炸药:在一定条件下,能够发生快速化学反应,放出能量,生成大量气体产物,显示爆炸效应的化合物或混合物。
有军用炸药和民用炸药(工业炸药)。
工业炸药:由氧化剂、可燃剂和其它添加剂等组分按照氧平衡原理配制并均匀混合制成的混合物。
常用工业炸药的主要组分:氧化剂主要是硝酸铵;可燃剂有木粉、石蜡、柴油等碳氢化合物;其它组分有单质炸药(现极少用)敏化剂、铝粉、镁粉等;乳化采用微气泡敏化技术。
工业炸药爆炸产生的有害气体主要是CO和氮的氧化物。
硝铵类炸药是硝酸铵为主要成分,加上适量的可燃剂、敏化剂及其它附加剂的混合炸药。目前工业上常用的有膨化硝铵炸药、铵油炸药(改性、粉状、多孔)、含水炸药(浆状、水胶、乳化)。
含水炸药包括浆状、水胶及乳化炸药。
1.1.1 工程爆破对工业炸药的基本要求(特点)
(1)具有较低的机械感度和适度的起爆感度;
(2)爆炸性能好,具有足够的爆炸威力,满足不同爆破对象需要;
(3)配比达到或接近零氧平衡;
(4)有好的热安定性、物化相容性和适当储存期;
(5)原料来源广、价格便宜、加工工艺简单安全;
(6)使用方便、操作安全。
1.1.2 工业炸药分类
组分:主要成分是硝酸铵和轻柴油并加入木粉作疏松剂。性能取决于配比和工艺。
主要特点为:(1)成分简单、原料广、成本低、制造使用安全。(2)感度低,起爆较困难。(3)吸潮及固结较强。
硝铵有三种:结晶状、粒状和多孔粒状。细粉状结晶和多孔状硝酸铵较适合用于炸药;燃料油有柴油、机油和矿物油等,以轻柴油最为适宜;固体可燃物有梯恩梯、木粉。
铵油炸药根据用途可分为岩石型、露天型和煤矿安全型,或根据硝酸铵种类可分为粉状和多孔粒状两大类。多孔粒状硝酸铵为白色颗粒状混合物,是一种内部充满空穴和裂隙的颗粒状物质,与普通粒状硝酸铵相比,不易结块、流散性好、吸油能力强。
铵油炸药用于露天及无瓦斯和矿尘爆炸危险的爆破施工场所,具有成分简单、原料来源广、成本低、加工容易、安全性好等优点,尤其是多孔粒状铵油炸药流散性好,为机械化装药创造了条件,采用机械化混装车使得它的优点更加突出。但是铵油炸药有起爆感度较低、需用起爆药引爆和不抗水等缺点。
(1)粉状铵油炸药
粉状铵油炸药的粉状硝酸铵、柴油和木粉按零氧平衡配比。考虑到制造设备条件和工程爆破作业的具体要求,各组分在一定范围内可调。
为了提高硝酸铵的抗水性,可加入防潮剂。常用的防潮剂有两类:一类是憎水性物质,如松香、石蜡、沥青和凡士林等;另一类是活性物质,如硬脂酸钙、硬脂酸锌等,为了防止炸药中的硝酸铵吸湿后结块硬化,可在炸药中加入适量的疏松剂,如木粉等。
干燥的硝酸铵与金属作用极缓慢,有水时其作用速度加快。故溶化的硝酸铵与铜、铅和锌均起作用,形成极不稳定的亚硝酸盐,但硝酸铵不与铝、锡作用,故在制造硝酸炸药、施工现场时均使用铝质工具和容器。同时,由于硝酸铵是强酸弱碱生成的盐类,要避免与弱酸强碱生成的盐类(如亚硝酸盐、氯酸盐等)混在一起,否则也会产生安定性很差的亚硝酸铵,容易引起爆炸。
(2)多孔粒状铵油炸药
多孔粒状铵油炸药是由94.5%的多孔粒状硝铵和5.5%柴油混合而成。多孔粒状硝酸铵为白色颗粒状混合物。多孔粒状铵油炸药可用于露天及地下无水爆破作业,该炸药的爆轰能力较弱,一般用一发雷管难以引爆,须利用起爆药包进行起爆。
柴油一般用6号10号及20号轻柴油,冬天用-10号柴油。
多孔粒状铵油炸药具有组分少、原料来源丰富、使用方便、成本低廉、不易结块、流散性好、装药时不易堵孔、性能可靠、贮存稳定、使用安全和易于机械化装药等特点,其用量正逐年提高。
随着多孔粒状铵油炸药的推广使用,现已研制出多种地下矿用的装药器和露天矿用的混装车,基本实现了机械化装药。
