炸药作为一种特殊的能源,
在铁路、公路、水利水电、
矿业、石油、农业、金属加
工等民用领域和国防建设中
得到广泛的应用。
第一章 炸药与爆炸的基本理论
美国某体育馆爆破拆除
研究炸药的爆轰理论;
熟悉炸药的物理、化学性质;
了解炸药化学反应的基本规律;
掌握炸药的爆炸性能和爆炸作用特征。
对于安全、正确地使用炸药,有效地提高
炸药能量利用率有着重要意义。
炸药 和 爆炸 的基本概念;
炸药的热化学参数;
冲击波与爆轰波的基本知识;
炸药的感度和起爆;
炸药的性能参数;
沟槽效应和聚能效应等内容。
第一节 炸药和爆炸
一、爆炸现象
广义地讲,爆炸 ( explosion)是物质急剧的能量释放过
程,能量在瞬间急剧释放或转化的 现象都可以称为爆炸。
特点,大量能量在有限的体积内突然释放或急剧转化。
外部特征,由于介质受震动,伴有声、光、热等效应。
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根据爆炸变化过程的不同,可将其分为三类。
物理爆炸,由物理变化引起的爆炸,如锅炉等
高压容器的爆炸,物质成分不变。
化学爆炸,由化学变化引起的爆炸称为化学
爆炸,如瓦斯或煤尘的爆炸、炸药的爆炸,分子组
成变化。
核爆炸,由核裂变或核聚变引起的爆炸,原
子结构变化。
炸药化学变化的形式
爆炸并不是炸药唯一的变化形式。由于
反应方式和引起化学变化的环境条件不同,
一种炸药可能有三种不同形式的 化学变化,
缓慢分解, 燃烧 和 爆炸 。
缓慢分解 ( slow decomposition)是一种
缓慢的化学变化。其 特点 是化学变化在整个炸药
中展开,反应速度与环境温度有关,炸药的缓慢
分解速度随着温度的增加而呈指数地增加。当通
风散热条件不好时,分解热不易散失,很容易使
炸药温度自动升高,进而促成炸药自动催化反应
而导致炸药的燃烧或爆炸事故。
燃烧 (combustion)是伴随有发光、发热的一
种剧烈氧化反应。与其它可燃物一样,炸药在一定
的条件下也会燃烧,不同的是炸药的燃烧不需要外
界提供氧,也就是说,炸药可以在无氧环境中正常
燃烧。与缓慢分解不同,炸药的燃烧过程只是在炸
药的局部区域(即反应区)内进行并在炸药内一层
层地传播。反应区的传播速度称为 燃烧线速度,通
常称为 燃烧速度 。炸药的快速燃烧(每秒数百米)
又称爆燃( deflagration)。
炸药在燃烧过程中,若燃烧速度保持定值,
不发生波动,就称为 稳定燃烧,否则称为 不稳定
燃烧。
不稳定燃烧 一般是由于燃烧过程中的热量传
导或散失不平衡所致。不稳定燃烧可导致燃烧的
熄灭、震荡或转变为爆炸。
爆炸 炸药的爆炸过程与燃烧过程类似,化
学反应也只是在反应区内进行并在炸药内按一定速
度一层层地自行传播。反应区的传播速度称为 爆速 。
在炸药的爆炸过程中,若爆速保持定值,就称为 稳
定爆炸,否则称为 不稳定爆炸 。 稳定爆炸又称为爆
轰 ( detonation)。
燃烧 和 爆炸 也是两种性质不同的化学变化过程。
燃烧 是通过热传导、热辐射及燃烧气体产物来
传递能量和激起化学反应的,受环境条件的影响较
大,而爆炸则是借助于冲击波对炸药一层层的强烈
冲击压缩作用来传递能量和激起化学反应的,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,放出的热量和形
成的温度也高;
燃烧速度是亚音速的,爆炸速度则是超音速的。
另外,还有爆燃,它是于燃烧和爆炸之间,属
不稳定阶段。
炸药爆炸的 三要素
炸药爆炸必须具备以下三个基本条件,即 放出
热量, 生成气态产物 和 反应的高速度 。这是构成爆炸
的必要条件,缺一不可,故称为 爆炸反应的三要素,
1.放出热量
放出热量 是爆炸得以进行的首位必要条
件。是使反应独立地、高速地进行的必须能
源。
下面以硝酸铵的不同化学反应为例:
常温下 分解:
NH4NO3 — NH3 + HNO3- 170.7kJ
加热至 200℃ 左右,
NH4NO3 — 0.5 N2 + NO + 2 H2O+36.1kJ
或 NH4NO3 — →N2O + 2 H2O+ 52.4kJ
起爆药柱引爆,
NH4NO3 — N2 + 2H2O + 0.5O2 + 126.4kJ
常温下,硝酸铵的分解是一个吸热反应,不
能发生爆炸;但加热到 200℃ 左右时,分解反应为
放热反应,如果放出的热量不能及时散失,炸药
温度就会不断升高,促使反应速度不断加快和放
出更多的热量,最终就会引起炸药的燃烧和爆炸;
如果用起爆药柱( primer cartridge)引爆时,
硝酸铵发生剧烈的放热反应,即刻爆炸。可见,
只有放热反应才可能具有爆炸性。
2.生成气体产物
炸药爆炸放出的热量必须借助气体介质才能转
化为机械功。因此,生成气体产物是炸药作功不可
缺少的条件。如果物质的反应热很大,但没有气体
产物形成,就不会具有爆炸性。
例如 铝热剂 反应:
3Al + Fe2O3 —— Al2O3 + 2Fe + 841KJ
此反应的速度很快,反应的热效应可以使产物温
度升到 3000℃,使其呈熔融状态,但因为没有气态产
物生成,而不发生爆炸。只是高温产物逐渐地将热量
传导到周围介质中去,慢慢冷却凝固。
炸药爆炸放出的热量不可能全部转化为机械功,
但生成气体数量越多,热量利用率也越高。
3.反应的高速度
反应的高速度 是爆炸过程区别于一般化学反
应过程的重要 标志。化学反应具备了放热性并
不一定能够发生爆炸,例如 1kg煤完全燃烧时放
出的热量为 8912kJ,但因燃烧速 度太低而不可
能形成爆炸。 1kg梯恩梯炸药爆炸时放出的热量
虽 然只有 4226kJ,但其爆炸反应的时间只需十
几到几十 ms,因而 形成爆炸反应。
由于爆炸反应的速度极高,反应结束瞬间,
其能量几乎全部聚集在炸药爆炸前所占据的体积
内,因而能够达到很高的能量密度。炸药发生爆
炸变化所达到的能量密度比一般燃料燃烧时达到
的能量密度要高数百至数千倍。正是由于这个原
因,爆炸过程才具有巨大的作功能力和强烈的破
坏效应。
可见,放出热量,生成气体产物和反应
的高速度是形成爆炸反应的三个充要条件。
这里可以给出 炸药爆炸 的定义, 炸药爆炸是
一种高速进行的,能自动传播的化学反应,
在此反应过程中放出大量的热,并生成大量
的气态产物。
四、炸药的分类
炸药的品种繁多,它们的组成、物理性
质、化学性质和爆炸性能各不相同。根据炸药的一
些特点,对进行归纳分类,对于更好地研究和使用
