任务一　爆破材料认识

一、炸药

炸药是指在一定条件下能够发生快速化学反应、放出能量、生成气体产物并显示出爆炸效应的化合物或混合物。由氧化剂和还原剂两类物质组成。

按组成成分炸药分为单体(质)炸药和混合炸药两大类。

单体炸药又称为爆炸化合物。它本身是一种化合物,即一种均一的相对稳定的化合物。

混合炸药是由两种或两种以上化学性质不同的组分组成的混合物。混合炸药是目前工程爆破中应用最广、品种最多的一类炸药。

(一)炸药的性能

1.感度

工业炸药常用的起爆能有3种:热能、机械能和爆炸能。

炸药的感度是指炸药在外界起爆能的作用下发生爆炸的难易程度。感度的高低是以激发炸药爆炸反应所需要的起爆能的大小来衡量的。炸药起爆时所需的起爆能小,表示炸药的感度高;反之,所需的起爆能大,则表示炸药的感度低。

2.炸药的威力

炸药的威力是指其所具有的总能量。在理论上可用炸药的做功能力近似地表示炸药的威力,在工程实践中则采用一些标准的实验方法对炸药的威力进行相对的比较。

3.炸药的猛度

炸药的猛度是指炸药爆炸瞬间爆轰波和爆炸产物直接对与之接触的固体介质局部产生破碎的能力。猛度的大小主要取决于爆速,爆速越高,猛度越大,岩石被粉碎得越厉害。

炸药猛度的实测方法一般采用铅柱压缩法。

4.炸药的殉爆

一个药包(卷)爆炸后,引起与它不接触的邻近药包(卷)爆炸的现象称为殉爆。殉爆在一定程度上反映了炸药对冲击波的敏感度。通常将先爆炸的药包称为主动药包,而将被主动药包引爆的药包称为被动药包。前者引爆后者的最大距离称作殉爆距离,一般以厘米计,表示一种炸药的殉爆能力,在工程爆破中,殉爆距离对于确定分段装药、盲炮处理和合理的孔网参数等都具有指导意义。在炸药厂和危险品库房的设计中,殉爆距离又是确定安全距离的重要依据。

5.安定性

炸药在长期储存中保持自身性质稳定不变的能力,包括物理安定性和化学安定性。

(二)常用混合炸药

1.粉状硝铵类炸药

以硝酸铵为主要成分的炸药称作硝铵类炸药,简称硝铵炸药。由于硝酸铵为常用的化工产品,来源广泛,易于制造,成本低廉,所以国内外广泛用于制作各种类型的混合炸药。

(1)铵梯炸药。铵梯炸药是我国应用最广泛的工业炸药品种。它是一种以硝酸铵(NH4NO3)、TNT和木粉为主要原料的粉状混合炸药。根据用途可分为岩石炸药、露天炸药和煤矿许用炸药。

几种铵梯炸药的成分和性能列于表1-3中。

铵锑炸药有效储存期一般为6个月,临界直径为18～20mm,直径为32～35mm处于最佳密度时的药炸速为3600m/s。

工业用铵梯炸药品种还有很多,一般多用2号岩石铵梯炸药。

(2)铵油炸药。铵油炸药的主要成分是硝酸铵和柴油,是我国冶金、有色矿山应用最多的一种钝感猛性炸药。

铵油炸药的原料来源广,价格低廉,加工制作简单,爆炸性能良好,但容易吸湿和结块,不能用于水中爆破。有效储存期仅为7～15天,一般在施工现场拌制。

(3)铵松蜡炸药。为了克服铵梯炸药和铵油炸药吸湿性能、保存期短的缺点,结合我国的资源特点,20世纪70年代以来,我国研制成功了铵松蜡炸药。铵松蜡炸药除了保持铵油炸药的优点外,还具有抗水性能良好、保存期长、性能指标达到2号岩石铵梯炸药的标准等优点。

