炸藥氧平衡理論在銨油炸藥管理中的應(yīng)用研究

王新建

(中國人民公安大學(xué)治安學(xué)院，北京 100038）

炸藥氧平衡理論在銨油炸藥管理中的應(yīng)用研究

王新建

(中國人民公安大學(xué)治安學(xué)院，北京 100038）

在介紹銨油炸藥基本性能的基礎(chǔ)上，針對我國銨油炸藥實際使用和管理存在的問題，通過銨油炸藥氧平衡理論的研究，提出了鑒別和確認混合炸藥合法性的方法和手段；并在此基礎(chǔ)上，研究炸藥氧平衡理論在銨油炸藥使用管理中的具體應(yīng)用，涉及到判斷銨油炸藥的真?zhèn)?、判斷涉爆炸藥的種類、銨油炸藥的安全使用、燃燒和爆炸撲救以及炸藥配方依據(jù)等諸多方面。

氧平衡；民爆物品；炸藥識別

0 引言

伴隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的高速發(fā)展，民用爆炸物品的使用量日益增多，實踐中炸藥的安全性問題以及非法販制的問題亦越發(fā)凸顯。尤為突出的是，不法分子常常使用各種手段非法販制混合炸藥從中牟取暴利。在所有非法販制的炸藥品種中，銨油炸藥由于其原材料來源廣泛、易于制造、經(jīng)濟成本較低，并且構(gòu)成成分簡單，因而在實踐中犯罪分子時有販制。本世紀初以來，我國發(fā)生的若干起重特大爆炸案件和爆炸事故，涉爆的炸藥十之八九多為銨油類炸藥。在日常管理中，公安機關(guān)可以通過核查《民用爆炸物品生產(chǎn)許可證》、《民用爆炸物品銷售許可證》、《民用爆炸物品購買許可證》、《民用爆炸物品運輸許可證》等載明許可品種、數(shù)量、單位以及許可的期限予以確認。但現(xiàn)實中，有的不法分子通過合法生產(chǎn)或購買一部分、同時自制一部分的方式掩蓋其非法販制的行為。

因此，如何查實和鑒別非法販制民用爆炸物品的種類和數(shù)量，并確保炸藥的安全使用，是公安機關(guān)依法打擊非法販制民用爆炸物品活動、保障涉爆作業(yè)安全一個關(guān)鍵性和源頭性的重要工作；與此同時，公安機關(guān)如何指導(dǎo)民用爆炸物品企業(yè)及用戶安全使用炸藥，正確處置燃燒及爆炸事故，也是當前乃至以后在民爆物品管理工作方面不可或缺的一個重要工作和任務(wù)。

本文通過混合炸藥氧平衡理論的研究，提出了鑒別和確認混合炸藥合法性的方法和手段；在此基礎(chǔ)上，研究了混合炸藥氧平衡理論在公安工作中的具體應(yīng)用。

1 銨油炸藥

銨油炸藥是用硝酸銨和油類混合而成的、不含有敏化劑的一種混合炸藥，其多系粉狀、粒狀和多孔粒狀爆炸性機械混合物，簡稱“ANFO”爆破劑。實踐中，銨油炸藥可由硝酸銨和木粉、炭粉、柴油等可燃物組成，它對火焰、機械作用等比較鈍感，因而適用于露天及無沼氣和礦塵爆炸危險的爆破工程，亦可大量用于鐵道、礦山開采和水利工程等大爆破之中。因為銨油炸藥的生產(chǎn)工藝極為簡單，具有邊加工邊裝藥的特點，而且原材料來源廣泛、價格十分低廉，因此被世人稱為“簡單炸藥”或“廉價炸藥”。我國作為世界上生產(chǎn)和使用炸藥的大國，亦大量生產(chǎn)和使用銨油炸藥。