炸药是十分必要的。
常见的炸药的分类方法有以下几种:
按 炸药组成 分类:根据 组成成分 的不
同,常把炸药分为单质炸药和混合炸药两
大类。
1,单质炸药 ( explosive compound)是指由单
一化合物组成的炸药,又称 单体炸药 或 化合炸药 。
如梯恩梯 [三硝基甲苯( 2,4,6-Trinitrotoluene),
符号 TNT ]、黑索金( Hexogen,符号 RDX )、太安
( Pentaerythritol tetran- itrate,符号 PETN)
等。在民用爆破器材中,单质炸药大多用作混合炸
药的组分或火工品装药(例如雷管、导爆索等),
很少单独用来进行爆破作业。
2,混合炸药 ( composite explosive)是指
由两种或两种以上的物质组成的炸药。如黑
火药( black powder)、铵梯炸药
( ammonite)、水胶炸药( water gel-
explosive )和乳化炸药( emulsion)等。
混合炸药在炸药领域中占有极重要的地位。
作用特性和用途分类:根据炸药作用特性和
用途的不同,可分为 起爆药, 猛炸药, 火药 和 烟火剂
四大类。
1,起爆药 ( primary explosive)是指在较弱的
初始冲能作用下即能发生爆炸,且爆炸速度变化
大,易于由燃烧转爆轰的炸药。
常见的起爆药有二硝基重氮酚
(Diazodinitrophenol,符号 DDNP),D〃 S共沉淀起
爆药,K〃 D复盐起爆药、叠氮化铅( leadazide,符
号 LA)等。起爆药主要用于引发其它炸药发生爆炸
反应,常用于各种雷管、火帽的初级装药,因此又
称为 始发炸药或第一炸药 。
2,猛炸药 ( high explosive)是指那些利用
爆轰所释放的能量对介质作功的炸药。猛炸药因其
对周围介质有猛烈的破坏作用而得名。这类炸药对
热和冲击的感度较低,通常需要用雷管激发起爆,
因此又称为次发炸药或第二炸药。
常见的 猛炸药 有:梯恩梯、黑索金、太安、特屈
儿( Tetryl)、奥克托今( Octogen,符号 HMX)
以及各类混合炸药。无论军用还是民用,大量使
用的仍是由混合炸药组成的猛炸药。不同的是民
用混合炸药以廉价的硝酸铵为主要成分,而军用
混合炸药则很少使用硝酸铵,只是在特定条件下
将其当作一种代用品 。
3,火药 ( powder) 火药化学变化的主要形
式是燃烧,它可以在无氧环境中,稳定而有规律地
燃烧,放出大量的气体和热能,对外做抛射功或推
射功,因此又称为发射药或固体推进剂。其主要代
表有:黑火药、单基火药、双基火药、高分子复合
火药等。其中民用爆破器材中大量使用的是黑火药,
主要用于制作导火索;单基火药、双基火药和高分
子复合火药则主要用作发射弹药的能源,如火炮的
发射药、火箭发动机的推进剂等。
4,烟火剂 ( pyrotechnic composition) 是由
氧化剂和可燃剂为主体制成的,在燃烧时能产生声、
光、热、烟等特定效应的炸药。烟火剂包括照明剂、
燃烧剂、烟幕剂、信号剂和曳光弹等,通常用于装填
特种弹药或烟火材料,产生特定的烟火效应。
起爆药、猛炸药、火药和烟火剂四种药剂都
具有爆炸性质,在一定条件下都能产生爆炸以至
爆轰,因此统称为炸药。不过习惯上称谓的炸药
主要是指猛炸药。
按炸药的 主要成分 分类
根据炸药的主要成分,可分为 雷酸盐,
叠氮化物类 炸药,醇基硝酸酯类 炸药,芳香
族硝基化合物类 炸药,硝甘 炸药,硝铵 炸药,
黑火药 等。
(四)按炸药的 物理状态 分类
可将其分为 固体炸药, 液体炸药,
气体炸药 和 多相炸药 。其中多相炸药是
指由固体与液体、固体与气体或液体与
气体所组成的炸药。
为了便于理论研究,通常把除气体
炸药以外的液体炸药、固体炸药等统称
为凝聚炸药( condensed-phase
explosives)。 铵磺炸药
第二节 爆炸反应的热化学
炸药的氧平衡
绝大多数炸药由碳、氢、氧、氮四种元素组成,
某些炸药还含有氯、硫、金属及其盐类。对于由碳、
氢、氧、氮四种元素组成的炸药,可以用通式
CaHbNcOd表示。单质炸药的通式通常按 1 mol写出,
混合炸药的通式则按 1kg写出 。
大多数炸药的爆炸反应为 氧化反应,其 特点 是
反应所需的氧元素由炸药本身提供。放热量最大、
生成产物最稳定的氧化反应称为 理想的氧化反应 。
若炸药内含有足够的氧量,按理想氧化反应生成的
产物应为,H2O, CO2,其它元素的高级氧化物、氮
和多余的游离氧;若氧量不足,则除生成 H2O, CO2,
N2外,还生成 H2, CO,固体碳和其它氧化不完全的
产物。
氧平衡 ( oxygen balance)是指炸药中所含
的氧用以完全氧化其所含的可燃元素后,所多余
或不足的氧量。氧平衡用每克炸药中剩余或不足
氧量的克数或百分数来表示。
氧平衡大于零时为 正氧平衡 ;等于零时为 零
氧平衡 ;小于零时为 负氧平衡 。
(1 )对于通式为 CaHbOcNd的单质炸药,其
氧平衡按式( 1-1)计算:
? ?OB c a b
M?
? ? ?[, ]2 0 5 16(1-1)
(2)对于混合炸药,其氧平衡按式( 1-2)计算:
OB = OB1m1+ OB2m2+ …… + OBnm ( 1-2)
在上述两式中
a,b,c,d —— 分别表示一个炸药分子中碳、氢、
氧、氮的原子数;
OB —— 炸药的氧平衡,g/g ;
16 —— 氧的相对原子质量,g ;
M —— 炸药的相对分子质量,g ;
OB1,OB2,…, OBn —— 混合炸药
中各组分的氧平衡值
m1,m2,…, mn —— 混合炸药中各
组分所占的百分率。
(3 )对于含有金属元素的炸药
对1价的 K→K 2O,Na → Na 2 O,
对2价的 Mg → Mg O,Ca → Ca O,
对3价的 Al → Al 2 O3
① 按定义计算单质 Al
OBAl= =-0.89g/g
② 带金属的化合物:
通式 Ca H b Oc Nd Ke Mg f Al g
OB=
计算口诀:先金后氧调整炭,剩余氮、氧两不
掺。常见单质炸药和混合炸药常用组分的氧平衡列
于表 1-1中。
27
1623 ??
? ?? ? 165.15.05.02 ??????
M
gfebac
表 1 - 1 常见单质炸药和混合炸药常用组分的氧平衡
名 称
分子式
(或实验
式)
氧平衡
( g · g
-
1

