叙大铁路公司各标段隧道爆破技术培训内容

1叙大铁路公司各标段隧道开挖施工爆破技术知识讲座（2011年4月25日）第1讲炸药爆炸基本知识爆破分类一般按照爆破对象、爆破方法、爆破环境以及爆破要求等划分土岩爆破：隧道爆破（井巷爆破、桩孔开挖爆破）、路堑爆破、矿山生产爆破、采石爆破、基坑开挖爆破等硐室爆破（定向抛掷爆破、坍塌爆破、松动爆破）、钻孔爆破（浅孔爆破、深孔爆破）、药壶爆破预裂爆破、光面爆破拆除爆破：楼房爆破、桥梁爆破、烟囱爆破、水塔（冷却塔）爆破、基础爆破、厂房爆破等定向（倾倒）爆破、原地坍塌爆破、单向或双向倾倒爆破、中心坍塌爆破、水压爆破特种爆破：爆炸成形、爆破压接、爆炸切割、爆炸复合、水下爆破、岩塞爆破等2一、炸药化学反应的基本形式1.热分解当温度升高时，炸药发生分解反应，放出热量。分解速度随温度的升高而加快，温度继续升高到某一定值（爆发点）时，热分解就能转化为爆炸。2.燃烧人们销毁炸药时就是利用炸药的燃烧性质。炸药（量较小）在空气中燃烧时比较缓慢，且不伴随有声效应。而在容器内（特别是密闭时）燃烧时，由于产生的气体不易排出，温度、压力就会急剧增加，燃烧变得相当强烈，此时极易转化为爆轰。3.爆炸炸药发生的化学反应是以一种冲击波的形式高速传播，这就是炸药的爆炸。炸药爆炸的特点：在爆炸点的压力急剧地发生突变时，传播速度很快而且可变，通常每秒达数千米，但是这种速度与外界条件的关系不大。一般地说，爆炸过程是很不稳定的，不是过渡到更大爆速的爆轰，就是衰减到很小爆速的爆燃直至熄灭。因此，爆炸只是炸药化学反应过程中的一种过渡状态。4.爆轰炸药以最大而稳定的爆速进行传爆的过程叫做爆轰。它是炸药所特有的一种化学反应形式，并且与外界的压力、温度等条件无关。梯恩梯的爆速为6800米/秒，是指梯恩梯在该条件下能达到的最3大的稳定的爆炸速度。爆炸和爆轰并无本质上的区别，只不过传播速度不同。尚应指出，炸药化学反应的上述四种基本形式在性质上虽有不相同之处，但它们之间却有着非常密切的联系，在一定的条件下是可以互相转化的。二、炸药的爆轰产物（有毒气体）从理论上讲，适当调整炸药的组分配比，使其保持零氧平衡，在爆炸时是可以不生成CO和NxOy。但是，在实际爆破工作中，由于炸药种类、贮存条件、引爆方式和爆破条件等的不同，炸药爆炸时总是要产生有毒气体的。就其毒性来说，一般认为NxOy的毒性要比CO的毒性更大，但究竟大到何种程度，各国规定的标准很不一致。例如，美国通常认为是20倍，前苏联则规定为大65倍，我国也是采用65倍的标准。三、炸药分类炸药是一种能够在外部能量作用下发生化学爆炸的物质。炸药的分类方法有多种，通常可根据炸药的组成、用途以及使用环境划分。1.按炸药的组成可分为两类：单质炸药和混合炸药。（1）单质炸药单质炸药是指碳、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的物质(化合物)。这类炸药有：梯恩梯(TNT)、黑索金(RDX)、太安(PETN)4和硝化甘油炸药(NG)等。（2）混合炸药混合炸药是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.按炸药的用途可分为四类：起爆药、猛炸药、发射药和烟火剂。（1）起爆药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。（2）猛炸药常用的梯恩梯、乳化炸药、浆状炸药、铵油炸药等都是猛炸药。（3）发射药发射药又称火药，主要用作枪炮或火箭的推进剂，也有用作点火药、延期药的。（4）烟火剂烟火剂基本上也是由氧化剂（硝酸钾）和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、烟花爆竹等。3.常用工业炸药按使用环境可分为如下三类：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5有瓦斯（沼气）和矿尘爆炸危险的矿山、隧道、地下洞室等。