1.2　爆炸的基本概念

细节18：敏感易爆性

炸药的敏感性指的是炸药在受到环境的加热、撞击、摩擦或电火花等外能作用时发生着火或爆炸的难易程度。这是炸药的一个重要特性。也就是对外界作用比较敏感，可以用火焰、撞击、摩擦、针刺或电能等较小的简单的初始冲能就能导致爆炸。炸药对外界作用的敏感程度是不同的，有的差别很大。例如，碘化氮这种起爆药若用羽毛轻轻触动即可能引起爆炸，而常用的炸药梯恩梯（TNT）却用枪弹射穿也不爆炸。炸药引爆所需的初始冲能愈小，则说明该炸药愈敏感。初始冲能又称为爆冲能，是指激发炸药爆炸所需的最小能量。

炸药的敏感性是由许多因素决定的。这些因素可以归纳为内在因素与外在因素两类。

（1）影响炸药敏感性的内在因素。炸药的内在因素是决定其敏感程度的根本因素，也就是指爆炸品的物理化学性质，诸如键能、分子结构、活化能及热容、导热性等。

（2）影响炸药敏感性的外在因素。决定炸药敏感性的内在因素，均是不受人为因素影响的，但是决定炸药敏感性的外在因素，则可受人为因素的直接影响。所以，研究影响炸药敏感性的外在因素对炸药的生产、使用、储存以及运输安全有着更重要的意义。这些因素主要包括下列几个方面。

①结晶。炸药的晶体结构与敏感度的关系是，结晶形状不同，其敏感性也就不同，这主要是由它们晶格能量的不同决定的。

②松密度。炸药随其松密度的增大，通常敏感度均有所降低，但是粉碎疏松的炸药，其敏感度较严密填实的高。

③温度。介质温度的高低，对炸药的敏感度也有显著影响。当药温接近于爆发点时，则给以很小的能量即能引爆，这是在炸药储运过程中必须注意的一个问题。

④杂质。沙粒、石子、水、金属、酸以及碱等杂质对炸药的敏感度有很大影响，而且不同的杂质所产生的影响也不同。在通常情况下，沙粒、石子等固体杂质，特别是硬度高、有尖棱的杂质，能增加炸药的敏感度。由于这些杂质能使冲击能集中在尖棱上，产生许多高能中心，促使炸药爆炸，比如梯恩梯炸药混进沙粒之后，敏感度显著提高；炸药还能与很多金属杂质反应生成更易爆炸的物质，尤其是铅、银、铜、锌、铁等金属，与苦味酸、梯恩梯以及三硝基苯甲醚等炸药反应的生成物，均为敏感度极高的爆炸物，大多轻微的摩碰即行起爆；强酸、强碱与苦味酸、爆胶、雷汞、黑索金以及无烟火药等许多炸药接触能发生剧烈反应，或者生成敏感度很高的易爆物，一经摩碰即起爆，例如，硝化甘油遇浓硫酸会发生不可控制的反应。相反，石蜡、糊精、沥青、水等松软的或液态的物质掺入炸药后，往往会降低其敏感度。如：硝化棉含水量大于32％时，对摩擦和撞击等机械敏感度大大降低；苦味酸含水量大于35％时、硝铵炸药含水量大于3％时就不会爆炸。这是由于水能够在炸药结晶表面形成一层可塑性的柔软薄膜，把结晶包围起来，当受到外界机械作用时，可减少结晶颗粒之间的摩擦，使得冲击作用变得较弱，因此使炸药钝感。几种炸药失去爆炸性的湿度见表1-11。

由此可见，炸药在储存与运输过程中，尤其是在撒漏时，要防止沙粒、石子、尘土等杂质混入，避免与酸、碱接触。对于能受金属激发的炸药，应严禁用金属容器盛装，也不得用金属工具进行作业。同时我们还可以根据水对炸药的钝化作用与冷却作用，在着火时用水灭火。

细节19：自燃危险性

一些火药在一定温度条件下可不用火源的作用即自行着火或爆炸，如双基火药在长时间堆放在一起时，因为火药的缓慢热分解放出的热量及产生的NO2气体不能及时散发出去，火药内部就会产生热积累，当达到其自燃点时便会自行着火或者爆炸。这是火药爆炸品在储存及运输工作中需特别注意的问题。

