常用工业炸药

　　一、炸药的分类

 

　　被称之为炸药的物质很多，炸药的分类方法也很多。目前尚没有统一的分类方法。常见的且较合理的分类法有两种，即按用途分为：起爆药、猛炸药、火药和烟火剂等四类。按炸药的组成分为：单体炸药如梯恩梯、黑索金、奥克托金、太安、硝化甘油等和混合炸药。常用工业炸药是指混合炸药，特别是以硝酸铵为主要氧化剂的炸药，是现代工业炸药的主体。

 

　　二、硝铵类混合炸药

 

　　硝铵类炸药是以硝酸铵为主要成分的混合炸药。到20世纪50年代中期，大规模发展铵油炸药和含水炸药的巨大成就，充分显示了这类炸药的优越性和生命力。直至今天，粉状硝铵炸药在国内外使用量仍占着很大比例，硝酸铵仍然作为混合工业炸药主要的甚至唯一的氧化剂组分，原因是它具有一系列突出的技术经济优点：①硝酸铵(NH₄NO₃)的化学组成决定了它在炸药的爆炸反应中可以全部转化为能有效作功的气体产物，这是其他硝酸盐和氯酸盐所不及的；②可以从空气中取原料，通过化学合成制得，因而不受原料来源的限制；③制造工艺可采用大规模现代化生产方式，因而成本低；④除了吸湿性大外，它的大部分技术性能都较为理想，包括有良好的工艺性、较低的危险性和良好的爆炸反应性能。

　　硝铵类炸药的性质，主要取决于硝酸铵。为达到各种不同爆破目的和适应不同爆破条件的要求，通常加入一些敏化剂、可燃剂、疏松剂、消焰剂等。这类炸药是我国爆破工程中用量最大，且价格低廉的一类炸药。目前常用的有：铵梯炸药、铵油炸药、铵松蜡及煤矿炸药等。

　　(一)铵梯炸药

　　铵梯炸药由硝酸铵、梯恩梯和木粉三种成分组成。硝酸铵为氧化剂，梯恩梯为敏化剂兼还原剂，木粉也是还原剂并起松散和防止炸药结块的作用。

　　1．梯恩梯(TNT)

　　梯恩梯有苦味和毒性，吸湿性很小，几乎不溶于水，可用于水中爆破。它在常温下不会自行分解，180℃以上时才会明显分解。

　　梯恩梯作为可燃剂和敏化剂，它具有：

　　(1)良好的爆炸性能，起爆力强，爆炸威力高，机械感度较低。

　　(2)良好的理化性能，在长期贮存中性能稳定，理化安定性好，但注意不要与碱接触和受阳光照射。

　　(3)它与硝酸铵有很好的相容性。

　　(4)有良好的工艺性能，破碎和熔化铸造都很方便。

　　(5)生产流程已实现了自动化或半自动化，生产规模大，效率高，加之原材料来源广，故可大量供应且销售价格较低。

　　2．木粉

　　木粉在铵梯炸药中主要起松散剂作用。木粉具有吸湿性，在一定湿度条件下，吸湿很快达到饱和，饱和后基本不再吸湿。铵梯炸药用的木粉应以干燥、含脂多和松散性强的为好。

　　3．食盐

　　食盐不起爆破反应，它主要起消焰作用，在有瓦斯和矿尘爆炸危险的矿井中使用含食盐的炸药，有利于安全。

　　根据爆破工程的环境及应用条件，常见的铵梯炸药有：露天炸药、岩石炸药、煤矿安全炸药等。

　　铵梯炸药外观为淡黄色粉末，药卷密度一般在0．85～1．1g/cm³之间，威力为240～350ml，猛度为8～13mm，爆速在2400～5100m／s之间。它是工业炸药中比较安全的一种。

　　炸药机械感度低，用步枪子弹作射击试验不引起爆炸。

　　各种铵梯炸药均易溶于水，在空气中易吸湿，具有潮解性和结块性。在有潮气的地方保存时，炸药中的硝铵能分解出氮，而氮与TNT作用可生成敏感度很高的爆炸化合物。所以在贮存及保管时应采取防潮措施，水分大于0．5％的铵梯炸药，一般不能在井下使用(爆炸时有毒气体增多)；水分超过1．5％时，不应在露天矿使用。水分高的炸药，需经过干燥，加工后才能使用。

　　铵梯炸药在适当条件下保存时，不会失去爆炸性能，保用期4～6个月。

　　铵梯炸药的热、冲击和起爆感度，决定于所加敏化剂和可燃剂成分的多少。

　　工程爆破中常用的几种铵梯炸药列于表2—8。

 

表2—8  常用铵梯炸药的成分和性能

 

 

