1.5　炸药的爆炸性能

反映炸药爆炸性能的参数很多，这里介绍和工程爆破关系密切的爆速、爆力、猛度、殉爆、聚能效应、管道效应等。

细节1　爆速

爆轰波在炸药药柱中的传播速度称为爆轰速度，简称为爆速，通常以m/s或km/s表示。必须指出，炸药的爆速与炸药的爆炸化学反应速度是本质不同的两个概念，即爆速是爆轰波阵面一层一层地沿炸药柱传播的速度，而爆炸化学反应速度是指单位时间内反应完成的物质的质量，其度量单位是g/s。

（1）爆速的影响因素

爆速是衡量炸药性能的重要指标之一。在理想的情况下，一种炸药的爆速应当是一个常量，实际情况则不然，炸药的爆速总是低于理想爆速。其主要影响因素有以下几个方面。

①药柱直径。炸药的理想爆速主要决定于炸药密度、爆轰产物的组成和爆热。从理论上讲，仅当药柱为理想封闭、爆轰产物不发生径向流动时，才能达到理想爆速。但药柱不可能是理想封闭的，故实际爆速总是低于理想爆速，并与药柱直径的大小有关。

有关药柱直径对爆速的影响前面已经介绍，如图1-11所示，不再赘述。

②炸药密度。增大炸药密度可以提高理想爆速，但临界直径和极限直径也将发生变化。对单质炸药来说，增大炸药密度既提高了理想爆速，又减小了临界直径，所以，当药柱直径一定时，单质炸药的爆速是随着密度的增大而增加的。对于一般工程爆破使用的混合炸药而言，在较低的密度时，随装药密度的增加其爆速增大，传爆稳定性提高。爆速达到最大值时的密度称为最佳密度，超过最佳密度之后，爆速随装药密度的增大而减小，直至某一密度（通常称为临界密度）以上时，爆速下降至临界爆速，爆轰变为不稳定，甚至拒爆。图1-13给出了这种影响的关系曲线。

③炸药粒度。粒度不会影响炸药的理想爆速，但减小粒度一般能够提高炸药的反应速度、减小反应时间和反应区厚度，从而减小临界直径，提高爆速。

④药柱外壳。药柱外壳同样不会影响炸药的理想爆速，所以当药柱直径较大，爆速已接近理想爆速的情况下，外壳的作用不大。但外壳能够减小炸药的临界直径，所以当药柱直径较小、爆速距理想爆速相差较大时，增加外壳可以提高爆速，其效果与加大药柱直径相同。

利用炮眼的偶合装药爆破岩石，围岩可起到外壳的作用，故在炮眼直径较小的情况下，能够提高爆速。

（2）爆速的测量方法

爆速的测定方法可以概括为两类：直接测时法和高速摄影法。前者是用各种类型的测时仪和装置测定爆轰波从炸药一点传播到另一点的时间间隔。由于两点间的距离已知，所以易于得出爆轰波在两点间传播的平均速度；后者是利用高速摄影机，借助于爆轰时波阵面的发光现象将爆轰波传播过程的轨迹连续地拍摄下来。可测得爆轰波通过任一点的瞬时速度。由于高速摄影法仪器昂贵，操作比较复杂，只有在专门的实验室里才能进行，这里只介绍两种常用的直接测时的两种方法。

1）道特里斯法。这种测试方法也称为导爆索法，是一种古老而简便的测定方法。测试装置如图1-14所示。

将被测试炸药装在某一直径（雷管感度为25～40mm，非雷管感度一般为60～110mm）和长度（雷管感度为200～300mm，非雷管感度一般为800～1500mm）的钢（塑料）管或纸筒中，其两端封闭，一端留有小孔将雷管插入。在药包上留两个小孔A和B。A、B间的距离为200mm，将1～2.5m（视不同品种而异）长的导爆索固定在铅板上，并使导爆索的中点对准铅板上的C处刻线，然后起爆。其传爆过程是：当爆轰波传到A处时，分两路传爆：一路由A处经导爆索AK段向前传爆；另一路由A处经炸药AB段而传入导爆索，两个方向的爆轰波在K处相遇，留下明显的爆炸痕迹。爆炸后测出CK间的距离h，按下述方法计算出爆速：