銨油炸藥的基本組成是:硝酸銨94.5%，柴油5.5%。其中硝酸銨是氧化劑，柴油是可燃劑，也有敏化作用。為了強化銨油炸藥的起爆與爆炸能力，常常在其體系中加入適量的鋁粉、木粉等物質(zhì)?？傮w上來講，銨油炸藥作為一種常用的工業(yè)和民用炸藥，屬于安全鈍感、爆炸能力偏低的爆炸物，通常需要采取傳爆藥柱等強力手段才能可靠起爆。主要爆炸性能為:裝藥密度0.80～1.00 g/cm3、爆熱3 726～5 233 kJ/kg、爆溫2 179～2 676℃、比容965～970 L/kg、猛度5～8 mm、做功能力300～330 mL、爆速2 000～2 800 m/s、臨界直徑35～80 mm。由于自身性能方面因素的限制，銨油炸藥一般多用于大孔徑(φ≥80 mm）露天爆破作業(yè)。

產(chǎn)品包括:粉狀銨油炸藥、多孔粒狀銨油炸藥、重銨油炸藥、粒狀粘性炸藥、增粘粒狀銨油炸藥等。其中，粉狀銨油炸藥是指以粉狀硝酸銨為主要成份，與柴油和木粉(或不加木粉）混合制成的一種銨油炸藥，產(chǎn)品包括1～3號粉狀銨油炸藥；多孔粒狀銨油炸藥是指由多孔粒狀硝酸銨和柴油混合制成的一種銨油炸藥；重銨油炸藥是指在銨油炸藥中加入了乳膠體的銨油炸藥，往往具有大密度，大體積威力和良好的抗水性能等優(yōu)點，適用于含水炮孔或水下爆破使用，又稱乳化銨油炸藥。

銨油炸藥具有很多優(yōu)點:一是原材料來源廣泛、價格低廉，其原材料成本比銨梯炸藥和代拿買特分別降低35%～45%和60%～70%；二是組成簡單、制作容易，制造過程是一個物理吸附、組分混合的過程，只需適當溫度和攪拌，不需要特殊的技術(shù)和昂貴的設(shè)備。實踐中，因其制作就像炒菜那樣只需簡單的攪拌、混合，因而俗稱為銨油炸藥炒制；三是使用方便，銨油炸藥具有良好的流動性，既易于人工裝藥，也易于機械化裝藥，對爆破作業(yè)的條件約束??；四是安全性能好，機械感度和火焰感度較低，適合于現(xiàn)場混制，尤其是其原材料料適于分開運輸，所以生產(chǎn)、運輸、保管和使用各過程都具有相當?shù)陌踩浴?/p>

正是由于銨油炸藥具有上述諸多優(yōu)點，往往一些人受低成本、高回報的利益驅(qū)動，致使在農(nóng)村地區(qū)以及某些礦業(yè)發(fā)達的地區(qū)非法炒制、使用等現(xiàn)象比較常見。

2 混合炸藥氧平衡理論

2.1 炸藥氧平衡

所謂炸藥氧平衡，是指炸藥自身所含有的O用來完全氧化炸藥本身所含的C和H為CO2和H2O以后多余或不足的氧量。為了計算方便，通常設(shè)混合炸藥的“分子量”為1 000 g，并以此為基礎(chǔ)求出元素組成。假設(shè)混合炸藥的元素組成可以表示為CncHnhOnoNnnClnclFnfAlnalMgnmg…，式中元素注腳為原子數(shù)，用ni表示。

根據(jù)元素的活潑性不同，在高溫高壓狀態(tài)下，炸藥中如有Al和Mg元素存在，則率先生成Al2O3和 MgO，然后生產(chǎn)CO、CO2、H2O；如果氧不足，則以H2、C以及其他金屬元素形式存在。氫用于生成HCI、HF，然后生成H2O，剩余以H2存在。因此，根據(jù)氧平衡的理論定義，混合炸藥其氧平衡(以生成CO2來計算）公式為［1-2］:

式中，M是混合炸藥的質(zhì)量，單位1 000克。

對于混合炸藥，其氧平衡值亦可通過各組分的氧平衡值與該組分重量百分數(shù)乘積之代數(shù)和來求得，即:

式中，Ki為某組分炸藥的氧平衡；Xi為相應(yīng)炸藥組分的重量百分數(shù)。

根據(jù)公式(1）、(2）計算出混合炸藥平衡值，混合炸藥分為3類:

一是K＞0，此種炸藥屬于正氧平衡炸藥，表明炸藥中的氧完全氧化可燃元素后還有剩余，該混合炸藥的爆炸產(chǎn)物會出現(xiàn)NO、NO2等氣體，而NO、NO2均屬于劇毒氣體。因此，正氧平衡的混合炸藥爆炸后會產(chǎn)生大量的有毒氣體；

二是K=0，此種炸藥屬于零氧平衡炸藥，表明炸藥中的氧正好可以完全氧化炸藥中的可燃元素。這種情況下，炸藥爆炸后釋放的能量最多，效率最高，產(chǎn)生的有害氣體最少；

三是K＜0，此種炸藥屬于負氧平衡炸藥，表明炸藥中的氧不能完全氧化可燃元素，該混合炸藥的爆炸產(chǎn)物會出現(xiàn)CO、CO2等氣體，而CO屬于劇毒氣體。因此，負氧平衡的混合炸藥爆炸后會產(chǎn)生大量的有毒氣體。

2.2 銨油炸藥氧平衡

我國對炸藥產(chǎn)品質(zhì)量要求很高。對于混合炸藥，為了保障其使用安全，其氧平衡一般都在零氧附近，而且一般絕對值都保持在小數(shù)點后兩位。無論銨油炸藥的配方如何改進，組分有何誤差，只要其組成配方在國家允許范圍內(nèi)，銨油炸藥的氧平衡性能都是符合安全要求的。如銨油炸藥(硝酸銨、柴油、木粉:92/4/4）、銨油炸藥(硝酸銨、柴油:95/5），還是銨油炸藥(硝酸銨、柴油:94/6），其氧平衡值一般的氧平衡值分別是-0.002、+0.026和-0.008。常見銨油炸藥的組成見表1［3］。

表1 常見銨油炸藥的組成%

3 炸藥氧平衡理論在民爆物品管理中的應(yīng)用

3.1 判斷炸藥的真?zhèn)?/p>

實踐中，不法分子受條件、設(shè)備、技術(shù)、工藝等限制，根本無法生產(chǎn)出合乎國家標準的銨油炸藥。這就給我們指出了鑒別和確認銨油炸藥是否系合法合格產(chǎn)品的一個途徑:只要某類銨油炸藥配比與國家制式產(chǎn)品不符、氧平衡值不符合國家規(guī)范，那么實踐中它一定是非法制造的。

20 ××年某公安局治安支隊，在執(zhí)法中發(fā)現(xiàn)嫌疑人在庫房堆積了5箱銨油炸藥，經(jīng)目測發(fā)現(xiàn)與常用銨油炸藥外觀不一樣，為了確認該庫存炸藥是否系國家正規(guī)藥廠生產(chǎn)的合法產(chǎn)品，執(zhí)法人員分別從5箱炸藥中各取樣一份，送交市局刑科所進行化驗分析。

化驗發(fā)現(xiàn)該炸藥系混合炸藥，其組成成分為硝酸銨、柴油、木粉，比例分別為91.523%、4.717%、3.76%。經(jīng)查炸藥手冊得知硝酸銨、柴油、木粉的氧平衡值分別為+0.200、-3.27、-2.667。

利用公式(2），可以得出該銨油炸藥的氧平衡值:

結(jié)果分析:從化驗分析的銨油炸藥成分來看，其組成比例總體符合國家標準，應(yīng)當說僅從炸藥的組成比例方面而言，似乎可以得出該炸藥是符合國家標準的結(jié)論。但是，事實上還不能完全推斷該炸藥確系國家合格產(chǎn)品，也就是說該炸藥有可能屬于正規(guī)企業(yè)生產(chǎn)的合法產(chǎn)品，還必須從氧平衡方面予以分析判斷。根據(jù)氧平衡分析，計算結(jié)果表明該炸藥的氧平衡為-0.1，其數(shù)值完全超出了國家規(guī)范銨油炸藥的氧平衡數(shù)值范圍。至此，完全可以得出結(jié)論，該炸藥絕對不可能是國家正規(guī)企業(yè)所制造。