　　铵梯炸药具有足够的爆炸威力、安定性好、原料来源广、成本低等主要优点，因而是我国各种爆破工程中较普遍使用的炸药。但铵梯炸药易吸湿和结块，不能用于涌水量大的爆破工作面。

　　铵梯炸药一般有药卷(筒)和散装两种包装形式。药卷外径有32mm，35mm、38mm三种，相应的重量为150g、200g、250g；散装有中包和大包两种，中包净重2～8kg，大包为10～40kg。各种包装的炸药包装后都要浸防潮剂。

　　(二)铵油炸药

　　其组分为硝酸铵和柴油。硝酸铵是铵油炸药的氧化剂，柴油是还原剂。由于铵油炸药不含敏化剂，为改善炸药爆炸性能，一般采用轻柴油来配制铵油炸药。因轻柴油的热值高，合适的粘结性能与硝酸铵均匀混合，易于渗透到硝酸铵颗粒的内部，使炸药颗粒内外的氧平衡值一致。这有利于使爆炸反应完全，提高炸药的爆炸威力。

　　铵油炸药的成分配比是按零氧平衡来确定的。按零氧平衡时的柴油量为5．5％，但在正常生产中实际均采用6％的加入量。这是考虑到从加工、储存到应用的整个过程中，会有各种损耗和挥发的情况，而须增加一定的补充量。

　　从20世纪60年代以来，铵油炸药能得到迅速推广和发展，其主要原因是：

　　1．由于多孔粒状硝酸铵能使铵油炸药在生产方式和性能两个方面均有很大突破，从而迅速成为生产铵油炸药的主要原料。

　　2．炸药的制造从以往的专业工厂生产改为应用单位自行制造、使用，使成本更为降低；生产方式灵活，对于用量较少的单位，可采用简单的人工法生产，而用量大的即可采用现场机械化连续混制。个别情况下，在短时期内要求提供较多产品时，可采用大型轮碾设备(如经改造的压路机)混制。

　　3．由于铵油炸药的感度低、危险性小及多孔粒状硝酸铵具有良好的吸油性和流散性，为机械化装药创造了条件，从而解决了采掘工业中整体机械化方面长期没有解决的一个薄弱环节。

　　4．在干孔中使用时，可采用无包装装药方式，能提高装药密度，从而提高炮孔利用率和爆破效果，改善爆破质量。

　　5．原材料的成本低，它不含梯恩梯，成分简单，加上就地生产就地使用，其运输、贮存直至装药等费用较少，所以其综合技术经济指标明显优于其他炸药。

　　然而，铵油炸药也有其特点，抗水性差，易吸潮、结块，爆速和猛度较低。因此，它不宜用于水孔和硬岩爆破，多用于干孔和中硬以下岩石中。

　　(三)铵松蜡与铵沥蜡炸药

　　铵油炸药不抗水和起爆感度低的缺点，限制了其使用范围。为弥补铵油炸药抗水性差的不足，采取在炸药中加入憎水性物质，以提高抗水能力。

　　这种憎水物质中，最常用的是沥青、石蜡、硬脂酸及其盐类(钙盐、钠盐等)，以及从植物中提取的蜡、脂类物质。也可采用合成树脂(如聚丙烯)等来实现硝酸铵的防水。

　　铵松蜡炸药由硝酸铵、木粉、松香和石蜡等组成。有时还添加少量的柴油。

　　炸药中的松香与石蜡既是还原剂又是憎水剂。松香的熔点高，在轮辗机热混的常用温度条件下，它不能熔化，因此它以微粉形式粘附在其周围。而石蜡的熔点低(48～60℃)，它以熔化的形式在硝酸铵颗粒的表面上包上一层憎水膜，因此它既提高了炸药的抗水、防结块能力，又能延长贮存期和改善爆炸性能。

　　铵沥蜡炸药，用沥青代替松香，作用原理大致相同。

　　这类炸药的性能与2#岩石炸药相接近，且贮存期可达半年至1年，贮存后的猛度值仍达12～14mm，殉爆为4～7cm，其有毒气体量由于配方不甚合理，据一些分析测定均高于2#岩石炸药。因此在井下使用时，要注意加强通风。