　　（1-19）

式中　D——被测炸药的爆速，m/s；

D0——导爆索的爆速，m/s；

L——插入导爆索两点（A、B）间的距离，m；

h——导爆索中点至爆痕间的距离，m。

2）计时器测定法。利用频率计或爆速测定仪直接记录爆轰波在药柱两点间的传爆时间间隔，根据记录的时间和两点间的距离可求算出两点间的平均爆速。我国目前比较常用的爆速测定仪的测量范围一般为0.1～999.9ms，测量精度为±0.1ms。

计时器测定法的基本工作原理如图1-15所示，在药卷A、B两点，各插入一对电离探针，爆轰产物因高温高压而电离，使爆轰波传经A点时，导通第一对探针，形成启动信号。信号经倒相整形后使控制器翻转而输出高电位，将计数门开启，于是10MHz晶体振荡信号就通过计数门进入计数器，开始计时。当爆轰波传到B点，同样使第二对探针导通，形成停止信号，信号经倒相整形后，使控制器再翻转过来而输出低电位，将计数门关闭，于是振荡信号不再进入，计时停止。计数器显示出的数字，即为爆轰波传经药卷l（m）长度的时间间隔t（s）。故爆速为：

　　（1-20）

细节2　炸药的爆力

爆力（也称威力）就是炸药爆炸时做功的能力。它表示炸药在介质内部爆炸时对其周围介质产生的整体压缩、破坏和抛移能力。它的大小与炸药爆炸时释放出的能量大小成正比关系。威力越大，破坏能力越强，破坏的范围及体积也就越大。爆力的大小决定于爆热的大小、产生气体量的多少以及爆温的高低。爆热大，爆温高，产生气体量多，则威力大。

炸药的爆力在理论上虽然可以近似地用炸药爆炸做功的能力表示，但实际上炸药在岩石中爆炸究竟做了多少功很难用理论计算法和实测的方法求得。因此，在工程中为了比较不同炸药的做功能力，通常采用一种规定的实验方法，用所测得的结果来衡量不同炸药爆炸做功的相对指标，但并不表示炸药真正所做的功。炸药的爆力可用铅扩孔法测定，在生产现场也可以采用爆破漏斗法测定。

（1）铅扩孔法

铅扩孔法又称特劳茨铅柱试验。铅是用纯铅熔铸成的圆柱体，其规格为ф200mm×200mm，中央有一个ф125mm×125mm的圆孔[如图1-16（a）所示]，称取（10±0.1）g炸药装入ф24mm锡箔纸筒内，然后插入雷管一起放入铅铸孔的底部，用干净的并经144孔/cm2筛选过的石英砂将上部空隙填满，爆炸后圆柱扩大成梨形[见图1-16（b）]。用量筒注水测出爆炸前后铅孔的体积差值减去雷管扩孔容积就是炸药的相对爆力指标（其单位以mL计）。因一般规定采用8号雷管，故通常不减雷管的扩孔容积，直接采用铅铸扩孔前、容积差作为炸药的相对爆力指标，以此数值来比较各种炸药的爆力。在规定条件下测得扩孔值大的炸药，其爆力就大。表1-9所列为几种常用炸药的爆力值。

应该指出，这种试验方法所测得的值，并非炸药做功的数值，而是一个用毫升表示的只有相对意义的数值。由于铅对爆炸的抵抗力随壁厚变薄而减小，这个扩大值并不与炸药的爆力成正比，爆力小的炸药测得的结果常偏小，而爆力大的炸药测得的结果常偏大。尽管如此，但由于这种试验方法简单方便，所以在生产上仍普遍采用。

（2）爆破漏斗法

试验是在均匀的介质中设置一个炮孔，将一定量的被试炸药（如5kg、2kg、0.5kg集中药包）以相同的条件装入炮孔中，并进行填塞，引爆后形成一个如图1-17所示的爆破漏斗。然后在地面沿两个互相垂直的方向测量漏斗的直径，取其平均值，同时测量漏斗的可见深度。爆破漏斗的体积可按下式计算：

　　（1-21）

式中　V——爆破漏斗体积，m3；

d——爆破漏斗底圆半径，m；

h——爆破漏斗的可见深度，m。

根据爆破漏斗的体积，可以比较不同炸药的相对爆力。

细节3　猛度

炸药的猛度是指炸药爆炸瞬间，爆轰波和爆炸气体产物对直接与之相接触的固体介质局部产生破碎的能力，是衡量炸药爆炸特性及爆炸作用的重要指标。猛度的大小主要决定于爆速，爆速愈高，猛度愈大，岩石被粉碎得愈厉害。炸药猛度的实测方法一般采用铅柱压缩法。