3.2 判斷涉爆炸藥的種類

在爆炸事故或爆炸案件的現(xiàn)場中，可以通過爆炸產(chǎn)物作用在物體上的煙痕以及爆炸時氣體的顏色，粗略判斷炸藥的種類。

根據(jù)氧平衡理論，正氧平衡的炸藥由于其氧元素的原因，爆炸之后爆炸氣體顏色多呈現(xiàn)為灰白色，與其接觸介質(zhì)上往往也會留有灰白色的煙痕；負氧平衡的炸藥由于其中所含有的C元素不能完全氧化，有大量的單質(zhì)C析出，因此爆炸后都伴有濃濃的黑色煙霧，與其接觸的介質(zhì)上也往往會留下明顯的黑色煙痕；而對于零氧平衡的炸藥，由于其所含的可燃元素正好能被O元素氧化，因此炸藥爆炸后爆炸氣體顏色幾乎是無色的。

在一個地區(qū)，使用的炸藥品種總是有限的，因此我們可以根據(jù)爆炸后炸藥的爆炸氣體顏色，首先初步判斷出炸藥的氧平衡種類，再結(jié)合現(xiàn)場其他特征，從而縮小范圍確定出具體的炸藥品種。

3.3 指導(dǎo)用戶安全使用民用爆炸物品

根據(jù)炸藥氧平衡理論，我們可以推斷出正氧平衡炸藥，由于完全氧化可燃性元素后O元素還有剩余，在高溫高壓狀態(tài)下，O元素必然要和N元素發(fā)生反應(yīng)，生成大量的NO、NO2氣體，這些氣體都是劇毒氣體；對于負氧平衡的炸藥，由于所含的O元素不足以完全氧化可燃性元素，因此爆炸氣體產(chǎn)物中會含有大量的CO氣體，該氣體屬于劇毒氣體［4-5］。一氧化碳不僅對人體有害，而且在高溫下與外界氧反應(yīng)，能再次燃燒形成二次火焰。二次火焰和爆炸時生成的灼熱固體碳粒，容易引起瓦斯、煤塵爆炸。而對于零氧平衡的炸藥，由于炸藥中所含的O元素完全氧化C、H元素后沒有任何富裕，炸藥中所含的N元素只能自相締結(jié)為N2，因而爆炸后幾乎不存在什么有毒成分［6-7］。

表2 炸藥氧平衡和有毒氣體的關(guān)系

由上表可以看出，炸藥氧平衡的絕對值越小，其爆炸后生成的有毒氣體越少。因此，公安機關(guān)在民用爆炸物品監(jiān)管工作中，應(yīng)當根據(jù)爆破作業(yè)環(huán)境指導(dǎo)用戶正確使用爆炸物品。在通風(fēng)不暢、地勢低洼、人員密集的地方，應(yīng)指導(dǎo)用戶盡量使用零氧平衡或接近零氧平衡的炸藥，以減少有毒氣體對人員和環(huán)境的危害，防止中毒事故的發(fā)生。

3.4 指導(dǎo)民用爆炸物品的燃燒和爆炸撲救工作

根據(jù)炸藥氧平衡理論，炸藥的燃燒和爆炸并不需要從外界吸取氧元素，因此用空氣隔絕法或是重物覆蓋法無法撲救炸藥燃燒和爆炸。而且，根據(jù)炸藥燃燒理論，當炸藥在相對密閉的環(huán)境中燃燒時，其燃速會急劇增加，炸藥表面氣體生成量加速增長，先前生成的氣體不斷地受到擠壓，便形成沖擊波。當沖擊波強度達到一定數(shù)值時，這些氣體便發(fā)生爆轟，而后沖擊凝聚炸藥，使其發(fā)生爆轟［1］。