从微观看，火药中的分子是处于运动状态的，每个分子所处的位能均符合分子状态分布的规律，即位能极高的分子或者极低的分子数目很少，而大部分分子处于某温度平均位能周围，只有分子中的活化分子才能产生化学反应。在常温条件下，火药中也有活化分子，但这种分子很少，分解反应进行得很慢，慢到通过普通方法无法观测，化学反应放出的热量也很少，可以及时散失到周围介质中去，但是当产生热积累时，火药就会自动升温。温度升高会使系统中的活化分子数目增多，所以增加了分解反应速度，反应放热又会自动加热而升温，从而使反应加速，最终造成炸药的自燃或爆炸。这里说明了火药遇热的敏感性；对于以多元醇硝酸酯为基的火药还存在着分解产物NO2的自动催化作用（安定剂失效后）。因此，压延后的双基药粒（50℃）不得装入胶皮口袋内，不得将各种火药堆大垛长时间存放，储存中应注意及时通风及散热散潮。如2003年7月28日，河北省辛集郭西烟花爆竹厂在太阳下暴晒火药一天后，未待晾凉即将药球堆积起来，由于温度高、湿度大，在18时08分自燃引起连续爆炸。爆炸导致29人死亡，91人受伤，其中重伤12人，轻伤79人。

细节20：遇热（火焰）易爆性

炸药对热的作用是非常敏感的。在实际中炸药常常因为遇到高温或火焰的作用而发生爆炸。为了确保安全，我们不仅要在生产、运输、储存以及使用过程中让炸药远离各种高温和热源，还应对炸药的热感度、火焰感度进行测定，以便于运用更加科学的方法进行防范和管理。

炸药的热感度指的是炸药在热作用下发生爆炸的难易程度，包括加热感度和火焰感度两部分。炸药的加热感度常用爆发点来表示。炸药的爆发点指的是在一定条件下，将炸药加热到爆燃时被加热介质的最低温度。将炸药加热到爆燃所需的时间称为炸药的感应期或炸药的延滞期。

细节21：机械作用机理

许多炸药受到撞击、振动以及摩擦等机械作用时都有着火、爆炸的危险，而炸药在生产、储存和运输过程中，均有可能受到意外的撞击、振动以及摩擦等机械作用。在这些作用下能否保证安全，这即为研究机械作用危险性的目的。

（1）机械作用爆炸激发的机理。大量研究证明，机械作用下的爆炸激发是借助机械能转变为热能来实现的。但是计算表明，机械能要使整个受试验炸药温度升高至爆发点不可能。如雷汞，即使引爆冲击能全部转化为热能被它吸收，也只能够加热升温20℃，根本达不到爆发点的温度，那么又为什么会出现爆炸呢？因此出现了热点学说。热点学说认为，在机械作用下，机械能会转变为热能，这些热能来不及均匀地分布至全部试样上而聚集在小的局部范围内形成热点，在热点处发生热分解。因为分解放热促使分解反应速度急剧增加，在热点内部形成强烈的反应，从而使热点的温度比爆发点高。爆炸就在这些热点处开始，然后扩展到整个炸药。这些热点也称为反应中心。在机械作用下，炸药颗粒间的挤压及摩擦，炸药内部空气泡的绝热压缩，炸药的塑性变形，部分熔化炸药的黏滞流动等均能产生热点。

（2）机械热点的成长过程。机械热点的成长过程是逐步发展的，除了氮化铅等爆轰成长太快的炸药外，其他炸药大致可以分为：热点形成阶段；热点向周围起火燃烧阶段（此时燃速为每秒几百米）；由快速燃烧转为爆燃阶段（爆速为1000～2000m/s）；从爆燃发展到爆轰阶段（此时的爆速高于5000m/s）四个阶段。

（3）热点成长为爆炸的条件。试验证明，热点成长为爆炸需具备下列条件。

①热点温度。它与热点的大小有关。通常热点越小要求温度也越高。通常在10-4cm时需400～600℃。

②热点尺寸。通常要求热点半径为10-5～10-3cm。

③热点分解时间。这是确保热量传递给周围炸药所必需的。否则就会自动熄灭。热点分解时间通常需要10-5～10-4s。

实践证明，无论是撞击还是摩擦，只要能形成具备以上条件的热点，炸药都能被激发爆炸。因此，爆炸品在生产储存和运输过程中，一定要避免撞击、摩擦或挤压，消除各种可能形成热点的条件。目前许多学者对热点学说的看法基本是一致的，但是对于形成热点的途径则有不同的看法，并且这种机理用于定量计算还需要进一步研究。

