爆炸与炸药的基本理论.ppt

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1、产品质量培训新员工培训之-一.基本概念及基本理论 乳化炸药：是以氧化剂水溶液的微细液滴为分散相，悬浮 在含有分散气泡或空心玻璃微球或其他多孔性 材料的油类物质构成的连续介质中，形成一种 油包水型的特殊乳化体系。形成分散相的氧化剂水溶液：氧化剂一般是硝酸盐，如硝酸铵、硝酸钠等。乳化炸药配方中的氧化剂主要是硝酸铵、硝酸钠两种。其化学式为：NH4NO3和NaNO3。基本概念及基本理论 硝酸铵主要特性：易溶于水，溶水时吸热、易吸湿和结块，产品一般制成颗粒状。硝酸铵有5 种晶型：其代号分别为（四面晶系）、（斜方晶系）、（斜方晶系）、（四方晶系）、（正方晶系）。每种晶型仅在一定温度范围内稳定，晶型转变时伴

2、有热效应和体积变化。特别是当环境温度在32.1C 上下变动时，颗粒硝酸铵会自身碎裂成粉状而引起结块。易发生热分解，温度不同，分解产物也不同。在110C 时：NH4NO3NH3+HNO3+173kJ 在185 200C 时：NH4NO3N2O+2H2O+127kJ 在230C 以上时，同时有弱光：2NH4NO32N2+O2+4H2O+129kJ，在400C 以上时，发生爆炸：4NH4NO33N2+2NO2+8H2O+123kJ 纯硝酸铵在常温下是稳定的，对打击、碰撞或摩擦均不敏感。但在高温、高压和有可被氧化的物质（还原剂）存在及电火花下会发生爆炸，在生产、贮运和使用中必须严格遵守安全规定。基本概

3、念及基本理论 硝酸钠:无色透明结晶、白色颗粒或粉末。无臭。味咸微苦。在潮湿空气中略吸湿。本品1g 溶于1.1ml 水、0.6ml 沸水、125ml 乙醇、52ml 沸乙醇、3470ml 无水乙醇、300ml 无水甲醇。当溶解于水时其溶液温度降低，溶液呈中性。相对密度2.26。熔点308。有氧化性，与有机物摩擦或撞击能引起燃烧或爆炸。有毒，半数致死量（兔，经口）1.955g 阴离子/kg。基本概念及基本理论 形成连续相的油相材料：石蜡、微晶蜡、凡士林、机油、复合蜡等一切油类物质都可以。油相材料的选择：1.随温度的变化能提供不同的粘稠度。2.便于乳化。3.合适的粘稠度。4.使用方便，来源广泛，成本

4、低廉。乳化剂:S-80 和高分子乳化剂。乳化炸药的生产工艺：基本概念及基本理论 硝酸钠:无色透明结晶、白色颗粒或粉末。无臭。味咸微苦。在潮湿空气中略吸湿。本品1g 溶于1.1ml 水、0.6ml 沸水、125ml 乙醇、52ml 沸乙醇、3470ml 无水乙醇、300ml 无水甲醇。当溶解于水时其溶液温度降低，溶液呈中性。相对密度2.26。熔点308。有氧化性，与有机物摩擦或撞击能引起燃烧或爆炸。有毒，半数致死量（兔，经口）1.955g 阴离子/kg。基本概念及基本理论 基本概念及基本理论 炸药的属性 热分解：常温时分解很慢，高温时分解速度急骤 库房管理：通风、总量控制、堆码方式。燃烧：绝大多

5、数炸药燃烧时不爆炸。火焰波是低压波，燃烧过程也是低压过程。爆炸：压力急剧上升，本质性地突变。爆速达每秒数千米。爆轰：炸药以最大而稳定的爆速进行传爆的过程。爆轰波的传播速度（000m/s 0000 m/s）103104 m/s 这与外界压力、温度条件无关！是炸药的一种特性。也就是说：在给定条件下，某种炸药其炸轰速度为常数。基本概念及基本理论 爆炸与爆轰爆炸：不稳定的爆轰（传播速度不稳定）。爆轰：具有稳定的传播速度。炸药达到稳定爆速燃烧热分解达一定条件爆轰 爆炸、P日常目睹之区别：爆炸 是一持续较长的过程，比如厂区由东边开始传爆到西边，最终将 厂房炸毁。爆轰 是一个瞬态过程，一瞬间厂房化为灰烬。二

