一、炸药的基本概念

炸药，是指在一定的外界能量作用下，能发生快速化学反应，生成大量的 热和气体产物，对周围介质作功的物质。

广义的炸药包括起爆药、猛炸药、火药及烟火药四大类。

起爆药，是指在较小的初始冲能作用下即能发生爆炸，且爆炸速度在极短 的时间内(几个微秒)能增至最大， 易于由燃烧转爆轰的炸药。

猛炸药，是指在起爆作用下，利用爆轰所释放的能量对介质作功的炸药。 常见的猛炸药有黑索今、太安、梯恩梯、铵油炸药、乳化炸药、水胶炸药等。

火药，是指在一定的外界能量作用下，自身能进行迅速而有规律的燃烧， 同时生成大量高温气体的物质。常见的火药有单基药(硝化棉)、双基药(硝化棉 +硝化甘油)、黑火药等。

烟火药，是指在一定能量作用下，能发生燃烧或爆炸，产生声、光、色、 热、烟、延时等烟火效应的炸药。常见的烟火药有点火药、延期药等。

二、爆炸的基本概念

爆炸现象是一种非常迅速的物理或化学变化过程，在这一变化过程中， 系 统的内能瞬间转变为机械能、光能、热能等，其最重要的一个特征就是爆炸点 周围发生剧烈的压力突变。

按爆炸过程的性质通常将爆炸现象分为以下几类：

(一)物理爆炸

爆炸时仅是爆炸物质的形态发生变化，而化学成分没有改变的，称为物理 爆炸。例如，锅炉爆炸。

(二)化学爆炸

爆炸时爆炸物质的化学成分发生变化的， 称为化学爆炸。例如， 炸药爆炸。

(三)核爆炸

由核裂变或聚变反应释放出核能所形成的爆炸，称为核爆炸。例如，原子 弹或氢弹爆炸。

三、炸药爆炸的三要素

炸药爆炸有反应过程的放热性、 快速性和生成大量气体等三个基本特征。 这三个基本特征相互关联，缺一不可，是构成炸药爆炸的必要条件，故又称为 炸药爆炸的三要素。

(一)反应过程的放热性

放热性是爆炸反应应当具备的第一个必要条件，有此条件反应才能自行传 播，而不需要外界能源来维持反应的进行。一般情况下，凡是吸热反应都不能 形成爆炸，只有放热反应才能形成爆炸。因此，一个反应是否具有爆炸性， 与 反应过程能否放出热量密切相关。

(二)反应过程的快速性

反应过程的快速性也是爆炸变化的必要条件，是区别一般化学反应最重要 的标志。就单位质量物质的放热性而言，炸药往往比不上普通燃料，但是普通 燃料的燃烧一般不具有爆炸特征，而炸药的反应却具有爆炸特征，这是由于炸 药反应具有极高的速度，是由其反应的快速性决定的。

(三)反应过程中生成大量气体

炸药爆炸瞬间产生大量高温高压气体，例如 1 公斤梯恩梯爆炸时能生成 1180 升的气态产物。由于炸药爆炸反应的放热性、快速性，在反应过程中所生 成的气体和放出的能量来不及膨胀和释放，被强烈压缩集中在近似于原来炸药 所占有的容积内，维持很高的能量密度并形成高温高压气体(数十万个大气压) 对外界膨胀作功，使炸药的爆炸具有强烈的破坏作用。

四、炸药爆炸变化的基本形式

炸药在外界能量作用下，可能发生三种爆炸变化的形式，即热分解、燃烧 和爆轰。这三种形式有着本质的不同，但在一定条件下可以互相转化，缓慢热 分解会导致炸药的燃烧，而燃烧又可转化为爆轰，爆轰有时也可以转化为燃烧，直至熄灭。

(一)热分解

在常温下或受热作用时，炸药能发生热分解。分解反应一般都伴有热量放出， 如果放出的热量在一定空间内不能及时散失， 就会使炸药的温度不断升高， 并促使反应速度加快，放出更多的热量而形成热积累，这样的热积累与链锁反 应，会导致炸药的燃烧和爆炸。另外，炸药在热分解初期所形成的产物中， 往 往还具有对反应起催化作用的物质，这样即使外界不对炸药加热，反应的速度 也往往逐渐增快，因而又产生更多的催化剂产物，从而使反应自动地加快， 这 就是反应的自动催化加速现象。