细节22：静电危险性

炸药是电的不良导体，电阻率通常都在1012Ω·cm以上（火药电阻率约为1018Ω·cm）。在生产、包装、运输以及使用过程中，炸药会经常与容器壁或其他介质摩擦，这样就会产生静电荷，在没有采取有效接地措施导除静电的条件下，就会使静电荷聚集起来。这种聚集的静电荷表现出很高的静电电位，最高可达几万伏，放电的条件一旦形成，就会发生放电火花。当炸药的放电能量达到足以点燃炸药时，就会出现着火、爆炸事故。因此，我们必须要研究炸药静电火花的危险性。

为区分炸药的静电和电火花危险性的大小，通常通过静电感应度来表示。炸药的静电感应度实际包括两个方面：一是静电放电火花作用下炸药发生爆炸的难易程度，即静电火花感度；二是炸药在摩擦时产生静电的难易程度，即静电积累值。

为避免和减少静电的危害，我们必须研究如何改善炸药抗静电的性能，这也是近代炸药研究中的一个重要课题。目前对于常用炸药主要通过两个方面改进抗静电性能：一种是在炸药中掺入少量炭黑、石墨以及硼粉等导电物质，以降低炸药的电阻率，减少静电的积聚，例如，利用石墨包覆的导电斯蒂芬酸铅，含硼的中性斯蒂芬酸铅等；另一种是在起爆药中添加少许抗静电表面活性剂，例如在氮化铅产品中加入少量三羟基甲基乙烷三硝酸酯，可以将其静电感度降低；又如在斯蒂芬酸铅产品中，添加少量羧甲基纤维素或甲基纤维素等，也均有降低静电感度的效果。

细节23：着火危险性

由炸药的成分可知，凡是炸药，百分之百地均为比易燃固体更易燃的物质，而且着火不需外界供给氧气。这是由于许多炸药本身就是含氧的化合物或者是可燃物与氧化剂的混合物，受激发能源作用就能发生氧化还原反应而形成分解式燃烧。同时，炸药爆炸时放出大量的热，形成数千摄氏度的高温，能使自身分解出的可燃性气态产物与周围接触的可燃物质起火燃烧，造成重大火灾事故。所以必须做好炸药爆炸时的火灾预防工作，并针对炸药爆炸时的着火特点进行施救。

细节24：爆炸破坏性

爆炸品一旦发生爆炸，爆炸中心的高温、高压气体产物就会迅速向外膨胀，剧烈地冲击、压缩周围原来平静的空气，使其压力、密度以及温度突然升高，形成很强的空气冲击波并迅速向外传播。冲击波在传播过程中有很大的破坏力，会使周围建筑物遭到破坏及人员遭受伤害。爆炸品无论是储存还是运输，量都比较大，一旦发生爆炸事故危害会更大，因此，我们必须研究爆炸品的爆炸破坏性。

（1）炸药爆炸的特征

①变化速度极快。爆炸反应通常在10-6～10-4s之间完成。爆炸传播速度通常在2400～9000m/s之间。因为反应速度极快，瞬间释放出能量的时间与功率成反比，时间越短，功率越大。比如1kg一包的硝铵炸药完成爆炸反应的时间只有3～5s，爆速为2400～3000m/s，爆炸能量在极短时间内放出，爆炸功率可达到220650kW。

爆炸传播的速度通常以爆速来表示，指炸药爆炸时爆轰波沿炸药内部的传播速度，也称爆轰速度。爆速是炸药分解完成程度和炸药作用效率的指标。爆速愈快，则炸药爆炸后的爆炸力和击碎力也就愈大。爆速的测定方法，通常是把一定量的炸药制成相当长度的带子，从一端点燃后在1s传播的米数，就为炸药的爆速（m/s）。

②产生热量高。爆炸的反应热通常在2926～6270kJ/kg之间，气体产物依靠反应热往往被加热至2000～4000℃，压力可达到10万～40万大气压。这种高温、高压反应产物的能量最后转化为机械能做功，使周围介质受到压缩和破坏。炸药爆炸对周围物质的破坏能力通过爆炸威力来表示，简称为爆力，指的是炸药爆炸时做抛掷功的能力。爆炸威力的大小决定于爆热的大小与爆温的高低，它们之间的关系是：爆热愈大，爆温愈高，其威力也就愈大；威力愈大，则破坏能力愈强，破坏的体积及范围也就愈大。比如1kg硝铵炸药爆炸后能放出3849.7～4932.4kJ的热量，可以产生2400～3400℃的高温，爆炸威力可达230～350mL。