因此，炸藥發(fā)生燃燒時，如果炸藥數(shù)量比較少，并且處于平鋪狀態(tài)，周圍又沒有其他易燃易爆危險品時，可以采取“無為而治”，靜觀其直至全部燃燒完畢。如發(fā)現(xiàn)有正在燃燒的少許導(dǎo)火索，只要導(dǎo)火索沒有和其他物品相連接，并且附近沒有易燃易爆危險品，那么不妨在安全監(jiān)視下讓其充分燃燒直至熄滅。切記:絕對不要用腳去踩踏導(dǎo)火索，以免導(dǎo)火索瞬間燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)楸ā?/p>

但是，當正在燃燒的炸藥量比較多而且又處于堆積狀態(tài)時，除了人員轉(zhuǎn)移疏散外，那么只能轉(zhuǎn)移周圍可以移動的易燃易爆危險品以及貴重設(shè)備材料等；如有隔爆阻爆器材，如防爆圍欄、防爆圍墻等，可以遵循“圍三放一”的原則，采取定向泄壓的方法盡量減弱爆炸的危害。

3.5 指導(dǎo)企業(yè)現(xiàn)場混制混合炸藥

近年來，我國對銨油炸藥的需求量很大，相當一部分炸藥是通過現(xiàn)場混制混裝的方式生產(chǎn)的。由于裝藥車集原料運輸、混合、裝藥于一體，具有安全可靠、工作效率高、無需投資建廠等眾多優(yōu)點，因而現(xiàn)場炸藥混裝車成為一種先進、安全、典型的生產(chǎn)模式，也是未來銨油炸藥生產(chǎn)發(fā)展的一個趨勢。事實上，裝藥車并不直接運送成品炸藥，其料倉內(nèi)盛裝的只是生產(chǎn)炸藥的原材料，這些原材料按一定比例在現(xiàn)場混制后才變成最終的炸藥。這種生產(chǎn)方式去除了炸藥的運輸和貯存環(huán)節(jié)，占地面積小、投資少、安全級別低，基本消除了傳統(tǒng)的炸藥生產(chǎn)、運輸、儲存以及裝藥過程中的不安全因素，對環(huán)境不會造成污染，真正實現(xiàn)了炸藥生產(chǎn)、炸藥使用的本質(zhì)安全與低碳、環(huán)保的優(yōu)良組合。

通常認為炸藥的性能指標主要有炸藥的爆速、爆熱、感度、殉爆距離、猛度等，它們從不同的角度反映出炸藥在爆破作業(yè)中可能產(chǎn)生的實際爆破效果。但在現(xiàn)場的具體混制過程中，硝酸銨、柴油、木粉等各種組分的比例一個最為直觀和直接的依據(jù)就是炸藥配方設(shè)計的零氧平衡原則，以此計算銨油炸藥的理論配方［8-9］。公安機關(guān)作為民爆物品監(jiān)管的主要機構(gòu)，就必須掌握炸藥氧平衡理論在設(shè)計炸藥配方中的具體應(yīng)用。凡是銨油炸藥最終氧平衡絕對值大于0.06的，公安機關(guān)一定要指導(dǎo)民爆用戶及時調(diào)整、優(yōu)化炸藥配方，既滿足炸藥基本的爆炸性能指標要求，又要滿足零氧平衡的理論要求，這樣混制的炸藥才符合安全環(huán)保的要求。

4 結(jié)論

本文針對我國銨油炸藥實際使用和管理存在的問題，通過銨油炸藥氧平衡理論的研究，提出了鑒別和確認混合炸藥合法性的方法和手段；并在此基礎(chǔ)上，研究了炸藥氧平衡理論在銨油炸藥使用管理中的具體應(yīng)用，重點研究了銨油炸藥真?zhèn)魏蜕姹ㄋ幏N類判斷的途徑和方法，同時對銨油炸藥的安全使用、爆炸物品的燃燒和爆炸撲救以及現(xiàn)場混制設(shè)計配方等也進行了深入的研究。這些方法快速、簡便，無需其他高深的理論與昂貴的設(shè)備，對提高公安機關(guān)民爆管理水平，規(guī)范民爆作業(yè)，具有積極的作用。

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(責(zé)任編輯 陳小明）

D631.44

王新建(1964—），男，陜西人，博士，教授。研究方向為危險物品管理、防爆與反恐。