(二)燃烧

炸药的燃烧是一种剧烈发热发光的表面反应。它和一般燃料燃烧不同的是， 由于炸药本身含有氧化剂和可燃物，不需要借助外界提供的氧气就能自行进行 燃烧。相对于爆轰来讲，燃烧过程进行得比较缓慢，通常燃烧速度在每秒几毫 米到数百米之间。燃烧速度受外界条件压力的影响很大，它随外界压力的升高 而显著增加。燃烧过程在大气中进行得较慢，而且没有显著的声响效应，而在 有限的容器中，燃烧过程就进行得很快，有明显的声响效应，而且压力迅速上 升，其气态产物能作抛射功。燃烧是炸药爆炸变化的主要形式，炸药激烈地燃 烧并局部伴有爆炸的现象常称为“爆燃”。

(三)爆轰

爆轰是一种比燃烧更剧烈的化学变化，它是以爆轰波的形式沿着炸药高速 地自行传播的现象，速度一般为每秒数百米到数千米。爆轰传播的速度受外界 条件的影响很小，从而在爆炸点附近发生压力的急剧升高。无论是否在密闭容 器中，爆轰气体产物都急剧地冲击周围介质，导致爆炸点附近物体的破碎和强 烈变形。

燃烧和爆轰的机理是不同的，燃烧是通过热的传导、扩散和辐射在炸药中 传播的，而爆轰则是通过冲击波传播的，爆轰波就是伴有高速化学反应的冲击波。

五、炸药的起爆

炸药具有爆炸的可能性，但在常态下它能处于相对的稳定状态，也就是说 一般情况下不会自行发生爆炸。要使炸药发生爆炸，必须使炸药失去其相对的 稳定状态，即必须给炸药施加一定的外界能量作用。炸药在外界能量作用下发 生爆炸的过程，称为炸药的起爆。炸药起爆所需的外界能量，称为起爆能。

多种形式的外界能量都可以激起炸药爆炸，但从工程爆破技术、作业安全 和有效使用炸药的角度看，热能、电能、爆炸能和机械能较有实际操作意义。

(一)热能

当炸药受到热或火焰的作用时，其局部温度将达到爆发点而引起爆炸。利 用热能起爆炸药是爆破技术中最常见的方式。例如，火雷管起爆法就是利用导 火索的火焰来引爆火雷管，进而起爆后续的工业炸药。

(二)电能

利用电流通过金属导体产生热量或电火花而引起炸药爆炸。例如，电雷管 起爆法是利用电桥丝通电灼热引燃点火药而引爆雷管，进而起爆后续的工业炸 药。

(三)爆炸能

工程爆破中常用一种炸药爆炸所产生的巨大能量来引爆另一种炸药，如爆 破作业中利用雷管或导爆索、起爆药包(起爆具)的爆炸来起爆工业炸药。近些 年来，国内外广泛推广现场混装炸药后，工业炸药越来越向钝感型、散装化方 向发展，钝感型炸药越来越受到人们的关注。因此，人们把炸药的起爆感度习 惯分为雷管敏感型和非雷管敏感型，即采用 1 发 8 号工业雷管能稳定起爆的炸 药为雷管敏感型炸药，否则为非雷管敏感型炸药。现场混装炸药一般为非雷管 敏感型炸药。

(四)机械能

在撞击或摩擦等机械作用下，炸药颗粒间产生强烈的相对运动，机械能瞬 间转化为热能，从而引起炸药爆炸。利用机械能引起爆炸既不方便也不安全， 工程爆破中一般不采用。但生产、运输或使用炸药时必须注意机械作用可能引 起爆炸这个问题，以防发生爆炸事故。

除了热能、电能、爆炸能和机械能外，光能、超声振动、粒子轰击、高频 电磁波等也都可引起炸药爆炸。因此， 在爆破作业中应引起注意。

六、炸药的主要性能参数

(一)氧平衡

一般工业炸药由 C、H、O、N 四种基本元素组成，其中 C、H 是可燃元素。 因此， 炸药的氧平衡是指炸药所含的氧在爆炸反应中将可燃元素 C、H 完全氧化 成 后所剩余或不足的氧量。

