熱只是一個近似值。(二)爆熱的計算在許多情況下，對炸藥的爆熱進行理論計算是非常必要的。這種計算的理論基礎(chǔ)是炸藥爆炸變化反應(yīng)式的確立和蓋斯定律，即通過炸藥的生成熱，利用蓋斯定律求算其爆熱。蓋斯定律指出，化學反應(yīng)熱效應(yīng)與反應(yīng)進行的途徑無關(guān)，而僅決定于系統(tǒng)的初始狀態(tài)和最終狀態(tài)。根據(jù)蓋斯定律計算生成熱和爆熱可以用圖2—21說明之。圖2—21中三角形各角相當于系統(tǒng)的不同狀態(tài)。在確定生成熱或爆熱時，狀態(tài)1(初態(tài))，2，3(終態(tài))分別代表元素、炸藥、燃燒或爆炸的產(chǎn)物。系統(tǒng)由狀態(tài)1過渡到狀態(tài)3從理論上講有兩種途徑，其一是先由元素得到炸藥，此時的反應(yīng)熱效應(yīng)為Q1—2(炸藥生成熱)，然后炸藥燃燒或爆炸過渡到狀態(tài)3，并放出熱量Q2—3(炸藥燃燒熱或爆熱)；其二是由元素和當量的氧反應(yīng)直接得到與炸藥燃燒或爆炸相同的產(chǎn)物，亦即系統(tǒng)由狀態(tài)l直接過渡到狀態(tài)3，同時放出熱量Q1—3(炸藥燃燒或爆炸產(chǎn)物的生成熱)。根據(jù)蓋斯定律，系統(tǒng)沿第一條途徑由狀態(tài)1轉(zhuǎn)變到狀態(tài)3時，反應(yīng)熱的代數(shù)和等于系統(tǒng)沿第二條途徑轉(zhuǎn)變時所放出的熱量，即：(2—30)因此炸藥的生成熱Q1—2有下述關(guān)系式：(2—31a)亦即炸藥生成熱等于燃燒或爆炸產(chǎn)物生成熱減去炸藥本身的燃燒或爆炸熱。炸藥的爆熱或燃燒熱Q2—3應(yīng)有：(2—31b)亦即炸藥爆熱等于爆炸產(chǎn)物生成熱減去炸藥本身的生成熱。生成熱是指由單純物質(zhì)(元素)生成1摩爾化合物時所吸收或放出的熱量。炸藥的爆炸反應(yīng)是在瞬間完成的，可以認為在反應(yīng)過程中藥包的體積未變化，爆熱可按定容條件計算。表2—10列述了一些炸藥的爆熱數(shù)據(jù)。表2—lO一些炸藥的爆熱值炸藥名稱爆熱（kJ/kg）炸藥名稱爆熱（kJ/kg）硝酸銨1440黑索金58202#巖石炸藥3638TNT4187銨萘炸藥3956爆膠6322硝化甘油6217泰安5862二、爆溫炸藥爆炸時所放出的熱量將爆炸產(chǎn)物加熱達到的最高溫度稱為爆溫。它取決于炸藥的爆熱和爆炸產(chǎn)物的組成。在爆炸過程中溫度變化極快而且極高，單質(zhì)炸藥的爆溫一般為3000~5000℃，礦用炸藥的爆溫一般為2000～2500℃。不言而喻，在如此變化極快，溫度極高的條件下，用實驗方法直接測定爆溫是極為困難的，一般采用理論計算。計算時，假設(shè)炸藥爆炸是在定容下進行的絕熱過程，爆炸過程中所放出的熱量全部用于加熱爆炸產(chǎn)物。一般地說，此假設(shè)并不完全符合于事實，但是由于過程的瞬時性，此假設(shè)完全可以采用。據(jù)此，可采用下式計算爆溫：(2—32)式中QV——定容下的爆熱，J/mol；——在溫度由0到t℃范圍內(nèi)全部爆炸產(chǎn)物的平均熱容量，J/℃；t——所求的炸藥之爆溫，℃。平均熱容量是溫度的函數(shù)，該函數(shù)一般可用級數(shù)的形式表示之，即：(2-33)在實際計算爆溫時，此級數(shù)一般只取前兩項，認為平均熱容量與溫度呈直線關(guān)系，即：(2—34)將此式代入式(2—34)中，便得：(2—35)移項后得：∴(2-36)用式(2—38)計算爆溫時，應(yīng)該知道爆炸產(chǎn)物的成分或爆炸變化方程式和爆炸產(chǎn)物的熱容量。由于計算爆炸產(chǎn)物的熱容量非常困難，因此在實際運算時，往往利用下列卡斯特的平均分子熱容量式：對于雙原子氣體Cv=(20.1+18.8×10-4t)J／mol·℃對于水蒸氣Cv=(16.7+90×10-4t)J／mol·℃對于CO2Cv=(37.7+24.3×10-4t)J／mol·℃對于四原子氣體Cv=(41.8+18.8×10-4t)J／mol·℃對于CCv=25.12J／mol·℃下面以梯恩梯為例來說明爆溫的計算過程：爆炸變化按負氧平衡依下式進行：C6H2(N02)3CH3=2CO2+C0+4C+H20+1.2H2+14N2+0.2NH3+1113.7KJ/mol計算爆炸產(chǎn)物的熱容量：對于雙原子氣體(CO，N2，H2)：3.6×(20.1+18.8×10-4t)=72.36+0.0068t對于CO2：2×(37.7+24.3×10-4t)=75.4+0.0048t對于H2O：1×(16.7+90×10-4t)=16.7+0.009t對于NH3：0.2×(41.8+18.8×10-4t)=8.36+0.000376t對于C：4×25.12=100.48所有爆炸產(chǎn)物熱容量之和為：=273.3+0