一、炸藥的起爆

　　炸藥具有爆炸的性能。在常態下，它能處于相對的穩定狀態，也就是說，它不會自行發生爆炸。要使炸藥發生爆炸，必須使炸藥失去其相對的穩定狀態，即必須給炸藥施加一定的外能作用。炸藥在外能作用下發生爆炸的過程，稱為炸藥的起爆。使炸藥起爆所需的外能，則稱為起爆能。

　　多種形式的外能都可以激起炸藥起爆，但從工程爆破技術、作業安全和有效使用炸藥的角度看，熱能、爆炸能和機械能較有實際意義。

　　1．熱能

　　當炸藥受到熱或火焰的作用時，其局部溫度將達到爆發點而引起爆炸。例如，火雷管起爆法就是利用導火索的火焰來引爆火雷管；電雷管起爆法則是利用電橋絲通電灼熱引燃引火藥頭而引燃雷管，進而起爆炸藥。

　　2．機械能

　　炸藥在撞擊或摩擦的作用下，炸藥顆粒間產生強烈的相對運動，機械能瞬間轉化為熱能，從而引起炸藥爆炸。但利用機械能起爆炸藥既不方便也不安全，工程爆破中一般不采用。在運輸和使用炸藥時，必須注意機械作用可能引爆炸藥的問題，以防爆炸事故發生。

　　3．爆炸能

　　工程爆破中常用一種炸藥爆炸產生的強大能量來引爆另一種炸藥。例如在實際爆破作業中最常見的是利用雷管或導爆索的爆炸來引爆炸藥；其次是利用起爆藥包的爆炸，引爆一些鈍感炸藥。

　　除了上述的熱能、機械能和爆炸能外，光能、超聲振動、粒子轟擊、高頻電磁波等也都可激起炸藥爆炸，因此這些在爆破作業中都應引起注意和重視。

 

　　二、炸藥的感度

 

　　炸藥在外界作用影響下發生爆炸的難易程度叫炸藥的敏感度(簡稱為感度)。即指炸藥對外界起爆能的敏感程度。感度的高低，通常以引起爆炸所需的最小外界能量來表示。所需外界能量小則感度高，反之則感度低。引起炸藥爆炸的外界能量有：(1)機械能：沖擊、摩擦、針刺、振動等產生的能量。(2)熱能：加熱、火花、火焰或灼熱物所放出的能量等。(3)電能：電熱、電火花產生的能量。(4)光能：激光發出的能量。(5)爆炸能：由爆炸產生的能量引爆炸藥。

　　炸藥的感度主要有以下幾種。

　　1．沖擊感度

　　即對沖擊能量的敏感程度。用炸藥受固定重量的落錘，自固定高度自由落下的沖擊作用而發生爆炸的百分數表示。表示猛炸藥的沖擊感度通常用立式落錘試驗儀側定，錘重10kg，落高25cm，藥量0．05g，試驗次數規定為25次，用爆炸次數所占總數的百分數表示。如表2—1列出幾種猛炸藥的沖擊感度。

 

表2—1  炸藥的沖擊感度

 

 

　　一般說，起爆藥的感度很高，即在外能作用下，很容易引起爆炸。因此要特別小心，如火雷管加強帽下面的起爆藥，把火雷管加工成起爆藥包時，就必須特別注意，不能對它有大的擠壓、沖擊和摩擦。

　　2．摩擦感度

　　炸藥在摩擦作用下發生爆炸的難易程度稱為摩擦感度。炸藥的摩擦感度用擺式摩擦儀測定。擺錘為1500g，擺角90°，表壓5．0MPa。低感度混合炸藥測定藥量為0．01～0．03g，試驗25次。其感度用爆炸次數與試驗總次數的百分比表示。炸藥的摩擦感度與沖擊感度見表2—2。

 

表2－2  一些炸藥的沖擊感度和摩擦感度

 

 

　　3．熱感度

　　炸藥在熱能作用下發生爆炸的難易程度稱為熱感度。熱感度一般用爆發點來表示。爆發點是指在標準容器——伍德合金浴鍋中0．05g炸藥受熱作用時，在5分鐘內必然發生炸藥反應的最低溫度。爆發點低，表示熱感度高，一些炸藥的爆發點列于表2—3中。

 

表2—3  一些炸藥的爆發點

 

 

