爆破工程第一章課件

武漢理工大學《爆破工程》精品課程12/16/20221第一章炸藥爆炸基本理論武漢理工大學《爆破工程》精品課程12/14/2主要內容第一章炸藥爆炸基本理論1.1基本概念

1.2炸藥化學反應基本形式1.3炸藥氧平衡與反應產物1.4炸藥熱化學參數(shù)1.5炸藥感度1.6炸藥起爆1.7炸藥爆轟理論1.8炸藥爆炸性能：本章思考題12/16/20222第一章炸藥爆炸基本理論主要內容第一章炸藥爆炸基本理論1.1基本概念1.5炸藥第一節(jié)基本概念物理爆炸（不發(fā)生化學變化

）

核爆炸（核裂變或核聚變

）

化學爆炸（有新的物質生成

）

（explosive）：

在一定條件下，能夠發(fā)生快速化學反應，放出能量，生成氣體產物，顯示爆炸效應（explosiveeffect）的化合物或混合物。

爆炸的分類：炸藥12/16/20223第一章炸藥爆炸基本理論第一節(jié)基本概念物理爆炸（不發(fā)生化學變化）化學爆炸三要素1反應的放熱性

炸藥爆炸必須的能源3反應中生成大量氣體產物

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12/16/20224第一章炸藥爆炸基本理論化學爆炸三要素1反應的放熱性3反應中生成大量氣體產物鋁熱劑反應

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物加熱到3000K，但終究由于沒有氣體產物生成，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?！铩?2/16/20225第一章炸藥爆炸基本理論鋁熱劑反應2Al+Fe2O3→Al2O3+2Fe+828k第二節(jié)炸藥化學反應基本形式

爆炸速度增長到穩(wěn)定爆速（stationarydetonationvelocity）的最大值，以每秒數(shù)千米的最大穩(wěn)定速度進行的反應過程。

反映炸藥的化學安定性A緩慢分解

炸藥以每秒數(shù)百米至數(shù)千米的高速進行爆炸反應C爆炸與爆轟

對爆破材料的安全生產,加工,運輸保管以及過期變質炸藥的銷毀都很有必要B燃燒與爆燃爆轟12/16/20226第一章炸藥爆炸基本理論第二節(jié)炸藥化學反應基本形式反映炸藥A炸藥以每秒數(shù)百C第三節(jié)炸藥氧平衡與反應產物炸藥內含氧量與所含可燃元素充分氧化所需氧量相比之間的差值稱為氧平衡。

氧平衡用每克炸藥中剩余或不足氧量的克數(shù)或質量分數(shù)來表示。炸藥的氧平衡（Oxygenbalance）12/16/20227第一章炸藥爆炸基本理論第三節(jié)炸藥氧平衡與反應產物炸藥內含氧平衡的計算令炸藥的通式：

CaHbNcOd則氧平衡的計算式：式中炸藥的氧平衡；炸藥的摩爾質量（g/mol）；氧的摩爾質量（g/mol）1612/16/20228第一章炸藥爆炸基本理論氧平衡的計算令炸藥的通式：式中炸藥的氧平衡；炸藥的摩爾質混合炸藥氧平衡的計算計算公式：或者式中

、分別為第i組分的質量分數(shù)和氧平衡值

12/16/20229第一章炸藥爆炸基本理論混合炸藥氧平衡的計算計算公式：或者式中、分別為第i組氧平衡的三種類型正氧平衡零氧平衡負氧平衡Qb>0Qb=0Qb<012/16/202210第一章炸藥爆炸基本理論氧平衡的三種類型正氧平衡零氧平衡負氧平衡Qb>0Qb=0Qb混合炸藥配方計算含兩種成分的混合炸藥配比：設x、y分別為炸藥中氧化劑和可燃劑的配比，Qx、Qy、Qb分別為這兩種成分和混合后氧平衡值，則有：12/16/202211第一章炸藥爆炸基本理論混合炸藥配方計算含兩種成分的混合炸藥配比：12/14/202

例：

用硝酸銨、TNT和木粉配制零氧平衡的巖石炸藥，試求出其取值范圍并選定一組配方。解：設1單位質量炸藥中含硝酸銨為x，TNT為y，木粉為z。已知各組中的氧平衡（查表）：硝酸銨20%，TNT-74%，木粉-138%，按零氧平衡配制時應有：三種成分的取值范圍為:硝酸銨,TNT木粉可取TNT含量y=10%，代入上方程組解得：

12/16/202212第一章炸藥爆炸基本理論例：

用硝酸銨、TNT和木粉配制零氧爆轟產物與有毒氣體

（1）爆轟產物

：炸藥爆轟時，化學反應區(qū)反應終了瞬間的化學反應產物。它是計算爆轟反應熱效應的依據(jù)。

（2）爆炸產物

：

爆轟產物的進一步膨脹，或同外界空氣、巖石等其他物質相互作用，發(fā)生新的反應、生成的新的產物。（3）有毒氣體：

CO、

H2S、SO2和氮氧化物

在計算有毒氣體總量時，應將其他氣體折算成CO含量；其中氮氧化物的毒性系數(shù)為6.5，SO2、H2S的毒性系數(shù)為2.5。12/16/202213第一章炸藥爆炸基本理論爆轟產物與有毒氣體（1）爆轟產物：12/14/20221影響有毒氣體生成量的主要因素

