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爆破安全技术 高文蛟 博士 电话华北科技学院 第一章 爆破器材基础知识 第一节 爆炸现象及其特征 1.定义 爆炸是指在适宜的条件下，某些物质发生急剧的物理和化学变化，其内部的能量瞬间释放，并借助系统内原有气体或爆炸后生成气体的膨胀，对系统周围介质做功，使之发生冲击破坏效应的现象。 2.根据爆炸引起的原因和特征，爆炸现象大致可分为物理爆炸、化学爆炸和核爆炸等三类。 物理爆炸 化学爆炸 核爆炸 第二节 炸药及其相关概念 1.炸药的定义 炸药是一种相对稳定的系统，在一定外界条件下，能够发生快速化学反应，放出热量，生成大量气体产物，显示爆炸效应的化合物或混合物。 2.炸药爆炸的三要素 放出大量热量 产生大量的气体 能自动传播的高速反应 3.炸药组成特点和爆炸机理 （1）炸药组成特点 是能发生自身燃烧和爆炸反应的物质。 能量全部存储于具有爆炸性质的特殊基团分子中，这种结构的化学键很容易在外界能量的作用下发生破裂，释放出能量而激起爆炸反应。 由能量密度很大的固态或液态物质组成的。 （2）炸药爆炸机理 炸药在一定条件下能够发生化学爆炸。是由于分子中包含有比较活泼的氧化剂和可燃剂。 对一个化合物分子来说，氧化剂是指分子中的含氧基团，可燃剂是指分子中含碳、氢的基团。 这两种基团在一般情况下，被活性小的中性基团或原子分隔。 当炸药分子被外界能量活化时，分子运动速度加快，分子之间的碰撞增强，致使分子破裂，释放出活性基团，发生化学反应，以热能形式释放出其内部所含的化学能，并借助迅速膨胀的气体，把能量传递给周围介质而做功。 4.炸药化学反应的基本形式 （1）缓慢分解反应 反应特点：反应是在全部炸药中进行，炸药内部各点的温度相同，没有集中的反应区，此外环境温度对其反应速度影响较大。 若反应的热量不及时散发出去，缓慢分解反应就可以向燃烧反应或爆炸反应转化。 缓慢分解反应反映了炸药的化学安定性指标，所以在炸药存储时不要堆放过密、过高，要注意通风，防止因温度过高，导致分解反应加速而发生爆炸事故。 （2）燃烧反应 反应特点：反应不是在全部炸药中同时发生，而只是在炸药局部区域内进行；不需要外界供氧，主要靠热传导来传递能量，并可以在炸药中自动传播。 燃烧释放的热量与传导到炸药邻层和周围介质散失的热量相等，则燃烧就能稳定进行，否则燃烧速度加快或降低，形成爆炸或缓慢分解反应。 炸药燃烧时，要注意让生成的气体和热量及时排出时，否则燃烧反应就可以转化成爆炸反应，这一点在炸药焚毁时要特别注意。 （3）爆炸反应 反应特点：爆炸反应过程和燃烧相类似，都是可燃元素的氧化反应，反应也只在局部区域内进行，且也能在炸药内部自动传播。 爆炸反应与燃烧反应的区别 燃烧靠热传导来传递能量和激起化学反应，受环境条件影响较大，而爆炸反应则依靠压缩冲击波来传递能量和激起化学反应，基本上不受环境条件的影响； 爆炸反应比燃烧反应更为激烈，单位时间放出的热量与形成的温度也更高； 燃烧时产物的运动方向与反应区的传播方向相反，而爆炸时产物运动方向则与反应区的传播方向相同。因此，燃烧产生的压力较低，而爆炸则可产生很高的压力； 燃烧速度是亚音速的而爆炸速度则是超音速的。 5.炸药的氧平衡 （1）定义 炸药的氧平衡即炸药中的含氧量能够把可燃元素完全氧化的程度。 （2）炸药氧平衡的分类 正氧平衡：即炸药中的氧量除了把可燃元素完全氧化外，尚有剩余。 若炸药处于正氧平衡，发生爆炸反应时，剩余的氧和本来应该游离的氮化合生成氮氧化合物。这不但对人类有害，而且反应时还要吸收大量的热量。 零氧平衡：炸药中的氧量刚够把可燃元素完全氧化，没有剩余。 当炸药处于零氧平衡时，其爆炸后放出的热量最大，生成有毒有害气体量也最小。 负氧平衡：炸药中含氧量不能把可燃元素完全氧化。 当炸药处于负氧平衡时，其爆炸后未能把可燃元素全部氧化，生成大量的CO气体。它不但对人类有害，而且还可以产生二次火焰，浓度适宜时还可造成爆炸。 6.炸药的起爆理论 （1）起爆能 热能：包括火焰、火星、电热等形式； 机械能：包括撞击、摩擦、针刺等机械作用等形式 爆炸冲能：利用起爆药爆轰产生的爆轰波及高温高压气体产物流的动能。 （2）起爆机理 活化能起爆机理 该理论认为化学反应只是在具有活化能量的活化分子之间才能发生； 为了使炸药起爆，就必须有足够的外能使部分分子变为活化分子，活化分子的数量愈多，其能量同分子平均能量相比愈大，则爆炸反应速度也愈高，图1-1表示炸药爆炸反应过程中能量的变化。 热能起爆机理 炸药在热能作用下，发生爆炸的条件就是单位时间的发热量必须超过单位时间的散热量。 机械能起爆机理 热点学说：在机械能作用下产生的热来不及均匀地分散到全部炸药分子中，而是集中在炸药个别的小点上，使这些小点