第一节 爆破器材与起爆方法
炸药和起爆材料统称爆破器材。炸药是破坏介质的能源，而起爆材料则使炸药能安全、有效地释放能量。起爆是爆破设计施工的重要环节。良好的起爆方法及可靠的爆破网路，不仅有利于安全准爆，避免瞎炮和殉爆，同时有利于炸药能量的充分利用、控制爆破抛掷方向和降低爆破振动效应。
一、炸药和起爆器材
（一）炸药
一般来说，凡能发生化学爆炸的物质均可称为炸药。通常应按照岩石性质和爆破要求选择不同类型和性能指标的炸药。
1.炸药的性能指标
（1）威力。代表炸药的作功能力，分别以爆力和猛度表示。前者又称静力威力，用定量炸药炸开规定尺寸铅柱体内空腔的容积（mL）来衡量，它表征炸药炸胀介质的能力；后者又称动力威力，用定量炸药炸塌规定尺寸铅柱体的高度（mm）来表示，它表征炸药粉碎介质的能力。
（2）敏感度。炸药在外界能量作用下激起爆轰的过程，称为炸药的起爆。炸药起爆的难易程度，称为炸药的敏感度。炸药的敏感度包括热感度、火焰感度、冲击感度、摩擦感度和爆轰感度等。炸药感度指标通过规定条件下的实验确定，该值对于指导炸药的安全生产、运输、储存和使用有重大参考作用。
（3）氧平衡。反映炸药含氧量和氧化反应程度的指标。常用工业炸药的分子式可表达为CaHbOcNd（其中a、b、c、d为相应元素的原子数量），当炸药的含氧量恰好等于可燃物完全氧化所需要的含氧量，则生成无毒的CO2、H2O和N2，并释放大量热能，称零氧平衡。若含氧量大于需氧量，生成有毒的NO和NO2，并释放较少的热量，称正氧平衡。若含氧量不足，生成有毒的CO，释放热量较正氧平衡大幅降低，称为负氧平衡。不难看出，从充分发挥炸药化学反应的放热能力和有利于安全的角度出发，炸药最好是零氧平衡。考虑到炸药包装材料燃烧的需氧量，炸药通常配制成微量的正氧平衡。
（4）安定性。炸药在长期储存中保持自身性质稳定不变的能力，包括物理安定性和化学安定性。
（5）殉爆距离。炸药药包的爆炸引起相邻药包起爆的最大距离。该指标表征炸药对爆轰的感度，是确定分段装药参数和盲炮处理等的基础。
（6）最佳密度。炸药能获得最大爆破效果时的密度。凡高于或低于此密度，爆破效果都会降低。
2.常用的工业炸药
（1）TNT（三硝基甲苯）。是一种烈性炸药，呈黄色粉末或鱼鳞片状，难溶于水，可用于水下爆破。由于此炸药威力大，常用来做副起爆药。爆炸后呈负氧平衡，产生有毒的一氧化碳，不适用于地下工程爆破。
（2）胶质炸药（硝化甘油炸药）。是一种烈性炸药，色黄、可塑、威力大、密度大、抗水性强，可作副起爆药，也可用于水下和地下爆破工程。它的冻结温度高达13.2℃，结冻后，敏感度高，安全性差。随着硝铵类含水炸药的出现，该类炸药的使用日趋减少。
（3）铵油炸药。其主要成分是硝酸铵和柴油。为减少结块，可加入木粉。理论与实践表明，硝酸铵、柴油、木粉的配比以92∶4∶4最佳；当无木粉时，含油率以6%较好。铵油炸药成本低、使用安全、易于生产，但威力和敏感度较低。热加工拌和均匀的细粉状铵油炸药，可用8号雷管起爆；冷加工颗粒较粗、拌和较差的粗粉状铵油炸药需用中继药包方能起爆。铵油炸药的有效储存期仅为7～15d，一般在施工现场拌制。
（4）乳化炸药。这是以氧化剂（主要是硝酸铵）水溶液与油类经乳化而成的油包水型乳胶体作爆炸基质，再添加少量敏化剂、稳定剂等添加剂而成的一种乳脂状炸药。乳化炸药的爆速较高，且随药柱直径增大、炸药密度增大而提高。乳化炸药有抗水性能强，爆炸性能好，原材料来源广，加工工艺简单，生产使用安全和环境污染小等优点，是目前应用最广泛的工业炸药。乳化炸药的有效储存期为4～6个月。