名 称
分子式
(或实验式)
氧平衡
( g · g
- 1

梯恩梯
( TNT )
C 6 H 2 (NO 2 ) 3 CH 3 - 0.74 铝粉 Al - 0.89
黑索 金
( RDX )
(CH 2 N - NO 2 ) 3 - 0.216 木粉 C 15 H 22 O 10 - 1.3 8
特屈儿 (Te)
C 6 H 2 (NO 2 ) 4 NC
H 3
- 0.474 石蜡 C 18 H 38 - 3.46
奥克托今
( HMX )
(CH 2 N - NO 2 ) 4 - 0.216 沥青 C 10 H 18 O - 2.76
硝化甘油
( NG )
C 3 H 5 (ONO 2 ) 3 +0.035 凡士林 C 18 H 38 - 3.46
太安( PETN ) C 5 H 8 (ONO 2 ) 4 - 0.101 硝酸钾 KNO 3 +0.396
硝酸铵( AN ) NH 4 NO 3 +0.2 田菁胶 C 3.32 H 5.9 O 3.25 N 0.084 - 1.014
二硝基重氮

C 6 H 2 (NO 2 ) 2 NO
N
- 0.58 硝酸钠 NaNO 3 +0.47
亚硝酸钠 NaNO 2 +0.348 轻柴油 C 16 H 32 - 3.42
计算硝酸铵( NH4NO3)的氧平衡值。
解:硝酸铵的炸药通式为 C0H4O3N2,M=80
? ?OB g g? ? ? ? ? ?[ / ], /3 0 4 2 16
80 0 2
例 2 已知 2号岩石铵梯炸药的配方为硝酸铵 85%,
梯恩梯 11%,木粉 4%,计算 2号岩石铵梯炸药的氧
平衡值。
解:由表 1-1查得,硝酸铵、梯恩梯和木粉
的氧平衡分别为 0.2,-0.74和 -1.38,由式 1-2)
得:
OB=0.2× 0.85 - 0.74× 0.11 - 1.38× 0.04
= 0.0334( g/g)
根据氧平衡的值,可将炸药分为正氧平衡炸药、
负氧平衡炸药和零氧平衡炸药。
负氧平衡炸药,因氧量欠缺,不能充分利用可
燃元素,爆炸产物中含有 H2和有毒的 CO气体,甚至
出现固体碳。由于可燃元素不能充分氧化,不能放
出最大热量。但是,负氧平衡炸药的生成产物中含
双原子气体较多,能够增加生成气体的数量。
正氧平衡炸药 不能充分利用其中的氧量,而且
多余的氧和游离氮化合时,产生吸热反应,生成具
有强烈毒性、并对瓦斯与煤尘爆炸起催化作用的氮
氧化合物。
零氧平衡炸药,因氧和可燃元素都得到了充分
利用,故在理想反应条件下,能放出最大热量,而
且不会生成有毒气体。
由此可见,氧平衡对炸药爆炸时放出的热量,
生成气体的组成和体积,有毒气体含量,二次火焰
(例如 CO和 H2,在有外界氧供给时,可以再次燃
烧,形成二次火焰)等有着多方面的影响。
混合炸药的 氧平衡 可由其组成和配比来调节 。
对于工业炸药,一般应使其氧平衡接近于零氧平衡。
二、爆热
在一定条件下,单位质量炸药爆炸时放出的热
量称为炸药的 爆热 ( heat of explosion)。通常
以 1mol 或 1kg 炸药爆炸所释放的热量表示
( kJ/mol 或 kJ/kg)。
炸药的爆炸变化极为迅速,可以看作是在定容
条件下进行的,而且定容热效应可以更直接地表示
炸药的能量性质,因此炸药的爆热均指定容爆热。
1,理论计算
建立化学反应方程式:计算产物热效应。
2,爆热测定
炸药的爆热是在实验室使用一种专门的装
臵 — 爆热弹 进行测定,经实验和计算得到。表 1-
2列出了几种常见炸药的爆热实验值。
表 1 - 2 几种常见炸药的爆热实验值
炸药名称
装药密度
( g/cm
- 3

爆热
( kJ/kg )
炸药名称
装药密

( g/cm
- 3

爆热
( kJ/kg )
梯恩梯 0.85 3389.0 特屈儿 1.0 3849.3
梯恩梯 1.50 4225.8 特屈儿 1.55 4560.6
黑索 金 0.95 5313.7
硝酸铵 / 梯恩梯
( 80/20 )
0.9 4100.3
黑索 金 1.50 5397.4
硝酸铵 / 梯恩梯
( 80/20 )
1.30 4142.2
太安 0.85 5690.2
硝酸铵 / 梯恩梯
( 40 /60 )
1.55 4184.0
太安 1.65 5690.2 硝化甘油 1.60 6192.3
3.提高爆热的方法
提高炸药的爆热对于提高炸药的作功能力具有
重要的意义。
通常用来提高炸药爆热的途径主要有以下两个
方面:
(1)改善炸药的氧平衡
为使炸药内可燃元素或可燃剂完全氧化放出最大热量,
应使炸药尽量接近于零氧平衡。不过同属于零氧平衡的炸
药所放出的能量也不相同,一般含氢量高的炸药能量较大,
这是由于氢完全氧化为水所放出的热量较高的缘故。
此外,零氧平衡炸药放出的热量还与炸药化学反应的
完全程度有关,而后者又决定于炸药粒度、混药质量、装
药条件和爆炸条件等许多因素。
(2)加入高能元素或高能量的可燃剂
在单质炸药中引入铍、铝等高能元素可以适量提高其
爆热,例如,在黑索金中加入适量的镁粉,爆热可提高
50% 。在混合炸药中加入铝粉、镁粉等是获得高爆热炸药
常用的方法。这是因为这些金属粉末不仅能与氧元素进行
氧化反应,放出大量的热,而且还可以和炸药爆炸产物中
的 CO2,H2O产生二次反应,而这些反应都是剧烈的放热反
应,从而可以增大爆热。
三、爆温、爆容不作大纲要求











空气、水、岩体、
炸药等物质的状态可
以用压力、密度、温
度、移动速度等参数
表征。
第三节 冲击波的基本知识
注:炮弹周围压缩波真实演示
单击画面开始播放录像
物质在外界的作用下状态参数会发生一定的变
化,物质局部状态的变化称为 扰动 。如果外界作用
只引起物质状态参数发生微小的变化,这种扰动称
为 弱扰动 ;如果外界作用引起物质状态参数发生显
著的变化,这种扰动称为 强扰动 。
扰动在介质中的传播称为 波 。在波的传播过程
中,介质原始状态与扰动状态的交界面称为 波阵面
(或 波头 )。波阵面的移动方向就是波的传播方向,
波的传播方向与介质质点震动方向平行的波称为 纵
波 ;波的传播方向与介质质点震动方向垂直的波称
为 横波 。波阵面在其法线方向上的位移速度称为 波
速 。按波阵面形状不同,波可分为平面波、柱面波、
球面波等。
二、压缩波和膨胀波
压缩波 波阵面 P0+△ P0
ρ 0+△ ρ 0 P0,ρ0,T0,T0 图 1— 1 压缩
波形成原理示意图 R0,R1
波阵面P0 + △ P