A炸藥的氧平衡

B化學反應的完全程度C炸藥外殼為涂蠟紙殼

D爆破巖石內含硫

生成H2S、SO2等有毒氣體

12/16/202214第一章炸藥爆炸基本理論影響有毒氣體生成量的主要因素A炸藥的氧平衡B化學反應的完第四節(jié)炸藥熱化學參數(shù)

爆炸壓力爆溫爆熱爆容

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

單位質量炸藥爆炸時所釋放的熱量稱為爆熱

（explosionheat）(單位:J/kg或kJ/kg)。爆炸瞬間固體炸藥變成氣體產物，這些產物來不及膨脹，爆炸已經結束，因而可以認為爆炸過程是定容過程。(explosiontemperature)指炸藥爆炸時放出的能量將爆炸產物加熱到的最高溫度。（explosionpressure）指當爆炸結束，爆炸產物在炸藥初始體積內達到熱平衡后的流體靜壓值。也有人將其定義為炮孔中裝藥爆炸完了瞬間炮孔壁上的壓力，故又稱為炮孔壓力。

12/16/202215第一章炸藥爆炸基本理論第四節(jié)炸藥熱化學參數(shù)爆炸壓力爆溫爆熱爆容第五節(jié)炸藥感度

感度（sensitivity）指在外界能量的作用下，炸藥發(fā)生爆炸的難易程度。

起爆感度感度

炸藥對不同形式的外界能量作用所表現(xiàn)的感度是不一樣的。故不能簡單地以炸藥對某種起爆能的感度等效地衡量它對另一種起爆能的感度。沖擊波感度熱感度靜電感度火焰感度摩擦感度撞擊感度其他感度（sensitivitytoinitiation）(sensitivitytoshockwave）（electrostatic

sensitivity）（sensitivitytoflame）（sensitivitytofriction）（sensitivitytoimpact）（sensitivitytoheat）12/16/202216第一章炸藥爆炸基本理論第五節(jié)炸藥感度感度（sensitivity）指在外界能熱感度和機械感度熱感度（sensitivitytoheat）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（ignitionpoint）來表示.熱作用的方式主要有兩種：均勻加熱、火焰點火。

機械感度（1）撞擊感度（2）摩擦感度（sensitivitytoimpact）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。（sensitivitytofriction）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。12/16/202217第一章炸藥爆炸基本理論熱感度和機械感度熱感度（sensitivitytohea炸藥的起爆感度起爆感度（sensitivitytoinitiation）

炸藥的起爆感度是指在其他炸藥（起爆藥、起爆具等）的爆炸作用下，猛炸藥發(fā)生爆轟的難易程度。

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。12/16/202218第一章炸藥爆炸基本理論炸藥的起爆感度起爆感度（sensitivitytoini炸藥的殉爆殉爆（sympatheticdetonation）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)象殉爆距離是指主發(fā)藥包爆炸時一定引爆被發(fā)藥包的兩藥包間的最大距離

。殉爆距離（transmissiondistance）炸藥的殉爆能力用殉爆距離表示，單位一般為cm確定炸藥生產房間的安全距離（safetydistance），為廠房設計提供基本數(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：12/16/202219第一章炸藥爆炸基本理論炸藥的殉爆殉爆（sympatheticdetonation殉爆距離的測定12/16/202220第一章炸藥爆炸基本理論殉爆距離的測定12/14/202220第一章炸藥爆炸基本理影響殉爆距離的因素

ABC裝藥密度

藥包外殼和連接方式藥量和藥徑

12/16/202221第一章炸藥爆炸基本理論影響殉爆距離的因素ABC裝藥密度藥包外殼和藥量和藥徑影響炸藥感度因素

影響炸藥感度的因素

1炸藥溫度的影響2炸藥物理狀態(tài)與晶體形態(tài)的影響

3炸藥顆粒度的影響5附加物的影響4裝藥密度的影響12/16/202222第一章炸藥爆炸基本理論影響炸藥感度因素影響炸藥感度的因素1炸藥溫度的影響2炸第六節(jié)炸藥起爆炸藥爆炸的能柵圖12/16/202223第一章炸藥爆炸基本理論第六節(jié)炸藥起爆炸藥爆炸的能柵圖12/14/202223第熱點起爆理論

熱點學說認為：炸藥在受到機械作用時，絕大部分的機械能量首先轉化為熱能。由于機械作用不可能是均勻的，因此，熱能不是作用在整個炸藥上，而只是集中在炸藥的局部范圍內，并形成熱點。在熱點處的炸藥首先發(fā)生熱分解，同時放出熱量，放出的熱量又促使炸藥的分解速度迅速增加。如果炸藥中形成熱點的數(shù)目足夠多，且尺寸又足夠大，熱點的溫度升高到爆發(fā)點后，炸藥便在這些點被激發(fā)并發(fā)生爆炸，最后引起部分炸藥乃至整個炸藥的爆炸。熱點起爆理論又稱熱點學說

