炸药爆炸的热力学参数
第四章爆炸反应与爆轰理论
氧平衡的计算
C+O2→CO2 一个C需2个O. H2+1/2O2→H2O 一个H需1/2个O。 ∴ a个C需2a个氧原子，b个H需1/2b个氧原子，炸药本身含 有c个氧原子。 ∴ c与（2a+1/2b）的差值，就反映了OB的三种情况： 当c-(2a+b/2) ＞0时，为正氧平衡。 当c-(2a+b/2）=0时，为零氧平衡。 当c-(2a+b/2）＜0时，为负氧平衡。 ∴ ⑴、单质炸药的氧平衡计算方法
令 a、b、c为这两种成分和混合后炸药的O.B值。 则有：x+y=100%
ax+by=c 解得：x=（c-b）/（a-b） y=（a-c）/（a-b)
②、三种成分的混合炸药的配比方法 设 K1、K2、K3分别代表混合炸药各成分的百分含量。 B1、B2、 B3分别代表这些成分各自的氧平衡值。 O.B为混合后的氧平衡值。 则：kI+k2+k3=1
根据氧平衡值设计混合炸药配比
例2、要求配制零氧平衡的岩石硝铵炸药，其成分为硝酸 铵、TNT、木粉，求三种成分的适合配比。 解、首先确定TNT含量为10%，已知硝酸铵、TNT、 木粉的氧平衡值为：+0.2、-0.74、-1.37、O.B=0， 将这些值代入公式得： K1=83.2%、 k2=6.8% 所以，硝酸铵：83.2%、TNT: 10%、木粉：6.8%。
B1.k1+B2.K2+B3.K3=O.B
根据氧平衡值设计混合炸药配比
两个方程三个未知数，必须先确定其中一种成 分 ( 如 k 3）
则：K1=[(1-K3).B2-(O.B-B3.K3)] ／（B2-B1） ×100% K2=[(O.B-B3.k3)-(1-k3).B1/(B2-B1) ×100% 例1、要求配置硝酸铵和柴油两种成分的混合炸药，使 炸药为零氧平衡。求两种成分的配比？ 解、已知硝酸铵氧平衡值为+20%、柴油为-342%、 若设硝酸铵为x、柴油为y，则： X=[0-（-3.42）]/[0.2-（-3.42）] ×100%=94.5% Y=（0.2-0)/[0.2-(-3.42)]=5.5% ∴ 硝酸铵：94.5%、柴油：5.5%。
炸药的爆炸性能
炸药的爆炸性能炸药的爆炸性能是炸药与工程爆破效果相关的基本性能和指标，包括炸药的敏感度、爆力、爆速、猛度、殉爆距离、管道效应、聚能效应等性能指标。
一、敏感度在外能的作用下，使炸药发生爆炸的难易程度称为敏感度。
当炸药起爆所需要的外能小，则该炸药的敏感度高；反之，当炸药起爆所需要的外能大，则该炸药的敏感度低。
能够激发炸药发生爆炸反应的能量有热能、电能、光能、机械能、冲击波能等。
炸药对于不同形式的外能作用所表现的敏感度是不同的。
（1）炸药的热感度。
炸药的热感度是指在热能作用下，炸药发生爆炸的难易程度，通常用爆发点表示。
爆发点是在标准容器中放入0.05g炸药，在5min 内受热而发生燃烧或爆炸反应时的最低温度。
当炸药爆发点越高，表示炸药的热感度越低。
不同炸药有各自的爆发点，硝铵炸药为280～320℃，黑火药为290～310℃，雷管为175～180℃。
（2）炸药的机械感度。
炸药的机械感度是指炸药在外力撞击下，生产与运输时产生摩擦等机械作用下发生爆炸的难易程度。
一般采用爆炸概率法来测定。
几种炸药的撞击感度与摩擦感度见表2-1。
表2-1 几种炸药的撞击感度与摩擦感度表注梯恩梯（TNT）；黑索金（RDX）。
（3）炸药的起爆感度。
炸药的起爆感度是指在该炸药引爆时，使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。
在一定试验条件下，使1g猛炸药完全爆轰所需的最小起爆药量称为极限起爆药量。
在工程爆破中，习惯用雷管感度来区分工业炸药的起爆感度。
能用一发8号工业雷管可靠起爆的炸药称之为具有雷管感度；凡不能用一发8号工业雷管可靠起爆的炸药称其不具有雷管感度。
（4）影响炸药敏感度的几个主要因素。
①温度的影响：炸药随着外界温度的增高，各项感度也随之增加，在高温环境下实施爆破作业应引起高度重视；②炸药密度的影响：一般情况下，随着装药密度的增加，炸药起爆感度会下降；当粉状铵梯炸药的装药密度大于 1.2g/cm3时，容易出现拒爆；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，炸药颗粒越小，其爆轰感度越大；④炸药物理状态和晶体形态的影响：铵梯炸药受潮结块时，感度明显下降；因此，在雨季和潮湿环境下保管和使用铵梯炸药时，应采取有效的防潮措施；硝化甘油炸药在冬季冻结时，晶体形态发生变化，其感度明显提高。
炸药爆轰参数、生成热及爆热的理论研究
炸药爆轰参数、生成热及爆热的理论研究
本文由两部分构成 : 第一部分是从原子分子水平用 Ree 修正的 WCA状态方程联合 Ross 软球修正的硬球变分微扰理论 , 作为炸药爆轰气相产物的状态方程 , 对炸药爆轰产物中游离态的碳 , 考虑了 4 种相态——石墨、金刚石、类石墨液碳和类金刚石液碳 , 并对 10 种 CHNO和 CNO型凝集炸药的爆轰产物组分浓度以及爆轰参数——爆速、爆压和爆温进行了理论研究 ; 第二部分采纳密度泛函理论对几种凝集炸药的生成热和爆热进行了理论研究。
