爆破基礎知識

第一節    爆破原理

一、 炸藥及爆炸的一般特征

1、炸藥及其主要特征

炸藥是在外界能量作用下，自身進(jìn)行高速的化學(xué)反應，同時(shí)產(chǎn)生大量的高溫高壓氣體和熱量。炸藥的主要特征是：

（1） 具有相對穩定性和化學(xué)爆炸性。

（2） 在微小的體積中蘊藏有大量能量。

（3） 能夠依靠自身的氧化實(shí)現爆炸反應。

2、炸藥爆炸及其三要素

（1）反應過(guò)程中能放出大量的熱。放出大量的熱是化學(xué)爆炸進(jìn)行所必須具備的首要條件。

（2）炸藥反應速度快。反應速度快是是形成爆炸的必須條件，也是爆炸反應的特點(diǎn)之一。

（3）能生成大量的氣體立物。炸藥爆炸后生成大量的氣體，如二氧化碳、氧氣和水蒸氣，還產(chǎn)生一些有毒氣體如一氧化碳和氮的氧化物。這些氣體在膨脹過(guò)程中，能對周?chē)橘|(zhì)發(fā)生破壞，把炸藥的能量轉換為機械能。

總之，炸藥爆炸必須同時(shí)具備三個(gè)要素，三者又是相互相系的。所以，高溫、高壓高速是炸藥爆炸的重要特點(diǎn)。

二、 炸藥爆轟理論基礎知識

（一） 炸藥的起爆和感度

1、 炸藥的起爆

炸藥在未受外界能量作用時(shí)，處于相對穩定狀態(tài)。利用炸藥進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí)，必須由外界給予足夠的能量，使炸藥的局部活化，失去平衡，發(fā)生爆炸反應，使炸藥局部失去相對穩定狀態(tài)到開(kāi)始發(fā)生爆炸反應的過(guò)程稱(chēng)為起爆。

 井下爆破工程常用的起爆能有爆炸能和熱能。

2、 炸藥的感度

炸藥材料在在外界能量作用下，引起炸藥爆炸的難易程度稱(chēng)為感應度。炸藥的感應的必須適中，以6號和8號雷管能夠起爆為宜。

（二） 炸藥的殉爆

炸藥（主爆藥）爆轟時(shí)引起與相隔一定距離的另一炸藥（受爆藥）爆轟的現象稱(chēng)為殉爆。

主爆藥與受爆藥之間發(fā)生殉爆的概率為100%的最大距離，稱(chēng)為殉爆距離。對一定量的炸藥來(lái)說(shuō)，殉爆距離越大，表明爆感度越高。產(chǎn)生殉爆現象的原因，主要是由于受爆藥接受了主爆藥卷的爆炸氣流和沖擊波形式傳來(lái)的足夠的激發(fā)能量。

（三） 炸藥爆炸的穩定性傳播

（1） 傳爆，炸藥由起爆到爆炸結束的過(guò)程中，爆炸反應在炸藥中自行傳播的過(guò)程稱(chēng)為傳爆。

（2） 沖擊波和爆轟波。炸藥起爆后，產(chǎn)生大量的熱能和氣體，形成了高溫、高壓、瞬間膨脹并高速運行的氣浪，這種氣浪具有極大的沖擊作用，即沖擊波。在爆炸中傳播的沖擊波形成具有能量補充的特殊形式的沖擊波，稱(chēng)為爆轟波。炸藥的爆炸式爆轟波傳遞能量的過(guò)程。

（3） 爆速。爆轟波在炸藥中傳播的速度稱(chēng)為爆速。

（4） 炸藥的聚能穴。炸藥和雷管的一端，都有一個(gè)窩心，稱(chēng)為炸藥和雷管的聚能穴。它的作用是把爆轟波沿軸線(xiàn)方向集中起來(lái)，形成聚能流，大大增強聚能穴端的局部破壞作用和傳爆能力，這種作用稱(chēng)為聚能效應。

（四） 炸藥的氧平衡

炸藥中所含的氧量與可燃元素完全氧化所需氧量的關(guān)系.