ρ 0 +
△ ρ 0
P0,ρ 0,T0
,T0
图 1— 1 压缩波形成原理示意图
R0 R1
受扰动后波阵面上介质的压力、密度均增加的
波称为 压缩波 ( pressure wave)。
特点,
波震面达到之处,介质压力、密度等参数增大。
波的传播方向与介质的运动方向一致。
稀疏波(膨胀波)波阵面 P0 -△ P0 ρ 0 -
△ ρ 0 P0,ρ0,T0,T0R1R0 图 1— 2 稀疏
波形成原理示意图
波阵面P0 -△ P0
ρ 0 -△ ρ

P0,ρ 0,T0
,T0
R1 R0
图 1— 2 稀疏波形成原理示意图
受扰动后波阵面上介质的压力、密度均减
少的波称为 膨胀波 ( expansion wave)或 稀疏
波 。
特点,
波震面达到之处,介质压力、密度等参数减
小。波的传播方向与介质的运动方向相反。压缩
波和稀疏波的产生和传播过程可以形象地用活塞在
气缸中的运动过程加以说明,如图 1-1和图 1-2所
示。
声波
声波是弱压缩波与稀疏波的合成 → 活塞来回
往复运动。音速与弱压缩波与稀疏波的传播速度
相同。
次声波<20赫兹,声波20~20000
赫兹,超声波>20000赫兹。
特点:在不同的介质状态下音速不同。
标准空气内:333m/s。
当 P=10个大气压,T=35 ℃,密度
ρ =5.017 × 10-3g/cm3时为
523m/s。
水:1430m/s。
花岗岩:3950m/s。,
钢:5050m/s。
三,冲击波
1.形成
活塞在管中作加速运动,后面的波速都比前面的
大,于是波互相追逐、叠加、积累,压缩与未压缩
区之间形成一个明显的突增面。这时,P >> P


>> ρ

,T >> T

→形成冲击波。
波阵面
R
0
R
2
R
1
P
0

0
,T
0
,T 0
P
1

1
,T
1
P
2

2
,T
2
a
b c
P
0
P2
P 1
P 3
P
4
图 1 — 3 冲击波形成原理示意图
2.定义
冲击波 ( shock wave)是一种在介质中以超声速传播的
并具有压力突然跃升,然后慢慢下降特征的一种高强度压力
波。
注意,活塞运动速度与冲击波速度不是一回事,也不相
等。在空气中运动物体要形成冲击波,其速度必须接近和
大于音速。
类比项目 冲击波 音速
速度 冲击波速度远大于音速
波阵面状态参

