[科普中国]-起爆能力

简介

矿山炸药的引爆主要采用工程雷管，要求工程雷管有效地引爆炸药。所谓有效引爆就是使炸药爆轰完全，从而使其发挥最大的威力。显然，这与雷管的起爆能力有关。当雷管起爆能力不足时，炸药爆炸不完全，甚至瞎炮。这样，爆破作业就达不到预期的效果了。

工程雷管的种类很多，但不论那一种雷管（包括火雷管、电雷管、延期雷管、毫秒雷管等等），它们的起爆能力都主要决定于相当火雷管的那一部分。因此，讨论雷管的起爆能力可以讨论火雷管的起爆能力为例。

雷管的起爆能力大小过去曾用雷管号数来衡量。在德国有人曾提出表示起爆能力大小的标准雷管,它不改变雷管外形尺寸和装药量，即都采用号雷管壳，只是把其中装的猛炸药太安改为含有一定量氯化钠的太安混合物。雷管的起爆能力随着氯化钠含量的增加而下降，用氯化钠的含量来表示雷管的号数。这种标准雷管的优点是，有比较准确的衡量起爆能力的尺度,它可以用来鉴定炸药爆轰感度的大小。雷管中起爆药接受火焰的热量后，由燃烧爆药应有一定感度，能在微小的能量刺激下发生爆炸。雷管中的猛炸药是决定雷管起爆能力的主要因素。

加强帽和雷管壳在一定程度上影响雷管的起爆能力。为便于讨论雷管中起爆药如何引爆猛炸药，以及雷管装药如何引爆矿山炸药，必须先了解两个炸药柱间能量传递情况。下面就这方面的问题进行简单的讨论1。

冲击波起爆当一个药柱从一端引爆时，用高速摄影技术就可以发现爆炸时从引爆端开始，以很高的速度传到另一端。这样高速的爆炸我们称之为爆轰。

近代的爆轰理论认为，炸药的爆轰可视为一个爆轰波在炸药中的传递。爆轰波是一个有自持化学反应的冲击波，当爆轰波通过炸药时,在爆轰波前沿上冲击波强烈地压缩炸药，使炸药发生化学变化，化学反应放出的热量，抵消了冲击波在传递过程中的能量损失例如，粘性的损失等等，使冲击波速度不衰减，能以一个稳定的速度传递。所以，爆轰波是一个自持的、稳定的、有化学变化伴随着的冲击波。炸药的化学反应给爆轰波的能量越多，则爆轰波的速度也越高。在爆轰波后面，高温高压的爆炸气体产物随波向前运动。

雷管起爆能力雷管起爆能力用雷管输出能量对炸药的作用来衡量。雷管能量以三种形式输出冲击波、爆炸气体和壳的破片。三种形式以哪一种为主,要结合具体情况来讨论。

雷管和炸药直接接触这时雷管中，炸药爆轰时的爆轰波首先作用于底壳上，爆轰波经过壳底衰减，以冲击波的形式进入被发炸药。这种衰减还应包括冲击波在两个分界面上由于冲击阻抗匹配所造成的衰减，和冲击波通过介质时受到介质的阻力所造成的衰减。在雷管中，冲击波由爆炸产物进入金属介质壳底,又由金属介质进入炸药，两个界面的作用虽然不能完全抵消这是因为第一个界面使冲击波的压力上升，而第二个界面使冲击波的压力下降，上升和下降之值是不完全一致的，但差别不大。另外管壳底很薄，冲击波经过时的衰减也小。为了简化，忽略管壳底的这两种衰减,认为爆轰波直接进入炸药。这样被发炸药的起爆就可直接运用上面所讨论的冲击波起爆机理,即只要求被发炸药接受的能量应大于该炸药起爆沂需的临界能量。

实际上，起爆时雷管底是有少量的衰减作用的。例如，实验可以证明铝壳底比铜壳底起爆能力更好些，这是因为铝壳衰减较铜壳小。

雷管和被装药之间有空气存在这时起爆情况要比较复杂些。参与起爆作用的除了空气冲击波和爆炸气体外，还有破片。空气冲击波和爆炸气体的作用，在离爆炸中心较近的距离内（例如，相当于炸药柱半径巧倍左右的距离时），空气冲击波和爆炸气体是联合作用的，而在大约10-15倍半径距离之外，爆炸气体的压力下降到接近大气压，此时冲击波才脱离爆炸气体而独自向前运动。对雷管起爆炸药来说，一般都小于这个距离范围内。所以，冲击波和爆炸气体的作用都应该同时考虑。

冲击波的强度和爆炸气体的压力都随距离而迅速地下降。先从空气冲击波来看，在爆炸气体和空气分界面上产生的初始冲击波强度是可以由空气和爆炸气体的阻抗匹配来估计的2。

雷管起爆能力影响因素侧向起爆能力前面讨论的是雷管底面上（轴向）的起爆能力，而实用时雷管是放入药包中起爆炸药的，这样也利用了侧向的作用。如用侧向起爆时的情况，是将主发炸药横放在被发炸药柱的面上爆炸的。

对被发炸药压力作用方向和爆轰波方向基本垂直，这种侧向的压力几乎只是爆轰波头上压力的一半，因此它的起爆能力也比较小。如果被发炸药的感度过低,这时侧向的作用就可不予考虑。但现在我们所使用的炸药，其感度一般都是足以利用侧向起爆能力的，所以雷管放入炸药中对起爆更有利。当然，那也只有雷管中装药的那部分的侧面有起爆能力。单位面积上侧向起爆能力虽然比底部的小些，但侧向有更大的面积，因此总的说来，侧向的起爆也是有作用的。

壳底的形状现代使用的雷管有平底和凹底两种。关于这两种形状的起爆能力，有不少人做过试验，有的认为没有什么差别,也有的认为在不同的试验条件下的结果不一致。分析一下凹底的作用可以说明一些问题。凹底有聚能作用。空气中雷管爆炸时用高速摄影拍摄爆炸情况可以看到，凹底雷管金属壳有金属射流形成，这种射流由于直径很小，在前进过程中的分散较快，因此起爆能力小，远不如平底雷管的破片。所以在评定有空气隙而距离较远处的起爆能力时，平底雷管比凹底雷管更好些。但在近距离，尤其是凹底的焦点上,起爆能力是比较强的。也就是说在这个距离前后，凹底雷管起爆能力比平底的好，这在铅板试验上表现得比较明显。但此距离不足以形成金属流，而是由于聚能的作用，把底面上爆炸气体聚拢于较小的面积上。这样起爆的总面积减小了，而单位面积上强度增加了。因此只有对特别钝感的炸药来说，凹底的聚能作用是有效的。总的说来，雷管底部形状在矿山炸药的使用中，在起爆能力的区别上是不显著的。所以现在在中国、日本等国家多用凹底的，而欧、美则多用平底的。我们也认为，在一般情况下,起爆能力上没有特别的差别3。

总结工程雷管起爆矿山炸药的机理仍以雷管给出的爆轰波为主雷管起爆能力大小以其给出的爆轰波的能量来衡量，影响爆压和持续时间的因素都影响雷管的起爆能量（例如，装药的爆速、装药密度、药量等等），不论对从事雷管制造的工作者和使用者都应予以注意1。