爆破工程教材51~60

５．本章的学习难点是对炸药爆轰理论中的波、冲击波、爆轰波、稀疏波、化学反应区结构和侧向扩散等的理解；论述和记忆难点是氧平衡、感度、殉爆距离、爆速等相对应的影响因素的分析内容。复习题１缓慢分解、氧平衡、爆轰产物、爆炸产物、爆轰压力、爆炸压力、炸药感度、殉爆距离、爆速、爆轰波、爆力、猛度、聚能效应、管道效应、临界直径、极限直径、理想爆轰、稳定爆轰。２３４５６７８９２工业炸药２．１基本概念凡在外部施加一定的能量后，能发生化学爆炸的物质称为炸药。众所周知，炸药是人们经常利用的二次能源，它不仅用于军事目的，而且广泛应用于国民经济各个部门，通常将前者称为军用炸药，后者称为工业炸药。炸药分类方法很多，目前还没有建立起统一的分类标准，一般可根据炸药的组成、用途和主要化学成分进行分类，工业炸药还可以根据使用条件的不同进行分类。由于我国已经加入世界贸易组织（ＷＴＯ），国内爆破企事业单位和人员将有更多的机会参与国际工程的招投标与施工作业，因此很有必要知晓联合国危险物品运输专家委员会按照运输要求对炸药的分类。２．１．１按炸药组成分类（１）单质炸药单质炸药系指碳、氢、氧、氮等元素以一定的化学结构存在于同一分子中，并能自身发生迅速氧化还原反应释放出大量热能和气体产物的物质。例如，硝化甘油、硝化乙二醇、梯恩梯、黑索金、奥克托金、太安等。（２）混合炸药混合炸药系指由两种或两种以上的成分所组成的机械混合物，既可以含单质炸药，也可以不含单质炸药，但应含有氧化剂和可燃剂两部分，而且二者是以一定的比例均匀混合在一起的，当受到外界能量激发时，能发生爆炸反应。混合炸药是目前工程爆破中应用最广、品种最多的一类炸药。２．１．２按炸药作用特性分类（１）起爆药起爆药主要用于起爆其他工业炸药。这类炸药的主要特点是：①敏感度较高。在很小的外界热或机械能作用下就能迅速爆轰。②与其他类型炸药相比，它们从燃烧到爆轰的时间极为短暂。最常用的起爆药有雷汞、叠氮化铅、二硝基重氮酚、斯蒂酚酸铅等。这类炸药主要用来制造各种起爆器材。（２）猛炸药与起爆药不同，这类炸药具有相当大的稳定性。也就是说，它们比较钝感，需要有较大的能量作用才能引起爆炸。在工程爆破中多数是用雷管或其他起爆器材起爆。常用的梯恩梯、乳化炸药、浆状炸药、铵油炸药和铵梯炸药等都是猛炸药。（３）发射药又称火药，主要用作枪炮或火箭的推进剂，也有用作点火药、延期药的。它们的变化过程是迅速燃烧。（４）烟火剂烟火剂基本上也是由氧化剂与可燃剂组成的混合物，其主要变化过程是燃烧，在极个别的情况下也能爆轰。一般用来装填照明弹、信号弹、燃烧弹等。２．１．３按工业炸药主要化学成分分类（１）硝铵类炸药以硝酸铵为其主要成分，加上适量的可燃剂、敏化剂及其他附加剂的混合炸药均属此类，这是目前国内外工程爆破中用量最大、品种最多的一大类混合炸药。（２）硝化甘油类炸药以硝化甘油或硝化甘油与硝化乙二醇混合物为主要爆炸组分的混合炸药均属此类。就其外观状态来说，有粉状和胶质之分；就耐冻性能来说，有耐冻和普通之分。