③产生气体多。炸药爆炸后产生气体的多少和爆炸温度有关。爆炸温度愈高，产生的气体愈多，其破坏力也就愈大。通常1kg炸药爆炸时能产生700～1000L气体。比如1kg硝铵炸药爆炸时能在3～5s之内放出869～963L气体，使压力猛增到10万大气压，猛度达8～14mm，因此破坏力很大。

（2）爆炸的破坏作用。爆炸的破坏作用可包括下列几个方面。

①爆炸火球对物体的直接作用。炸药爆炸产生的高温、高压以及高能量密度的气体产物最初呈一个炽热的火球，其迅速膨胀对周围的物体有灼烧及猛烈冲击作用，可以烧穿钢甲、炸碎弹体、炸坏建筑或设备，也可以使邻近炸药产生殉爆或引起火灾。通常来说，爆炸火球的作用距离较近，大约只在装药半径的7～14倍范围之内；石块和碎片等固体飞散物有时被抛掷很远，但它对建筑物只能导致局部破坏。

②空气冲击波的作用。空气冲击波是爆炸或者爆裂发生时，在极短时间之内释放出的大量的气态产物，以其极高的压力（初始冲击波波阵面上的压力可达到100～200MPa）、极快的速度（扩散速度可达到3000～5000m/s）向周围膨胀扩散传播，以致将自己的一部分能量传递给空气粒子，致使这些空气粒子的剧烈运动，强烈压缩周围空气形成具有强大能量的空气波，并以猛烈的冲击力对障碍产生补充破坏作用的现象。空气冲击波在传播过程中，不断把能量传递给周围介质与遇到的障碍物，其自身能量不断减少，强度不断衰减。随着冲击波远离爆源，其压力及速度逐渐减小，最后衰减成为对人员和建筑物不再构成危险的音波，以致最后完全消失。由爆炸能量分布来看，敞开条件下爆炸时大约有75％的能量传给了空气冲击波。因此，在考虑地面爆炸品仓库发生事故的破坏作用时，主要考虑空气冲击波的作用。

空气冲击波的破坏作用主要体现在下列两点。

a.对建筑物的破坏。空气冲击波的特性决定了它能够对爆源周围的建筑物与构筑物产生强烈的机械破坏作用，先是冲击波波头以极大的速度袭击所遇到的障碍物，紧跟在冲击波波头后面的是以很高速度、朝同一方向运动的空气介质流，它通过猛烈的冲击力对障碍产生补充破坏作用，使其倾翻或者破坏。前苏联曾发生过这样一件事：在奥索维茨要塞保卫战中，一个战士把一匹战马牵入一端封闭的弯曲混凝土洞室内以躲避，恰在此时，一颗重型炮弹在洞口附近爆炸，强烈的空气冲击波突然袭来，使战马被猛烈挤压到洞壁上成为饼状。空气冲击波的力量竟如此之大，以致在混凝土壁上留下了马骨撞击的痕迹。

冲击波对建筑物的破坏等级共分为七个级别，如下为各破坏等级的特征。

一级：基本无破坏，冲击波峰值超压ΔP在0.002～0.007MPa之间。其表现为：木门窗、砖外墙、木屋盖、瓦屋面、钢混屋盖、顶棚、内墙、钢混柱等基本无破坏；玻璃偶然破坏。

二级：次轻度破坏，冲击波峰值超压ΔP在0.007～0.015MPa之间。其表现为：砖外墙、钢混屋盖、木屋盖、钢混柱等基本无破坏；木门窗窗扇少量破坏；瓦屋面少量移动；顶棚抹灰少量掉落；内墙板条墙抹灰小量掉落；玻璃少部分到大部分呈大块、条状或者小块破坏。

三级：轻度破坏，冲击波峰值超压ΔP在0.015～0.03MPa之间。其表现为：钢混屋盖无损坏；钢混柱等基本没有破坏；玻璃大部分呈小块破坏到粉碎；砖外墙出现较小裂缝，最大宽度≤5mm，稍有倾斜；木门窗窗扇大量破坏，窗框、门扇破坏；木屋盖木屋面板变形，偶然有折裂；顶棚抹灰大量掉落；瓦屋面大量移动；内墙板条墙抹灰大量。