炸药的氧平衡直接关系到使用安全，特别是在井下和其他通风不良的爆破 场所尤为重要。如负氧平衡过大的炸药，由于氧不足，反应中碳元素不能被完 全氧化， 反而生成大量 CO 气体； 正氧平衡过大的炸药， 由于含氧过多，完全氧 化 C、H 后多余的氧则与 N 元素生成大量氮氧化物气体。以上两种气体都是有毒 有害物质。

炸药的氧平衡可以用以下方法求出：对于由 C、H、O、N 四种元素组成的炸药，可将其分子式写成以下通式，式中 a、b、c、d 分别表示炸药 中含 C、H、O、N 的克原子数。可燃元素被氧化时为下列反应：

式中：M 为炸药的分子量，l6 为氧的原子量。

如果是混合炸药， 则将其组分单独计算出氧平衡后， 再按其混合比例求出平 均值即可。

(二)爆热

炸药在爆炸反应过程中所放出的热称为爆热， 它是衡量炸药作功能力大小的 重要标志。一般以单位质量的炸药爆炸时所释放出的热量表示， 如工程计算中常 用的单位为 kJ／kg。爆热的测定一般采用绝热量热法，但这仅是一种近似的方 法， 目前精确测量的问题尚未解决。

炸药的爆热在一定的装药条件下是一个固定值， 但装药条件不同时， 同一炸 药的爆热值也不相同。通常情况下， 提高装药密度、改善炸药的氧平衡或在炸药 分子中引入硼、氟等高能元素或加人能生成高热量氧化物的金属粉末， 可以增加 爆热值。

(三)爆温

炸药爆炸时所释放出的热量， 将爆炸产物加热到的最高温度称为爆温。爆温 的高低取决于爆炸时放出的热量和爆炸产物的组成。炸药在爆炸过程中温度变化 极快而且极高， 瞬时可达到几千度， 因此对爆温的测量较为困难， 目前所用的方 法是测定爆炸瞬时产物的色温，再加以研究而得到爆温数据。

在实际应用中， 对炸药的爆温有一定的要求。如军事上要求爆温较高的炸药， 但对煤矿许用炸药， 则要求爆温不得超过一定数值， 以保证在矿井爆破中避免因 爆温过高引起瓦斯或矿尘、煤尘等发生爆炸而酿成事故。因此， 在矿用炸药中要 加人食盐、硫酸盐、草酸盐等，以降低爆温。

(四)爆容

炸药的爆容， 是指一公斤炸药爆炸后所形成的气态产物在标准状态下所占的 体积，单位为 L/kg

(五)爆速

炸药的爆速，是指炸药爆炸时爆轰波沿炸药内部直线传播的速度，单位一般为 m／s。爆速既是衡量炸药爆炸性能的重要参数，也是目前在爆轰波参数中 能够比较准确测量的一个参数。测量爆速的方法较多， 主要有导爆索法、电测法、 高速摄影法等。

(六)威力

炸药爆炸时生成的高温、高压气体产物膨胀对外所作的膨胀功即为炸药的威 力， 也叫炸药的爆力。炸药的威力是评判各种炸药作功本领的术语， 是衡量炸药 爆炸时对周围介质作功能力大小的数值，但它并不表示炸药爆炸时能作多大的 功。在一定的炸药品种和装药条件下， 炸药的威力值是一定的。通常测量炸药威 力的方法有铅铸扩孔法、弹道摆臼炮法和爆破漏斗法。

(七)猛度

炸药的猛度， 是指炸药爆炸时对所接触介质的粉碎能力， 是衡量炸药局部破 坏能力的指标。炸药爆炸的杀伤和破坏作用都可以解释为炸药猛度作用的结果。 常用的测量猛度的方法有铅柱压缩法和猛度摆测定法。

炸药猛度与威力的相同之处在于， 两者都是爆炸功的表现形式， 从不同角度 表现热能向机械能的转化。不同之处在于， 猛度反映了爆炸初始阶段在高压作用 下的作功能力， 而威力则反映了整个药包的作功总量。一般情况下， 威力大的炸 药，猛度也会大，但两者并非总是线性关系。