（5）浆状炸药。这是以氧化剂的饱和水溶液、敏化剂及胶凝剂为基本成分的抗水硝铵类炸药。含有水溶性胶凝剂的浆状炸药又叫水胶炸药。具有抗水性强、密度高、爆炸威力较大、原料来源广和使用安全等优点，主要缺点是储存期短，主要用于岩性坚硬的露天有水深孔爆破中。
（6）铵梯炸药。其主要成分是硝酸铵加少量的TNT和木粉混合而成。调整三种成分的百分比，可制成不同性能的铵梯炸药。这种炸药敏感度低，使用安全；缺点是吸湿性强，易结块，使爆力和敏感度降低。铵梯炸药曾经是国内使用最广泛的炸药，过去我国将2号岩石铵梯炸药作为药量计算的标准炸药。其爆力为320mL，猛度为12mm，殉爆距离5cm。临界直径为18～20mm，处于最佳密度时直径为32～35mm的药卷爆速约3600m/s，储存有效期为6个月。由于该炸药含TNT引起环保问题，我国民爆行业已禁止生产和使用铵梯炸药。
在水利水电工程建设中，较常用的工业炸药为乳化炸药和铵油炸药。
（二）起爆器材
常用的起爆器材包括雷管、用来引爆雷管或传递爆轰波的各种材料。
1.雷管
雷管是用来引爆炸药的器材，如图2-1所示。根据点火装置的不同，分为火雷管和电雷管。前者在帽孔前的插索腔内插入导火索点火引爆；后者由电气点火装置点火引爆正起爆药（雷汞或迭氮铅），再激发副起爆药产生爆轰。正起爆药外用金属加强帽封盖。电雷管有即发、秒延期和毫秒延期三种。秒延期雷管不同于即发雷管之处在于点火装置与加强帽之间多了一段缓燃剂，根据缓燃剂的长短控制延迟时间，国产的秒延雷管分7段，每段延迟时间为1s。毫秒延迟电雷管的构造是在点火装置与加强帽间增设毫秒延迟药，国产毫秒延迟雷管有五个系列产品，其中第五系列被广泛运用，共计20段，最大延迟时间可达2000ms。
图2-1 各种雷管的构造
（a）火雷管；（b）即发电雷管；（c）延迟电雷管
1—聚能穴；2—副起爆药；3—正起爆药；4—缓燃剂；5—点火桥丝；6—雷管外壳；7—密封胶；8—脚线；9—加强帽；10—帽孔
电子雷管是采用具有电子延时功能的专用集成电路芯片实现精确延期的一种新型起爆器材。电子雷管按照输入能量不同可分为导爆管电子雷管和数码电子雷管，两类电子雷管的结构见图2-2。电子雷管具有安全可靠、延期时间精度高、设定灵活等特点，是今后的发展方向。
电磁雷管在电雷管的基础上通过电磁感应产生的电能来激发雷管起爆。电磁雷管的结构与电雷管基本一致，只是雷管脚线与绕在环状磁芯上的线圈相连接，其结构见图2-3。
图2-2 电子雷管的构造
图2-3 磁电雷管的构造
2.导火索
导火索用来激发火雷管。索芯为黑火药，外壳用棉线、纸条和防水材料等缠绕和涂抹而成。按使用场合不同，导火索有普通型、防水型和安全型三种。使用最多的是每米燃烧时间为100～125s的普通导火索。
3.导爆索
导爆索可分为安全导爆索和露天导爆索。水利水电工程常用的为露天导爆索。导爆索构造类似于导火索，但其药芯为黑索金，外表涂成红色，以示区别。普通导爆索的爆速一般不低于6500m/s，线装药密度为12～14g/m。合格的导爆索在0.5m深的水中浸泡24h后，其敏感度和传爆性能不变。
4.导爆管
导爆管用于导爆管起爆网路中冲击波的传递，需用雷管引爆。它为一种聚乙烯空心软管，外径3mm，内径1.4mm，管内壁涂有以奥克托金或黑索金为主体的粉状炸药，线敷药密度为14～18mg/m。导爆管的传爆速度为1600～2000m/s。
