民用爆炸物品安全技術基礎課件2023/2/612023/2/62第4章炸藥的燃燒與爆炸基礎知識p61第5章民用爆炸物品的基本特性及使用p73第6章民用爆炸物品現狀與發展p1252023/2/63第4章炸藥的燃燒與爆炸基礎知識

4.1炸藥的化學反應基本形式及特點炸藥有熱分解、燃燒和爆轟三種化學反應基本形式。炸藥的熱分解是緩慢的化學反應，而炸藥的燃燒和爆轟是快速的化學反應，炸藥的爆轟是炸藥化學反應的最高形式。2023/2/64（1）熱分解炸藥的熱分解是指炸藥在一定的溫度下緩慢分解，發生在整個炸藥內，放熱也較慢，反應的熱量及時地傳給環境。熱分解的化學反應受炸藥的溫度影響較大，溫度越高，炸藥的熱分解速度越快。炸藥在貯存條件下，熱分解總是要發生的。熱分解生成的分子碎片使炸藥的組成發生變化，隨之性能也發生變化。除爆炸性能變化外，敏感性也發生變化（常常敏感性增加），這是安全上要特別注意的。2023/2/65（2）燃燒日常生活中的燃燒現象是十分普遍的，燃燒是伴隨著發光發熱的一種劇烈的化學反應。炸藥的燃燒與一般燃料的燃燒的主要區別：一般燃料的燃燒，外界必須要供給氧氣或其它助燃氣體，燃燒的速度緩慢，決定燃燒速度的主要因素之一是供氧情況；而炸藥的燃燒則是一種可以自行傳播的劇烈的化學反應，由于炸藥的自身含有氧，因而不需要外界供給助燃氣體，它可以在隔絕空氣的情況下燃燒，燃燒的速度很快，有的還非常迅速，并可以轉變為爆燃或爆轟。2023/2/66炸藥燃燒的基本特點如下：①炸藥燃燒時反應區的能量是通過熱傳導、氣體產物的擴散和熱輻射而傳入原始炸藥的。②由于傳熱和擴散是一個緩慢的過程，因此，炸藥燃燒的速度比聲速要低得多，一般為每秒幾厘米到每秒幾米，燃燒的傳播速度也大大低于爆轟波的傳播速度。③火焰波后的燃燒產物是向后運動的，因此，在火焰區域內燃燒產物的壓力較低。2023/2/67炸藥燃燒反應的三種類型：（1）易揮發性炸藥是指炸藥的沸點或升華溫度低于凝聚相中進行快速化學反應溫度的一類炸藥，邊燃燒邊揮發，未揮發的炸藥還來不及燃燒就被氣化，燃燒的化學反應完全在氣相中進行，典型的這類炸藥是乙二醇二硝酸酯。顯然這類炸藥在空氣中燃燒時，還會有空氣中的氧參與反應。（2）難揮發性炸藥是指在受熱時不能氣化，當溫度升至炸藥沸點之前其自身便發生分解的炸藥，其燃燒反應主要在凝聚相炸藥中進行。大多數炸藥如TNT、RDX、工業硝銨炸藥等均屬難揮發炸藥。（3）速燃炸藥表現在其在凝聚相中的反應速度很快，同時放出大量的氣體產物和熱量，從而使凝聚相的表面發生強烈的迸裂，大量的氣體產物夾雜著尚未反應的炸藥粒子進入氣相，爾后在氣相中進行反應，在距表面較遠處結束反應，雷汞的燃燒就屬典型的速燃炸藥的燃燒。在處理不同類型的炸藥時應分別對待。2023/2/68影響炸藥燃燒速度的因素①炸藥性質②壓力和炸藥初始溫度③裝藥直徑和密度④裝藥外殼2023/2/69（3）爆轟炸藥的爆轟是沖擊波在其中傳播而引起炸藥快速的化學反應。當足夠強的沖擊波在炸藥中傳播時，由于沖擊波的劇烈壓縮作用而引起快速的化學反應，反應放出的能量又支持沖擊波的傳播，可以使其維持定速而不衰減，這種緊跟著化學反應的沖擊波稱為爆轟波。2023/2/610（4）熱分解、燃燒和爆轟的區別及相互轉換炸藥的熱分解是在整個物質內進行，反應速度主要取決于環境溫度，反應規律服從阿累尼烏斯（Arrhenius）定律，反應速度隨溫度成指數關系，溫度越高反應速度增長越快。而燃燒與爆轟是以反應波的形式一層一層傳播的快速化學反應，而且燃燒和爆轟兩種化學變化的也存在如下區別：2023/2/611燃燒和爆轟兩種化學變化的也存在如下區別：①傳播機理：燃燒時反應區的能量是通過熱傳導、熱輻射及產物的擴散作用傳入未反應炸藥的，而爆轟的傳播則是借助于沖擊波的方式進行的。②質點運動方向：燃燒過程中反應區內產物質點運動方向與燃燒波陣面方向相反，而爆轟時反應區內產物質點運動方向與爆轟波傳播方向一致。③反應地點：凝聚炸藥燃燒時，放熱的反應主要在氣相中進行的，而爆轟時放熱的反應主要在液相或固相中進行。④反應速度：爆轟速度快，燃燒速度慢。⑤影響因素：燃燒受環境影響；爆轟幾乎不受環境影響2023/2/612炸藥的熱分解、燃燒和爆轟三種釋能形式在一定的條件下可以相互轉化。當熱分解時放出的熱量大于散熱量時，炸藥會發生燃燒，某些熱爆炸就是根源于此，歷史上發生過多次軍火庫在無外界擊發時發生自炸，一般是由這種過程引起的。民爆器材倉庫自燃爆炸亦可能是炸藥熱分解造成的。2023/2/613