熱點形成的原因:（1）炸藥內部的空氣間隙或者微小氣泡等在機械作用下受到了絕熱壓縮；（2）受磨擦作用后，在炸藥的顆粒之間、炸藥與雜質之間以及炸藥與容器內壁之間出現(xiàn)的局部加熱；（3）炸藥由于黏滯性流動而產生的熱點。熱點起爆理論12/16/202224第一章炸藥爆炸基本理論熱點起爆理論熱點學說認為：炸藥在受到機械作第七節(jié)炸藥爆轟理論

波擾動在介質中的傳播稱為波。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

稀疏波壓縮波受擾動后波陣面上介質的壓力、密度均增大的波稱為壓縮波。受擾動后波陣面上介質的壓力、密度均減小的波稱為稀疏波或膨脹波。（pressurewave）（expansionwave）12/16/202225第一章炸藥爆炸基本理論第七節(jié)炸藥爆轟理論波擾動在介質中的傳播稱為波。物質在沖擊波的形成沖擊波（shockwave）

沖擊波是一種在介質中以超聲速傳播的并具有壓力突然躍升然后慢慢下降特征的一種高強度壓縮波。

沖擊波形成原理示意圖

R—活塞與氣體的界面A—各個瞬時的波陣面；P—管中空氣壓力12/16/202226第一章炸藥爆炸基本理論沖擊波的形成沖擊波（shockwave）沖沖擊波基本方程

12/16/202227第一章炸藥爆炸基本理論沖擊波基本方程12/14/202227第一章炸藥爆炸基本沖擊波特征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）沖擊波對介質的壓縮不同于等熵壓縮。沖擊波形成時，介質的熵將增加。7）沖擊波以脈沖形式傳播，不具有周期性。8）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.倉庫等有關設計時應盡量避免可能造成的沖擊波反射。12/16/202228第一章炸藥爆炸基本理論沖擊波特征1）沖擊波的波速對未擾動介質而言是超音速的。1炸藥爆轟波爆轟波（detonationwave）在炸藥中傳播的伴隨有快速化學反應區(qū)的沖擊波稱為爆轟波。

爆轟波沿炸藥裝藥傳播的速度稱為爆速。（detonationvelocity）爆速爆轟波特征：①

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。②

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，其數(shù)值約0.1~1.0cm，視炸藥的種類而異。③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.12/16/202229第一章炸藥爆炸基本理論炸藥爆轟波爆轟波（detonationwave）在炸藥中傳爆轟波的結構波陣面2-2面為爆轟化學反應區(qū)的末端面，稱為爆轟波波陣面。

常把滿足一定假設條件的理想爆轟波波陣面簡稱為C—J面

（Chapaman－Jouguetplane）C—J面爆轟波結構示意圖

12/16/202230第一章炸藥爆炸基本理論爆轟波的結構波陣面2-2面為爆轟化學反應區(qū)的末端面，稱為爆轟爆轟波的參數(shù)C—J面上爆轟產物的移動速度

爆轟壓力

C—J面上爆轟產物的比容

C—J面上爆轟產物的密度

C—J面上稀疏波相對于爆轟產物的速度

爆速

爆轟溫度

12/16/202231第一章炸藥爆炸基本理論爆轟波的參數(shù)C—J面上爆轟產物的移動速度 1凝聚炸藥爆轟反應機理ABC均勻灼燒機理

混合反應機理

不均勻灼燒機理

均勻灼燒機理又稱整體反應機理

化學反應在整個爆轟波波陣面上同時進行。混合反應機理又稱二次式多次反應機理

化學反應在化學反應區(qū)分步進行。整個壓縮層炸藥的溫度不是均勻地升高并發(fā)生灼燒，形成“起爆中心”或“熱點”并先發(fā)生化學反應，然后再傳到整個炸藥層。（三種途徑）①炸藥中含有的微小氣泡（氣體或蒸氣）在受到沖擊波壓縮作用時的絕熱壓縮；②由于沖擊波經過時炸藥的質點間或薄層間的運動速度不同而發(fā)生摩擦或變形；③爆炸氣體產物滲透到炸藥顆粒間的空隙中而使炸藥顆粒表面加熱.12/16/202232第一章炸藥爆炸基本理論凝聚炸藥爆轟反應機理ABC均勻灼燒機理混合反應機理不均理想爆轟與穩(wěn)定爆轟（limitingdiameter）區(qū)分:藥包極限直徑

藥包臨界直徑（criticaldiameter）理想爆轟非理想爆轟當任意加大藥包直徑和長度而爆轟波傳播速度仍保持穩(wěn)定的最大值時，稱為理想爆轟。爆轟波以低于最大爆速的定常速度傳播時，則稱為非理想爆轟。12/16/202233第一章炸藥爆炸基本理論理想爆轟與穩(wěn)定爆轟（limitingdiameter）區(qū)爆轟波壓力及爆速的特性