铵松蜡炸药是由硝酸铵、木粉、松香、石蜡和柴油混制而成。

另外,还有铵沥炸药、铵沥蜡炸药等。这些炸药的毒气生成量较大,主要缺点是由于石蜡和松香的燃点低,不能用于有瓦斯和粉尘爆炸危险的地下矿山。

2.含水硝铵类炸药

含水硝铵炸药包括浆状炸药、水胶炸药、乳化炸药等。它们的共同特点是将硝铵或硝酸钾、硝酸钠溶解于水成为硝酸盐的水溶液,当其饱和后便不再吸收水分,这样能起到“以水抗水”的作用。

乳化炸药具有威力高、感度高、抗水性好的特点,被誉为“第四代”炸药。

乳化炸药的性能不仅与其组成配比有关,而且也与它的生产工艺特别是乳化技术有关。

(1)抗水性好。常温下浸泡在水中7天后,炸药的爆炸性能无明显变化,仍然可用8号雷管起爆,可替代硝化甘油炸药在水中的使用。

(2)爆速高。爆速可达4000～5000m/s,故猛度高。

(3)感度高。由于加入了发泡剂,使氧化剂水溶液成为微滴,敏化剂气泡均匀地分散在其中,故爆轰敏感度高,且具有雷管感度。

(4)密度范围可调。炸药的密度可在0.8～1.45g/cm3之间调节。

(5)安全性能好。乳化炸药对于冲击、摩擦、撞击的感高都较低,而且爆炸后的有毒气体生成量少,使用安全,储存期长,在常温下可储存半年以上。

二、起爆器材

起爆器材是指用于起爆工业炸药的一切点火和起爆工具,按其作用可分为起爆材料和传爆材料,各种雷管属于起爆材料,导爆索、导爆管属于传爆材料,继爆管、导爆索既可起爆,也可用于传爆。

(一)雷管

工程爆破中常用的工业雷管有火雷管、电雷管和导爆管雷管等。电雷管和导爆管雷管又可分为瞬发、秒延期、毫秒延期等品种。

1.火雷管

在工业雷管中,火雷管是最简单的一种品种,但又是其他各种雷管的基本部分。火雷管的结构如图1-8所示,它由以下几个部分组成。

工业雷管按其起爆药量的多少,可以分为10个等级,号数越大,其起爆药量越多,雷管的起爆能力越强。目前,工程爆破中常用的是8号和6号雷管。

火雷管的结构简单,使用方便,不受杂散电流和雷电引爆的威胁,可用于直接起爆和间接起爆各种炸药和导爆索,多用在地面采石场、隧道爆破、水利建设工程中。随着起爆器材的发展,这种雷管应用范围变小,在有瓦斯、煤尘和矿尘爆炸危险的场合禁止采用。

2.电雷管

(1)瞬发电雷管。瞬发电雷管也称即发电雷管,它是一种通电即爆炸的电雷管。瞬发电雷管的结构如图1-9所示。它的装药部分与火雷管相同。不同之处在于其管内装有电点火装置。电点火装置由脚线、桥丝和引火药组成。通电后桥丝发热引发引火药燃烧爆炸,进而引发雷管爆炸,引发电雷管爆炸必须给输入一定电流,保证在1min内使任何一发电雷管都能起爆的最小恒定的直流电流称为准爆电流,一般为0.7A。

工程爆破中最常见的是8号瞬发电雷管,其起爆药量与8号火雷管的起爆药量相同。

(2)秒延期电雷管。秒延期电雷管就是通电后隔一段以秒为计量单位的时间才爆炸的电雷管,秒延期电雷管的结构如图1-10所示。

它的组成与瞬发电雷管基本相同。不同的是引火头与加强帽之间多安置了一个延期装置。秒延期电雷管的延期装置一般是用精致导火索制成的,雷管的延期时间的多少由导火索的长短来控制。根据通电后延期时间的长短,将秒延期电雷管划分为各种不同的段别。延期时间长的秒延期电雷管段别高,见表1-4。

