Page 65 - 《爆炸与冲击》2026年第10期

第 46 卷 杨 光，等： 基于雷管与铝热剂起爆的混合生物质爆破剂爆炸特性分析 第 10 期

impact effect, energy release intensity, and spatial damage effect. Results indicate that detonators and thermites belong to two
distinct energy release power level systems: detonators enable instantaneous power output in the MW range, while thermites
only reach the kW range. Aluminum thermite detonation is a typical high-temperature explosive energy release process with
high energy density, which can achieve effective energy coupling under limited constraints and possesses reliable detonation
capability. Oxygen pressure is the dominant factor affecting detonation velocity and intensity, followed by steel pipe wall
thickness. The impact of detonation methods is relatively weak, and detonation methods are substitutable. Synergistic
enhancement of detonation velocity and intensity can be achieved by increasing oxygen pressure and optimizing constraint
conditions. The excitation efficiency of the three detonation methods follows a consistent ranking: S0 is the strongest, S2
ranks second, and S1 is slightly weaker. This ranking has been verified by shock wave parameters and crater volumes (0.33,
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0.24, 0.21 m ). This research provides experimental support for the optimization and application of biomass blasting
technology.
Keywords: biomass; detonation method; nano-aluminothermic; explosive effect; underwater explosion; blasting funnel

爆破技术作为岩土工程与资源开采的重要技术手段之一，其发展趋势正在由传统炸药爆破向绿色、
安全、可控的非炸药爆破转变 [1-2] 。传统炸药爆破虽能实现高效破岩，但在安全、运输及环境管理方面受
到严格限制，不再完全满足低碳与可持续发展的工程需求 。为此，探索基于可再生原料与高能反应体
[3]
系的替代性爆破技术，成为当前含能材料领域的重要研究方向 [4-5] 。
生物质因其可再生性与可燃特征，被认为是构建绿色含能体系的重要材料，生物质燃烧和气化过程
可产生大量热能与反应性气体，具备潜在的能量释放能力 [6-7] 。已有研究 [8-11] 表明，不同类型的生物质粉
体（如木粉、秸秆粉、花生壳粉等）在特定的高压富氧条件下能够产生类似爆燃或爆轰的反应过程，其反
应速率和能量输出受粒径分布、混合比例与外部约束等多因素影响。然而，目前的研究 [12-14] 多集中于生
物质燃烧特性、热解机理或燃气膨胀模型，对其起爆敏感性、能量传递机制及与起爆源的耦合规律缺乏
系统分析，尚未形成稳定可控的绿色爆破体系。换言之，生物质虽具能量潜力，但缺乏高效的能量激发
与传递方式，这是制约其工程化应用的核心问题之一。
在工程实践中，雷管等传统起爆器材受安全管理与运输使用限制日益严格（尤其在城市施工、敏感
场地与管控区域），这限制了某些场景下炸药体系的应用与施工效率 [15-16] 。鉴于此，研发具有“替代起
爆”能力且更易获批和运输的起爆体系具有重要现实意义。基于上述背景，拟进行纳米铝热剂替代数
码电子雷管的可行性研究，既要验证铝热剂的起爆稳定性与现场可操作性，更要比较其与雷管在对生物
质爆破剂爆炸效应上的差异性。
纳米铝热剂因其高反应热、高温火焰以及可控反应速率等特性，在绿色火工药和钝感炸药激发领域
表现出良好潜力 [17-18] 。铝热反应本质上是铝粉与金属氧化物之间的剧烈氧化还原反应，反应温度可超过
2 500 ℃，放热量可达 3～4 MJ/kg，能够在极短时间内产生高温高压气体与光辐射，为低感度体系提供可
靠的能量输入。研究发现 Al/CuO [19] 、Al/Bi O 3 [20] 等体系具有较低的起爆能阈值和较高的热稳定性，可通
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过局部高温实现稳定点火，并在火工药、推进剂及钝感炸药激发中得到验证。然而，铝热剂作为独立起
爆源在生物质爆破体系中的应用尚少，其起爆能力、能量传递效率以及与主体爆破剂之间的耦合规律仍
缺乏系统研究。
与传统雷管起爆相比，铝热剂的能量释放机理存在本质差异，雷管起爆属于典型的爆轰过程，化学
能在微秒量级内通过冲击波瞬时传递，可直接触发爆轰反应；而铝热剂起爆依赖铝粉与金属氧化物之间
的强放热氧化还原反应，其能量释放以高温火焰和热传导为主，持续时间在毫秒量级，属于爆燃型能量
输出。由于二者的能量释放速率和传递方式不同，雷管能直接诱发爆轰，而铝热剂是否能在一定约束空
间中实现稳定爆燃甚至爆轰仍需通过实验验证。因此，比较 2 种起爆方式下生物质爆破剂的反应模式、
能量释放强度及爆炸效应差异，具有重要的理论与工程意义。
本文将纳米铝热剂作为起爆药引入到混合生物质爆破剂体系中，选取 Al/CuO 和 Al/Bi O 2 3 种典型
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