混合炸藥爆轟波壓力隨時間的變化t1—第一次反應時間；t2—第二次反應時間；t0—炸藥被壓縮時間炸藥爆速隨藥包直徑變化12/16/202234第一章炸藥爆炸基本理論爆轟波壓力及爆速的特性混合炸藥爆轟波壓力隨時間的變化炸藥側向擴散對反應區(qū)結構的影響

側向擴散對反應區(qū)結構的影響1—爆轟產物區(qū)；2—側向擴散影響區(qū)；3—有效反應區(qū)；4—未反應區(qū)（炸藥）

5—擴散物前鋒位置；6—稀疏波（膨脹波）陣面；l—反應區(qū)寬度；a-a—沖擊波陣面12/16/202235第一章炸藥爆炸基本理論側向擴散對反應區(qū)結構的影響不同藥包直徑側向擴散

對反應區(qū)結構影響

不同藥包直徑側向擴散對反應區(qū)結構影響示意圖l—反應區(qū)寬度l‘

—有效反應區(qū)寬度（a）不穩(wěn)定傳爆（b）非理想爆轟穩(wěn)定傳爆（c）理想炸轟12/16/202236第一章炸藥爆炸基本理論不同藥包直徑側向擴散

對反應區(qū)結構影響不同藥包直徑側向擴散第八節(jié)炸藥爆炸性能爆速（detonationvelocity）爆轟波沿炸藥裝藥傳播的速度稱為爆速

裝藥直徑藥包外殼裝藥密度炸藥粒度（影響因素）起爆沖能12/16/202237第一章炸藥爆炸基本理論第八節(jié)炸藥爆炸性能爆速（detonationveloc影響爆速的因素（1）炸藥爆速隨藥包直徑變化1—梯恩梯（）；2—梯恩梯/硝酸銨（50/50）（）；

3—梯恩梯（

）；4—梯恩梯-硝酸銨（）；

5—硝酸銨-硝化甘油（）；6—硝酸銨（）12/16/202238第一章炸藥爆炸基本理論影響爆速的因素（1）炸藥爆速隨藥包直徑變化1—梯恩梯（影響爆速的因素（2）粒狀銨油炸藥爆速隨藥包直徑變化梯恩梯的裝藥密度對爆速的影響12/16/202239第一章炸藥爆炸基本理論影響爆速的因素（2）粒狀銨油炸藥爆速隨藥包直徑變化影響爆速的因素（3）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40mm12/16/202240第一章炸藥爆炸基本理論影響爆速的因素（3）混合炸藥裝藥密度對爆速的影響12/14/溝槽效應及其影響因素溝槽效應（pipeeffect）溝槽效應，也稱管道效應、間隙效應，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。

（影響因素）炸藥配方A物理炸藥配方結構B包裝條件C加工工藝D12/16/202241第一章炸藥爆炸基本理論溝槽效應及其影響因素溝槽效應（pipeeffect）減少或消除溝槽效應的措施DCBA調整炸藥配方和加工工藝堵塞等離子體的傳播增大藥卷直徑化學技術EF沿藥包全長放置導爆索起爆采用散裝技術，使炸藥全部充填炮孔不留間隙12/16/202242第一章炸藥爆炸基本理論減少或消除溝槽效應的措施DCBA調整炸藥配方和加工工藝堵塞等炸藥爆速的測定測定方法導爆索法電測法高速攝影法①示波器記時法②數(shù)字式爆速儀測爆速法

12/16/202243第一章炸藥爆炸基本理論炸藥爆速的測定測定方法導爆索法電測法高速攝影法①示波器記導爆索法測爆速

導爆索法測爆速1—雷管；2—藥包；3—導爆索；4—鉛板12/16/202244第一章炸藥爆炸基本理論導爆索法測爆速導爆索法測爆速12/14/202244第一章示波器測定爆速示波器測定爆速（a）測定裝置；（b）熒光屏上波形1，2—探針；3—藥包；4—脈沖信號發(fā)生器電路；5—示波器；6—雷管；7—脈沖信號；8—時標12/16/202245第一章炸藥爆炸基本理論示波器測定爆速示波器測定爆速12/14/202245第一章炸藥的威力炸藥爆炸作功示意圖12/16/202246第一章炸藥爆炸基本理論炸藥的威力炸藥爆炸作功示意圖12/14/202246第一章炸藥威力的測定方法（1）

鉛鑄擴孔法鉛鑄擴孔法

彈道臼炮法

爆破漏斗法12/16/202247第一章炸藥爆炸基本理論炸藥威力的測定方法（1）鉛鑄擴孔法鉛鑄擴孔法彈道炸藥威力的測定方法（2）

彈道臼炮法1——臼炮體2——標準室3——活塞式炮彈體鉛鑄擴孔法

彈道臼炮法

爆破漏斗法12/16/202248第一章炸藥爆炸基本理論炸藥威力的測定方法（2）彈道臼炮法1——臼炮體炸藥威力的測定方法（3）

鉛鑄擴孔法

彈道臼炮法

爆破漏斗法爆破漏斗法12/16/202249第一章炸藥爆炸基本理論炸藥威力的測定方法（3）鉛鑄擴孔法彈道臼炮法爆破漏斗法炸藥的猛度及測定炸藥猛度（brisance）炸藥的猛度是指爆炸瞬間爆轟波和爆轟產物對鄰近的局部固體介質的沖擊、撞碰、擊穿和破碎能力。它表征了炸藥的動作用。