大部分炸藥在敞開環境中用明火點燃，在控制堆積量的前提下會平穩燃燒。工業炸藥常可以用焚燒法銷毀。當炸藥在密閉環境下燃燒或堆放量非常大時會發生燃燒轉爆轟。某些工業炸藥在環境條件不滿足時會發生爆轟不完全：這時某些配方的工業炸藥表現為熄爆，余藥殘留下來不繼續作用；有的配方的工業炸藥則繼續發生燃燒。前者一般稱為斷爆，后者稱為爆轟轉燃燒。在燃燒過程中，如果凝聚相炸藥能及時地將燃燒時所生成的高溫氣體排出，使燃燒反應在生成氣體和排氣相平衡的狀態下進行，那么燃燒就會穩定，此時的燃燒速度和燃燒過程都是穩定的。如果生成氣體速度大于排氣速度，氣體平衡被打破，壓力增大，燃速加快，燃燒就變得不穩定，并可能轉成爆轟。2023/2/614（5）炸藥本質組成炸藥物質本質實際上是具有氧化劑和可燃劑體系。它們可能獨立存在，通過將氧化劑和可燃劑混合組成炸藥，也可能是在同一種物質中共同存在，其本身既含有氧化劑，又含有可燃劑，工業炸藥主要是前者。炸藥在未被激發的狀態時是一種亞穩性含能物質，在受激發后表現出強自行活化性質和自供氧性質,發生強烈的氧化還原反應，生成大量的氣體產物放出大量的熱。

例如：工業銨油炸藥中，其所含的硝酸銨為氧化劑，木粉和柴油是可燃劑。炸藥正常儲存時，硝酸銨和木粉、柴油間并不發生化學反應，是一種亞穩定狀態；當用雷管（或起爆具）將其起爆后，硝酸銨提供氧，使木粉、柴油氧化，瞬間放出大量熱量、生成氣體而發生爆炸。2023/2/615（6）爆炸三要素

①放出大量熱

②化學反應速度極快③生成大量氣體2023/2/616反應的放熱性第一個必要條件。爆炸時能釋放熱量，是激發未爆炸的炸藥發生爆炸的能源，促使爆炸過程自行傳播下去。爆炸時能釋放熱量，也是系統對外做功的能源。2023/2/617[例]草酸鹽的分解反應：