　　4．爆轟感度

　　炸藥受到其他炸藥爆炸作用而發生爆炸的難易程度，稱為炸藥的爆轟感度。通常用極限起爆藥量來表示。極限起爆藥量越小，則炸藥的爆轟感度越高。對于工業用混合炸藥，一般采用殉爆距離來衡量。殉爆距離越大，則爆轟感度越高，幾種常用硝銨類炸藥的殉爆距離列于表2—4。

 

表2—4  幾種常用硝銨類炸藥的殉爆距離

 

 

  炸藥爆炸時引起與它不相接觸的鄰近炸藥發生爆炸的現象稱為殉爆。在一定程度上，殉爆反應了炸藥的沖擊波感度。主發炸藥包爆炸時能引爆沿軸線布置的另一藥包爆炸的最大距離稱為殉爆距離。

 

 

圖2—1  炸藥殉爆距離的測定

1—雷管；2—主發藥包；3—被發藥包

 

　　殉爆距離的測定方法如圖2—1所示。取兩卷藥量和直徑相同的藥包，其中一卷的平面端裝上8號雷管作為主發藥包。用與藥包直徑相同的木棒在水平的松沙土地上壓出半圓槽，將兩卷藥包放入槽內，主發藥包的凹面端與被發藥包的平面端相對，量出兩藥包的間距，隨后起爆。被發藥包連續三次被殉爆時的兩藥包的最大間距就是該炸藥的殉爆距離。

　　影響炸藥殉爆的因素很多，如裝藥密度、藥卷直徑、中間介質、藥包外殼強度、炸藥含水量等。當主發藥包確定后，被發藥包在一定的范圍內密度越小，殉爆距離增加；主發藥包密度增大，殉爆距離增加。

　　藥量和直徑的影響。當固定主、被發藥包的藥量，殉爆距離隨直徑的增加而增大。如固定兩者的直徑，殉爆距離隨藥量的增加而增大。

　　裝藥外殼和連接的影響，隨著藥包外殼強度的增大，殉爆距離增大，如把藥卷裝在堅固的鋼管內，并使主、被動藥卷用一鋼卷連接起來，殉爆距離可進一步加大。

　　炸藥中的含水量對殉爆距離有影響，含水量大，被動藥卷感度低，使殉爆距離下降，過大的含水量，會造成拒爆。

　　藥卷間的介質對殉爆距離的影響依次是：空氣>水>木材、粘土>砂。這種現象在建造危險工房或炸藥庫時可以利用。如設計用防爆土堤或防爆墻，可大大縮短安全距離。在炮孔裝藥中，采用沙土堵塞進行分段裝藥起爆，可減少爆破震動。

 

　　三、炸藥熱化學參數及其有關性能

 

　　(一)爆炸反應的幾個主要參數

　　1．爆熱

　　進行爆炸反應時放出的熱量叫炸藥的反應熱，簡稱為爆熱。它是指1kg或1g分子炸藥在定容條件下爆炸瞬間所放出的熱量。爆熱愈大，炸藥的作功能力也愈大。常用的工業炸藥的爆熱一般為2931～6280kJ／kg。

　　2．爆溫

　　炸藥爆炸瞬間所放出的熱量將爆炸產物加熱到的最高溫度稱為爆溫。工業炸藥的爆溫一般可達2000～4500℃以上。

　　3．爆壓

　　在發生爆炸反應的瞬間，高溫氣體在未向外膨脹以前，對周圍介質造成的最大壓力叫爆壓。工業炸藥爆炸時產生的爆壓可達1×10⁵～4×10⁵MPa。實踐證明，當炸藥本身的爆炸反應傳播較慢，而周圍條件對維持壓力又不利時(如裸露藥包爆破)，炸藥的爆壓將急劇下降，能量大量損失，從而降低爆破效果。為此，對于硐室爆破和炮孔爆破，保持堵塞質量是提高爆破效果，減少飛石的有利途徑。

　　4．爆炸功

　　炸藥爆炸時，整個爆炸過程中的爆炸作功能力叫做爆炸功。常用爆炸產物作絕熱膨脹時，從起始膨脹到溫度降到炸藥初溫時所作的全部功來表示。在實際爆破中，真正有效的爆炸功只占炸藥爆炸功的一小部分，約為百分之幾到百分之十幾。原因是：炸藥爆炸時，化學反應不完全，而導致能量損失；爆炸時，由于熱傳導和熱輻射作用把熱量傳給周圍巖石和氣體，以及使介質過分地產生塑性變形等造成熱量損失，熱損失約占總能量的一半；用于破碎巖石機械功的這部分能量，由于對巖石作不必要的拋擲而導致一部分能量損失。因此工程爆破中，要合理選擇參數和工藝，盡量減少爆炸功的損失，提高炸藥能量的利用率。