铅柱压缩法的试验装置如图1-18（a）所示。其具体操作步骤如下：在钢板的中央，放置ф40mm×60mm铅柱，上放41mm×10mm圆钢片一块。猛炸药的试验量一般为50g，猛度大的，如黑索金、泰安等用25g，装入ф40mm纸筒内，控制其密度为1g/cm3，药面放一中心带孔的后纸板，插入雷管，插入深度为15mm。将这个药柱正放在钢片上，用线绷紧，然后引爆。爆炸后，铅柱被压缩成蘑菇形，如图1-18（b），量出铅柱压缩前后的高度差（mm），即可用来表示该炸药在受试密度下的猛度。

由于这种方法简单易行，只要试验条件相同，试验结果就可供比较，所以在生产实践中被普遍采用。但缺点是铅柱压缩值与炸药实际猛度之间没有精确的比例关系。

爆破不同性质的岩石，应选择不同猛度的炸药。一般说来，岩石的波阻抗愈大，选择的炸药猛度愈高。波阻抗较小的岩石或进行土壤抛掷爆破时，炸药猛度不宜过高。若猛度过高，可采用空气柱间隔装药或不耦合系数较大的装药，以减小作用在炮孔壁上的初始压力，从而降低炸药猛度的作用。

细节4　殉爆和殉爆距离

一个药包（卷）爆炸后，引起与它不相接触的邻近药包（卷）也产生爆炸的现象，称为殉爆。殉爆在一定程度上反映了炸药对冲击波的感度。通常将先爆炸的药包称为主发药包（主动药包），被引爆的后一个药包称为被发药包（被动药包）。前者能引爆后者的最大距离（用R表示）称为殉爆距离，一般以cm计，它表示一种炸药的殉爆能力，是工业炸药的主要爆炸性能参数之一。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，它是确定安全距离的重要依据。

（1）殉爆产生的原因

①主动药包爆轰产物的冲击作用。当两药包间的介质密度不是很大，而且两药包间的距离又比较近时，主动药包的爆轰产物就能直接冲击被动药包，在爆轰产物的冲击与加热作用下，可引起被动药包爆炸。

②主动药包爆轰时所抛出物体的冲击作用。如主动药包的外壳破片、主动药包爆轰时形成的金属射流等冲击到被动药包时，可引起被动药包爆炸。

③主动药包爆轰时产生的冲击波作用。主动药包爆轰时在其周围介质中形成冲击波，冲击波在惰性介质中传播时，其强度将不断衰减，如果传到被动药包时冲击波仍具有足够的强度，就能引起被动药包爆炸。

在实际条件下，炸药殉爆的产生，可能是以上两种或三种因素的综合作用。具体条件不同，产生的原因也不同，如惰性介质是空气、两装药相距较近，且主动药包又有外壳时就是三种因素起作用。如两装药之间用金属板隔开，就是第三种因素起作用。一般情况下，三种因素中最重要的是冲击波的作用。

（2）殉爆距离的测定

先将砂土地面捣固，然后用与药径相同的圆木棒在此地面压出一半圆槽，将两药卷放入槽内，中心对正，主动药包的聚能穴与被动药包的平面端相对，如图1-19所示。量好两药包间的距离，随后起爆主动药包，如果被动药包完全爆炸（不留有残药和残纸片），改变距离，重复试验，直到不殉爆为止。取连续三次发生殉爆的最大距离作为该炸药的殉爆距离。

（3）殉爆的影响因素

炸药发生殉爆的能力，即殉爆距离，主要受下列因素的影响。

①主动装药的药量及性质。主动装药的药量、爆热、爆速越大，引起殉爆的能力就越大。这是因为主动装药的能量高、药量多时形成的冲击波的压力和冲量大的缘故。总之，主动装药的起爆能力越大，引起殉爆的距离也就越大。

②被动装药的性质。主要取决于被动装药的爆轰感度。爆轰感度越高，则殉爆能力越大。

③主动装药的外壳。主动装药有外壳时，有利于爆轰产物的定向飞散，使殉爆距离增大。

④主动装药与被动装药之间的连接方式。主动装药与被动装药之间用管子连接时，能更好地集中爆轰产物和冲击波向某一方向飞散，从而可增强殉爆能力。

⑤惰性介质的性质。惰性介质不同，炸药的殉爆距离也不一样。例如，R空气>R水>R黏土<R钢>R砂。由于砂、土等介质衰减冲击波能量的能力很强，它们隔在装药之间，使殉爆距离减小。因此，在炸药仓库、危险性大的工房和实验室周围，常常构筑一道土堤挡墙，这样可以大大缩小它们之间或与建筑物之间所需保持的距离，从而减少占地面积。