正确选择炸药的威力和猛度具有很大的实际意义， 如需要对介质的抛掷能力 大， 则应选用威力大的炸药； 而需要对介质的破碎能力大， 则应选用猛度大的炸 药； 需要同时考虑对介质的抛掷和破碎作用时， 则应选择具有一定威力和猛度的 炸药。

(八)感度

炸药在外界能量作用下发生爆炸的能力称为炸药的感度，一般用引起炸药发 生爆炸变化所必需的最小起始冲量来表示。所需最小起始冲量越大， 则表示炸药 越钝感，即炸药不容易发生爆炸；反之，所需最小起始冲量越小，则感度越高， 即炸药越容易发生爆炸。

外界作用的类型很多， 如热能、机械能、电能、冲击波等， 但炸药对各种外 界作用的感度是有选择性的， 即一种炸药可能对某一种外界能作用较敏感， 而对 其他一些外界能作用较钝感。如叠氮化铅对机械能作用比对热能作用更敏感， 它 的热感度比梯恩梯低， 而机械感度则比梯恩梯要高得多。 再如碘化氮只要用羽毛 轻轻扫一下就会爆炸，而乳化炸药用步枪子弹射击时也不会爆炸。

对于一般的猛炸药来讲，在生产、储存、运输、使用过程中，必须具备较 高的安全性， 特别是要求对热能作用和机械能作用有较低的感度； 而对于冲击波 作用则要有适当的感度，以便在使用中需要它爆炸时，能够准确地爆炸。

炸药的感度主要分为热感度、机械感度和爆轰感度。

1．热感度。炸药的热感度通常以爆发点和火焰感度来表示。

(1)爆发点，是指将炸药加热到规定的时间(一般为 5 秒或 5 分钟)而引起 爆炸的最低温度。常用的测量方法是用高温合金浴锅进行测定。

(2)火焰感度，是指炸药用火焰点燃的难易程度，一般用使炸药 l00%发火 或 l00%不发火时火焰距炸药的最大或最小距离来作为感度的上限或下限进行表 示。常用的测量方法是用导火索作为火焰源进行测定。

①感度上限：即能使炸药 100%发火时火焰距炸药的最大距离。

②感度下限：即炸药 100%不发火时火焰距炸药的最小距离。

被测炸药的上限距离越大，即其火焰感度越大；反之则小。上限距离用来 对比起爆药的发火难易程度，下限距离作为判定炸药对火焰安全性的依据。

2．机械感度。炸药在外界机械作用下发生爆炸变化的能力称为炸药的机械 感度。对于一般猛炸药、火药，要求具有较低的机械感度，而对于某些针刺雷 管用的起爆药则要求具有一定的机械感度。通常炸药的机械感度用摩擦感度和 撞击感度来表示。

(1)摩擦感度，是指将炸药放在两个固体表面互相摩擦时，炸药发生变化 的能力。常用的测量方法是用摆式摩擦仪平行试验 25 次， 然后计算出炸药发生 爆炸的百分数。爆炸百分数越高，则摩擦感度越高。

(2)撞击感度，是指炸药在外界机械撞击作用下发生爆炸的能力。常用的 测量方法是用喀斯特立式落锤仪进行测定， 即用一定重量(10kg 或 5kg)的落锤， 从一定高度(25cm)落下进行 25 次平行试验， 然后计算出炸药发生爆炸的百分比 来表示感度的高低；或者用使炸药 100％爆炸或 l00％不爆炸时， 落锤的最小高 度或最大高度来作为感度上限或感度下限来表示。

3．爆轰感度。一种炸药在另一种炸药的爆轰作用下发生爆炸的难易程度为 爆轰感度， 也称为冲击波感度，用引起炸药完全爆炸的最小起爆药量来表示。 常用起爆药、标准雷管、导爆索、起爆具等起爆源来标定。

4．影响炸药感度的因素。影响炸药感度的因素很多， 除炸药自身的热化． 学 性能以外，主要有装药条件、颗粒度、药温及惰性介质等外在因素。

实验证明， 当炸药中硬度小、．熔点低的附加物含量增大时，炸药的机械感 度会减小，工艺上常用这一原理来对炸药进行钝化；当炸药中硬度大、熔点高 的附加物含量增大时，则炸药的感度也会增大。