以下就两部分内容分别进行纲要。
从原子分子水平确立 Ree修正的 WCA状态方程势参数 , 理论上用分子间互相作用势确立炸药爆轰均衡态的热力学参数 ; 参如实验上用冲击波物理技术丈量爆轰产物主要成分的高密度冲击波压缩特征所确立的互相作用势参数 , 选择必定的混淆法例即可获取炸药爆轰混淆物状态方程。
碳在高压下的状态方程在冲击波物理中是特别重要的。
在初期的研究中几乎都是把爆轰产物中的碳看作石墨办理, 以后对于把爆轰产物中的碳看作石墨仍是金刚石的研究渐渐增加。
在有名的 CHEQ程序中考虑了石墨—金刚石—液碳三相构成 , 但当前还没有见报导将碳的四种相态——石墨、金刚石、类石墨液碳和类金刚石液碳 , 同时运用到炸药爆轰产物研究中。
因为爆轰是一
个瞬态的。
炸药的爆热1
第2章 炸药主要性能
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表征炸药的主要性能指标有：密度、标准生成焓、安定性、 相容性、感度、爆炸特性和爆炸作用等。
❖ 基本概念： 炸药密度：单位体积内所含的炸药质量
晶体本身体积——晶体密度 一定形状的装药或药柱制成品——装药密度 容器内装填炸药——装填密度
2.1 炸药的密度
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2 20.449 0.5 25.0268
最后计算1kg该混合炸药的爆热：
Qv=0.32×50.1670.24×(197.7×26.7889+22.05×25.0268)(-177.7)
=4789.1+177.7=4966.8 kJ.kg-1 ——注意单位
以上计算没有考虑装药的密度的影响。
2022年3月24日星期四
三 炸药爆热（Explosive Heat）
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例2:Amatol（TNT/AN=20/80）(质量比)爆热计算
以1kg炸药为基准进行计算： 1kg混合物中，TNT的摩尔数为：0.88 AN（硝酸铵ammonium nitrate) 的摩尔数为：10
10NH4NO3+0.88C7H5(NO2)3=22.2H2O+6.16CO2+11.32N2+0.38O2
2022年3月24日星期四
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三 炸药爆热（Explosive Heat）
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2.3.1 爆热的计算
2.3.1.1 爆热的理论计算
计算依据：盖斯定律—整个化学反应过程中，体积 恒定或压力恒定，且系统没有做任何非体积功时，化 学反应热效应只取决于反应的初态与终态，与反应过 程的具体途径无关。
炸药理论 第2章
OB=
c2a0.5b16
Mr
式中： Mr —炸药的相对分子质量； Mr =12a+b+16c+14d 16 —氧的相对原子质量。
讨论：
（a）若OB>0，即 c>2a+0.5b， 氧富余—正氧平衡炸药 （b）若OB=0，即c=2a+0.5b， 氧恰好 —零氧平衡炸药 （c）若OB<0，即c<2a+0.5b， 氧不足—负氧平衡炸药
2.1.3 炸药的氧系数
氧系数A定义：与OB的概念类似，表示炸药分子被氧饱和 的程度。
对CaHbOcNd 炸药，氧系数为：
A2ac0.5b10% 0
讨论： (1)若 A>1，正氧平衡炸药； (2)若A=1，零氧平衡炸药； (3)若A<1，负氧平衡炸药。
可见，氧系数衡量了炸药中氧含量与可燃元素的相 对关系。
炸药理论
第2章 炸药的热化学与爆炸反应方程式
炸药五爆参数：
➢ 爆热Qv ➢ 爆温T0 ➢ 爆容V0 ➢ 爆压p ➢ 爆速D
➢ 2.1 预备知识 化学反应热效应，氧平衡，氧系数 ➢ 2.2 炸药的爆热 理论计算(盖斯定律)，经验计算，爆热的影响因素 ➢ 2.3 2.5 爆炸反应方程式 理论确定方法，经验确定方法
➢ 反应区的平均温度（光谱测量—北京理工大学徐更光院士 ，南京理工大学，西安近代化学研究所）
爆温的实验测定困难： 速度快，破坏性大，而一般温度直接测定需较长的平衡 时间。为了得到炸药爆温的数值，一般采用理论计算方法。
爆温理论计算的3条假定：
①爆炸过程近似地视为定容过程； ②爆炸过程是绝热的，爆炸反应中放出的能量全 部用以加热爆炸产物； ③爆炸产物的热容只是温度的函数，而与爆炸时 所处的压力(或密度)等其它条件无关。
3.4爆炸过程的热化学参数
吸入数小时将 引起轻微中毒
一氧化碳 氧化氮 0.1~0.2 0.07~0.2
