反應過程的放熱性為爆炸反應的必要條件。只有放熱反應才能使反應自行延續(xù),才能使反應具有爆炸性。只靠外界供給熱量以維持其反應的物質(zhì)是不可能發(fā)生爆炸的。爆炸反應過程中,單位質(zhì)量炸藥在一定條件下(例如在某一裝藥密度下)所放出的熱量稱為爆熱。
爆炸反應的一個突出點是反應的高速性,許多普通化學反應放出的熱量雖比炸藥放出的熱量多,但反應過程進行緩慢,而爆炸反應在十萬分之幾秒至百分之幾秒內(nèi)完成,比一般化學反應快千萬倍。由于反應的高速性,反應所產(chǎn)生的熱量在極短的瞬間來不及擴散,形成的高溫高壓氣體產(chǎn)物,使炸藥具有很大的功率。反之,如果反應進行緩慢,生成的熱和氣體逐漸擴散到周圍介質(zhì)中,就形不成爆炸。爆炸過程進行的速度,一般指爆轟波在炸藥中傳播的速度,這個速度稱為炸藥的爆速。
爆炸反應過程必然產(chǎn)生大量氣體。炸藥爆炸時產(chǎn)生氣體體積為爆炸前體積的數(shù)百至數(shù)千倍。在爆炸的瞬間大量氣體被強烈地壓縮在近乎原有的體積之內(nèi),因而產(chǎn)生數(shù)十萬個大氣壓的高壓,再加上反應的放熱性,高溫高壓氣體迅速對周圍介質(zhì)膨脹作功,這就造成了炸藥所具有的功率。因而炸藥是在適當?shù)耐饨缒芰孔饔孟拢軌虬l(fā)生快速的化學反應,并生成大量的熱和氣體產(chǎn)物的物質(zhì)。
火工品則是裝有炸藥的小型元件或裝置,受一定的初始沖能(如熱、機械、電和光等沖能)作用即可燃燒或爆炸,以產(chǎn)生預期的功能。常見的火工品有雷管、導火索、導爆索、火帽、底火等。
由于炸藥的功率是任何機械所不能達到的,它在簡單的外力作用下就能放出巨大的能量,故廣泛應用于軍事和工業(yè)生產(chǎn)。
炸藥在軍事上可裝填各種槍彈、炮彈、火箭彈、地雷、水雷、魚雷等彈藥,也可裝填各種軍用的火工品,還可制成炸藥包,完成軍事爆破工程,故炸藥是戰(zhàn)爭中重要的物資。
炸藥因其具有成本低廉、節(jié)省人力,并能加快工程建設(shè)的優(yōu)點,和在特殊環(huán)境下作功的特性,因而已愈來愈廣泛應用于國民經(jīng)濟各部門。在礦山開采方面,利用炸藥進行大規(guī)模爆破,來開采金屬礦和露天煤礦;利用聚能射流效應裝填炸藥的石油射孔彈,可用于石油開采;在地質(zhì)勘探方面,用炸藥制成的震源藥柱用于地震探礦;在機械制造工業(yè),炸藥用于爆炸成型,切割金屬、爆炸焊接等工藝;在水利電力工程,炸藥用于修筑水壩、疏通河道、平整土地;鐵路、公路建設(shè)中,炸藥用于劈山開路,開鑿隧道、峒室等;炸藥還大量用于開采各種石料。
近年來炸藥還用于解體沉船、拆除建筑物、開挖管線溝槽等。隨著爆破技術(shù)的發(fā)展,炸藥應用的領(lǐng)域還在不斷擴大。
隨著炸藥使用要求的不斷擴大,品種也隨之增多,軍用的梯恩梯、黑索今、奧克托金、太恩等單質(zhì)炸藥,和用上述炸藥制成的混合炸藥;有用硝化纖維素、硝化甘油和硝基胍等制成的發(fā)射藥和推進劑。民用炸藥除常用的銨梯炸藥、銨油炸藥、硝化甘油膠質(zhì)炸藥外,近年來含水炸藥如漿狀炸藥、水膠炸藥、乳化炸藥,也得到較快發(fā)展。還有作為特殊用途的橡皮炸藥、粘性炸藥和耐熱炸藥等。