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（沼气）和矿尘爆炸危险的工作面。第三类——只准许在露天爆破工程中使用的炸药。四、乳化炸药乳化炸药性质主要取决于硝酸铵。硝酸铵的分子式为NH4NO3，分子量为80.4，含氮量35%，氧平衡值+0.20g/g，密度介于1.59～1.71g/cm3之间。硝酸铵一般是白色结晶状物质，能溶解于液氨和硝酸中，在丙酮、甲醇和乙醇中溶解良好。硝酸铵易溶于水，在水中的溶解度随温度升高而增大。硝酸铵还具有很强的吸湿性和结块性。在常温下暴露于空气中的硝酸铵极易吸湿受潮，固结成块。尤其是当空气的相对湿度大于其吸湿点（某物质开始吸湿时的相对湿度称为该物质的吸湿点）时，随着空气的湿度增加和温度升高，吸湿速度加快。硝酸铵是氧化剂，易与还原剂发生氧化还原反应。若与亚硝酸盐、氯酸盐接触，会生成稳定性很差、易爆的亚硝酸及氯酸铵。纯净的硝酸铵难于用明火点燃，是一种相当钝感的爆炸性物质，在各种硝铵炸药中通常都作为氧化剂使用。乳化炸药也叫乳胶炸药，它是上世纪70年代末含水炸药的最新发展，其内部结构是油包水型。乳化炸药由三种物相（液相、固相、气相）的四种基本成分所组成，即氧化剂水溶液、燃料油、乳化剂和敏6化剂。具体组成如下：1.氧化剂：通常采用无机硝酸盐，如硝酸铵、硝酸钠，含量可达55～85%。为提高炸药能容量，可添加少量氯酸盐或过氯酸盐作辅助氧化剂。2.溶剂：水用作溶解硝酸盐的溶剂，含量5～18%。3.可燃剂：柴油、石蜡、硫磺、铅粉或其他类似油类物质，含量1～8%。4.乳化剂：多为脂肪族化合物，它是一种表面活性剂，用来降低水、油表面张力，形成包油或油包水的乳化物。国内采用司本-80作为乳化剂，含量为0.5～6%，粒子直径一般为2靘左右。5.敏化剂：爆炸成分、金属（铝、镁）粉、发泡剂或空心微珠均可。如亚硝酸钠等起泡剂、空心玻璃微珠、空心塑料微珠或膨胀珍珠岩粉。五、炸药的起爆与感度1.起爆与起爆能炸药是一种相对稳定的物质，是具有稳定性和爆炸性的矛盾统一体。在没有外界作用时不产生爆炸反应，只有受到外界具有足够能量的作用时才能激起爆炸。为使炸药爆炸，外界对炸药所施加的必要能量，称为起爆能。炸药受外界作用发生爆炸的过程称为起爆。按外部能量作用的形式不同，起爆能有以下三种形式：7（1）热能；（2）机械能；（3）爆炸能2.炸药的感度炸药的感度是指炸药在外界起爆能作用下发生爆炸的难易程度。感度的高低是以激发炸药爆炸反应所需起爆能的大小来衡量。炸药起爆时所需起爆能小，表示炸药感度高，反之，所需起爆能大，则表示炸药感度低。根据工业炸药常采用的几种外能形式，为确保对炸药的安全使用，一般要考虑炸药的热感度、机械感度、起爆感度(爆炸冲能感度)和静电感度，并按相应的测定方法进行检验。（1）热感度（爆发点、火焰感度）（a）炸药的爆发点：爆发点是指炸药在特殊的条件下在规定时间(5min)内起爆所需加热的最低温度。梯恩梯的爆发点为295～300℃，二硝基重氮酚为170～175℃。（b）炸药的火焰感度：炸药在明火(火焰、火、火星)作用下发生爆炸的难易程度称作火焰感度。二硝基重氮酚用火焰点燃时立即爆炸；对于猛炸药及黑火药则表现为燃烧，但在密封状态则会转变为爆炸。（2）机械感度包括冲击感度和摩擦感度。测定猛炸药的冲击感度采用垂直落锤仪；测定起爆药的冲击感度采用弧形落锤仪；测定炸药的摩擦感度则采用摩擦感度仪。（3）起爆感度（爆炸冲能感度）8炸药在其他炸药（如起爆药）的爆炸作用下发生爆炸的难易程度称为炸药的起爆感度。炸药的起爆感度常用极限药量来表示，爆破工程中常用炸药的殉爆能力来定性地比较炸药起爆感度的大小。极限药量是指可使炸药爆轰的最小起爆药量。（4）静电感度炸药的静电感度包括两方面：一是炸药摩擦时产生静电的难易程度，二是在静电火花作用下炸药发生爆炸的难易程度。3.影响炸药感度的因素不同种类的炸药或同一种炸药在不同形式外能的作用下所表现出的感度是不同的。