吸入1小时后将 引起严重中毒
1.5~0.6 0.2~0.4
吸1.0
吸入数分钟 就会死亡
5 0.5
硫化氢
亚硫酐
0.01~0.2
0.025
（1）当 c ( 2 a b 2 ) 时，即对于零氧平衡或正氧平衡炸药， 在确定其爆炸化学反应方程时，可近似认为，炸药中的氢被 氧化为水 ，碳被完全氧化为二氧化碳 ，氮、氧（如为正氧平 衡）游离为氮气 与氧气 。这里可能产生的 水和二氧化碳 的 分解及氮的氧化均予忽略。这样，爆炸化学反应方程表示为：
C a H b O c N d b / 2 H 2 O ( c a b / 2 ) CO
2
( 2 a c b / 2 ) CO d / 2 N 2
例如泰安的爆炸反应方程为
) 4 4H 2 O 3CO 2 CO 2 N 2
C(CH
2
ONO
2
2
（3）当 c ( a b 2 ) 时，建立炸药化学方程的前提是，氧首先 将氢氧化为 H 2 O ，余下的氧使部分碳氧化为 CO ，其余的碳 游离成固状碳，不生成CO 2 。这样，爆炸化学反应方程表示 为
在实际计算中，氧平衡值往往用每1g炸药内多余或 不足的氧的克数来表示，这时CaHbOcNd炸药的氧平衡可 按下式计算：
[c (2a Kb
1
b)] 16 (4-3)
2 M
M 为炸药的分子量。
对于混合炸药来说，可采用各组分的百分率与其 氧平衡值的乘积的总和来计算，即：
Kb m1M1 m2 M 2 mn M n (4-4)
炸药爆炸的热力学参数(正式版)
文件编号：TP-AR-L5811In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives.（示范文本）编订：_______________审核：_______________单位：_______________炸药爆炸的热力学参数(正式版)炸药爆炸的热力学参数(正式版)使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。
材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。
一、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。
二、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。
3.4爆炸过程的热化学参数
一般取100g炸药卷并插入 一只电雷管，将其悬吊于弹盖 上，接出雷管脚线，安好弹盖 后，随即将弹内空气抽出，并 用氮气置换剩余的气体，再抽 成真空，然后把弹体放入量热 桶中，桶内注入一定数量蒸馏 水，使其全部淹没弹体。恒温 一小时后，记录水温T0，接着 引爆炸药，水温随即上升，记 下最高温度T，被测炸药的爆 热。可按下式求出：
C a H b O c N d b / 2 H 2 O ( c a b / 2 ) CO
2
( 2 a c b / 2 ) CO d / 2 N 2
例如泰安的爆炸反应方程为
) 4 4H 2 O 3CO 2 CO 2 N 2
C(CH
2
ONO
2
2
（3）当 c ( a b 2 ) 时，建立炸药化学方程的前提是，氧首先 将氢氧化为 H 2 O ，余下的氧使部分碳氧化为 CO ，其余的碳 游离成固状碳，不生成CO 2 。这样，爆炸化学反应方程表示 为
0.25~1.4
0.06~0.26
0.5~1.0
1.0~1.05
1.2
－
有毒气体不仅对人体有害，而且某些有毒气体对煤矿井下 瓦斯能起催爆作用（例如氧化氮）或引起二次火焰（例 如 CO ）。因此，对井下使用炸药产生的有毒气体量应有严格 的限制。爆破安全规程规定，炸药爆炸生成的有毒气体量，以 计 CO ，不得超过 100 L/kg 。考虑到氮氧化合物毒性较强，在 折算为量时，须将其体积乘以6.5。所以，对于井下使用的炸药， 必须控制其有毒气体生成量，使之不超过安全规程的规定极限 值。
因为有毒气体的形成受许多因素的影响，很难从理论上给 以精确计算，一般通过试验或在现场抽样，对样品进行化学分 析予以测定。形成有毒气体的主要原因有：（1）炸药的氧平 衡；（2）爆炸化学反应的完全程度；(3)爆破岩石的性质。
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炸药爆炸的热力学参数
一、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。
二、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）。
三、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。
四、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。