　　(二)炸藥的爆炸性能

　　與工程爆破有關的炸藥爆炸性能有：威力(也叫爆力)、猛度、爆速、殉爆及其有關的聚能效應等。

　　1．威力(爆力)

　　即炸藥爆炸時作功的能力。它表示炸藥在介質內部爆炸時對其周圍介質產生的整體壓縮、破壞和拋移能力。它的大小與炸藥爆炸時釋放出的能量大小成正比。威力越大破壞能力越強，破壞的范圍及體積也就越大。威力的大小取決于爆熱的大小、產生氣體量的多少以及爆溫的高低。爆熱大，產生氣體量多，爆溫高則威力大。

　　威力的測量：常用鉛鑄擴孔法又叫特勞茨鉛鑄試驗法測定。即用精制鉛鑄成圓柱體，其規格為Φ200×200mm，中央有一個Φ125×125mm圓孔(見圖2—2a)，稱取10±0．1g炸藥裝入Φ24mm錫箔紙筒內，然后插入雷管一起放入鉛鑄孔的底部，上部空隙用干凈的并經144孔／cm²篩選過的石英砂填滿，爆炸后，圓柱擴大成梨形(圖2—2b)。

 

 

圖2-2  炸藥爆炸前后的鉛柱測狀與尺寸

a—爆炸前的鉛柱；b—爆炸后的擴孔示意圖

 

　　用量筒注水測出爆炸前后體積差，從中減去所用雷管的擴孔值(通過試驗確定)，之后所得差數值即為被測炸藥的爆力。

　　雷管本身的擴孔量應從擴孔值中扣除，可先用雷管在同等條件下對鉛柱作擴孔試驗。一些炸藥的威力列于表2—5中。

 

表2—5  幾種炸藥的威力值

 

 

　　威力測定的另一種方法是爆破漏斗法。這種方法沒有統一的規定標準。因此只有在同一條件下測定的結果才能進行比較。

　　測定方法如圖2—3所示。在均質砂土中鉆1個Φ50mm，深40cm的炮孔，然后將40～50g炸藥集中裝入孔底，用8#雷管起爆。爆炸后，在地面形成1個深為H，半徑為r(或直徑D)的爆破漏斗，其體積V＝1／3πr²H。

 

 

圖2—3  爆破漏斗試驗

 

　　在同一試驗條件下，體積大的炸藥威力高，反之則威力低。

　　必須指出，以上兩種方法測定，結果只能表示一種相對值。

　　這種方法在大爆破中，若使用威力比2號巖石炸藥高或低的炸藥，必須將所選用的炸藥與2號巖石炸藥作一對比試驗，求出其比值后換算成所選用炸藥量。

　　2．猛度

　　即炸藥的破碎作用。指在爆炸瞬間，爆炸產生直接對與之接觸的局部固體介質的破壞程度。

　　猛度的測量方法：常用的鉛柱壓縮法，實驗裝置如圖2—4。在200×200×20mm的鋼板1中央放置Φ41×10mm鋼片3一塊。炸藥試驗量一般為50g，猛炸藥如黑索金、泰安等用25g，裝入Φ40mm紙筒內，控制其密度為1g／cm³，藥面上錐一中心孔插入雷管5，插入深度為15mm，將這個藥柱4放置在鋼片上，用索線繃緊，然后引爆。爆炸后，鉛柱被壓縮成蘑菇形，用卡尺測其四點高度，取平均值，計算出壓縮值。

 

 

圖2—4  鉛柱壓縮實驗

1—鋼板；2—鉛柱；3—圓鋼片；4—藥柱；5—雷管

 

　　幾種炸藥的鉛柱壓縮值列于表2—6中。

 

表2—6  幾種炸藥的鉛柱壓縮值

 

　　3．爆速

　　即炸藥爆炸時爆轟波沿炸藥內部傳播的速度，爆速主要取決于炸藥的性質與純度，此外還與各種因素，如起爆藥的威力、裝藥直徑、包裝材料的強度、炸藥的裝填密度、炸藥的顆粒大小、含水量及附加物等因素有關。一些猛炸藥的爆速見表2—7。

 

表2—7  幾種炸藥的爆速

 