（３）芳香族硝基化合物类炸药凡是苯及其同系物，如甲苯，二甲苯的硝基化合物以及苯胺、苯酚和萘的硝基化合物均属此类。例如，梯恩梯（梯恩梯）、二硝基甲苯磺酸钠（ＤＮＴＳ）等。这类炸药在我国工程爆破中用量不大。２．１．４按工业炸药使用条件分类第一类———准许在一切地下和露天爆破工程中使用的炸药，包括有瓦斯和矿尘爆炸危险的矿山。第二类———准许在地下和露天爆破工程中使用的炸药，但不包括有瓦斯和矿尘爆炸危险的矿山。第三类———只准许在露天爆破工程中使用的炸药。第一类是安全炸药，又叫做煤矿许用炸药。第二类和第三类是非安全炸药。第一类和第二类炸药每千克炸药爆炸时所产生的有毒气体不能超过安全规程所允许的量。同时，第一类炸药爆炸时还必须保证不会引起瓦斯或矿尘爆炸。２．１．５按联合国危险物品运输规定分类为了安全地运输危险物品，联合国危险物品运输专家委员会从国际宏观角度出发，将危险物品定义并分类，对于危险物品的包装方法、表征、捆扎、标识以及运输时的必要文件等都做了规定，并以公告的形式予以公布。在这个公告中危险物品被划分为９个类别，火炸药等爆炸物品属于第一个类别。在这个类别下又根据不同火炸药及装置所具有的特性不同而细分为６个级别，即等级１．１～１．６。为了运输时能混装又将不同级别的火炸药与装置划分为１３个隔离区。现将联合国危险物品运输分类公告中的第一类别的６个级别列于表２表２联合国危险物品运输分类公告中的Ⅰ类６个级别等级１．１具有大量爆炸危险的物质与装置。所谓大量爆炸系指能瞬时影响全部货物的爆炸等级１．２没有大量爆炸的危险，但具有飞散危险的物质与装置等级１．３没有大量爆炸的危险，但具有火灾和弱爆燃或飞散危险或者这两种危险都有的物质与装置。例如：①能放出大量辐射热的物质和装置；②能发生弱爆燃或飞散或者两者同时发生，且又能逐渐燃烧的物质等级１．４没有显著爆炸危险的物质和装置。在这个级别中的物质和装置在运输过程中即使发生点火或点爆的情况，也只有小的危险。其影响基本上局限于包装内的物质，不会有更大程度或飞散碎片的影响。如果有外部火灾，运输物也不会引起瞬时的爆炸注：该级别中的物质和装置，在包装内偶有发火或外部火灾，只局限于内部而不损伤包装。如由于外部火灾损伤了包装，也不能妨碍对运输物周围的灭火活动或其他非常措施，这样的装置应放到隔离区Ｓ中等级１．５具有大量爆炸危险，但非常钝感的物质和装置。在这个级别中的物质具有大量爆炸危险，但由于非常钝感，在通常运输状态下点火或点爆或者由燃烧转爆轰的可能性非常小注：在船舶中大量运输时，由燃烧转爆轰的可能性非常小。等级１．６没有大量爆炸危险，而且极其钝感的物质和装置。在这个等级中的物质是极其钝感的，可以不考虑其偶然点爆或传爆的可能性注：这个级别中物质危险只限于单个物品的爆炸表２Ⅰ类危险物品划分为１３个隔离区区分的物质或装置的种类隔离区分类规则举例起爆药Ａ１．１Ａ内部含起爆药的物品，它不会有２个以上的安全装置Ｂ１．１Ｂ，１．２Ｂ，１．