细节5　聚能效应

具有一定形状的装药能够在一定方向上增强爆炸作用的现象称为聚能效应。能产生聚能效应的装药称为聚能装药。工程爆破中使用的雷管的尾部有一个凹穴，小直径药卷的底部也带有一个凹穴，其作用就是为了产生聚能效应，有利于雷管引爆炸药或炸药的传爆。

图1-20给出了两种不同底部装药结构的柱状药包爆炸的作用情况。

从图1-20（a）中可以看出，一个普通柱状药包爆轰后，爆轰产物沿近似垂直原药柱表面方向向四周飞散。放在钢板上爆炸时，作用于钢板部分的仅是药柱端部的爆轰产物，作用面积等于药柱的断面积。如果药柱一端带有锥状穴[图1-20（b）]，那么爆轰后在锥孔部分的爆轰产物飞散时，先向轴线集中，聚集成一股高压、高速的聚能流。放在钢板上，就会形成较大的深孔，这是因为锥形孔形成了聚能破坏作用。之所以能提高炸药的破坏作用，是由于爆轰产物质点以一定速度沿近似垂直于锥面的方向向轴线集中，使能量集中于一个方向，从而使高速、高压爆轰产物形成更高的压力沿轴线作用。但是，气流也不能无限集中，在距端部某一距离F处，聚能作用最强，过F后气流就开始飞散。假如锥状穴距钢板具有适当的距离h（炸高），则穿透作用最强；如果在药柱锥孔表面加一个铜罩（药型罩），能量将更加集中，能量密度进一步提高，形成一股强大的金属射流，穿透深度更大。

细节6　沟槽效应

混合炸药细长连续装药，通常在空气中都能正常传爆。但在炮眼内，如果药柱与孔壁间存在间隙，常常会发生爆轰中断或爆轰转变为燃烧的现象。这种现象称为沟槽效应，也称为管道效应、间隙效应。它不仅降低了爆破效果，而且在瓦斯矿进行爆破时，若炸药发生燃烧，就有引发事故的潜在危险。实践表明，在小直径炮孔爆破中这种效应相当普遍地存在着，是影响爆破质量的重要因素之一。测试结果表明，在各种矿用炸药中，乳化炸药的沟槽效应是比较小的，也就是说在小直径炮孔中乳化炸药的传爆长度是相当长的。

（1）产生沟槽效应的原因

地下爆破作业中的沟槽效应已为人们所熟知。对这种现象的通常解释是，爆炸产物压缩药卷和孔壁之间间隙中的空气，产生冲击波，它超前于爆轰波并压缩药卷，抑制爆轰。

还有人认为沟槽效应是由于药卷外部炸药爆轰产生的等离子体引起的。也就是说，炸药起爆后在爆轰波阵面的前方有一等离子层（离子光波），对后面未反应的药卷表层产生压缩作用，妨碍该层炸药的完全反应。等离子波阵面和爆轰波阵面分开得越大，或者等离子波越强烈，这个表层穿透得就越深，能量衰减得就越大。随着等离子波的进一步增强，就会引起后面药包爆轰的熄灭。

（2）减少或消除沟槽效应防止爆轰中断的措施

研究结果表明，采用下列技术措施可以减少或消除沟槽效应，改善爆破效果。

①化学技术，选用不同的包装涂覆物，如柏油沥青、石蜡、蜂蜡等。

②采用耦合装药或散装技术消除径向间隙，从根本上克服沟槽效应。

③调整炸药配方和加工工艺，以缩小炸药爆速与等离子体速度间的差值。

④堵塞（隔断）空气冲击波或等离子波的传播：在连续药柱上，隔一定距离（或在相邻药卷连接处）套上硬纸板或其他材料做成的隔环（外径小于炮眼直径），将间隙隔断，以阻止间隙内空气冲击波或等离子波的传播或削弱其强度；用水或有机泡沫充填炮孔与药卷之间的间隙。

⑤增大药卷直径。

⑥采用临界直径小，爆轰性能好，对沟槽效应抵抗能力大的炸药。