裝填火工品的起爆藥有雷汞、二硝基重氮肥酚、三硝基間苯二酚鉛和氮化鉛等。火工品有雷管、延期雷管、火帽、底火、點火具、導爆索、導火索、曳光管和燃氣發(fā)生器等。
職業(yè)危害與預防措施 炸藥和火工產(chǎn)品在生產(chǎn)或貯存中發(fā)生意外事故時,對周圍產(chǎn)生危害。危害程度與發(fā)生事故的藥量有關(guān)。
危害大致有以下三個方面:
1)爆炸瞬間產(chǎn)生的高溫火焰,可引燃周圍可燃物而釀成火災。
2)爆炸產(chǎn)生高溫高壓氣體所形成的空氣沖擊波,可造成對周圍的破壞,嚴重的可摧毀整個建筑物及設(shè)備,也可破壞鄰近建筑物,甚至離爆炸點很遠的建筑物也會受到損壞并造成人員傷亡。
3)爆炸時產(chǎn)生的爆炸飛散物,向四周散射,造成人員傷亡和建筑物的破壞,當爆炸藥量較大時,飛散物有很高的初速,對鄰近爆炸點的人員和建筑物危害很大,有的飛散物可拋射很遠,對遠離爆炸點的人員和建筑物也可造成傷亡和破壞。
爆炸危害中以空氣沖擊波波及范圍最大,飛散物危害次之,但當小于某個距離時,則又有可能以飛散物危害為主。
空氣沖擊波對人和物的危害程序,是取決于沖擊波波陣面上的超壓Δp(帕)和正壓的作用時間(毫秒),見表1、表2。
表1 在沖擊波不同超壓下預計人員受到的傷害
超壓(MPa) | 人 員 傷 害 程 度 |
0.19
0.069~0.076 0.055 0.024 0.016 0.006~ 0.008 |
在沖擊波的直接作用下和在建筑物碎片的撞擊下,未作抗爆加強的建筑物內(nèi)將有人員死亡 在沖擊波的直接作用下,建筑物倒塌或移動,在未作抗爆加強的建筑物內(nèi)人員將會受到嚴重傷害或死亡 人被沖倒,以及被建筑物碎片撞擊,在未作抗爆加強的建筑物內(nèi)的人員將會受到嚴重傷害或死亡 在破片、碎片、燃燒的木頭或其他物體的撞擊下,人員受到嚴重傷害或可能死亡,耳鼓膜破裂的概率為10% 人員可能暫時失去聽力或聽力受到損害,但不發(fā)生直接沖擊波作用下的死亡或嚴重傷害 不會有死亡和嚴重傷害,但可能由玻璃破壞和建筑物碎片引起輕微傷害 |
注:資料引自1980年美國國防部彈藥和炸藥安全標準。
表2 空氣沖擊波超壓對建筑物的破壞作用
超壓(MPa) | 破 壞 程 度 |
<0.002 0.002~0.009 0.009~0.025 0.025~0.04 0.04~0.055 0.055~0.076 >0.076 | 基本無破壞,玻璃偶然破碎 次輕度破壞,玻璃破碎,窗扇少量破壞 輕度破壞,窗框門扇破壞,磚外墻出現(xiàn)較小裂縫,鋼筋混凝土屋蓋無損壞 中等破壞,窗框門扇大量破壞,磚外墻出現(xiàn)較大裂縫和傾斜,鋼筋混凝土屋蓋出現(xiàn)微小裂縫 次嚴重破壞,窗框門扇摧毀,磚外墻出現(xiàn)嚴重裂縫、嚴重傾斜,鋼筋混凝土屋蓋出現(xiàn)明顯裂縫 嚴重破壞,磚外墻部分倒塌,鋼筋混凝土屋蓋出現(xiàn)較寬裂縫 完全破壞、倒塌 |
為減少或防止炸藥和火工品發(fā)生意外事故對周圍產(chǎn)生的危害,這類工廠的建設(shè)都必須遵守原兵器工業(yè)部頒發(fā)的《火藥、炸藥、彈藥及火工品工廠設(shè)計安全規(guī)范》和國家標準《民用爆破器材工廠設(shè)計安全規(guī)范》(GBJ89-85)的規(guī)定。