四级：中等破坏，冲击波峰值超压ΔP在0.03～0.05MPa之间。其表现为：钢混柱等基本无破坏；玻璃粉碎；砖外墙出现较大裂缝，最大宽度在5～50mm之间，有明显倾斜，砖垛出现较小裂缝；木门窗窗扇掉落，门倒，窗框、内扇大部分破坏；木屋盖的木屋面板、木屋檩条折裂，木屋支架松动；钢混屋盖出现微小裂缝，最大宽度>1mm；砖内墙出现小裂缝；瓦屋面大量移动到全部掀掉，顶棚木龙骨部分破坏下垂、裂缝。

五级：次严重破坏，冲击波峰值超压ΔP在0.05～0.1MPa之间。其表现为：钢混柱无损坏；玻璃粉碎；木门、窗门、窗扇摧毁，窗框掉落；木屋盖木檩条折断，木屋架杆件偶然折裂，支座错位；砖外墙出现严重裂缝，最大宽度50mm，严重倾斜，砖垛出现较大裂缝；钢混屋盖出现明显裂缝，最大宽度在1～2mm，修理后能继续使用；顶棚塌落；瓦门窗全部掀掉；砖内墙出现较大裂缝。

六级：严重破坏，波峰值超压ΔP在0.1～0.2MPa之间。其表现为：玻璃粉碎，木门窗全部摧毁，木屋盖部分倒塌，砖外墙部分倒塌，钢混屋盖出现较宽裂缝最大宽度>2mm，瓦屋面全部掀掉，顶棚全部塌落，砖内墙出现严重裂缝到部分倒塌，钢混柱有倾斜。

七级：完全破坏，波峰值超压ΔP>0.2MPa，其表现为：玻璃粉碎；砖外墙大部分到整个倒塌；木门窗全部摧毁；木屋盖整个倒塌，钢混屋盖的砖墙承重大部分到整个倒塌，钢混柱严重破坏；顶棚全部塌落；瓦屋面全部掀掉；内墙大部分倒塌；钢混柱有较大倾斜。

根据我国爆炸试验与爆炸事故统计资料，建筑物的破坏等级与空气冲击波超压的关系如表1-12所列。

注：对比距离（m）是实际距离与试验炸药质量开立方的比值。

b.对人员的杀伤空气冲击波对人员的杀伤作用，主要是导致听觉器官损伤，内脏器官出血以及死亡。较小的冲击波能引起耳膜破裂，稍大的冲击波会引起肺、肝以及脾等内脏器官的严重损伤。在无掩蔽的情况下，人员无法承受0.02MPa以上的冲击波超压。利用羊、狗做试验（动物取立姿，腹部正对爆炸中心），试验药量为1～40t，测得按冲击波峰值超压划分的动物伤亡等级见表1-13。

注：对比距离（m）是实际距离与试验炸药质量开立方的比值。

从表1-12与表1-13可以看出，1kg梯恩梯炸药爆炸时空气冲击波对人的安全距离，按照伤亡等级一级计算，应在距离12m以远，对建筑物的安全距离按照破坏等级二级计算，应在距离17m以远。

③固体飞散物与地震波的作用。因为爆炸而抛掷起来的石块、破片、碎砖瓦等固体飞散物，可以击伤人员与砸坏建筑物。

爆炸引起的地震效应以地震波的形式向周围传播，导致邻近建筑物遭到破坏。地震波对人不起什么直接作用，只是对建筑物有害，尤其是大容量地下炸药库或洞库爆炸时的地震波对附近建筑物威胁较大，但是地震波较之空气冲击波衰减得快得多。

细节25：毒害性

有些炸药，如苦味酸、梯恩梯、雷汞、硝化甘油、叠氮化铅等，本身都具有一定毒害性，且绝大多数炸药爆炸时能够产生诸如CO、CO2、NO、NO2、HCN以及N2等有毒或窒息性气体，可通过呼吸道、食道甚至皮肤等进入体内，引起中毒。这是由于它们本身含有形成这些有毒或窒息性气体的元素，在爆炸的瞬间，这些元素的原子相互之间重新结合而组成一些有毒的或窒息性的气体。例如：三硝基苯酚[C6H2（NO2)3OH]，分子中含有C、H、O、N等元素，它们通过爆炸反应就可生成CO、CO2、N2、HCN等有毒性或窒息性气体。所以，在炸药爆炸场所进行施救工作时，除了防止爆炸伤害外，还应注意防毒，以免导致中毒事故。