利用秒延期电雷管可以实现分段起爆。但它的延期时间过长,而且精度太低。

(3)毫秒延期电雷管。毫秒延期电雷管简称毫秒电雷管,它通电后爆炸的延期时间是以毫秒来计算的。毫秒延期电雷管的组成基本上与秒延期电雷管相同,不同点在于延期装置是延期药,常用硅铁(还原剂)和铅丹(氧化剂)的混合物,并掺入适量的硫化锑,以调节氧化剂的反应速度。

3.非电毫秒雷管

非电毫秒雷管是用塑料导爆管引爆而延期时间以毫秒数量计量的雷管,它的结构如图1-11所示。

它与毫秒延期电雷管的主要区别在于:不用毫秒电雷管中的电点火装置,而用一个与塑料导爆管相连接的塑料连接套,由塑料导爆管的爆轰波来点燃延期药。

除了非电毫秒雷管外,与塑料导爆管配合使用的雷管还有非电即发雷管。

(二)索状起爆材料

1.导火索

导火索是以具有一定密度的粉状或粒状黑火药为索芯,外面用棉纱线、塑料或纸条、沥青等材料包缠而成的圆形索状起爆材料。导火索的用途是产生并传递火焰以起爆火雷管或点燃黑火药。

导火索由索芯和索壳组成(图1-12),其索芯是用轻微压缩的粉状或粒状黑火药做成。

工业导火索在外观上一般呈白色,其外径为5.2～5.8mm,索芯药量一般为7～8g/m,燃烧速度为100～125s/ m,为了保证可靠地引爆雷管,导火索还应具有一定的防潮耐火能力:在1m深的常温静水中浸泡2h后,其燃速和燃烧性能不变。

普通导火索不能在有瓦斯或矿尘爆炸危险的地场所使用。

2.导爆索

导爆索是用单质猛炸药黑索金或泰安作为索芯,用棉、麻、纤维及防潮材料包缠成索状的起爆材料。导爆索能够传递爆轰波,经雷管起爆后,导爆索可直接引爆炸药,也可作为独立的爆破能源。爆速不低于6500m/s。

普通导爆索能直接起爆炸药。但是这种导爆索在爆炸过程中,产生强烈的火焰,所以只能用于露天爆破和没有瓦斯或矿尘爆炸危险的井下作业。

普通导爆索具有一定的防水性能和耐热性能。在0.5m深的水中,浸泡24h后,其感度和爆炸性能仍能符合要求,在(50±3)℃的条件下保温6h,其外观和传爆性能不变。

3.导爆管

导爆管是20世纪70年代出现的一种全新的非电起爆系统的主体。

导爆管是一种内壁涂有混合炸药粉末的塑料软管,管壁材料是高压聚乙烯,外径为3mm,内径为1.5mm。混合炸药含量为91%的奥克托金或黑索金和9%的铝粉。药量为14～16mg/m。

工业雷管、普通导爆索、火帽、专用电子型点火器等能够产生冲击波的起爆器材都可以激发导爆管的爆轰,一个8号工业雷管可激发50根以上的导爆管。最适宜可靠的激发根数为20根。但是一般的机械冲击不能激发导爆管。导爆管的传爆速度一般为(1950± 50)m/s,也有的为(1580±30)m/s。导爆管的传爆性能良好,一根长达数千米的导爆管,中间没有中继雷管接力或导爆管管内的断药长度不超过15cm时,都可以正常传爆。导爆管具有良好的抗水性能,将导爆管与非电雷管组合后,具有很好的抗水性能,在水下80m深处放置48h后仍能正常起爆。若对雷管加以适当的保护措施,还可以在水下135m深处起爆炸药。

导爆管具有传爆可靠性高、使用方便、安全性能好、成本低等优点,而且可以作为非危险品运输。