突跃变化 变化接近于零
波阵面介质参

发生位移 只振不移
波速 与强度有关 与强度无关
3.特征(与音速的区别)
第四节 炸药爆轰的基本知识
1.概念
炸药被激发起爆后,首先在炸药的某一局部发生爆
炸化学反应,产生大量高温、高压和高速流动的气体产
物流,并释放出大量的热能。这一高速气流的作用犹如
上节所述加速运动的活塞,强烈冲击和压缩邻近层的炸
药,使在邻近炸药层中产生冲击波并引起该层炸药的压
力、温度和密度产生突跃式升高,而迅速发生化学反应,
生成大量的爆炸产物并释放出大量的热能。
局部炸药爆轰所释放的热能,一方面可以阻止
稀疏波对冲击波头的侵蚀 ;另一方面又可以补充到冲
击波中,以维持冲击波以稳定的速度向前传播。这
样,冲击波继续压缩下一层炸药又引起下一层炸药
的化学反应,新释放的热能又补充到冲击波中去,
以维持它的定速传播。如此一层一层的传播,就完
成了炸药的爆轰过程。
这种由冲击波在炸药中传播激起的爆炸反应
称为 爆轰 ( detonation)。伴随有快速化学反应
区的冲击波称为 爆轰波 ( detonation wave)。爆
轰波沿炸药装药传播的速度称为 爆速 (detonation
velocity)。
2.爆轰波的特征
爆轰波 冲击波
传播介质 一定是在炸药中 一般不
化学反应 有 无
能量补充 有 无
传播过程状态
参数 P,ρ,T,
U,D
恒定 迅速衰减
二、爆轰波的结构 P
下面进一步讨论爆轰的过程和爆轰波的结构。
在冲击波的高压作用下,相邻于冲击波的炸药层出
现一个压缩区 0— 1(图 1-4),其厚度约 10- 5cm,
在这里,压力、密度、温度都呈突跃升高状态,实
际上,就是冲击波的波阵面。
P1
P2
D炸药 P0
L
2
2 1
1
0
0
图 1— 4 爆轰波结构示意图
p
随着冲击波的传播,新压缩区的产生,原压
缩区成为化学反应区,反应在 1-1面开始发生,在
2-2面完毕;再随着冲击波的前进,新的化学反应
区的形成,原化学反应区又成为反应产物膨胀区。
化学反应放出的能量,不断维持着波阵面上参数
的稳定,其余在膨胀区消耗掉,因而达到能量平
衡,冲击波即以稳定速度向前传播。在就是爆轰
过程的实质。
由此可见:
爆轰波只存在于炸药的爆轰过程中。爆轰波
的传播随着炸药爆轰结束而中止。
爆轰波总带着一个化学反应区,它是爆轰波
得以稳定传播的基本保证。习惯上把 0— 2区间称
为爆轰波波阵面的宽度,其数值约 0.1cm~ 1.0cm,
视炸药的种类而异。通常把 2-2面的参数作为爆轰
波的参数。
爆轰波具有稳定性,即波阵面上的参数及其宽度
不随时间而变化,直至爆轰终了。
0— 0面之前,炸药未受扰动。
0— 0面和 1— 1面之间,炸药被压缩,但尚未
开始反应,因其厚度和 一个分子的自由路程同数
量级,故忽略称 0— 1面。
1— 1面和 2— 2面之间是化学反应区,一般宽
度:单质,0.1~1mm,混合,2~3cm以上。
2— 2面后是爆轰产物区,2-2面为化学反
应结束面,称为爆轰波波阵面。
在进行理论研究时,常把满足一定假设条件
的理想爆轰波波阵面简称为 C— J面。 C— J面上的
状态参数称做爆轰波参数或爆轰参数。爆轰波 C—
J面上的压力称做 爆轰压力 ( detonation
ressure)。爆轰波 C— J面上的温度称做 爆轰温度
( detonation temperature)。
需要指出的是爆轰压力与爆炸压力、爆轰温度
与爆温的含义不同,应把它们区分开来。与冲击波
一样,爆轰波后面经常跟随有稀疏波。
与冲击波一样,爆轰波后面经常跟随有稀疏波。
三、爆轰波的参数
由于爆轰波是冲击波的一种,所以表达爆
轰波参数关系的基本方程推导方法亦大致与冲
击波相似。对于强冲击波( PH> 10atm),其基
本方程可表示如下:
C — J 面上爆轰产物的移动速度
D
K
u
H
1
1
?
?
(1 - 3 )
爆轰压力
2
0
1
1
gD
K
P
H
?
?
?