6、.炸药的起爆和感度 炸药通常处于相对于稳定的平衡状态，需外界施加一定的能量。起爆能：引起局部爆破的激发能量。不同品种的炸药有不同的起爆能-感度。引起炸药爆炸外因：激发能 机械能：机械能 热能 爆炸能：雷管中继药包 炸药内因：分子结构-感度NI3极敏感热 能：NH4NO3 炸药炸药起爆的基本理论热能起爆理论（谢苗诺夫，富兰卡-卡曼尼兹理论）假设条件 炸药各处温度相同；环境温度 T0=Const；炸药达到爆炸时的温度 T T0，但T=T T0不大；Q1 温度为T 时，单位时间内发生化学反应所放出的热量。Q2 单位时间内，因热传导散失于环境中的热量。炸药起爆的基本理论 热平衡条件：当Q1Q2时，炸药

7、中才能产生热聚积 温度不断上升 爆炸。即 放热速率 散热速率 放热梯度：据此，得到热爆炸临界条件：（E 炸药分子的活化能）T T0=2炸药起爆的基本理论机械能起爆理论-灼热核理论 炸药受到撞击、摩擦等机械能 局部温度升至爆发温度起爆 爆炸迅速传播到全部 灼热核理论炸药起爆的基本理论灼热核 1.炸药晶体的棱角处 单质炸药（铵锑）2.微小气泡处 含水炸药（乳化、浆状）微小气泡灼热核的过程 撞击 气泡压缩 温度升高 灼热核 晶体棱角灼热核的过程 机械能 炸药粒子间摩擦 温度升高 灼热核 液体炸药 灼热核的过程 液态炸药 高速粘性流动 灼热核 炸药起爆的基本理论灼热核爆炸的条件 灼热核的尺寸尽量小，d

8、=10-510-3cm灼热核的温度应为300 600。灼热核的作用时间在10-7s以上。炸药起爆的基本理论炸药的爆炸单击能理论 均相炸药：不含气泡、杂质的液体或晶体炸药。非均相炸药：含气泡、杂质的液体或晶体炸药。实践表明，它们的爆炸冲击能起爆机理不同。均相炸药引爆过程临界起爆压力Pk 爆炸冲击波 均相炸药 爆轰波 趋于稳定爆速。非均相炸药引爆过程 引起爆炸的外界能量 灼热核 引爆炸药 所以Pk 非 Pk 均。炸药的感度感度 热感度：在热能作用下发生爆炸的难易程度。1.爆发点2.火焰感度（在火焰下引爆的敏感程度）机械感度：撞击、摩擦。爆轰感度：极限起爆药量。殉爆 炸药冲击波感度，确定最小用药单元

9、。静电火花感度 安全生产、安全作业的要求。炸药的感度影响炸药感度的因素 内因 分子键能：键能 感度 分子成份及结构：CIO2比NO3感度高 生成热：Q 感度（Q 分子结合力）热效应：E 感度 活化能：活化能 感度（活化能 分子活性）热容量：热容量大 感度（C 分子活性）炸药的感度 外因 物理状态：密度 感度 晶体边长 感度结晶粒度：结晶粒度 感度温 度：T 感度杂质含量：增感材料：高硬度，含棱角，石英，玻璃 钝感材料：软质，高热容，水，石腊三.炸药的爆轰理论波理论基础 扰动 波 压缩波：P，T，稀疏波：P，T，冲击波：波速音速的压缩波。爆轰波：伴随炸药的化学反应且在炸药中传播的冲击波。爆 速：

10、爆轰波传播速度。（炸药中传播的速度）爆轰波的特点：1.只存在于炸药的爆炸过程中。2.爆轰波阵面中的高速化学反应区是其得以稳定传递的保证。3.爆轰波具有稳定性。炸药的爆轰理论爆轰波的基本方程（冲击波分析法）质量守恒：动量守恒：能量守恒：0-初始炸药密度 H-反应区炸药密度PH-爆轰压力(波头压力)P0-初始压力DH-爆轰气体流速D-爆速E0-爆轰前能量EH-爆轰时能量V0-炸药初始质量体积 VH-爆轰波阵面上爆轰气体质量体积炸药的爆轰理论爆轰波参数计算(自学内容)爆轰波稳定传播的条件1 灼热化学反应 均匀灼热化学反应 局部灼热化学反应 2理想爆轰与稳定爆轰 药包临界直径 d临 药包极限直径 d极