在井巷掘進(jìn)爆破進(jìn)程中，一般使用混合炸藥，主要組成元素是碳、氫、氧、氮（某些炸藥含有氯，硫，金屬及其鹽類(lèi)），其中非爆炸性氧化劑分子或富有氧元素的炸藥分子為氧化劑，而非爆炸性可燃劑分子或富有碳、氫元素的炸藥分子為燃料，混合炸藥爆炸的實(shí)質(zhì)是氧化劑和燃料發(fā)生高速化學(xué)反應的過(guò)程。炸藥內含氧量與可燃元素充分氧化所需氧量之間的關(guān)系稱(chēng)為氧平衡關(guān)系。如果所選炸藥中的含氧量恰好能滿(mǎn)足可燃元素充分氧化所需氧量（即零氧平衡），此時(shí)，氧和可燃元素可以得到充分利用，從理論上講，炸藥爆炸不會(huì )產(chǎn)生有毒氣體。如果所選炸藥為負氧平衡炸藥（炸藥中含氧量不足），將會(huì )產(chǎn)生可燃性的一氧化碳有毒氣體。如果所選炸藥為正氧平衡炸藥（炸藥中的含氧量超過(guò)可燃元素充分氧化所需的耗氧量），多余的氧在爆炸過(guò)程中（高溫、高壓）與氮發(fā)生化學(xué)反應，生成氮氧化物有毒氣體。

炸藥的氧平衡有以下三種情況：

(1)零氧平衡：系指炸藥中所含的氧剛夠將可燃元素完全氧化；

(2)正氧平衡：系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：系指炸藥中所含的氧不足以將可燃元素完全氧化。

三、 炸藥爆炸的主要性能參數

主要有以下5種參數

1、 爆力，又稱(chēng)炸藥的做功能力，是指炸藥爆炸后氣體產(chǎn)物膨脹對周?chē)橘|(zhì)做功（包括拋擲、破碎、壓縮等）的能力，是衡量炸藥爆炸特性的重要指標。爆熱越大、爆溫越高、爆生氣體體積越大，則炸藥的爆力越大，即爆炸威力越大。

2、 猛度，是指炸藥爆炸最初沖量的猛烈程度（也稱(chēng)炸藥的局部破碎作用），是炸藥爆炸時(shí)對接觸介質(zhì)沖擊粉碎的能力。猛度越大，對周?chē)橘|(zhì)的粉碎破壞程度越大。猛度主要與炸藥的爆速有關(guān)，爆速越大，猛度也越大。

3、 含水率，是硝酸銨類(lèi)炸藥爆炸性能是否發(fā)生變化的內在根據，所以特別重要?！睹合盗蜩F礦安全規程》規定，不得使用水分含量超過(guò)%的銨梯炸藥。

銨梯炸藥質(zhì)量標準規定的容許含水率不大于%。

4、 密度，炸藥密度，或稱(chēng)假比重，是指單位體積（其中包括炸藥顆粒間的空隙）的炸藥質(zhì)量，通常單位用g/cm3，炸藥的密度對于炸藥的爆炸性能影響很大。對于單質(zhì)炸藥，爆速隨密度的增大而增大；對于混合炸藥，密度與爆速的關(guān)系比較復雜。在一定范圍內增大密度能提高立項爆速，但超過(guò)這個(gè)范圍繼續增大密度，就會(huì )導致爆速下降，最終導致熄爆。

5、 炸藥爆炸的熱力學(xué)參數

　　（1）爆熱。炸藥在爆炸分解時(shí)釋放出的熱量稱(chēng)為爆熱。爆熱等于炸藥的反應熱與爆炸產(chǎn)物生成熱之差，其單位為千焦耳/千克（kJ／kg），工業(yè)炸藥的爆炸一般在3300KJ/~5900kJ/kg之間，爆炸熱可根據爆炸生成氣體的種類(lèi)和數量進(jìn)行計算，也可用量熱器直接測量。
　　爆熱是炸藥做功的能源，也是決定炸藥爆速的重要因素之一，它與炸藥的其他許多性能有首直接或間接的關(guān)系。因此，提高爆熱和炸藥威力對于礦山爆破具有重要的實(shí)際意義。
　　爆熱不僅決定于炸藥的組成和配方，而且受到裝藥條件的影響，因此，即使是同一種炸藥，裝藥條件不同，產(chǎn)生的爆熱也不同。

　　（2）爆溫
　　炸藥釋放出的熱量將爆轟產(chǎn)物加熱到最高的溫度稱(chēng)為爆溫。即爆炸熱量尚未耗散、全部賦于存于爆炸產(chǎn)物時(shí)，爆炸產(chǎn)物所達到的最高溫度。常用工業(yè)火藥、炸藥的爆炸的燭溫在2300~4300之間。
　　提高炸藥的爆溫可以增加炸藥膨脹做功的能力。提高爆溫的途徑是增加爆熱和減少爆炸產(chǎn)物的熱容。但在有瓦斯礦井中使用煤礦許用炸藥時(shí)，則要求降低炸藥的爆溫，而且要產(chǎn)格限制。降低爆溫與提高爆溫的途徑正好相反。因此，在安全炸藥中，為降低爆溫，需要加人消焰劑。常用的消焰劑是食鹽（氯化鈉）。