1——導火索；2——雷管；3——炸藥；4——鋼片；5——鉛柱；6——鋼板；7——細繩；8——爆炸后的鉛柱炸藥猛度的測定方法12/16/202250第一章炸藥爆炸基本理論炸藥的猛度及測定炸藥猛度（brisance）炸藥聚能效應－現(xiàn)象聚能現(xiàn)象

聚能裝藥

聚能效應應用水面聚能流的形成12/16/202251第一章炸藥爆炸基本理論聚能效應－現(xiàn)象聚能現(xiàn)象聚能裝藥聚能效應應用水面聚能流的形聚能效應－裝藥聚能現(xiàn)象

聚能裝藥

聚能效應應用裝藥前端有空穴時聚能流的形成襯有金屬藥形罩的聚能裝藥及金屬射流的形式1—藥形罩（能聚罩）2—爆轟波陣面3—杵體4—射流12/16/202252第一章炸藥爆炸基本理論聚能效應－裝藥聚能現(xiàn)象聚能裝藥聚能效應應用裝藥前端有空穴聚能效應－應用聚能現(xiàn)象

聚能裝藥

聚能效應應用不同裝藥結構的鋼板穿孔能力（a）平底藥柱（b）帶有聚能穴的藥柱（c）帶有藥形罩的聚能藥柱（d）聚能藥柱與鋼板間有炸高距離

12/16/202253第一章炸藥爆炸基本理論聚能效應－應用聚能現(xiàn)象聚能裝藥聚能效應應用不同裝藥結構的本章思考題1、名詞解釋：緩慢分解、氧平衡、爆轟產物、爆炸產物、爆轟壓力、爆炸壓力、炸藥感度、殉爆距離、爆速、爆轟波、爆力、猛度、聚能效應、管道效應、臨界直徑、極限直徑、理想爆轟、穩(wěn)定爆轟。2、什么是化學爆炸的三要素？3、試述從緩慢分解到爆轟的轉化過程。4、試述氧平衡的分類、意義和在爆破工程中的應用。5、試述殉爆距離的測定方法、影響因素及研究意義。6、簡述炸藥感度的影響因素。7、試述機械作用下熱點形成機理。8、請描述爆轟波傳播過程和爆轟波結構。9、簡述影響爆速的因素。12/16/202254第一章炸藥爆炸基本理論本章思考題1、名詞解釋：12/14/202254第一章炸藥武漢理工大學ThankYou!12/16/202255第一章炸藥爆炸基本理論武漢理工大學ThankYou!12/14/202255第

武漢理工大學《爆破工程》精品課程12/16/202256第一章炸藥爆炸基本理論武漢理工大學《爆破工程》精品課程12/14/2主要內容第一章炸藥爆炸基本理論1.1基本概念

1.2炸藥化學反應基本形式1.3炸藥氧平衡與反應產物1.4炸藥熱化學參數(shù)1.5炸藥感度1.6炸藥起爆1.7炸藥爆轟理論1.8炸藥爆炸性能：本章思考題12/16/202257第一章炸藥爆炸基本理論主要內容第一章炸藥爆炸基本理論1.1基本概念1.5炸藥第一節(jié)基本概念物理爆炸（不發(fā)生化學變化

）

核爆炸（核裂變或核聚變

）

化學爆炸（有新的物質生成

）

（explosive）：

在一定條件下，能夠發(fā)生快速化學反應，放出能量，生成氣體產物，顯示爆炸效應（explosiveeffect）的化合物或混合物。

爆炸的分類：炸藥12/16/202258第一章炸藥爆炸基本理論第一節(jié)基本概念物理爆炸（不發(fā)生化學變化）化學爆炸三要素1反應的放熱性

炸藥爆炸必須的能源3反應中生成大量氣體產物

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12/16/202259第一章炸藥爆炸基本理論化學爆炸三要素1反應的放熱性3反應中生成大量氣體產物鋁熱劑反應

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物加熱到3000K，但終究由于沒有氣體產物生成，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?！铩?2/16/202260第一章炸藥爆炸基本理論鋁熱劑反應2Al+Fe2O3→Al2O3+2Fe+828k第二節(jié)炸藥化學反應基本形式

爆炸速度增長到穩(wěn)定爆速（stationarydetonationvelocity）的最大值，以每秒數(shù)千米的最大穩(wěn)定速度進行的反應過程。

反映炸藥的化學安定性A緩慢分解

炸藥以每秒數(shù)百米至數(shù)千米的高速進行爆炸反應C爆炸與爆轟

對爆破材料的安全生產,加工,運輸保管以及過期變質炸藥的銷毀都很有必要B燃燒與爆燃爆轟12/16/202261第一章炸藥爆炸基本理論第二節(jié)炸藥化學反應基本形式反映炸藥A炸藥以每秒數(shù)百C第三節(jié)炸藥氧平衡與反應產物炸藥內含氧量與所含可燃元素充分氧化所需氧量相比之間的差值稱為氧平衡。