　　炸藥爆速的測定方法：目前測定方法按其原理可分為導爆索法、電測法、高速攝影法3種，現只介紹前兩類：

　　(1)導爆索法(道特里什法)

　　其原理是利用已知爆速的導爆索來與一定長度炸藥柱的平均爆速相比較，簡便地測量出炸藥的爆速。該法簡單易行。測量裝配見圖2—5。用牛皮紙做成長約350mm、內徑32mm的一端封閉的炸藥紙筒。把待測定的炸藥300g，均勻分成5次裝入紙筒內。裝筒時要控制長度使其保持一致，量出裝藥的長度，算出裝藥密度。切取1m長已知爆速的導爆索，在其中點處作一記號并對準鉛板(或鋁板)上預先刻好的刻痕，平鋪于鉛板上(稍有間隙)用鐵絲固定，在待測炸藥卷上打兩個相距200mm、直徑Φ25mm的小孔，把導爆索兩端分別插入孔內，用膠布固定好。在藥卷的左端裝入起爆雷管，起爆后爆轟波沿藥包自左向右傳播，首先到達A點，立即引爆導爆索的左端，使爆轟波沿導爆索傳播。與此同時，爆轟波繼續沿藥包傳播，經過一定時間到達召點，立即引爆右端導爆索。這樣一來，沿導爆索兩端相向傳爆的爆轟波，必將相遇于中心點C的右邊K點，該點受到兩爆轟波的疊加作用，爆痕較為明顯。據此可得如下方程(2—1)：

 

 

簡化后得  D＝D_索I/2△L，將I＝200mm代入得

D＝100D_索／△L

式中：D——炸藥爆速，m／s；

　　  D_索——導爆索爆速，m／s；

　　  L——導爆索長度，mm；

　　  I——AB長度，mm；

　　  △L——K點至導爆索中點長度，mm。

 

 

圖2—5  導爆索法測爆速裝置

1—被測炸藥；2—導爆索；3—鉛(或)鋁板，4—雷管；5—導爆索中點；6—爆轟波相遇點

 

　　(2)電測法

　　目前較常用的是示波器測定法和數字爆速儀測方法，如圖2—6，它們都是利用炸藥爆轟產物的電離作用。起爆前在藥包的兩個點上插入探針，加上一定電壓，爆轟波到達瞬間，由于爆轟的作用，原斷路探針短路或短路探針斷路，即產生脈沖訊號。開門關門使儀器記下兩點間的脈沖數在儀器上顯示出來。已知長度i，測出爆轟波的傳播時間，被測炸藥爆速，可用下式計算：

D＝i/t(m／s)　　(2—2)

式中：i——兩探針的距離，m；

　　  t——爆轟波從A→B的時間，s。

 

 

圖2—6  光線示波器測爆速示意圖

K₁，K₂，K₃——開關；E₁，E₂——電池；R₁，R₂——電阻；C——被測炸藥卷

 

　　4．聚能效應

　　某特定裝藥形狀(如錐形孔、凹穴)可使炸藥能量在空間上重新分配，大大地加強了某一方向的局部破壞作用，這種現象稱為聚能效應。能產生聚能效應的裝藥稱為聚能裝藥，而其特定的裝藥形狀如錐形孔、凹穴等，稱為聚能穴，如雷管的底部凹槽等。

　　聚能裝藥爆炸時爆炸氣體產物向聚能匯集，在凹穴軸線方向上形成一股高速運動的強大射流，即聚能流。聚能流具有極高的速度、密度、壓力和能量密度，并在離聚能穴底部一定距離達到最大值，因此其破壞作用增強。帶有金屬罩的。聚能裝藥聚能效應更大。炸藥爆炸時，它在聚能穴軸線上形成高速的金屬射流，其速度每秒可達數千米甚至上萬米，壓力可達幾兆帕，因此其破甲、破壞能力更集中。利用聚能藥包可破碎大塊，做成條形聚能藥包可用來切割鋼板或其他金屬板。在軍事上廣泛運用聚能效應制造破甲彈。炸藥卷一頭做成凹心，可提高其殉爆距離。石油勘探用的油井射孔彈等都是運用了聚能效應原理，見圖2—7。

 

 

圖2—7  普通裝藥與聚能裝藥爆轟產物流比較

 

