第六章爆破基础知识第一节爆破原理一、炸药及爆炸的一般特征1、炸药及其主要特征炸药是在外界能量作用下，自身进行高速的化学反应，同时产生大量的高温高压气体和热量。
炸药的主要特征是：（1）具有相对稳定性和化学爆炸性。
（2）在微小的体积中蕴藏有大量能量。
（3）能够依靠自身的氧化实现爆炸反应。
2、炸药爆炸及其三要素（1）反应过程中能放出大量的热。
放出大量的热是化学爆炸进行所必须具备的首要条件。
（2）炸药反应速度快。
反应速度快是是形成爆炸的必须条件，也是爆炸反应的特点之一。
（3）能生成大量的气体立物。
炸药爆炸后生成大量的气体，如二氧化碳、氧气和水蒸气，还产生一些有毒气体如一氧化碳和氮的氧化物。
这些气体在膨胀过程中，能对周围介质发生破坏，把炸药的能量转换为机械能。
总之，炸药爆炸必须同时具备三个要素，三者又是相互相系的。
所以，高温、高压高速是炸药爆炸的重要特点。
二、炸药爆轰理论基础知识（一）炸药的起爆和感度1、炸药的起爆炸药在未受外界能量作用时，处于相对稳定状态。
利用炸药进行爆破作业时，必须由外界给予足够的能量，使炸药的局部活化，失去平衡，发生爆炸反应，使炸药局部失去相对稳定状态到开始发生爆炸反应的过程称为起爆。
井下爆破工程常用的起爆能有爆炸能和热能。
2、炸药的感度炸药材料在在外界能量作用下，引起炸药爆炸的难易程度称为感应度。
炸药的感应的必须适中，以6号和8号雷管能够起爆为宜。
（二）炸药的殉爆炸药（主爆药）爆轰时引起与相隔一定距离的另一炸药（受爆药）爆轰的现象称为殉爆。
主爆药与受爆药之间发生殉爆的概率为100%的最大距离，称为殉爆距离。
对一定量的炸药来说，殉爆距离越大，表明爆感度越高。
产生殉爆现象的原因，主要是由于受爆药接受了主爆药卷的爆炸气流和冲击波形式传来的足够的激发能量。
（三）炸药爆炸的稳定性传播（1）传爆，炸药由起爆到爆炸结束的过程中，爆炸反应在炸药中自行传播的过程称为传爆。
（2）冲击波和爆轰波。
炸药起爆后，产生大量的热能和气体，形成了高温、高压、瞬间膨胀并高速运行的气浪，这种气浪具有极大的冲击作用，即冲击波。
在爆炸中传播的冲击波形成具有能量补充的特殊形式的冲击波，称为爆轰波。
炸药的爆炸式爆轰波传递能量的过程。
（3）爆速。
爆轰波在炸药中传播的速度称为爆速。
（4）炸药的聚能穴。
炸药和雷管的一端，都有一个窝心，称为炸药和雷管的聚能穴。
它的作用是把爆轰波沿轴线方向集中起来，形成聚能流，大大增强聚能穴端的局部破坏作用和传爆能力，这种作用称为聚能效应。
（四）炸药的氧平衡炸药中所含的氧量与可燃元素完全氧化所需氧量的关系.在井巷掘进爆破进程中，一般使用混合炸药，主要组成元素是碳、氢、氧、氮（某些炸药含有氯，硫，金属及其盐类），其中非爆炸性氧化剂分子或富有氧元素的炸药分子为氧化剂，而非爆炸性可燃剂分子或富有碳、氢元素的炸药分子为燃料，混合炸药爆炸的实质是氧化剂和燃料发生高速化学反应的过程。
炸药内含氧量与可燃元素充分氧化所需氧量之间的关系称为氧平衡关系。
如果所选炸药中的含氧量恰好能满足可燃元素充分氧化所需氧量（即零氧平衡），此时，氧和可燃元素可以得到充分利用，从理论上讲，炸药爆炸不会产生有毒气体。
如果所选炸药为负氧平衡炸药（炸药中含氧量不足），将会产生可燃性的一氧化碳有毒气体。
如果所选炸药为正氧平衡炸药（炸药中的含氧量超过可燃元素充分氧化所需的耗氧量），多余的氧在爆炸过程中（高温、高压）与氮发生化学反应，生成氮氧化物有毒气体。