图2-4 导爆雷管构造示意图
1—火雷管；2—延迟药；3—消爆室；4—卡痕；5—卡口塞；6—导爆管
5.导爆雷管
导爆雷管构造如图2-4所示。在火雷管前端加装消爆室后，再用塑料卡口塞与导爆管连接即成导爆雷管。消爆室的主要作用在于降低导爆管口泄出的高温气流压力，防止在火雷管发火前卡口塞破裂或脱开。导爆雷管也分即发、秒延迟和毫秒延迟三种。消爆室后无延迟药者为即发导爆雷管，有延迟药者为毫秒导爆雷管，秒延迟雷管与电雷管一样，其延迟时间也用精制导火索控制。
二、起爆方法和起爆网路
炸药的基本起爆方法包括火花起爆、电力起爆、导爆管起爆、导爆索起爆、电子雷管起爆和电磁雷管起爆等。不同的起爆方法，要求采用不同的起爆器材。无论对钻孔爆破还是洞室爆破，当采用群药包进行爆破时，为了达到增强爆破效果、控制爆破振动等目的，采用齐发、延迟，或组内齐发、组间延迟等起爆方式，这就要求用起爆材料将各药包联接成既可统一赋能起爆、又能控制各药包起爆延期时间的网路，即爆破网路。
1.起爆方法
常用的起爆方法包括电力起爆和非电起爆两大类，后者又包括火花起爆、导爆管起爆和导爆索起爆。
（1）火花起爆。用导火索和火雷管引爆炸药。将剪截好的导火索插入火雷管插索腔内，制成起爆雷管，再将其插入药卷内成为起爆药卷，而后将起爆药卷放入药包内。导火索一般可用点火线、点火棒或自制导火索点火。导火索长度应保证点火人员安全撤离，且不短于1.2m。火花起爆是最早使用的起爆方法，由于受到安全性、爆破规模及爆破延迟时间等方面的限制，目前在民爆工程中已禁止使用火花起爆。
（2）电力起爆。电力起爆是电源通过电线输送电能激发电雷管，继而起爆炸药的方法。电力起爆网路中的电线按其部位可分为端线、联接线、区域线和主线。专用的电容式起爆器、照明或者动力线路，只要能满足功率和电流强度要求，均可作起爆电源。
（3）导爆管起爆。导爆管起爆首先通过冲击激发源（工程上一般采用雷管）轴向激发导爆管，并在管内形成稳定传播的爆轰波，该爆轰波及高温爆轰产物流导致导爆管末端的雷管起爆进而引起药卷的起爆。
（4）导爆索起爆。在导爆索起爆网路中，导爆索既传递爆轰波，又直接起爆炸药。首先用雷管侧向起爆导爆索，而后导爆索再侧向起爆药卷。
（5）电子雷管起爆。导爆管电子雷管的初始激发能量来自于外部导爆管的冲击波，由换能装置把冲击波转换为电子雷管的电能，从而启动电子雷管的延期操作后起爆雷管，进而引爆炸药；数码电子雷管的初始激发能量由外电源提供，通过加载在脚线上的指令（写入延期时间、检测、充电、启动延期等）执行电子雷管的操作控制，实现雷管和炸药的起爆。
（6）电磁雷管起爆。采用专用的高频起爆器，通过单芯连接导线向磁电雷管输送高频电流，在磁电雷管的磁芯内产生同频电动势而使雷管起爆，进而引起药卷的起爆。
2.起爆网路
工程爆破中采用的起爆网路按起爆方法可分为电力起爆网路、导爆管起爆网路、导爆索起爆网路、电子雷管起爆网路和混合起爆网路等。电力起爆与导爆管起爆均可以对群药包一次赋能起爆，并根据工程要求，达到准爆、齐爆或微差起爆的目的。电力起爆网路的准爆性可进行检查，但该起爆网路需防外电场的干扰；导爆管起爆网路不受外电场干扰，比较安全，但其准爆性无法检查。导爆索起爆由于无需用雷管，故其安全性最高，导爆索的传爆速度快，网路齐爆性好，其缺点是网路成本高，准爆性无法检查，噪声大，目前该种网路主要用于光面爆破和预裂爆破等齐爆性要求高的网路。电子雷管起爆网路中的电子雷管通过集成电路取代传统延期药，实现了精确延期，有利于改善爆破效果和控制爆破效应。