(九)安定性

安定性，是指炸药在一定时期内承受一定的外界影响后，不会改变原有物 理性质的能力。这种能力越强，其安定性就越好。炸药的安定性直接关系到储 存、 运输和使用安全，并且储存条件又会直接影响炸药的安定性。例如，有的 化合物虽然也具有良好的爆炸性能，但由于其热分解速度过快，而不能作为工业炸药使用。

1．炸药的物理安定性，是指炸药保持其物理性质不变的能力。物理安 定性取决于在各种因素影响下， 炸药的物理变化，诸如吸湿、挥发、冻结、 结晶及保持机械强度的能力，这些因素都能直接改变炸药的爆炸性能。

例如，粉状铵油类炸药制造工艺控制不当，硝酸铵粉末表面包覆不好， 很容易吸湿；吸湿的水分在硝酸铵表面很快溶解硝酸铵，遇到温度变化时， 硝酸铵会重结晶而造成硬化，硬化的药卷就失去了雷管起爆感度。

2．炸药的化学安定性，是指炸药保持其化学性质不变的能力。化学安 定性主要取决于炸药的化学结构和外界环境条件的影响，诸如受酸、碱、光 照、 温度、湿度的影响。例如，梯恩梯在常温下不与水及强酸作用， 但与氢 氧化钠、氨水、碳酸钠等碱性物质及其水溶液发生激烈反应， 生成的碱金属 盐极为敏感，其撞击感度几乎与雷汞和叠氮化铅类似。

3．炸药的热安定性，是指炸药在热作用下保持其物理、化学性质不变 的能力。炸药的热安定性主要取决于炸药的热分解状况。

(1)温度对炸药热分解速度的影响。在常温常压下炸药的热分解速度极 慢， 但当温度升高时其分解速度所增加的倍数则要比一般化学反应大，当温 度升高到一定值时，可能引起自燃或自爆。

一般物质的化学反应速度随温度升高而增加， 变化规律是温度每升高 lO 度，反应速度增加 2~4 倍；而梯恩梯的热分解速度根据理论计算，温度由 27oC 升到 37oC 时，热分解速度增加 9~10 倍。因此，温度对炸药热分解速 度的影响远比对一般物质的影响要大。

此外， 由于炸药的热分解过程是放热的，释放出的热又加热于炸药本身， 促使温度升高和反应速度进一步加快， 同时分解产物中的 N0、 NO2 等对炸药 的分解也具有催化作用，从而使炸药的分解速度更快。因此， 与一般物质相 比， 炸药的分解速度是相当快的，主要是由于热和催化的共同作用，使分解 反应急剧加速，并有可能导致炸药的自燃与自爆。

(2)炸药的自燃与自爆。当炸药处于绝热条件下并有足够的药量时，即 使环境温度较低， 也可能发生爆炸；当炸药处于良好的散热条件下，炸药的 热分解反应就不能自动加速进行。因此， 储存炸药的仓库必须具有良好的通 风条件， 并且码放量也有一定的要求，码堆不能过大。

(十)殉爆

主发药包爆炸产生的爆轰波， 能引起与其相距一定距离的被发药包爆炸 的现象称为炸药的殉爆。殉爆的过程中爆轰波通过惰性介质由主发装药传递 到被发装药的这种能力称为炸药的殉爆能力； 用能引起殉爆时两装药间的最 大距离表示．称为殉爆距离。