　　(四)含水硝铵类炸药

　　为了解决硝铵炸药不抗水的问题，经过长期研究探索，终于寻找到了在炸药中加入一定量的水作为炸药成分之一，开辟了以水来改善炸药的爆轰性能和抗水性能的新途径。

　　从它主要以硝酸铵为氧化剂这点看，仍属于硝铵类炸药的一大系列，但它与上述粉状硝铵炸药品种系列比较，具有自己的特殊性能和独立性。

　　含水炸药经历了含单质炸药的浆状炸药、不含单质炸药的乳化炸药等几个发展阶段，产品品种逐渐增多，很有发展前途，今后可能成为工业炸药的主体。

　　1．浆状炸药

　　浆状炸药与硝铵炸药最大的差异是它的组分中含有10％～20％的水。

　　敏化剂是保证浆状炸药具有足够敏感度的必要组分。按所用敏化手段的不同，浆状炸药可分为两大类：

　　(1)用敏化剂敏化的浆状炸药。其中有含TNT硝化甘油的，有含铝、镁等金属粉末作敏化剂的，有含硫、硬沥青、炭粉、柴油等可燃物的浆状炸药等。

　　(2)敏化气泡浆状炸药。炸药中均匀分布着许多微小气泡，以提高感度的作用。

　　胶凝剂是使浆状炸药各组分胶结成一体的药剂。只有良好的胶凝才能避免分子层离析，使炸药性能保持稳定。

　　浆状炸药的特点：

　　这种炸药的主要优点是：

　　(1)炸药密度高(1．40～1．55g／cm³)，相应装药密度也高。

　　(2)威力大，其体积威力为铵油炸药的1．5～2．5倍，爆压是铵油炸药的5～8倍。

　　(3)抗水性强，可用于10～15m水深的爆破作业。在水深15m处浸36h仍可保持其爆炸性能。

　　(4)装药操作方便，可作为流体进行泵送。

　　其缺点：

　　(1)成本通常高于铵油炸药。

　　(2)起爆感度低，不能用8#雷管和普通炸药起爆。其临界直径大，传爆性能差。

　　2．水胶炸药

　　水胶炸药是20世纪70年代发展起来的一种新型抗水硝铵类炸药，它与浆状炸药没有严格的区别，目前我国把以甲胺硝酸盐这种水溶性物质作为敏化剂的浆状炸药称为水胶炸药。

　　(1)水胶炸药的组分  通常由氧化剂、水、可燃剂、敏化剂、粘结剂、交联剂和固体添加剂等组成。

　　1)氧化剂：主要为硝酸铵和硝酸钠。所用的硝酸钠不许含有硼，否则会影响炸药质量。

　　2)敏化剂和可燃剂：水胶炸药中，使用甲胺硝酸盐作敏化剂和可燃剂。

　　3)凝胶体系：它是水胶炸药的关键，水胶炸药抗水、防冻及爆轰等一系列性能很大程度上取决于炸药的凝胶体。

　　(2)水胶炸药的性能  密度为1．1～1．25g／cm³，爆炸性能优于浆状炸药。

　　1)爆速：当药卷直径为32mm时，爆速为3500～3700m／s；装药直径为40mm时，爆速可达3500～4000m／s；装药直径达80mm时，爆速为5000～5200m／s。

　　2)起爆感度：一般可用8#雷管直接起爆。

　　3)殉爆距离：大于7cm。

　　4)威力：大于330ml。

　　水胶炸药具有较强的抗水能力，爆炸威力(特别是破碎硬岩)的效果优于2号岩石、铵松蜡炸药，所以成为抗水硝铵炸药的重要发展方向之一。

　　3．乳化炸药

　　乳化岩石炸药，又名乳胶炸药，呈乳脂状，是在水胶炸药的基础上发展起来的一种新型含水炸药。

　　乳化炸药是通过乳化剂的乳化作用，使原来互不相容的油水两种物质，在大量无机盐存在的情况下形成的一种油包水型乳胶。这种油包水型结构使乳化炸药具有良好的抗水性能和爆炸性能。它主要由氧化剂、敏化剂，可燃剂、油包水型乳化剂和其他添加剂组成。使用保证期为4个月至1年。岩石乳化炸药的组成和性能见表2—9。

 

表2—9乳化岩石炸药

 

 

 

　　岩石乳化炸药具有爆炸性能好，爆轰感度高，抗水性能强，爆炸后生成有害气体少，制造、贮存、运输和使用安全，密度大且可通过调节密度来调节炸药的威力，原料来源丰富等优点，但尚需进一步提高炸药的稳定性、抗冻性，延长贮存期，降低成本，使品种系列化。

　　乳化炸药的性能：

　　爆炸性能与2号岩石炸药相当。其优点是：生产的工艺简单，劳动条件好，原材料来源广，成本低；具有很强的抗水性(曾将产品置于水深1m，25天仍具有雷管感度)；其机械、热、火焰感度都比较低，因此生产、运输、贮存、使用等均比较安全；密度为1．15～1．45g／cm³时爆炸威力大；当配比和工艺合理时，其贮存期可达半年以上。

　　乳化炸药适用于无瓦斯、矿尘爆炸危险的矿井、露天和井下等爆破工程。

　　当组分中加入铝粉，可增加炸药能量。