(1 - 4 )
C — J 面上爆轰产物的比容
0
1
V
K
K
V
H
?
?
(1 - 5 )
C — J 面上爆轰产物的密度
0
1
??
K
K
H
?
?
(1 - 6 )
C — J 面上稀疏波相对于爆轰产物的波速
D
K
K
c
H
1?
?
(1 - 7 )
爆速
D K Q
v
? ?2 1
2
( )
(1 - 8 )
爆轰温度
bH
T
K
K
T
1
2
?
?
(1 - 9 )
上述各式中符号的物理意义,Tb 表示爆温,
Qv表示爆热,ρ0 表示密度,K为系数。对于凝聚
炸药,一般取 K=3 。从这些公式可以知道:
爆轰产物质点移动速度比爆速小,但随爆速
的增大而增大。
爆轰压力取决于装药的爆速和密度,这是因为这
两个因素都会造成爆炸产物密度的增大。
爆轰刚结束时,爆轰产物的密度大于炸药的
初始密度。
爆轰结束瞬间的温度 T2不是爆温,它比爆温 Tb
高。
四、凝聚炸药的爆轰反应
根据炸药的化学组成以及装药的 物理状态 不
同,可以把凝聚炸药的 爆轰反应机理 分为:
均匀灼烧机理、不均匀灼烧机理和混合反应
机理 。
均匀灼烧机理
均匀灼烧机理又称 整体反应 机理,它是指
炸药在强冲击波作用下,爆轰波波阵面的炸药
受到强烈的绝热压缩,使受压缩炸药的温度均
匀地升高,如同气体绝热压缩一样,化学反应
是在反应区的整个体积内进行的。
这种机理多发生在结构均匀的固体炸药(如单
质炸药)以及无气泡和无杂质的均匀液体炸药,即
所谓的均相炸药中。这种炸药的反应速度非常迅速,
能在 10- 6s~ 10- 7s 内完成。
此机理认为:薄层炸药整体均匀灼热引
起化学反应,冲击波波阵面压缩薄层炸药使
其温度达到 1000℃ 以上才能迅速反应。一般
认为该类炸药爆速达 6000-8000m/s,反应区
宽度 0.1~1 mm。
不均匀灼烧机理
不均匀灼烧机理又称表面反应机理,它是指自
身结构不均匀的炸药,如松散多空隙的固体粉状炸
药、晶体炸药,以及含有大量气泡和杂质的液体炸
药或胶质炸药等,在冲击波的作用下受到冲击波强
烈压缩时,整个压缩层炸药的温度并不是均匀地升
高并发生灼烧,而是个别点的温度升得很高,形成
,起爆中心, 或, 热点, 并先发生化学反应,然后
再传到整个炸药层。
混合反应机理
混合反应机理是混合炸药,尤其是固体混合炸
药所特有的一种爆炸反应机理。其 特点 是,反应不
是在炸药的化学反应区整个体积内进行的,而是在
一些分界面上进行的。对于由几种单质炸药组成的
混合炸药,它们在发生爆轰时首先是各组分的炸药
自身进行反应,放出大量的热,然后是各反应产物
相互混合并进一步反应生成最终产物。
但是,对于由反应能力相差很悬殊的一些组分
组成的混合炸药,如由氧化剂和可燃剂或者是由炸
药与非炸药成分组成的混合炸药,它们在爆轰时,
首先是氧化剂或炸药分解,分解产生的气体产物渗
透或扩散到其它组分质点的表面并与之反应,或者
是几种不同组分的分解产物之间相互反应。
该类反应机理的特点是二次反应。
第一次反应:在冲击波作用下,炸药的易分解成分首
先反应,如 TNT等。
第二次反应:第一次分解反应之间或与其它 成分如
铝粉、木粉,AN等再发生反应,形 成最终反应产物。此类反
应历程长,反应区宽 2- 3cm,爆速 3000- 4000m/s。
应该 注意 的是,凝聚炸药的爆轰反应
并不都是按照上述反应机理中的某一种机
理进行的,往往是两种机理共同作用的结
果。
五,扩散对化学反应区结构的影响
现象,在一定范围内,爆速 D随着装药直径 d↘ 而
D↘ —— 中断原因 —— 扩散。
扩散
波阵面 —— P ↗ T↗ ρ ↗ 引起化学反应并向
周围低区运动 —— 向外扩散 —— 扩散自装药表面
向装药中心发展 —— 必然携带(未开始反应的炸
药颗粒,刚开始反应的爆轰产物半成品,反应完
了的爆轰产物) —— 爆炸能量减小 —— 波阵面能
量减弱(平衡或熄灭)。
2,化学反应区结构
图 1 — 5 化学反应区结构