多孔粒状铵油炸药其加工方法有:渗油法、人工拌混法、机混法和混装车制备法。
(3)改性铵油炸药
改性铵油炸药与铵油炸药的主要区别是将组分中的硝酸铵、燃料油和木粉进行改性,使炸药的爆炸性能和储存性能得到改善。
改性燃料油是复合蜡、松香等与少量表面活性剂按一定比例加热熔化配制成。
改性硝酸铵主要是利用表面活性技术降低硝酸铵的表面能,提高硝酸铵颗粒与改性燃料油的亲和力,从而提高改性硝铵炸药的爆炸性能和稳定性。
改性硝铵炸药品种有岩石型、抗水岩石型、一级和二级煤矿许用等产品。由于性能较前两种炸药好,更适合岩石爆破。
铵油炸药主要使用范围:
1号铵油炸药用于:露天矿或无瓦斯、无矿尘爆炸危险的矿井,以及中硬以上矿岩的爆破工程。
2号铵油炸药用于:露天矿中硬以下矿岩和硐室爆破工程。
3号铵油炸药(多孔粒状)用于露天硐室爆破工程和露天及地下中深孔爆破工程。
乳化炸药(胶乳):乳化炸药是一种油包水型特殊结构的抗水炸药,它的主要成分有:氧化剂水溶液、碳质燃料、敏化物质和乳化剂。
(1)氧化剂水溶液(分散相或水相):硝酸铵、硝酸钠、硝酸钙、硝酸钾、高氯酸盐,约占炸药总量的55%~70%,雷管敏化的乳化炸药水的含量为8%~12%,可泵送大直径露天乳化炸药水的含量为15%~18%,它溶解氧化剂使之成为分散相。
(2)油相材料(连续相或油相):作用是形成连续相,使炸药具有良好的抗水性能,既是燃烧剂又是敏化剂,同时对乳化炸药的外观、贮存有明显影响。含量2~6%。
(3)乳化剂:作用使油相和水相紧密吸附,形成比表面积很高的乳状液并使氧化剂同还原剂的耦合程度增强。目前基本使用复合乳化剂,含量1~2%。
(4)敏化剂又称密度调节剂:单质猛炸药、金属粉、发泡剂、珍珠岩等。
(5)其它添加剂,稳定、促进、晶型改性剂等,含量很少0.1~0.5%。
乳化炸药的主要特性:
(1)密度可调范围较宽:0.8~1.45g/cm3。
(2)爆炸性能好: 具雷管感度(起爆感度高)、爆速4000~5500m/s、猛度17~20mm、殉爆距离7.0~12.0cm、临界直径12~16mm、但爆力较铵油低(含水高起爆感度高抗水性强)。
(3)抗水性能强:小直径药卷敞口浸水96h以上,爆炸性能变化甚微。(曾在含水炮孔中一个多月,爆破效果仍很好)。
(4)机械感度低,安全性能好。
(5)炸药不含有毒成分,爆炸有毒气体生成量少,环境污染小。
(6)原料来源广泛,加工工艺较简单,成本低。
乳化炸药(粉状乳化)特点:以无机含氧酸盐水溶液作为分散相,悬浮在含有分散气泡或空心玻璃微球或其他多孔性材料的似油类物质构成的连续介质中,形成一种油包水型的特殊乳化体系。而粉状乳化炸药其最终产品的外观状态不再是乳胶体,是一极薄油膜包覆的硝酸铵等无机氧化剂盐结晶粉末。
使用乳化炸药应注意:
使用乳化炸药时,不应随意揉捏、改变原包装使用。因为乳化炸药只有在原包装的最佳组成配比和装药密度下,才能发挥说明书规定的爆炸性能指标和爆炸威力,得到应有爆破效果。任意揉捏破坏原包装,就会改变原始爆破条件,影响其正常起爆感度和爆破威力,降低爆破效果。
粉状乳化炸药:
以含水较低的氧化剂溶液的细微液滴为分散相,特定的碳质燃料与乳化剂组成的油相溶液为连续相,在一定的工艺条件下通过强力剪切形成油包水乳胶体,通过雾化制粉或旋转闪蒸使胶体雾化脱水,冷却固化后形成具有一定粒度分布的新型粉状硝铵炸药。含水小于3%。(我国独有)特点:做功能力大于乳化(胶乳),较好的雷管感度和爆轰感度和良好的抗水性能;储存稳定;现场使用方便;兼具乳化炸药及粉状炸药优点的新型工业炸药。