（NH4）2C2042NH3+H20+CO+C02-363.6kJPbC204Pb+2C02-69.87kJAg2C2042Ag+2C02+123.4kJ前兩個反應是吸熱反應，不能發生爆炸，后一個反應是放熱反應，能夠發生爆炸。2023/2/618[例]硝酸銨的分解反應

NH4N03————————————

NH3十HN03一170.7kJ

雷管引爆

NH4N03——————————————————————N2十H20十0.502十126.4kJ第一個反應靠外界供給能量來維持其分解，顯然不可能發生爆炸；第二個反應具有放熱性，因此具有爆炸性。2023/2/619炸藥和燃料混合物的含能量比較

物質名稱 含能量

kJ.kg-1 kJ.L-1

黑火藥(=1.2g.cm-3)2782.43347.2梯恩梯(=1.6g.cm-3)4250.96803.2硝化棉(=1.3g.cm-3)4288.65564.7硝化甘油(=1.6g.cm-3)6221.69957.9碳和氧的混合物6221.6 17.15苯和氧的混合物9204.8 18.41氫和氧的混合物13514.37.112023/2/620炸藥含能量的特點:凝聚炸藥在反應時放出的能量，就單位質量而言，它比普通燃料燃燒時放出的能量還低，按單位體積的含能量來看，它比普通燃料具有大得多。凝聚炸藥并非是高能量物質，而是一種具有高能量密度的物質。2023/2/621反應的快速性第二個必要條件。是炸藥爆炸一個最重要特征。一般化學反應也可以是放熱的，而且有許多反應釋放的熱量比炸藥爆炸反應釋放的熱量大許多倍，但這些反應并未形成爆炸現象，其根本原因在于它們的反應過程進行得很慢。2023/2/622

lkg汽油在發動機中燃燒或lkg煤塊在空氣中燃燒，所需要的時間為數分鐘到數十分鐘，

1kg炸藥爆炸反應的時間僅十幾到幾十微秒（10-6s）

炸藥的爆炸要比燃料燃燒快數千萬倍。例如：2023/2/623

由于炸藥的爆炸反應速度極高，因而可以近似地認為，爆炸反應產物來不及膨脹，所釋放的能量全部集中在炸藥爆炸前所占的體積內，從而維持一般化學反應所無法達到的很高的能量密度，這樣可以形成高溫高壓氣體，使得炸藥的爆炸具有巨大的作功功率和強烈的破壞作用。

1kg普通炸藥爆炸時釋放的熱量一般在（4.18～6.27）106J,僅相當于lkW電機工作一個多小時的能量，但在爆炸瞬間其功率可以達到（5～6）106kW。2023/2/624炸藥并非是一個能量很高的能源，是一個功率極大的能源。2023/2/625生成氣態產物第三個必要條件。反應生成氣態產物是能量轉換的工作介質。爆炸對周圍介質做功是通過高溫高壓的氣體迅速膨脹實現的，所以生成大量氣體產物是炸藥爆炸的一個重要特征。2023/2/626體積為1L的普通炸藥爆炸反應時，一般可產生1000L左右的氣態產物（在標準狀態時）。2023/2/627[例]鋁熱劑的反應：2Al+Fe2O3Al203+2Fe+853.12kJ反應的速度很快，反應的熱效應可以使產物溫度升到3000C，沒有氣態產物生成，不發生爆炸。2023/2/628

在某些情況下，有足夠的放熱性和快速性，雖不生成氣體，也可以發生爆炸過程。

例如很細的鋁粉組成的類似鋁熱劑這樣的反應，由于鋁粉中混入了空氣，受熱膨脹也會發生弱爆炸。這種爆炸是空氣受熱后產生的，并不是鋁熱劑本身發生的。需要說明的是:

2023/2/629爆鳴氣爆炸氣體量不增加，反而減少了三分之一：

2H2十022H20十483.67kJ氣體量的減少被過程的放熱性和快速性所彌補。由于產物在高溫下體積增加，仍可在短時間內壓力達到1MPa以上，從而具有一定的爆炸性。2023/2/630小結放熱性給爆炸反應提供了能源，而快速性則是使能量集中在較小的體積內并產生強大的放熱功率，反應生成氣態產物則是炸藥爆炸后對外作功的工作介質。反應的放熱性將炸藥和產物加熱到高溫，從而使反應速度增加，增大了反應的快速性；放熱性和快速性使產物加熱到很高的溫度，使更多的產物處于氣態狀態。正是由于不同種的炸藥在這三要素上存在著差異，而使它們的爆炸性能產生了明顯的差異，構成了形形色色、不同品種、用途各異的各種炸藥。2023/2/6314.2炸藥的起爆與敏感度

（1）炸藥起爆原因炸藥是一種處于相對穩定狀態的物質，本身的能量水平比較高（如處于高位的小球），只有在一定的引爆沖能作用下，才會發生爆炸。外界作用所給的能量既是炸藥發生化學反應的活化能，又是外界用以激發炸藥爆炸的最小引爆沖能，因此可以得出：引爆沖能越小，炸藥的感度越大，炸藥越易起爆；2023/2/632（2）炸藥起爆的選擇性

①外界能量種類：②外界能量的作用速率③裝藥條件：④炸藥的物理狀態：⑤不同用途的炸藥有不同感度的要求。2023/2/633（3）炸藥起爆機理

①炸藥的熱爆炸機理在一定條件下（溫度、壓力等）若炸藥因熱分解的作用，反應放出的熱量大于熱傳導（向外）所散失的熱量，就能使炸藥的內部發生熱積累，從而使反應自動加速，溫度升高，反應更快，溫度更高，如此循環發展最后導致爆炸。2023/2/634②炸藥的熱點起爆理論

當炸藥受到撞擊或摩擦時，機械能首先轉化成熱能，并聚集在小的局部范圍內形成“熱點”，在熱點處發生熱分解，由于分解的放熱性，分解速度迅速增加，熱點內形成強烈反應，結果引起部分炸藥或全部炸藥爆炸。

2023/2/635熱點形成的三個途徑：氣泡的絕熱壓縮；物質之間的相互摩擦；炸藥的粘滯流動。熱點成長為爆轟的條件：熱點溫度足夠高；熱點半徑足夠大；熱點作用時間足夠長；熱點能量足夠多。2023/2/636③炸藥的沖擊波起爆機理沖擊波是一種強烈的壓縮波，當炸藥受到沖擊波強烈的壓縮要產生熱。均質炸藥，受到沖擊時，沖擊波陣面上的一薄層炸藥便均勻地受熱升溫，當溫度達到爆發點時（溫度較高），炸藥就會發生爆炸，具有熱爆炸特征，起爆難，爆速高。非均質炸藥受到沖擊時，則由于炸藥受熱升溫的不均勻性，使在局部產生熱點，爆炸首先在熱點開始并擴展，然后才引起整個炸藥的爆炸，具有熱點爆炸特征，起爆易，爆速低。2023/2/637（4）炸藥感度的雙重性

實用感度：是指在一定的起爆方式下，如果用炸藥的最小起爆能量來引爆它時，該炸藥能可靠地起爆，不應該出現半爆或拒爆。從應用的角度來說，炸藥具有適當的實用感度是很重要的，因為較好的實用感度可以減小炸藥拒爆的概率，有效地防止意外事故的發生。危險感度：和炸藥的安全性相聯系，即在外界作用的能量低于炸藥的最小起爆能時，炸藥是安全的。低危險感度是人們對炸藥的永恒追求，以保證炸藥在制造、運輸等過程中，即使受到一些機械或者其它形式的作用，也是安全的，不會發生意外爆炸事故。2023/2/638（5）常見炸藥感度試驗