炸药的殉爆距离与以下因素有关：

1．主发装药的药量和性质： 药量越大， 爆热越高、爆速越大，则殉爆能力 越强。

2．主发装药的外壳：当装药有外壳时， 有利于爆轰产物定向飞散，使殉爆 距离增大。

3．主发装药与被发装药之间的连接方式：若用管子连接时，能更好地集中 爆轰产物和冲击波向某一方向飞散，可增强殉爆能力。

4．被发装药的性质：主要取决于爆轰感度，感度越大，则殉爆能力越大； 其次是炸药装药外形、药态等因素。

5．惰性介质的性质：一般在不宜压缩的介质中， 冲击波容易衰减，殉爆能 力减小。

对于民用爆炸物品储存库的设计建设，必须考虑库与库之间的殉爆安全距 离，也就是危险建筑物之间的内部安全距离，以免造成殉爆。

(十一)炸药当量

炸药当量又称为梯恩梯压力当量。为了比较各种工业炸药爆炸后能量的大 小， 除测定各种工业炸药威力、猛度、爆速、爆热等参数比较外， 还可用梯恩梯 压力当量值来表示。

梯恩梯压力当量， 是指任一炸药在相同距离内得到同样爆炸后空气冲击波超 压时的梯恩梯质量，即同样爆炸超压的梯恩梯质量被任一炸药质量相除(梯恩梯 质量与任一炸药质量之比)。

需要说明的是， 在不同的爆炸超压范围也有不同的梯恩梯当量比， 所以在给 定某种炸药的梯恩梯当量比时，必须说明测试条件，以免导致错误。

七、爆破作业基础知识

(一)爆破基本概念

1．爆破。利用炸药的爆炸能量对介质作功，以达到预定工程目标的作业。

2． 爆破类型。爆破按照作业目标的不同，一般分为岩土爆破、拆除爆破和特

种爆破三大类。根据作业方式、爆破环境、爆破介质等条件又可细分为以下类型：

(1)露天浅孔爆破，特指露天岩土开挖、二次破碎大块时采用的炮孔直径小 于 50mm、深度小于 5m 的爆破作业。

(2)城镇浅孔爆破，指采取控制有害效应的措施，在人口稠密区用浅孔爆破 方法开挖和二次破碎大块的作业。

(3)复杂环境深孔爆破， 指在爆区边缘 lOOm 范围内有居民集中区、大型养殖 场或重要设施的环境中，一次使用 1t 以上炸药的深孔爆破作业。

(4)硐室爆破，指采用集中或条形硐室装药，爆破开挖岩土的作业。

(5)定向爆破，指采用硐室或深孔装药，使爆破岩土按预定方向运动并 堆积在设定范围之内的爆破作业。

(6)拆除爆破，指采取控制有害效应的措施，按设计要求用爆破方法拆 除建(构)筑物的作业。

(7)水下爆破，指在水中、水底或临水介质中进行的爆破作业。

(8)高温爆破，指炮孔孔底温度高于 60℃的爆破作业。

(9)金属爆破，指爆破破碎、切割金属的作业。

(10)聚能爆破，指采用聚能装药方法进行的爆破作业。

(11)预裂爆破，指沿开挖边界布置密集炮孔， 采取不耦合装药或装填低威力 炸药， 在主爆区之前起爆， 从而在爆区与保留区之间形成预裂缝， 以减弱主爆破 对保留岩体的破坏并形成平整轮廓面的爆破作业。

(12)光面爆破， 指沿开挖边界布置密集炮孔， 采取不耦合装药或装填低威力 炸药，在主爆区之后起爆，以形成平整的轮廓面的爆破作业。

(13)爆炸加工， 指利用炸药爆炸的瞬态高温和高压， 使物料高速变形、切断、 相互复合(焊接)或物质结构相变的加工方法。包括爆炸成形、焊接、复合、合成 金刚石、硬化与强化、烧结、消除焊件残余应力、爆炸切割金属等。

(14)延时爆破， 指采用延时雷管或继爆管使各个药包按不同时间顺序起爆的 爆破技术，分为毫秒延时爆破、秒延时爆破等。

(二)爆破基本参数

1． 孔网参数(以露天深孔台阶爆破为例，如图 1-33 所示)。

(1)孔距(a)，指同一排中相邻两个炮孔中心之间的距离。

(2)排距(b)，指前后两排炮孔之间的垂直距离。

(3)最小抵抗线(W)， 指装药中心到自由面的距离。

(4)超深(h)，指炮孔深度与台阶高度的差值， 一般为台阶高度的 5％~10％， 或者为最小抵抗线的 1／3~1／2。

(5)眉线距离(B)，指第一排炮孔中心到台阶前边沿的距离。

(6)底盘抵抗线(W0)，指装药底部中心到台阶底部自由面的距离。

(7)装药高度(1q)，指炮孔中装药的高度(或长度)。

(8)填塞长度(lT)， 指从装药顶面到炮孔口部的距离。