氧平衡用每克炸藥中剩余或不足氧量的克數(shù)或質量分數(shù)來表示。炸藥的氧平衡（Oxygenbalance）12/16/202262第一章炸藥爆炸基本理論第三節(jié)炸藥氧平衡與反應產物炸藥內含氧平衡的計算令炸藥的通式：

CaHbNcOd則氧平衡的計算式：式中炸藥的氧平衡；炸藥的摩爾質量（g/mol）；氧的摩爾質量（g/mol）1612/16/202263第一章炸藥爆炸基本理論氧平衡的計算令炸藥的通式：式中炸藥的氧平衡；炸藥的摩爾質混合炸藥氧平衡的計算計算公式：或者式中

、分別為第i組分的質量分數(shù)和氧平衡值

12/16/202264第一章炸藥爆炸基本理論混合炸藥氧平衡的計算計算公式：或者式中、分別為第i組氧平衡的三種類型正氧平衡零氧平衡負氧平衡Qb>0Qb=0Qb<012/16/202265第一章炸藥爆炸基本理論氧平衡的三種類型正氧平衡零氧平衡負氧平衡Qb>0Qb=0Qb混合炸藥配方計算含兩種成分的混合炸藥配比：設x、y分別為炸藥中氧化劑和可燃劑的配比，Qx、Qy、Qb分別為這兩種成分和混合后氧平衡值，則有：12/16/202266第一章炸藥爆炸基本理論混合炸藥配方計算含兩種成分的混合炸藥配比：12/14/202

例：

用硝酸銨、TNT和木粉配制零氧平衡的巖石炸藥，試求出其取值范圍并選定一組配方。解：設1單位質量炸藥中含硝酸銨為x，TNT為y，木粉為z。已知各組中的氧平衡（查表）：硝酸銨20%，TNT-74%，木粉-138%，按零氧平衡配制時應有：三種成分的取值范圍為:硝酸銨,TNT木粉可取TNT含量y=10%，代入上方程組解得：

12/16/202267第一章炸藥爆炸基本理論例：

用硝酸銨、TNT和木粉配制零氧爆轟產物與有毒氣體

（1）爆轟產物

：炸藥爆轟時，化學反應區(qū)反應終了瞬間的化學反應產物。它是計算爆轟反應熱效應的依據(jù)。

（2）爆炸產物

：

爆轟產物的進一步膨脹，或同外界空氣、巖石等其他物質相互作用，發(fā)生新的反應、生成的新的產物。（3）有毒氣體：

CO、

H2S、SO2和氮氧化物

在計算有毒氣體總量時，應將其他氣體折算成CO含量；其中氮氧化物的毒性系數(shù)為6.5，SO2、H2S的毒性系數(shù)為2.5。12/16/202268第一章炸藥爆炸基本理論爆轟產物與有毒氣體（1）爆轟產物：12/14/20221影響有毒氣體生成量的主要因素

A炸藥的氧平衡

B化學反應的完全程度C炸藥外殼為涂蠟紙殼

D爆破巖石內含硫

生成H2S、SO2等有毒氣體

12/16/202269第一章炸藥爆炸基本理論影響有毒氣體生成量的主要因素A炸藥的氧平衡B化學反應的完第四節(jié)炸藥熱化學參數(shù)

爆炸壓力爆溫爆熱爆容

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

單位質量炸藥爆炸時所釋放的熱量稱為爆熱

（explosionheat）(單位:J/kg或kJ/kg)。爆炸瞬間固體炸藥變成氣體產物，這些產物來不及膨脹，爆炸已經結束，因而可以認為爆炸過程是定容過程。(explosiontemperature)指炸藥爆炸時放出的能量將爆炸產物加熱到的最高溫度。（explosionpressure）指當爆炸結束，爆炸產物在炸藥初始體積內達到熱平衡后的流體靜壓值。也有人將其定義為炮孔中裝藥爆炸完了瞬間炮孔壁上的壓力，故又稱為炮孔壓力。

12/16/202270第一章炸藥爆炸基本理論第四節(jié)炸藥熱化學參數(shù)爆炸壓力爆溫爆熱爆容第五節(jié)炸藥感度

感度（sensitivity）指在外界能量的作用下，炸藥發(fā)生爆炸的難易程度。

起爆感度感度

炸藥對不同形式的外界能量作用所表現(xiàn)的感度是不一樣的。故不能簡單地以炸藥對某種起爆能的感度等效地衡量它對另一種起爆能的感度。沖擊波感度熱感度靜電感度火焰感度摩擦感度撞擊感度其他感度（sensitivitytoinitiation）(sensitivitytoshockwave）（electrostatic

sensitivity）（sensitivitytoflame）（sensitivitytofriction）（sensitivitytoimpact）（sensitivitytoheat）12/16/202271第一章炸藥爆炸基本理論第五節(jié)炸藥感度感度（sensitivity）指在外界能熱感度和機械感度熱感度（sensitivitytoheat）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（ignitionpoint）來表示.熱作用的方式主要有兩種：均勻加熱、火焰點火。