D
( 1)稀疏波(膨胀波)
( 2)稳定区:未受侧向扩散影响的区域,
一般为圆锥体。
( 3)有效化学反应区:稳定区宽度 L1,
反应区宽度 L2。
1)当 L2>L1时 —— 圆台
2) L2>>L1时 —— 近似圆柱 —— 能量可累计
补充 —— 爆速大最大值(理想爆速)
3)当 L2<L1时,有效区是小圆锥状 —— 能
量损失严重 D↘ —— 中断
一、炸药感度的一般概念
在外界能量的作用下,炸药发生爆炸的难易程
度称为 感度 ( sensitive)。能够激发炸药发生爆炸
变化的能量有热能、电能、光能、机械能、冲击波
能或辐射能等多种形式。通常根据外界作用于炸药
能量的不同形式将炸药的感度分为若干类型,如热
感度、火焰感度、摩擦感度、撞击感度、起爆感度、
冲击波感度、静电感度等。
第五节 炸药的感度
炸药对不同形式的外界能量作用所表
现的感度是不一样的,也就是说,炸药的感
度与不同形式的起爆能并不存在固定的比例
关系。因此,不能简单地以炸药对某种起爆
能的感度等效地衡量它对另一种起爆能的感
度。
在工程实践中,人们在需要高感度炸
药的同时,又希望炸药具有低感度的特性。
也就是说,希望炸药在使用的时候具有高
感度,以保证起爆和传爆的可靠性;而在
生产、贮存、运输等非使用场合,炸药又
具有低感度,以确保安全性。
根据需要,人们把炸药的感度又分为
,使用感度, 和, 危险感度, 。所谓使用感
度是指炸药在预定起爆方式所施加的起爆能
的作用下发生爆炸反应的难易程度。
对于爆破作业人员来说,一般都希望
炸药在使用时具有较高的使用感度,以减
小炸药拒爆的概率,有效地防止瞎炮事故。
所谓 危险感度 则是指炸药在外界施加的各
种非正常起爆能的作用下发生爆炸的难易
程度。
无论是炸药的生产者还是使用者,都
希望炸药具有较低的危险感度,以保证炸
药在生产、运输、搬运和贮存等非使用环
节的安全,避免发生意外爆炸事故。
二、炸药的热感度
炸药的 热感度 ( sensitivity to heat)是指
在热的作用下,炸药发生爆炸的难易程度。热作
用的方式主要有两种,均匀加热 和 火焰点火,习
惯上把均匀加热时炸药的感度称为 热感度,把火
焰点火时的炸药感度称为 火焰感度 ( sensitivity
to flame)。
炸药的 热感度 通常用爆发点( ignition
point)来表示。
爆发点 是炸药在一定的受热条件下,经过一
定的延滞期,发生爆炸时加热介质的最低温度。
很显然,爆发点越高,则说明该炸药的热感度越
低。
在工业生产中,用 爆发点测定仪 来测定炸药
的爆发点,做爆发点量测实验时延滞期一般取
5min为标准。表 1-3列出了几种炸药的爆发点。
雷管的起爆药均具有较高的火焰感度。在敞
开环境下,一般工业炸药 (包括黑火药)用火焰
点燃时通常只发生不同程度的燃烧。
表 1 - 3 几种炸药的爆发点
炸药名称 爆发点 / ℃ 炸药名称 爆发点 / ℃
EL 系列乳化炸药
2 号岩石铵梯炸药
3 号露天铵梯炸药
2 号煤矿铵梯炸药
3 号煤矿铵梯炸药
硝化甘油炸药
330
186 ~ 2 3 0
171 ~ 1 7 9
180 ~ 1 8 8
184 ~ 1 8 9
300
硝酸铵
黑火药
黑索今
特屈儿
梯恩梯
二硝基重氮酚
300
290 ~ 3 1 0
230
195 ~ 2 0 0
2 90 ~ 2 9 5
150 ~ 1 5 1
火焰感度用 上限距离 和 下限距离 表示。
用导火索点燃装入加强帽中的 0.05g炸药,
上限距离是 100%发火的最大距离,下限距离
是 100%不发火的最小距离。
三、炸药的机械感度
炸药的 机械感度 是指炸药在机械作用下发生爆
炸的难易程度。机械作用的形式很多,如撞击、摩
擦、针刺等,其中撞击和摩擦是最为常见的两种形
式。
1.撞击感度
在机械撞击的作用下,炸药发生爆炸的难易
程度称为炸药的 撞击感度 ( sensitivity to
impact)。
炸药的撞击感度通常借助于 立式落锤仪 测定。