４Ｂ电雷管发射药、推进剂或有爆燃性的爆炸物质或者含有这些物质的装置Ｃ１．１Ｃ，１．２Ｃ，１．３Ｃ，１．４Ｃ捕鲸炮用的发射药包猛炸药、黑火药或内藏猛炸药的物品，但它们不含有起爆药和发射药。另外，如果有内含起爆药的物品，应具有２个以上独立的安全装置Ｄ１．１Ｄ硝甘炸药，含水炸药１．２Ｄ，１．４Ｄ，１．５Ｄ铵油炸药内含猛炸药的物品，且具有点火装置和发射药Ｅ１．１Ｅ，１．２Ｅ，１．４Ｅ内含猛炸药的物品，并含有点火装置Ｆ１．１Ｆ，１．２Ｆ，１．３Ｆ，１．４烟火剂或含有烟火剂的物品。另外，火药、照明剂、燃烧剂、催泪剂或含有发烟剂的物品Ｇ１．１Ｇ，１．２Ｇ１．３Ｇ，１．４Ｇ导火索爆发性物质或含有白磷的物品Ｈ１．２Ｈ，１．３Ｈ爆发性物质和含有易点火的液体或凝胶物质的物品Ｊ１．１Ｊ，１．２Ｊ，１．３Ｊ爆发性物质和含有有毒化学药剂的物品Ｋ１．２Ｋ，１．３Ｋ爆发性物质或内含爆发性物质的物品，但它们有特别的危险性需要隔离Ｌ１．１Ｌ，１．２Ｌ，１．３Ｌ含有可爆轰的物质，但它是极其钝感的物品Ｎ１．６Ｎ爆炸性物质或含有爆发性物质的物品，在包装内偶有发火或外部火灾，但不损伤包装，爆炸只限于包装内，不影响周边的灭火和其它措施Ｓ１．４Ｓ混凝土破碎器２．１．６炸药的安定性炸药的安定性是指炸药在长期贮存中，保持原有物理化学性质的能力。有物理安定性与化学安定性之分。物理安定性主要是指炸药的吸湿性、挥发性、可塑性、机械强度、结块、老化、冻结、收缩等一系列物理性质。物理安定性的大小取决于炸药的物理性质。如在保管、使用硝化甘油类炸药时，由于炸药易挥发收缩、渗油、老化和冻结，导致炸药变质，严重影响保管和使用的安定性及爆炸性能；又如铵油炸药和２号岩石硝铵炸药易吸湿、结块，导致炸药变质严重，影响使用效果。炸药化学安定性的大小取决于炸药的化学性质及常温下化学分解速度的大小，特别是取决于贮存温度的高低，有的炸药要求贮存条件较高，如５号浆状炸药要求不会导致硝酸铵重结晶的库房温度是２０～３０℃，而且要求通风良好。研究炸药的安定性，对制造、使用、贮存有实际意义。２．１．７工程爆破对工业炸药的基本要求工业炸药的质量和性能对工程爆破的效果和安全均有较大的影响，因此为保证获得较佳的爆破质量，被选用的工业炸药应满足如下基本要求：①具有较低的机械感度和适度的起爆感度，既能保证生产、贮存、运输和使用过程中的安全，又能保证使用操作中方便顺利地起爆。②爆炸性能好，具有足够的爆炸威力，以满足不同矿岩的爆破需要。③其组分配比应达到零氧平衡或接近于零氧平衡，以保证爆炸后有毒气体生成量少，同时炸药中应不含或少含有毒成分。④有适当的稳定贮存期。在规定的贮存期间内，不应变质失效。⑤原料来源广泛，价格便宜。⑥加工工艺简单，操作安全。２．２单质起爆药与猛炸药２．２．１单质起爆药（１）雷汞雷汞学名雷酸汞，分子式Ｈｇ（ＯＮＣ）２，结构式可表示为ＨｇＯ－Ｎ≡ＣＯ－Ｎ≡Ｃ或ＨｇＯ－Ｎ＝ＣＯ－Ｎ＝Ｃ，相对分子质量２８４．６５。