影响炸药感度的因素十分复杂，但归结起来主要有两个方面。（1）内在因素的影响生成热较小的炸药，其感度较大；炸药的热效应愈大，其感度愈大；热容量大或热传导性好或活化能高的炸药，其感度低。（2）外在因素的影响一般情况下炸药随着密度的增加，感度会降低。而且，当密度过大时，还会造成所谓的“压死”现象（拒爆）。随着温度的升高，炸药的各种感度增加。惰性物质都降低炸药的爆轰感度。对于机械感度而言，掺入惰性物质对其影响取决于掺入物的硬度、熔点、含量和粒度等性质。9一些较软、且热容量大的物质，如水、石蜡等，掺入后可使炸药的感度降低。六、炸药的爆炸性能爆力、猛度、爆速、殉爆距离以及聚能效应等。1.炸药的爆力炸药的爆力(威力)是指其所具有的总能量，即：炸药在介质内爆炸时对其周围介质产生的整体压缩、破坏和抛移的作功能力。在工程中，为了比较不同炸药的作功能力，通常采用一种规定的实验方法，用所得到的结果来衡量不同炸药爆炸作功的相对指标，但不表示炸药爆炸真正所作的功。炸药的爆力可用铅铸扩孔法测定，生产现场也可用爆破漏斗法测定。2.猛度炸药的猛度是指爆炸瞬间爆轰波和爆炸产物直接对与之接触的固体介质局部产生破碎的能力。猛度的大小主要取决于爆速，爆速愈高，猛度愈大，岩石被粉碎得越厉害。炸药猛度的实测方法一般采用铅柱压缩法。3.爆速爆轰波在炸药药柱中的传播速度称为爆轰速度，简称为爆速，通常以m/s表示。（4）殉爆一个药包（卷）爆炸后，引起与它不相接触的邻近药包（卷）爆10炸的现象，称为殉爆。殉爆在一定程度上反映了炸药对冲击波的敏感度。殉爆距离，一般以厘米计，它表示一种炸药的殉爆能力。在工程爆破中，殉爆距离对于确定分段装药、盲炮处理和合理的孔网参数等都具有指导意义。5.聚能效应具有一定形状的装药能够在一定方向上增强其爆炸作用的现象称为聚能效应。能产生聚能效应的装药称为聚能装药。七、常用工业雷管雷管是用于引爆炸药、导爆索、导爆管等爆破材料的最常用的起爆材料。按点火方式可将雷管划分为电雷管和非电（导爆管）雷管、磁电雷管、电子雷管等种类。按照雷管的装药量和起爆能力大小，一般将雷管分为十个等级。雷管号数愈大，起爆能力也愈强。常用的工业雷管是8号雷管。1.雷管的基本结构雷管的结构如下图所示，由以下几部分组成：a)b)附图雷管构结构示意图a）金属壳雷管；b）纸壳雷管1—管壳；2—加强药；3—起爆药；4—加强帽112.电雷管电雷管可分为瞬发电雷管和延期电雷管，延期电雷管又可分为秒延期电雷管和毫秒延期电雷管。（1）瞬发电雷管（2）秒延期电雷管（3）毫秒延期电雷管（4）抗杂散电流毫秒延期电雷管（用于环境的杂散电流较大的爆破区域。）（5）无起爆药毫秒延期电雷管无起爆药毫秒延期电雷管的结构特点是取消了雷管中最敏感的起爆药，整个雷管只装单一的猛炸药或混合猛炸药。（6）安全电雷管安全瞬发电雷管和安全毫秒延期电雷管适用于有瓦斯的矿井，配合安全炸药在有瓦斯的地下爆破作业面使用。毫秒延期时间小于130ms。3.非电导爆管雷管非电雷管是指专用于非电导爆管起爆系统的雷管，包括瞬发雷管、秒（半秒）延期雷管和毫秒延期雷管。导爆管雷管与电雷管不同的是没有桥丝和引火头，而是利用导爆管中的爆轰波直接引爆雷管。导爆管毫秒雷管的结构见下图。12附图导爆管毫秒雷管结构示意图1—导爆管；2—塑料连接塞；3—消爆空腔；4—空信帽；5—延期药；6—加强帽；7—正起爆药；8—副起爆药；9—金属管壳导爆管中的爆轰波是由奥克托金与铝粉的混合物或黑索金与铝粉的混合物爆炸形成后，最终起爆正起爆药，其药量为16～20mg/m。4.磁电雷管磁电雷管是云南燃料一厂有限责任公司近年研制开发的一种新型电雷管，具有很强的抗电安全性和防水性。磁电雷管基本原理：穿环式磁电雷管（如下图所示）利用磁环的阻抗转化特性和选频特性，通过对起爆电能的电—磁—电转换实现对雷管选频起爆。附图穿环式磁电雷管13使用方法：起爆前用一根铜芯（禁用铁线）起爆母线顺序穿过每个磁环，连接时尽量拉直（不允许把单边多余的线绕成环状放置），然后连接到专用