（1）电力起爆网路。电力起爆网路的基本形式为串联法和并联法，如图2-5（a）、（b）所示。
图2-5 电力起爆网路
（a）串联法；（b）并联法；（c）串并联法；（d）并串联法；（e）并串并联法
1—电源；2—网路干线；3—药包；4—网路支线
串联法的优点是施工操作简单，要求的电压大而电流小，导线损耗小，网路检测容易；缺点是只要有一处脚线或雷管断路，整个网路的雷管将都拒爆。
并联法的优点是只要主线不断损，各支路的故障不会影响其他支路；缺点是要求较大的网路总电流，导线损耗大。
在工程爆破中，单纯的串联或并联网路只适用于小规模爆破。为了准爆和减少电线消耗，施工中多采用混合联接网路，如串并联或并串联网路，见图2-5（c）、（d）。对于分段起爆的网路，若各段分别采用即发或某一延迟雷管时，则宜采用并-串-并联网路，如图2-5（e）所示。
（2）导爆管起爆网路。导爆管起爆网路的选择应考虑导爆管长度、药包数量、炮孔间距、雷管段别和延迟方法等诸多因素，其基本型式如图2-6所示。如隧洞开挖，采用孔内微差，当药包数量不多或一次爆破面积不很大时，往往选用簇并联网路，见图2-6（a）；当药包数量很多，或开挖断面积很大时，可采用并并联网路，见图2-6（b）；对狭长爆区，可采用串并联，见图2-6（c）；大面积爆区则采用分段并串联，见图2-6（d）。
图2-6 导爆管起爆网路
（a）簇并联；（b）并并联；（c）串并联；（d）分段并串联
1—激发源；2—导爆管；3—导爆雷管；4—炮孔
图2-7 导爆索分段并联网路
1—起爆雷管；2—主干索；3—支索；4—药包
（3）导爆索起爆网路。基本的联接方式有分段并联和簇并联网路，图2-7为分段并联网路示意图。
（4）电子雷管起爆网路。电子雷管起爆网路采用专用起爆控制系统，系统由主、从起爆控制器两部分构成，如图2-8所示。
（5）混合起爆网路。大型起爆网路中可以同时使用电雷管、导爆管雷管、电子雷管和导爆索组成的混合起爆网路。混合网路中导爆索与雷管、导爆管和电线之间应留有足够的安全距离。
（6）延迟起爆网路。施工中为了增强爆破破碎效果和控制爆破振动强度，往往需要采用各种延迟起爆网路。延迟起爆网路一般有三种基本型式，即孔内延迟网路、孔外延迟网路和孔内外延迟网路，如图2-9所示。
图2-9（a）为孔内延迟网路，钻孔内药包按设计的起爆顺序放入相应段别的延迟雷管，孔外传爆则全部采用即发雷管。此种网路的准爆可靠度最高，但要求有足够的雷管段别。
图2-9（b）为孔外延迟网路，网路的起爆顺序由传爆雷管的段别控制，而孔内雷管则全部采用即发雷管。此种网路联接方便，网路成本低，但容易产生网路的超前破坏。
孔内外延迟网路，如图2-9（c）所示，是在孔内和孔（排）间均采用延迟雷管，适合于大规模爆破网路。
（7）其他起爆网路。针对围堰、岩坎等大规模的拆除爆破工程，目前一般采用准爆率高的塑料导爆管毫秒雷管双复式交叉接力网路；对于需要严格控制爆破破碎块度或振动损伤影响范围的深孔台阶爆破和水工建筑物基础保护层开挖，孔间微差顺序起爆网路得到了广泛运用。
图2-8 电子雷管起爆网路
图2-9 延迟起爆网路
（a）孔内延迟；（b）孔外延迟；（c）孔内外延迟
Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ—炮孔排号；1，2，…，5—雷管段别