機械感度（1）撞擊感度（2）摩擦感度（sensitivitytoimpact）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。（sensitivitytofriction）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。12/16/202272第一章炸藥爆炸基本理論熱感度和機械感度熱感度（sensitivitytohea炸藥的起爆感度起爆感度（sensitivitytoinitiation）

炸藥的起爆感度是指在其他炸藥（起爆藥、起爆具等）的爆炸作用下，猛炸藥發(fā)生爆轟的難易程度。

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。12/16/202273第一章炸藥爆炸基本理論炸藥的起爆感度起爆感度（sensitivitytoini炸藥的殉爆殉爆（sympatheticdetonation）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)象殉爆距離是指主發(fā)藥包爆炸時一定引爆被發(fā)藥包的兩藥包間的最大距離

。殉爆距離（transmissiondistance）炸藥的殉爆能力用殉爆距離表示，單位一般為cm確定炸藥生產房間的安全距離（safetydistance），為廠房設計提供基本數(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：12/16/202274第一章炸藥爆炸基本理論炸藥的殉爆殉爆（sympatheticdetonation殉爆距離的測定12/16/202275第一章炸藥爆炸基本理論殉爆距離的測定12/14/202220第一章炸藥爆炸基本理影響殉爆距離的因素

ABC裝藥密度

藥包外殼和連接方式藥量和藥徑

12/16/202276第一章炸藥爆炸基本理論影響殉爆距離的因素ABC裝藥密度藥包外殼和藥量和藥徑影響炸藥感度因素

影響炸藥感度的因素

1炸藥溫度的影響2炸藥物理狀態(tài)與晶體形態(tài)的影響

3炸藥顆粒度的影響5附加物的影響4裝藥密度的影響12/16/202277第一章炸藥爆炸基本理論影響炸藥感度因素影響炸藥感度的因素1炸藥溫度的影響2炸第六節(jié)炸藥起爆炸藥爆炸的能柵圖12/16/202278第一章炸藥爆炸基本理論第六節(jié)炸藥起爆炸藥爆炸的能柵圖12/14/202223第熱點起爆理論

熱點學說認為：炸藥在受到機械作用時，絕大部分的機械能量首先轉化為熱能。由于機械作用不可能是均勻的，因此，熱能不是作用在整個炸藥上，而只是集中在炸藥的局部范圍內，并形成熱點。在熱點處的炸藥首先發(fā)生熱分解，同時放出熱量，放出的熱量又促使炸藥的分解速度迅速增加。如果炸藥中形成熱點的數(shù)目足夠多，且尺寸又足夠大，熱點的溫度升高到爆發(fā)點后，炸藥便在這些點被激發(fā)并發(fā)生爆炸，最后引起部分炸藥乃至整個炸藥的爆炸。熱點起爆理論又稱熱點學說

熱點形成的原因:（1）炸藥內部的空氣間隙或者微小氣泡等在機械作用下受到了絕熱壓縮；（2）受磨擦作用后，在炸藥的顆粒之間、炸藥與雜質之間以及炸藥與容器內壁之間出現(xiàn)的局部加熱；（3）炸藥由于黏滯性流動而產生的熱點。熱點起爆理論12/16/202279第一章炸藥爆炸基本理論熱點起爆理論熱點學說認為：炸藥在受到機械作第七節(jié)炸藥爆轟理論

波擾動在介質中的傳播稱為波。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

稀疏波壓縮波受擾動后波陣面上介質的壓力、密度均增大的波稱為壓縮波。受擾動后波陣面上介質的壓力、密度均減小的波稱為稀疏波或膨脹波。（pressurewave）（expansionwave）12/16/202280第一章炸藥爆炸基本理論第七節(jié)炸藥爆轟理論波擾動在介質中的傳播稱為波。物質在沖擊波的形成沖擊波（shockwave）

沖擊波是一種在介質中以超聲速傳播的并具有壓力突然躍升然后慢慢下降特征的一種高強度壓縮波。

沖擊波形成原理示意圖

R—活塞與氣體的界面A—各個瞬時的波陣面；P—管中空氣壓力12/16/202281第一章炸藥爆炸基本理論沖擊波的形成沖擊波（shockwave）沖沖擊波基本方程

12/16/202282第一章炸藥爆炸基本理論沖擊波基本方程12/14/202227第一章炸藥爆炸基本沖擊波特征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）沖擊波對介質的壓縮不同于等熵壓縮。沖擊波形成時，介質的熵將增加。7）沖擊波以脈沖形式傳播，不具有周期性。8）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.倉庫等有關設計時應盡量避免可能造成的沖擊波反射。12/16/202283第一章炸藥爆炸基本理論沖擊波特征1）沖擊波的波速對未擾動介質而言是超音速的。1炸藥爆轟波爆轟波（detonationwave）在炸藥中傳播的伴隨有快速化學反應區(qū)的沖擊波稱為爆轟波。

爆轟波沿炸藥裝藥傳播的速度稱為爆速。（detonationvelocity）爆速爆轟波特征：①

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。②

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，其數(shù)值約0.1~1.0cm，視炸藥的種類而異。③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.12/16/202284第一章炸藥爆炸基本理論炸藥爆轟波爆轟波（detonationwave）在炸藥中傳爆轟波的結構波陣面2-2面為爆轟化學反應區(qū)的末端面，稱為爆轟波波陣面。