炸药的氧平衡有以下三种情况：(1)零氧平衡：系指炸药中所含的氧刚够将可燃元素完全氧化；(2)正氧平衡：系指炸药中所含的氧将可燃元素完全氧化后还有剩余；(3)负氧平衡：系指炸药中所含的氧不足以将可燃元素完全氧化。
三、炸药爆炸的主要性能参数主要有以下5种参数1、爆力，又称炸药的做功能力，是指炸药爆炸后气体产物膨胀对周围介质做功（包括抛掷、破碎、压缩等）的能力，是衡量炸药爆炸特性的重要指标。
爆热越大、爆温越高、爆生气体体积越大，则炸药的爆力越大，即爆炸威力越大。
2、猛度，是指炸药爆炸最初冲量的猛烈程度（也称炸药的局部破碎作用），是炸药爆炸时对接触介质冲击粉碎的能力。
猛度越大，对周围介质的粉碎破坏程度越大。
猛度主要与炸药的爆速有关，爆速越大，猛度也越大。
3、含水率，是硝酸铵类炸药爆炸性能是否发生变化的内在根据，所以特别重要。
《煤系硫铁矿安全规程》规定，不得使用水分含量超过0.5%的铵梯炸药。
铵梯炸药质量标准规定的容许含水率不大于0.3%。
4、密度，炸药密度，或称假比重，是指单位体积（其中包括炸药颗粒间的空隙）的炸药质量，通常单位用g/cm³，炸药的密度对于炸药的爆炸性能影响很大。
对于单质炸药，爆速随密度的增大而增大；对于混合炸药，密度与爆速的关系比较复杂。
在一定范围内增大密度能提高立项爆速，但超过这个范围继续增大密度，就会导致爆速下降，最终导致熄爆。
5、炸药爆炸的热力学参数（1）爆热。
炸药在爆炸分解时释放出的热量称为爆热。
爆热等于炸药的反应热与爆炸产物生成热之差，其单位为千焦耳/千克（kJ／kg），工业炸药的爆炸一般在3300KJ/~5900kJ/kg之间，爆炸热可根据爆炸生成气体的种类和数量进行计算，也可用量热器直接测量。
爆热是炸药做功的能源，也是决定炸药爆速的重要因素之一，它与炸药的其他许多性能有首直接或间接的关系。
因此，提高爆热和炸药威力对于矿山爆破具有重要的实际意义。
爆热不仅决定于炸药的组成和配方，而且受到装药条件的影响，因此，即使是同一种炸药，装药条件不同，产生的爆热也不同。
（2）爆温炸药释放出的热量将爆轰产物加热到最高的温度称为爆温。
即爆炸热量尚未耗散、全部赋于存于爆炸产物时，爆炸产物所达到的最高温度。
常用工业火药、炸药的爆炸的烛温在2300~4300之间。
提高炸药的爆温可以增加炸药膨胀做功的能力。
提高爆温的途径是增加爆热和减少爆炸产物的热容。
但在有瓦斯矿井中使用煤矿许用炸药时，则要求降低炸药的爆温，而且要产格限制。
降低爆温与提高爆温的途径正好相反。
因此，在安全炸药中，为降低爆温，需要加人消焰剂。
常用的消焰剂是食盐（氯化钠）。
（3）爆压炸药在爆炸过程中，产物内的压力分布与温度一样，都是不均匀的，并随时间变化而变化。
当爆轰结束时，爆炸产物在炸药初始体积内达到热平衡后的流体静压值称为爆压。
一般工业炸药的爆压在（0.22~2.33）×104MPa之间。
（4）爆容单位质量的炸药爆炸后生成的气体产物在标准状态下的体积称为爆容，单位是L/kg四、爆破的内部作用和外部作用（一）自由面和最小抵抗线（1）自由面的概念。
自由面是指某种介质与空气接触的界面。
爆破时，位于药包附近被爆破的岩（煤）体与空气接触的界面叫爆破自由面。
（2）最小抵抗线的概念。
从装药重心到自由面的最短距离称为最小抵抗线。
（3）自由面的作用。
具有自由面，是进行爆破工作的必要条件。
一般自由面越多，爆破效果越好，炸药爆炸能量的利用率高，炸药的消耗量越少。
（4）《煤矿安全规程》对最小抵抗线的规定。
《煤矿安全规程》规定，工作面有2个或2个以上自由面时，在煤层中最小抵抗线不得小于0.5m；在岩层中最小抵抗线不得小于0.3m；浅眼装药爆破大岩块时，最小抵抗线和封泥长度都不得小于0.3m。