是乳胶基质与多孔粒状铵油炸药的物理掺和产品;掺和过程中,高密度的乳胶基质填充多孔粒状硝酸铵颗粒间的空隙并涂覆于硝酸铵颗粒的表面。既提高了铵油炸药的相对体积威力,又改善了铵油炸药的抗水性能。
特点:相对体积威力较粒状铵油高,抗水较粒状铵油好。随乳胶基质比例的变化,其体积威力和抗水性也随之变化。
是氧化剂水溶液、敏化剂、胶凝剂为基本成分的抗水硝铵类炸药。组分有氧化剂、可燃剂、敏化剂、胶凝剂、交联剂、表面活性剂和水。与浆状炸药的主要差别在于它所采用的敏化剂为水溶性的硝酸甲胺和硝酸三甲胺等,这样的敏化剂分散均匀,提高了药卷的起爆感度和降低了爆轰的临界直径,从而可制成小直径的雷管敏感的药卷。其制造工艺与浆状炸药基本相似。硝酸甲胺、氧化剂、辅助敏化剂、辅助可燃剂、密度调节剂等材料溶解、悬浮于有胶凝剂的水溶液中,再经化学交联而制成的凝胶状含水炸药。形状似果冻。
优点:爆炸反应完全,能量释放系数高,威力大;抗水性能好;爆炸后生成有毒气体少;机械感度和火焰感度低;储存稳定性好;成分间相容性好;规格品种多,特别是煤矿许用型可用于高瓦斯地区。
缺点:不耐压;不耐冻;易受外界条件影响而失水解体;原料成本高。
利用经膨化敏化改性后的膨化硝酸铵替代普通结晶硝酸铵或多孔粒状硝酸铵制备的硝铵炸药,可以改善其爆炸性能。关键技术是硝酸铵的膨化敏化改性,其技术实现硝酸铵的“自敏化”。
爆炸加工常用炸药及特性:
(1)传统的爆炸材料如硝铵炸药、TNT、胶质炸药和导爆索;
(2)以猛炸药为主的混合炸药,如梯黑、梯太混合炸药;
(3)专用炸药,分为:
a.塑性板状炸药,以黑索金为主,以环氧树脂为粘接剂,加入少量增塑剂等,呈白色,柔软性好,可弯曲,密度大于1.4g/ml,临界厚度1.5-2.0mm,爆速大于6500m/s;
b.橡胶板状炸药,天然橡胶乳做粘接剂与塑性板状相近,但抗冬性好;
c.太乳炸药,以太安、胶乳、四氧化铅或石墨为主要成分,密度0.9g/ml左右,爆速进4000m/s,临界厚度4.0mm,有较好的挠性和延展性,负24度仍较好传爆,主要用于输电线的压接。
矿井中的瓦斯与煤尘:
(1)瓦斯矿井,瓦斯与煤共生。煤矿划分:低瓦斯矿井;高瓦斯矿井>10m3/t;煤与瓦斯突出矿井。
(2)瓦斯浓度>1%停工;4%~5%会爆炸。
(3)0.75~1.0mm的煤粉称为煤尘,下限浓度45g/m3可单独爆炸,也可与瓦斯一起爆炸。
爆破作业引起瓦斯、煤尘爆炸的原因:
(1)爆炸空气冲击波绝热压缩;
(2)炽热的、燃着的固体颗粒点火;
(3)气态爆炸产物、二次火焰直接加热。
煤矿许用炸药的特点(要求):
(1)爆炸后不致引起矿井大气的局部高温,在保证做功能力的条件下,对其能量要有一定的限制,爆温、爆热等要求低一些,使瓦斯、煤尘的发火率大大降低。
(2)炸药要有较高的起爆感度和传爆能力,保证爆轰完全。有尽可能少的炽热、燃着的固体颗粒。
(3)氧平衡接近零,有毒气体的生成量要符合。
(4)组分中不含金属粉末,以防爆炸后生成炽热固体颗粒。
煤矿许用炸药组分要添加一定量的消焰剂,主要是碱金属卤化物(如食盐、氯化铵)或类似的物质。
作用:热容大,吸收爆热;瓦斯—空气燃烧负催化作用,阻止瓦斯—空气混合物的燃烧(破坏自由基、破坏反应链传递)。
煤矿许用炸药分级(一~五级):
◇各级别安全性的合格标准
(1)一级煤矿许用炸药:100g发射臼炮鉴定合格, 可用于低瓦斯矿井;
(2)二级煤矿许用炸药:180g发射臼炮鉴定合格,可用于高瓦斯矿井;
(3)三级煤矿许用炸药:试验法:a.400g发射臼炮鉴定合格,b.150g悬吊鉴定合格;可用于瓦斯与煤尘突出(双突)矿井;
(4)四级煤矿许用炸药:250g悬吊鉴定合格;
(5)五级煤矿许用炸药:450g悬吊鉴定合格。