常把滿足一定假設條件的理想爆轟波波陣面簡稱為C—J面

（Chapaman－Jouguetplane）C—J面爆轟波結構示意圖

12/16/202285第一章炸藥爆炸基本理論爆轟波的結構波陣面2-2面為爆轟化學反應區(qū)的末端面，稱為爆轟爆轟波的參數(shù)C—J面上爆轟產物的移動速度

爆轟壓力

C—J面上爆轟產物的比容

C—J面上爆轟產物的密度

C—J面上稀疏波相對于爆轟產物的速度

爆速

爆轟溫度

12/16/202286第一章炸藥爆炸基本理論爆轟波的參數(shù)C—J面上爆轟產物的移動速度 1凝聚炸藥爆轟反應機理ABC均勻灼燒機理

混合反應機理

不均勻灼燒機理

均勻灼燒機理又稱整體反應機理

化學反應在整個爆轟波波陣面上同時進行?；旌戏磻獧C理又稱二次式多次反應機理

化學反應在化學反應區(qū)分步進行。整個壓縮層炸藥的溫度不是均勻地升高并發(fā)生灼燒，形成“起爆中心”或“熱點”并先發(fā)生化學反應，然后再傳到整個炸藥層。（三種途徑）①炸藥中含有的微小氣泡（氣體或蒸氣）在受到沖擊波壓縮作用時的絕熱壓縮；②由于沖擊波經過時炸藥的質點間或薄層間的運動速度不同而發(fā)生摩擦或變形；③爆炸氣體產物滲透到炸藥顆粒間的空隙中而使炸藥顆粒表面加熱.12/16/202287第一章炸藥爆炸基本理論凝聚炸藥爆轟反應機理ABC均勻灼燒機理混合反應機理不均理想爆轟與穩(wěn)定爆轟（limitingdiameter）區(qū)分:藥包極限直徑

藥包臨界直徑（criticaldiameter）理想爆轟非理想爆轟當任意加大藥包直徑和長度而爆轟波傳播速度仍保持穩(wěn)定的最大值時，稱為理想爆轟。爆轟波以低于最大爆速的定常速度傳播時，則稱為非理想爆轟。12/16/202288第一章炸藥爆炸基本理論理想爆轟與穩(wěn)定爆轟（limitingdiameter）區(qū)爆轟波壓力及爆速的特性

混合炸藥爆轟波壓力隨時間的變化t1—第一次反應時間；t2—第二次反應時間；t0—炸藥被壓縮時間炸藥爆速隨藥包直徑變化12/16/202289第一章炸藥爆炸基本理論爆轟波壓力及爆速的特性混合炸藥爆轟波壓力隨時間的變化炸藥側向擴散對反應區(qū)結構的影響

側向擴散對反應區(qū)結構的影響1—爆轟產物區(qū)；2—側向擴散影響區(qū)；3—有效反應區(qū)；4—未反應區(qū)（炸藥）

5—擴散物前鋒位置；6—稀疏波（膨脹波）陣面；l—反應區(qū)寬度；a-a—沖擊波陣面12/16/202290第一章炸藥爆炸基本理論側向擴散對反應區(qū)結構的影響不同藥包直徑側向擴散

對反應區(qū)結構影響

不同藥包直徑側向擴散對反應區(qū)結構影響示意圖l—反應區(qū)寬度l‘

—有效反應區(qū)寬度（a）不穩(wěn)定傳爆（b）非理想爆轟穩(wěn)定傳爆（c）理想炸轟12/16/202291第一章炸藥爆炸基本理論不同藥包直徑側向擴散

對反應區(qū)結構影響不同藥包直徑側向擴散第八節(jié)炸藥爆炸性能爆速（detonationvelocity）爆轟波沿炸藥裝藥傳播的速度稱為爆速

裝藥直徑藥包外殼裝藥密度炸藥粒度（影響因素）起爆沖能12/16/202292第一章炸藥爆炸基本理論第八節(jié)炸藥爆炸性能爆速（detonationveloc影響爆速的因素（1）炸藥爆速隨藥包直徑變化1—梯恩梯（）；2—梯恩梯/硝酸銨（50/50）（）；

3—梯恩梯（

）；4—梯恩梯-硝酸銨（）；

5—硝酸銨-硝化甘油（）；6—硝酸銨（）12/16/202293第一章炸藥爆炸基本理論影響爆速的因素（1）炸藥爆速隨藥包直徑變化1—梯恩梯（影響爆速的因素（2）粒狀銨油炸藥爆速隨藥包直徑變化梯恩梯的裝藥密度對爆速的影響12/16/202294第一章炸藥爆炸基本理論影響爆速的因素（2）粒狀銨油炸藥爆速隨藥包直徑變化影響爆速的因素（3）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40mm12/16/202295第一章炸藥爆炸基本理論影響爆速的因素（3）混合炸藥裝藥密度對爆速的影響12/14/溝槽效應及其影響因素溝槽