煤矿培训教材(中)

175第九章爆破工第一节炸药的基础知识一、炸药与爆炸的基本概念1.炸药炸药是在一定条件下能够发生快速化学反应、放出能量、生成气体产物、显示爆炸效应的化合物或混合物。2.爆炸爆炸是物质系统一种极其迅速的物理或化学变化。在变化过程中，瞬间放出其内含能量，并借助于系统内原有气体或爆炸生成的气体的膨胀，对系统周围介质做功，使之发生巨大的破坏效应，同时可能伴随声、光、热效应。爆炸可分为：化学爆炸、物理爆炸和核爆炸。炸药爆炸属于化学爆炸。3.炸药爆炸的形式炸药爆炸的形式有三种：爆炸、爆轰和燃烧。(1)爆炸：是指炸药以每秒数百米至数千米可变速度进行的爆炸反应过程。变速爆炸又叫非稳定性爆炸。(2)爆轰：是指炸药以每秒数十米不变的速度进行的爆炸反应过程。恒速爆炸又叫稳定性爆炸。(3)燃烧：是指炸药以每秒数十毫米至数米的速度进行快速燃烧的过程。燃烧速度一般为每秒数毫米至数厘米，但最大可达每秒数百米，只产生微弱的声响，没有产生冲击波。这3种爆炸形式在一定条件下是可以相互转化的。4.炸药爆炸的基本特征176(1)反应的放热性。炸药爆炸反应都属于放热反应，爆炸过程中放出的大量热是对周围介质做功的能量。(2)生成大量的气体。气体介质把炸药爆炸放出的大量热转化为机械功，对周围介质做功。(3)化学反应和传播的快速性。炸药爆炸反应时间只需要几微秒至几十微秒；炸药爆炸传播的速度可达每秒数千米。炸药爆炸的基本特征也是任何化学爆炸必须同时具备的3个条件，通常称其为爆炸的三要素。5.炸药的氧平衡是用来表示炸药内含氧量与充分氧化可燃元素所需氧量之间的关系。炸药的氧平衡可分为：正氧平衡、负氧平衡和零氧平衡。煤矿中常用的炸药为负氧平衡和零氧平衡。二、炸药的组成与分类1.炸药的组成炸药的主要元素是C、H、0、N。炸药爆炸的过程就是C、H原子氧化的过程。氧化时所需的氧并不取自周围空气，而是炸药本身就含有的，这是炸药与燃料的重要区别之一。另外，炸药具有燃料所没有的高能密度，单位体积放出的热量远比燃料多得多。2.炸药的分类炸药的分类方法很多，常见的分类方法如下：(1)按炸药的组成可分为：单质炸药和混合炸药。单质炸药：是各组成元素以一定的化学结构存在于同一分子中的炸药。混合炸药：是由两种以上分子组成的混合物。它可以根据对炸药性能的要求调配不同的组分。工业炸药多为混合炸药。(2)按炸药的用途可分为：起爆药、猛炸药和发射药(火药)3种。起爆药的特点是，在很小的外界能量(如加热、火焰、摩擦、机械能冲击等)作用下就能爆炸，因此，常用做雷管的起爆药。起爆药有雷汞、叠氮化铅和二硝基重氮酚等。由于二硝基重氮酚的原料来177源广，生产工艺简单、安全，成本低，而且具有良好的起爆性能，因此，广泛应用。猛炸药的特点是：对外能的敏感程度比起爆药低，但爆炸威力大，主要用于起爆器材的加强药和改善炸药性能的附加成分。发射药的特点是：能稳定燃烧并产生一定的推力。在工业上，主要用做起爆器材，如用黑火药做导火索药芯。三、煤矿常用炸药(一)煤矿常用炸药的种类1.矿用炸药的分类矿用炸药的分类见表9-1。2.煤矿许用炸药的分类煤矿许用炸药的分类见表9-2。煤矿许用炸药按其组分分为：硝铵类、铵梯类、硝化甘油类、水胶类和乳化类。3.矿许用炸药中各成分的作用或特点(1)硝酸铵：含氧丰富，物理状态好，来源丰富，价格低，安全性好，是制造混合炸药的主要原料。(2)梯恩梯(TNT)：三硝基甲苯，有机化合物，黄色片状结晶，一般含量为10％～17％，用6～8号工业雷管起爆。(3)木粉：锯末，作松散剂，其作用是防止炸药结块。(4)食盐：氯化钠，主要作消焰剂。主要作用是快速吸热，缓慢放热，降低爆温，消除火焰。(5)石蜡、沥青：作防潮剂，占6％～14％。(二)煤矿许用炸药的特点1.煤矿对炸药的要求(1)爆温要低，不能超过瓦斯的燃点，一般低于750℃。(2)作用时间短，不能超过瓦斯爆炸的感应时间，一般短于3秒。(3)化学氧平衡接近于零，偏差不大于0.55。2.