测定的基本步骤是将一定质量的炸药试样
( 30mg或 50mg)放在击发装臵内,让一定质量的
落锤( 10kg或 2kg)自规定的高度( 250mm或 500mm)
自由落下,撞击击发装臵内的炸药试样,根据火
花、烟雾或声响结果来判断炸药试样是否发生爆
炸。撞击 25次后,计算该炸药试样的 爆炸概率 P,
并用 P来表示炸药试样的撞击感度。
(1-10)
25
25 数次试验中发生爆炸的次?P
2,摩擦感度
在机械摩擦的作用下,炸药发生爆炸的
难易程度称为炸药 摩擦感度 ( sensitivity
to friction ) 。








炸药摩擦感度的测定采用 摆式摩擦仪 。测
定时将一定质量的炸药试样( 20mg或 30mg),装入
上下滑柱间,通过装臵给上下滑柱施加规定的静压
力。摆锤重 1500g。摆角可根据炸药的感度取 80°,
90° 或 96° 释放摆锤,摆锤打击击杆,上下滑柱产
生水平相对位移,摩擦炸药试样,判断炸药试样式
样是否爆炸。试验 25次,计算炸药试样的爆炸概率 P
(式 1-10),并用 P来表示炸药试样的摩擦感度。
表 1 - 4 几种炸药的撞击感度和摩擦感度
炸药名称
EL 系列
乳化炸药
2 号岩石铵
梯炸药
硝化甘油
炸药
黑索今 特屈儿 黑火药 梯恩梯
撞击感度
( % )
≤ 8 20 100 70 ~ 75 50 ~ 60 50 4 ~ 8
摩擦感度
( % )
0 16 ~ 20 — 90 24 — 0
四、起爆感度
炸药的 起爆感度 ( sensitivity to
initiation)是指在其它炸药(起爆药、起爆具
等)的引爆下,猛炸药发生爆轰的难易程度。
猛炸药对起爆药爆轰的感度,一般用 最小起爆
药量 来表示,即在一定的实验条件下,能引起猛炸
药完全爆轰所需的最小起爆药量。最小起爆药量越
小,则表明猛炸药对起爆药的爆轰感度越大;反之,
最小起爆药量越大,则表明猛炸药对起爆药的爆轰
感度越小。
对于一些起爆感度较低的工业炸药,如铵油炸
药,用少量的起爆药(如 1发 8号工业雷管)是难以
使其可靠爆轰的。这类炸药的爆轰感度不能用最小
起爆药量来表示的,而只能用威力较大的起爆药柱
的最小质量来表示。
在工程爆破中,习惯上用 雷管感度 (cap
sensitivity)来区分工业炸药的起爆感度。凡能用
1发 8号工业雷管可靠起爆的炸药称其具有雷管感度,
凡不能用 1发 8号工业雷管可靠起爆的炸药称其 不具
有雷管感度 。
五、炸药的物理状态和装药条件
对感度的影响
炸药的感度一方面与自身的结构和物理化学
性质有关,另一方面还与炸药的物理状态和装药
条件有关。对于爆破工程技术人员来讲,了解炸
药的物理状态和装药条件对其感度的影响是十分
必要的。炸药的物理状态和装药条件对感度的影
响主要表现在以下几个方面:
1.炸药温度的影响:随着温度的增高,炸药的
各种感度都增加,在高温介质中爆破应引起充分
重视。
2.炸药物理状态与晶体形态的影响铵梯炸药
受潮结块时,感度明显下降;硝化甘油炸药冻结
时,晶体形态发生变化,敏感度明显提高。硝铵
类炸药因硝酸铵原料结晶不同而影响感度 。
3,炸药颗粒度的影响
炸药的颗粒度主要影响炸药的爆轰感度,一
般颗粒越小,炸药的爆轰感度越大。例如 100%通
过 2500目的梯恩梯极限起爆药量为 0.1g,而从溶
液中快速结晶的超细梯恩梯的极限起爆药量为
0.04g。对于工业炸药,一般各组分越细,混合越
均匀,则它的爆轰感度越高。
4,装药密度的影响
装药密度主要影响 起爆感度 和 火焰感度 。通常,
随着装药密度的增加,炸药的起爆感度和火焰感度
都会下降。粉状铵梯炸药的装药密度大于 1.2g/cm3
时,容易出现拒爆;密度大于 1.5g/cm3时易达到极
限密度而压死。
5,附加物的影响
在炸药中掺入附加物可以显著地影响炸药的
机械感度,附加物对炸药机械感度的影响主要取
决于附加物的性质,即硬度、熔点及粒度等。当
附加物的硬度较高时 (如石英砂、碎玻璃 ),可能
使炸药的机械感度增高,这类物质叫 增感剂 。另
外一类较软且热容量大的物质,如水、石蜡等,
掺入后使炸药感度降低,这类物质称为 钝感剂 。
一、炸药的起爆
炸药是一种处于暂时
相对稳定的不稳定化学体
系。 初始起爆能,保证激
起炸药爆炸所需的最小外
能称 初始起爆能 。
第六节 炸药的起爆