为白色或灰白色八面体结晶（白雷汞或灰雷汞），属斜方晶系列，机械撞击、摩擦和针刺感度均较高，起爆力和安定性均次于叠氮化铅。晶体密度４．４２ｇ·ｃｍ－３，表观密度１．５５～１．７５ｇ·ｃｍ－３，爆发点２１０℃（５ｓ），爆燃点１６０℃，５０℃以上即自行分解，起爆１ｇ梯恩梯或黑索金所需量分别为０．２５ｇ及０．１９ｇ。近百年来，雷汞一直是雷管的主装药和火帽击发药的重要组分，但由于它有毒，热安定性和耐压性差，同时含雷汞的击发药易腐蚀发射膛和药筒，故已逐渐为其他起爆药所取代，在我国已基本被淘汰。（２）叠氮化铅叠氮化铅（简称氮化铅）的分子式为Ｐｂ（Ｎ３）２，结构式可表示为ＰｂＮ＝Ｎ≡ＮＮ＝Ｎ≡Ｎ，相对分子质量２９１．２６。氮化铅爆轰成长期短，能迅速转变为爆轰，因而起爆能力大（比雷汞大几倍）。氮化铅还具有良好的耐压性能和良好的安定性（５℃下可储存数年），水分含量增加时其起爆力也无显著降低。和目前常用的其他几种起爆药相比，氮化铅是性能最优良的一种起爆药，但也存在一定的缺点，如火焰感度和针刺感度较低，在空气中，特别是在潮湿的空气中，氮化铅晶体表面上会生成一薄层对火焰不敏感的碱性碳酸盐。为了改善氮化铅的火焰感度，在装配火雷管时，常用对火焰敏感的三硝基间苯二酚铅压装在氮化铅的表面，用以点燃氮化铅，同时还可以避免空气中水分对氮化铅的作用。另外，氮化铅受日光照射后容易发生分解，生产过程中容易生成有自爆危险的针状晶体等。叠氮化铅是白色结晶体，可以形成四种晶型（α汞或二硝基重氮酚比较，氮化铅的热感度较低，但起爆威力较大。氮化铅不因潮湿而失去爆炸能力，可用于水下起爆。由于氮化铅在有ＣＯ２存在的潮湿环境中易与铜发生作用而生成极敏感的氮化铜，因此氮化铅雷管不可用铜质管壳而必须采用铝壳或纸壳。氮化铅含有重金属，有毒，对环境污染大，生产成本高，近年在我国已很少使用。（３）二硝基重氮酚二硝基重氮酚系一种做功能力可与梯恩梯相比的单质炸药，学名４，６氧化苯，简称ＤＤＮＰ，分子式Ｃ６Ｈ２Ｎ４Ｏ５，相对分子质量２１０．１１，环状重氮氧化物结构式可表示如下ＤＤＮＰ纯品为黄色针状结晶，工业品为棕紫色球形聚晶。撞击和摩擦感度均低于雷汞及纯氮化铅而接近糊精氮化铅，火焰感度高于糊精氮化铅而与雷汞相近。起爆力为雷汞的两倍，但密度低，耐压性和流散性较差。５０℃下放置３０个月无挥发。微溶于四氯化碳及乙醚，２５℃时在水中溶解度为０．０８％，可溶于丙酮、乙醇、甲醇、乙酸乙酯、吡啶、苯胺及乙酸。晶体密度１．６３ｇ·ｃｍ－３，表观密度０．２７ｇ·ｃｍ－３。干燥的二硝基重氮酚７５℃时开始分解，熔点１５７℃，爆发点１９５℃（５ｓ），爆燃点１８０℃。由于二硝基重氮酚的原料来源广、生产工艺简单、安全、成本较低，而且具有良好的起爆性能，２０世纪４０年代后，ＤＤＮＰ作为工业雷管装药取代了雷汞，还用于装填电雷管和毫秒延期雷管及其他火工品，是目前用量最大的单质起爆药之一。２．２．２单质猛炸药（１）梯恩梯学名三硝基甲苯，英文缩写为梯恩梯，分子式为Ｃ６Ｈ２（ＮＯ２）３ＣＨ３或Ｃ７Ｈ５Ｎ３Ｏ６，相对分子质量