《煤矿安全规程》对煤矿炸药的规定178井下爆破作业，必须使用煤矿许用炸药和煤矿许用雷管。煤矿许用炸药的选用应遵照下列规定：(1)低瓦斯矿井的岩石掘进工作面必须使用安全等级不低于一级的煤矿许用炸药。(2)低瓦斯矿井的煤层掘进工作面、半煤岩掘进工作面必须使用安全等级不低于二级的煤矿许用炸药。(3)高瓦斯矿井、低瓦斯矿井的高瓦斯区域，必须使用安全等级不低于三级的煤矿许用炸药。有煤(岩)与瓦斯突出危险的工作面，必须使用安全等级不低于三级的煤矿许用含水炸药。严禁使用黑火药和冻结或半冻结的硝铵甘油炸药。同一工作面不得使用两种不同品种的炸药。采掘工作面，必须使用煤矿许用瞬发电雷管或煤矿许用的毫秒延期电雷管。使用煤矿许用的毫秒延期电雷管时，最后一段的延期时间不得超过130毫秒。不同厂家生产的或不同品种的电雷管，不得掺混使用。不得使用导爆管或普通导爆索，严禁使用火雷管。表9-1矿用炸药分类矿用炸药硝酸铵炸药铵梯炸药岩石铵梯炸药煤矿铵梯炸药廉价炸药铵油炸药铵沥腊炸药铵松炸药粉状高威力炸药铵梯黑炸药铵梯铝炸药含水炸药浆状炸药水胶炸药乳化炸药硝化甘油类胶质炸药普通胶质炸药难冻胶质炸药表9-2煤矿许用炸药煤矿许用炸药井下矿用炸药岩石炸药179露天炸药矿许用炸药3.煤矿许用炸药的安全等级煤矿许用炸药的安全等级共分为5个等级，每个等级的炸药又分3个号，1号威力最大，3号威力最小。第二节起爆技术与起爆器材炸药的起爆方法有电力起爆法和非电力起爆法两种，煤矿井下只能使用电力起爆法。一、电力起爆技术(一)瞬发电雷管通入足够的电流，能在瞬间立即起爆的电雷管为瞬发电雷管，其构造如图9—1所示。图9—1瞬发电雷管1—副起爆药(头遍药)；2—雷管壳；3—副起爆药(二遍药)；4—正起爆药；5—桥丝；6—硫磺；7—脚线常用的瞬发电雷管为8号，其装药量与8号火雷管相同，所不同的是管内装有点火装置。点火装置为直插式，引发过程是由电流通过桥丝产生电阻热，瞬间点燃正起爆药，继而引爆副起爆药。正起爆药一经点燃，即使电流中断也能爆炸，瞬发电雷管由通电到爆炸的时间间隔一般不超过10ms，无延期过程。《煤矿安全规程》规定“不同厂家生产的或不同品种的电雷管不得掺混使用”，因不同厂家不同批号的电雷管使用的桥丝材质或直径不同，如果通以相同的电流，可能出现一种桥丝已经烧断、而另一180种桥丝尚未达到点火温度的现象，从而造成部分电雷管拒爆。瞬发电雷管可分为普通型和煤矿许用型两种。前者可用于无瓦斯工作面，后者可用于高瓦斯煤矿或有瓦斯煤尘爆炸危险的采掘工作面以及有煤与瓦斯突出危险的工作面。煤矿许用型瞬发电雷管与普通瞬发电雷管结构基本相同。它之所以具有较高的安全性，主要是在副起爆药(猛炸药)中加入了一定量的消焰剂。消焰剂通常采用氯化钾，可以起降低爆温、消焰和隔离瓦斯与爆炸火焰接触的作用，从而有效地预防瓦斯爆炸。瞬发电雷管在巷道掘进中只能用于全断面分次爆破。(二)秒延期电雷管通入足够的电流后，以1秒、半秒间隔时间延期爆炸的电雷管分别为秒、半秒延期电雷管。它和瞬发电雷管的区别是在引火头和加强帽之间增加了一段导火索作为延期引爆元件，改变导火索的长短就可以得到各个段的不同延期时间。同时，为排出导火索燃烧时的气体而不影响导火索的燃速，在雷管壳上设有气孔，秒延期电雷管的结构如图9—2所示。图9—2秒延期岩石电雷管1—脚线；2—硫磺；3—引火药头；4—正起爆药；5—副起爆药(二遍药)；6—副起爆药(头遍药)；7—雷壳管；8—加强帽；9—导火索(延期引爆元件)；l0—出气孔秒延期电雷管为非煤矿许用电雷管，只能用于无瓦斯的岩巷掘181进工作面。《煤矿安全规程》规定：在采掘工作面，必须使用煤矿许用瞬发电雷管或煤矿许用毫秒延期电雷管。能用毫秒延期电雷管时，最后一段的延期时间不超过130ms。秒延期电雷管和半秒延期电雷管各段的间隔时间长达1s或0.5s，当前段雷管爆炸后，瓦斯浓度达到1％以上，后段雷管爆炸时，就很容易引燃瓦斯，而且秒或半秒延期电雷管内的延期药燃烧时，要从电雷管排气孔中喷出火焰和高温气体，也成为引燃瓦斯的危险因素。