11、 3 侧向扩展对反应结构的影响取决于药包直径 d 满足以下条件d d临最好 d d极四.炸药的氧平衡与热化学参数 炸药的氧平衡 炸药的主要成分是：C、H、O、N 四种元素反应过程是使炸药的上述成分迅速变成 COX、NOX、H2O 气体 按炸药中含氧量分析 1.零氧平衡:相等量 生成 CO2、H2O 2.正氧平衡:有足够量 生成 NOX 3.负氧平衡:氧不足 生成 CO、H2炸药的氧平衡与热化学参数 炸药的热化学参数 1爆热 1 mol 炸药爆轰时所产生的热量。2爆温 单质炸药 30005000 C 矿用炸药 20002500 C(理论计算 难以测出)3 爆压 炸药在密闭容器中爆炸五.炸药的爆炸

12、性能 爆速 爆轰波在炸药药柱中的传播速度。（爆轰速度）理想情况 爆速=const 实际情况 爆速不为常量影响爆速的条件 药柱直径与约束条件 D 越大 爆速V 越大 越大 爆速V 越大 炸药的密度 最佳密度炸药的粒度 粒度越小 爆速越大炸药的爆炸性能 威力 炸药的作功能力。通常情况下仅有10%的炸药发挥了功效。损失原因如下：通常采取相对某种已知的炸药作比较 来确定炸药的威力。相对重量威力 相对体积威力1.化学损失 表示侧向飞散 带走部分未反应炸药2.热损失 损失能量的50%3.无效的机械损失 包括振动 抛掷 冲击波炸药的爆炸性能 猛度 破碎能力。爆速越高 猛度越大 岩石破碎度越高殉爆 是炸药对冲

13、击波的感受 用殉爆距离表示。指导工程实践：分段装药 盲炮处理 优化孔网参数 确定安全储存空间。影响殉爆距离的因素 1.密度对主发药包和被发药包的影响是不同 被发药包装药密度下降 殉爆距离上升 感度较高（密度下降 灼热核热点增加 激发可能性增大）主发药包装药密度上升 殉爆距离上升（冲击波加强 爆速上升 爆炸产物增加）炸药的爆炸性能 2.主发药包：药量增加 体积增加 殉爆距离上升。3.周边材料、包装 及介质影响情况 主发药包包装外壳强度增加 炸药利用率上升 殉爆距离增加。主发药包与被发药包同轴 殉爆效果好。主发药包与被发药包中间间隔水、砂、金属 殉爆性能下降。沟槽效应 也称管道效应、间隙效应：指不

14、耦合装药时药柱与孔壁出现的自抑制效应。也就是当药卷与炮孔壁间存在有月牙形状空间时，炸药柱出现的能量衰退直至拒爆的现象 实践表明 当小药卷 配合小炮孔作功时，经常出现这种问题。这样严重影响爆破质量。目前，工业界已将炸药的沟槽效应视为炸药的重要指标。乳化炸药的沟槽效应比较小也即使说，在小直径的炮孔中，乳化炸药的传爆长度是相当长的。炸药的爆炸性能 我国常用炸药的传爆距离 32 药卷 EL 系列乳化炸药传爆长度 3.0 m EM系列乳化炸药传爆长度 7.4 m EL 系列 2#岩石铵梯炸药传爆长度 1.9m工业生产最小药卷 25 cm沟槽效应产生的原因 1.爆炸产物压缩药卷和孔壁间的空气，产生冲击波，

15、它超前于爆轰波 并压缩药卷，从而抑制爆轰。2 美国学者认为：沟槽效应是由于药卷外部炸药爆轰产生的等离子体 影响。即炸药起爆后 在爆轰波阵面的前方有一等离子层，对后面未 反应的药卷表层产生压缩作用，妨碍该层炸药的完全反应。（以上两种说法都有一定的实验依据 但还需要进一步发展完善）炸药的爆炸性能 消除沟槽效应的方法：1.采取提高爆速的手段 使爆轰波的传递速度大于等离子波的传播速度。（V4500m/s）2.提高外包装质量。提高包装外壳的强度 爆速将上升 沟槽效应下降 即提高了抵御等离子波的压缩穿透作用。3.堵塞等离子波的传播。炮孔中设置卡环 炮孔中填充炮泥 增大药卷直径 绑扎导爆索 耦合装药（散装 压力装）利用沟槽效应的场合 不耦合装药对孔壁的保护，但只是利用等离子波对孔壁的保护。需用导爆索确保间隔、相临药包的齐爆。聚能效应 炸药的爆炸性能 雷管端头的聚能穴 爆轰产物的飞散过程 圆柱型药柱带锥孔的药柱炸高1 爆轰产物垂直于锥面向轴线汇聚 产生高压中心。2 根据流体力学，高压区向四周低压处扩散。炸药的爆炸性能 药型罩（铜，玻璃）爆轰产物推动罩壁能量传递给药型罩聚能更集中 形成金属射流动能极高V=78 Km/s切割金属 谢 谢！