　　（3）爆壓
　　炸藥在爆炸過(guò)程中，產(chǎn)物內的壓力分布與溫度一樣，都是不均勻的，并隨時(shí)間變化而變化。當爆轟結束時(shí)，爆炸產(chǎn)物在炸藥初始體積內達到熱平衡后的流體靜壓值稱(chēng)為爆壓。一般工業(yè)炸藥的爆壓在（~）×104MPa之間。

　　（4）爆容
　　單位質(zhì)量的炸藥爆炸后生成的氣體產(chǎn)物在標準狀態(tài)下的體積稱(chēng)為爆容，單位是L/kg

四、 爆破的內部作用和外部作用

（一） 自由面和最小抵抗線(xiàn)

（1） 自由面的概念。自由面是指某種介質(zhì)與空氣接觸的界面。爆破時(shí)，位于藥包附近被爆破的巖（煤）體與空氣接觸的界面叫爆破自由面。

（2） 最小抵抗線(xiàn)的概念。從裝藥重心到自由面的最短距離稱(chēng)為最小抵抗線(xiàn)。

（3） 自由面的作用。具有自由面，是進(jìn)行爆破工作的必要條件。一般自由面越多，爆破效果越好，炸藥爆炸能量的利用率高，炸藥的消耗量越少。

（4） 《煤礦安全規程》對最小抵抗線(xiàn)的規定?！睹旱V安全規程》規定，工作面有2個(gè)或2個(gè)以上自由面時(shí)，在煤層中最小抵抗線(xiàn)不得小于；在巖層中最小抵抗線(xiàn)不得小于；淺眼裝藥爆破大巖塊時(shí)，最小抵抗線(xiàn)和封泥長(cháng)度都不得小于。

（二） 爆破的內部作用和外部作用

1、 爆破的內部作用和外部作用表現形式

裝藥爆破時(shí)，其爆破作用的表現形式與埋置藥量和深度有關(guān)。 在工程爆破中，巖石內藥包中心（或重心）至最近自由面的垂直距離，稱(chēng)為最小抵抗線(xiàn)，通常用W表示。

 對于一定的裝藥量來(lái)說(shuō)，若最小抵抗線(xiàn)W超過(guò)某一臨界值（稱(chēng)為臨界抵抗線(xiàn)）時(shí)，可以認為藥包處在無(wú)限介質(zhì)中。此時(shí)當藥包爆炸后在自由面上不會(huì )看到地表隆起的跡象。也就是說(shuō)，爆破作用只發(fā)生在巖石內部，未能達到自由面。藥包的這種作用，稱(chēng)為爆破的內部作用。

    當最小抵抗線(xiàn)W小于臨界抵抗線(xiàn)時(shí)，炸藥爆炸后除發(fā)生內部作用外，自由面附近也發(fā)生破壞。也就是說(shuō)，爆破作用不僅只發(fā)生在巖體內部，還可以達到自由面附近，引起自由面附近巖石的破壞，形成鼓包、片落或漏斗。這種作用稱(chēng)為爆破的外部作用。

2、 爆破內部作用的形成

當藥包在巖體中爆炸產(chǎn)生內部作用時(shí)，由于爆生氣體和在巖石中形成的應力波的共同作用，以藥包為中心，巖石由里向外遭受到不同程度的破壞除在裝藥處形成擴大的空腔外，還形成壓縮區、裂隙區和振動(dòng)區。

（1） 壓縮區。在此區內巖石受高壓作用，結構完全被破壞且被強烈粉碎，并產(chǎn)生較大的塑性變形。

（2） 裂隙區。由于壓力下降，巖石不再被壓碎，本身結構沒(méi)有發(fā)生變化，由于拉伸應力的作用，形成輻射狀的徑向裂縫和環(huán)形裂縫交錯的區域。

（3） 震動(dòng)區。巖石沒(méi)有受到任何破壞，只發(fā)生震動(dòng)，其強度隨距爆炸中心距離的增大而逐漸減弱，以致完全消失。

3、 爆破漏斗的要素及形式

（1） 爆破漏斗的要素。

（2） 爆破漏斗的形式

1) 松動(dòng)爆破

2) 拋擲爆破