因此，秒或半秒延期电雷管不能用于有瓦斯或煤尘爆炸危险的采掘工作面。(三)毫秒延期电雷管通入足够的电流，以若干毫秒间隔时间延期爆炸的电雷管为毫秒延期电雷管，简称毫秒电雷管。毫秒延期电雷管为普通型和煤矿许用型两种。国产普通型毫秒电雷管共20段，结构如图9—3所示。各段延期时间及脚线颜色标志见表9—3。图9—3毫秒延期岩石电雷管1—脚线；2—硫磺；3—引火药头；4—正起爆药；5—副起爆药(二遍药)；6—副起爆药(头遍药)；7—雷壳管；8—内铜管；9—延期引爆药普通型毫秒电雷管由于金属管壳、加强帽、聚乙烯绝缘脚线包皮等在雷管爆炸时产生灼热碎片和残渣、延期药燃烧时喷出的高温颗粒残渣、副起爆药爆炸时产生的高温火焰等原因，仍有引爆瓦斯的可能性。煤矿许用型毫秒电雷管是在猛炸药中加入消焰剂，还将延期药装入铅延期体的5个细管中并加厚管壁，从而使上述不安全因素得到有效解决。结构如图9—4所示。煤矿许用型毫秒电雷管可用于有瓦斯或煤尘爆炸危险的采掘工作面，高瓦斯矿井，煤与瓦斯突出矿井。《煤矿安全规程》规定：使182用煤矿许用毫秒延期电雷管时，最后一段的延期时间不得超过130ms(即1～5段)。因为经测定在高瓦斯矿井炸药爆炸后160ms，瓦表9—3国产毫秒延期电雷管延期时间与标志图9—4煤矿许用毫秒延期电雷管1—脚线；2—铜管壳；3—引火药头；4—铅延期体；5—正起爆药；6—副起爆药斯浓度达0.3％～0.5％，260ms时为0.3％～0.95％，360ms时为0.35％～1.6％，局部地点瓦斯浓度将更高，而130ms仅有360ms的三分之一多一点，瓦斯的涌出浓度比瓦斯的爆炸下限少83％～86％，因而有足够的安全系数，而且煤矿许用毫秒延期电雷管不存在从排气孔中喷出火焰和高温气体的问题。因而，煤矿许用毫秒电雷管可用于井下有瓦斯煤尘爆炸危险的工作面。(四)抗杂散电流雷管抗杂散电流雷管又可分为无桥丝抗杂散电流毫秒电雷管和低阻183桥丝式抗杂散电流毫秒电雷管。1.无桥丝抗杂散电流毫秒电雷管雷管结构如图9—5所示，其特点是取消了桥丝而在引火药中加入乙炔、石墨、炭黑等导电物质，做成有导电性的引火头，这种引火头的电阻不是固定值，当外加电压小于额定电压时其电阻值较大，通过电流小，不足以引燃引火药。当外加电源高于额定值时，其电阻下降，导致通过电流变大，发热量增加，直到可以点燃引火药。无桥丝电雷管可保证在5V电压作用下5min不发火。这种雷管不能用动力电源和一般起爆器起爆，要用专门设计的GM—2000型高能脉冲起爆器起爆。不能用一般的电爆网路计算方法进行设计计算，网路导通时不易发现漏联等问题。图9—5无桥丝抗杂散电流毫秒电雷管示意图1—脚线；2—封口；3—纸垫；4—管壳；5—引火头：6—延期装置；7—加强帽；8—点火药；9—正起爆药；l0—副起爆药(黑索金)；11—钝化黑索金2.低阻桥丝式抗杂散电流毫秒电雷管其结构与普通毫秒电雷管相同，只是用电阻很小的紫铜丝作为桥丝，有较好的抗杂散电流的能力。二、发爆器及其检测器《煤矿安全规程》规定：井下放炮都必须使用发爆器，开凿或延深通达地面的井筒时，无瓦斯的井底工作面中可使用其他电源起爆，但电压不得超过380V，并必须有电力起爆接线盒。电力起爆接线盒所用的电源、线路连接的方法、开关的构造、装设的地点等都应编制设计，报矿总工程师批准。发爆器或起爆接线盒都必须采用矿用防爆型(矿用增安型除外)。(一)晶体管电容式发爆器184发爆器是用来供给电爆网路上的电雷管起爆电能的器具，又称起爆器或放炮器。电容式发爆器有防爆型和非防爆型两种，煤矿井下只准使用防爆型发爆器，它具有体积小，重量轻，外壳防爆，供电时间能控制在6ms以内。6ms后即使网路炸断，裸露线路相碰，也不会产生火花，因受发爆器能力限制，多用于串联网路。电容式发爆器部件小，结构严密，而且由于井下条件和环境所限，往往因使用检查、保管和维护不当而造成部件损坏，改变或失去起爆和防爆能力，影响安全使用，所以必须做到经常检查、合理使用和