（二）爆破的内部作用和外部作用1、爆破的内部作用和外部作用表现形式装药爆破时，其爆破作用的表现形式与埋置药量和深度有关。
在工程爆破中，岩石内药包中心（或重心）至最近自由面的垂直距离，称为最小抵抗线，通常用W表示。
对于一定的装药量来说，若最小抵抗线W超过某一临界值（称为临界抵抗线）时，可以认为药包处在无限介质中。
此时当药包爆炸后在自由面上不会看到地表隆起的迹象。
也就是说，爆破作用只发生在岩石内部，未能达到自由面。
药包的这种作用，称为爆破的内部作用。
当最小抵抗线W小于临界抵抗线时，炸药爆炸后除发生内部作用外，自由面附近也发生破坏。
也就是说，爆破作用不仅只发生在岩体内部，还可以达到自由面附近，引起自由面附近岩石的破坏，形成鼓包、片落或漏斗。
这种作用称为爆破的外部作用。
2、爆破内部作用的形成当药包在岩体中爆炸产生内部作用时，由于爆生气体和在岩石中形成的应力波的共同作用，以药包为中心，岩石由里向外遭受到不同程度的破坏除在装药处形成扩大的空腔外，还形成压缩区、裂隙区和振动区。
（1）压缩区。
在此区内岩石受高压作用，结构完全被破坏且被强烈粉碎，并产生较大的塑性变形。
（2）裂隙区。
由于压力下降，岩石不再被压碎，本身结构没有发生变化，由于拉伸应力的作用，形成辐射状的径向裂缝和环形裂缝交错的区域。
（3）震动区。
岩石没有受到任何破坏，只发生震动，其强度随距爆炸中心距离的增大而逐渐减弱，以致完全消失。
3、爆破漏斗的要素及形式（1）爆破漏斗的要素。
（2）爆破漏斗的形式1)松动爆破2)抛掷爆破第二节矿用炸药矿用炸药泛指开发矿业时爆破施工所使用的炸药。
狭义的矿用炸药是指适用于矿井采掘工程的炸药。
一、矿用炸药的种类1、按不主要组成成分分类按主要组成成分将矿用炸药分为硝酸铵类炸药、含水类炸药和硝化甘油类炸药三大类。
（1）硝酸铵类炸药是以硝酸铵为主要成分并加入其他成分的混合炸药。
（2）含水类炸药是近几十年来发展起来的新型煤矿许用炸药。
它是以硝酸铵和硝酸钠为氧化剂的水溶液等几种成分组成的混合炸药，由于他们组成成分中含有较大量的水，爆温较低，有利于安全，同时调节余地较大，因此有极好的发展前景。
（3）硝化甘油类炸药是以硝化甘油为主要成分并加入其他成分组成的非安全性抗水混合炸药。
2、按应用范围和使用条件分类按炸药是否允许在井下的瓦斯或煤尘爆炸危险的采掘工作面使用，可分为煤矿许用炸药和非煤矿许用炸药两类。
（1）煤矿许用炸药简称煤矿炸药，又称煤矿安全炸药，适用于井下有瓦斯或煤尘爆炸危险的采掘工作面。
（2）非煤矿许用炸药，包括岩石炸药和露天炸药两种。
适用于无瓦斯或煤尘爆炸危险的采掘工作面。
3、按化学成分构成分类矿用炸药按化学成分构成分为单体炸药和混合炸药。
我国目前适用的炸药都属于混合炸药。
二、煤矿许用炸药的分级、品种及其选用（一）煤矿许用炸药的分级、检验方法与适用条件主要分五个级的煤矿许用炸药。
各个级别许用炸药瓦斯安全性（巷道试验）的合格标准如下：（1）一级煤矿许用炸药。
100g发射臼炮检定合格，适用于低瓦斯矿井的岩石工作面。
（2）二级煤矿许用炸药。
150g发射臼炮检定合格，适用于低瓦斯矿井的煤层和半煤岩工作面。
（3）三级煤矿许用炸药。
试验法一，450g发射臼炮检定合格；试验法二，150g悬吊检定合格，适用于煤与瓦斯突出矿井。
（4）四级煤矿许用炸药。
250g悬吊检定合格，适用于煤与瓦斯突出矿井（5）五级煤矿许用炸药。
450g悬吊检定合格，用于溜煤眼堵塞爆破和过石门揭开瓦斯突出煤层。
