Page 66 - 《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

铝热剂，构建包含铝热剂试爆、爆速与猛度正交实验、水下爆炸及爆破漏斗实验在内的实验体系，对比
不同起爆方式对爆炸能量释放及破坏效应的影响规律，研究铝热剂起爆条件下生物质爆破剂的能量传
递与耦合特征，以期为雷管管控场景下绿色可控的生物质爆破提供实验依据与理论支持。

1 实 验

1.1 实验总体设计与研究思路

为研究纳米铝热剂在混合生物质爆破剂体
系中替代雷管实现稳定起爆的可行性，以及不同
起爆方式所导致起爆效果的差异，围绕“起爆 Thermite Explosive speed
explosion test and brisance
源-反应特性-爆炸效应”3 层逻辑开展了系统的 Al/CuO
实验研究，总体设计如图 1 所示。
在实验设计上，建立了由 4 类实验组成的验
Al/Bi 2 O 3
证 体 系 ： (1) 铝 热 剂 试 爆 实 验 ， 验 证 Al/CuO 和
Underwater
Al/Bi O 2 3 种铝热剂的点火特性和起爆可靠性， explosion Detonator Blasting funnel
2
分析其能量释放特征；(2) 爆速与猛度正交实验，
通过 3 因素 3 水平（起爆方式、氧气压力、钢管
壁厚）的正交设计，定量分析各因素对爆破性能 Data analysis and pattern Comprehensive evaluation
condensation and conclusion formation
的相对影响，判断主要影响因素并确定最优组合
工况；(3) 水下爆炸实验，以水为能量传递介质， 图 1 研究总体设计
通过测量冲击波压力峰值及比冲击能，研究不同 Fig. 1 Overall design of the study
起 爆 方 式 的 能 量 转 换 效 率 与 冲 击 波 传 播 特 性 ；
(4) 爆破漏斗实验，通过测量爆坑尺寸及形态参数，验证不同起爆方式下的宏观破坏能力，为工程应用提
供直观依据。在数据分析与结论形成上，通过理论分析、极差分析法、能量对比和效能排序等手段，系
统分析各起爆方式的爆破效果。
1.2 材料与样品制备
1.2.1 材料与仪器
实验用生物质原材料为木粉+花生壳粉（质量比为 1∶1）；铝粉为纳米级，粒径为 50 nm 左右；氧化铜
（粉状），粒径为 45 μm 左右；三氧化二铋，粒径为 45 μm 左右；黄沙为实验中使用的填充介质，粒径约 0.1～
0.5 mm；实验用材料还包括工业氧气、数码电子雷管、有缝钢管、输气铝管、单向阀、螺丝、AB 胶等。
实验仪器包括 BSW-3A 智能五段爆速仪、PCB 压电式压力传感器、恒流源电荷放大器、HDO4034
型示波器和电热鼓风干燥箱。实验工具包括粉碎机、垫片、游标卡尺、电子天平、研钵一套、卷尺、扳手等。
1.2.2 铝热剂的制备及试爆
选取 2 种不同类型的铝热剂，分别记为 S1（Al 和 CuO 的质量比为 2∶3）和 S2（Al 和 Bi O 的质量比
3
2
为 1∶5.5）。2 种铝热剂的制备方法相同，其配比通过化学反应方程式及表面反应的影响进行调整得出，
具体制备方法为：(1) 在设置温度为 100 ℃ 的电热鼓风干燥箱中干燥 CuO、Bi O 和 3 Al，干燥 6～7 h，干燥
2
后冷却 2 h 后备用；(2) 将干燥后的 CuO、Bi O 和 3 Al 过筛，按照上述质量比进行称取，然后轻微搅拌混合
2
15 min 以上，确保 2 种物质充分混合（样品颗粒无明显色差）后备用；(3) 将制备好的铝热剂装入雷管壳
中，同时插入拧成麻花状的铜线（利用电火花起爆），另一端引出，管口处用 AB 胶水进行固定和密封；
(4) 将制备好的铝热剂装入提前准备好的爆破剂中准备起爆。为确保实验准确性，对 S1 和 S2，各准备
3 组试爆实验，同时各准备 3 组由 S1 和 S2 作为起爆药起爆的混合生物质爆破剂爆破实验，整个过程如图 2
所示，其中，红色和蓝色脚线分别对应 S1 和 S2。

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