炸藥感度是按外界激發能量的形式不同而分類的。感度試驗是人為設計炸藥在不同外界激發能量作用下發生爆炸反應的難易程度衡量方法，主要有熱感度、機械感度、火焰感度、沖擊波感度、爆轟波感度、靜電感度、激光感度、射頻感度等。常用撞擊感度和摩擦感度來表征炸藥的機械感度，這兩種感度也是人們最常用的。隨著人們對生產、運輸、儲存和使用炸藥的需求、還會不斷研究和發展新的感度實驗方法。2023/2/6394.3炸藥的安定性和相容性

炸藥在長期的儲存中，保持其原有物理化學性質的能力叫做安定性。安定性可分為化學安定性和物理安定性。炸藥的安定性主要取決于以下因素：炸藥的組成和結構，炸藥的加工工藝，炸藥的裝藥狀態和使用條件。2023/2/640（1）化學安定性

化學安定性取決于物質的化學性質及所含雜質。如硝基化合物類的炸藥，其化學安定性是屬于高安定性的，在沒有雜質存在的條件下，硝基化合物可以存放二十多年還能使用，基本上不改變性能。硝銨炸藥的安定性也很好。硝酸酯炸藥與無煙火藥安定性比較差，主要由于硝酸酯含有微量酸，結果在長期儲存中發生分解，藥溫上升，容易導致爆炸、燃燒，因而在存放時不要堆積過高，也要防止陽光照射，并保持倉庫通風。2023/2/641（2）物理安定性

①吸潮、結塊

②凍結

③老化和滲油④耐水⑤降解、破乳分層2023/2/642（3）炸藥的相容性

在多種炸藥或炸藥與其所接觸的物質，保持物理、化學和爆炸性質不發生可覺察的或發生容許范圍內變化的能力。內相容：又稱混合性相容性，是指組分之間的混合相容性。外相容：又稱接觸相容性，是炸藥組分與其它接觸物體之間的相容性。物理相容性：不發生物理性質變化能力。化學相容性：不發生化學性質變化能力。炸藥的安定性和相容性影響炸藥的安全儲存期和產品有效壽命。2023/2/6434.4炸藥的爆炸與爆炸破壞作用

（1）炸藥的爆炸作用炸藥發生爆炸時所形成的高溫高壓氣體產物，必然對周圍的介質產生強烈的沖擊和壓縮作用。習慣上將炸藥爆炸時對周圍物體的各種機械作用稱為炸藥的爆炸作用。2023/2/644（2）沖擊波與超壓

沖擊波是由壓縮波迭加形成的，炸藥發生爆炸時所形成的高溫高壓氣體產物，使它周圍的空氣受到沖擊而發生擾動，使其狀態（壓力、密度、溫度等）發生突躍變化，其傳播速度大于擾動介質的聲速，這種擾動在空氣中傳播就成為沖擊波。在離爆破中心一定距離的地方，空氣壓力會隨時間迅速發生而懸殊的變化。超壓準則認為，只要沖擊波超壓達到一定值時，便會對目標造成一定的傷害或破壞。沖擊波超壓對人體的傷害和對建筑物的破壞作用如表4-2和表4-3所示。2023/2/645（3）安全距離與殉爆距離

炸藥爆炸后引起其周圍一定距離處炸藥也發生爆轟的現象叫殉爆。引發爆轟的藥柱叫主動裝藥，被引發的則為被動裝藥。主動裝藥爆轟形成的沖擊波在空氣中傳播，當其強度仍能引發被動裝藥爆轟時，則被動裝藥可以被引爆。當兩炸藥柱相距足夠遠，沖擊波不能引發被動裝藥爆轟時，則該距離的最小值叫做殉爆安全距離。反之，距離小于安全距離時，則會出現殉爆。2023/2/646研究殉爆目的在于：①確定生產工房間的安全距離，為廠房設計提供基本數據；②改進工業炸藥的性能，提高在工程爆破時爆破的可靠性。