　　5．傳爆

　　炸藥起爆后，爆轟波能以最大的速度穩定傳播的過程，稱為理想爆轟。在一定條件下，炸藥達不到理想爆轟，但可能以某一速度穩定傳播爆轟波的過程，稱為穩定傳爆。

　　炸藥在理想爆轟時，才能充分釋放出最大能量。為了充分利用炸藥的爆炸能，提高爆破效果，保障施工安全，必須保證炸藥穩定傳爆，爭取達到理想爆轟。因此必須研究、分析影響炸藥穩定傳爆的諸因素。

　　(1)起爆能的影響  起爆能不足，激發不起炸藥的化學反應或激發起的化學反應速度低，在傳播過程中很快衰減，在這種情況下將出現炸藥拒爆或爆轟中斷現象。不同炸藥，所需的起爆能不一樣，因此，針對不同炸藥，選擇適當的起爆能，以保證炸藥可靠起爆是十分重要的。

　　(2)裝藥直徑的影響  前曾敘述了炸藥的直徑對爆速有影響，其影響情況如圖2—8。由圖可見，裝藥直徑增大時，爆速也相應變大，當直徑大到某一值后，爆速增加不明顯而趨于某一個定值，即達到條件下的最大爆速。使炸藥爆速達到最大值所需最小裝藥直徑，稱為極限直徑，而該條件下的最大爆速稱為極限爆速。同樣爆速隨著直徑的減小而下降，當裝藥直徑小于某一值時，爆轟即將中斷。保證爆轟波以最小速度穩定傳播的起碼裝藥直徑稱為臨界直徑，而相應的最小爆速稱為臨界爆速。

 

 

圖2—8  裝藥直徑對爆炸穩定性的影響

 

　　不同的炸藥，臨界、極限直徑、爆速各不相同。一般講，單質猛炸藥臨界爆速為2000～3000m／s，極限爆速為6000～8000m／s。硝銨炸藥的臨界爆速為1000～2000m／s，極限爆速為4000～5000m／s。

　　因此，在實際爆破中，要保證炸藥穩定傳爆，爭取理想爆轟，則應保證裝藥直徑大于臨界直徑，爭取達到極限直徑。但實際裝藥直徑難于達到此極限值，故炸藥的利用率較低。

　　(3)裝藥密度的影響  裝藥密度對傳爆的影響，單質炸藥和工業混合炸藥表現不同。

　　在一定條件下，單質炸藥的爆速與裝藥密度成正比。

　　在混合炸藥中，爆速與密度曲線上存在著極限爆速，有如上述，在一定的條件下爆速D隨裝藥密度ρ的增大而提高，但由于混合炸藥化學反應區中存在著二次反應，二次反應的阻力隨炸藥密度的增大而增大，所以當密度增大到一定限度時，化學反應速度下降，爆速也相應下降。這兩方面作用的同時存在，對爆速產生綜合的影響。

　　(4)藥包外殼約束條件的影響  藥包外殼愈堅固，質量愈大，約束條件愈好，側向的能量損失愈少，傳爆愈好。當藥包直徑Φ>d_極時，外殼的影響就不明顯。

　　(5)徑向間隙的影響  不同炸藥徑向間隙對傳爆的影響也不同，它可能對單質高感度猛炸藥的傳播有利，而對于低感度工業混合炸藥可能不利，甚至使爆轟中斷。徑向間隙的這種影響作用，稱為徑向間隙效應或簡稱間隙效應。

　　徑向間隙對炸藥爆速的不同影響與上述炸藥密度對爆速的影響機理相同。炸藥爆炸后，由于徑向間隙的存在，孔中的空氣沖擊波超前于爆轟波，對未爆炸藥進行壓縮，使炸藥密度提高而影響未爆炸藥的爆速。

　　(6)炸藥顆粒的影響  工業混合炸藥爆轟中存在二次反應，因此組分顆粒小，混合均勻，有利于爆轟的傳播。感度低的成分其粒度應小于感度高的成分的粒度，才有利于二次反應。然而當藥卷直徑大于或等于極限直徑時，炸藥粒度的影響就不明顯了。

　　(三)炸藥的安全性

　　炸藥的安全性指炸藥在長期貯存中，保持原有物理化學性質的能力。保持其物理性質不變的能力叫物理安定性，保持其化學性質不變的能力叫化學安定性。

　　嚴格說，炸藥從化學體系上來看，屬于不安定的物質，即使在正常的保管條件下，因受到溫度、濕度、陽光的照射以或大或小的速度進行分解。安定性好的，引起分解過程較困難，通常開始分解時很慢而不顯著，以后漸漸加速，甚至產生爆炸。