爆竹组合爆炸危险品破坏效应的探讨

安 盼，王玉杰，谭 海



爆竹组合爆炸危险品破坏效应的探讨

安 盼，王玉杰，谭 海

（武汉理工大学 资源与环境工程学院，湖北 武汉，430070）

为鉴定某经济纠纷中爆炸危险品的危害性，在现场调查的基础上，解剖样品并以酸液处理，采用全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪快速测定元素含量，推断样品中火药成分与常规黑火药相符，是典型的黑火药物资；此外，运用TNT当量换算和爆炸冲击波估算方法，对爆炸危险品的破坏效应进行了量化定性和案件评估。本研究为该类案件的危险性评估提供了一种方法。

烟花爆竹；爆炸危险品；黑火药；破坏效应

烟花爆竹作为传统工艺品在我国具有悠久的历史[1-2]，它的生产在弘扬传统文化、发展经济和出口创汇方面都起到了一定的作用。然而，非法烟花爆竹风险大、管控难，往往会导致重大的伤亡事件，给社会治安带来威胁，给国家和人民财产造成重大损失[3-5]。2017年10月，某地村民在处理经济纠纷时，采用爆竹和钢珠组合加工成爆炸危险品，对他人实施威胁和报复，触犯法律法规。受当地公安部门委托，鉴定此爆炸危险品的破坏效应，并以此事件为基础，探讨对该类危险品的快速鉴定分析程序、所适用的仪器设备、估算方法与结论等。

1 物理性质鉴定

本次纠纷中查获的爆竹共15枚，经过加工的爆炸危险装置有3类，见图1。第1类经过加工的爆炸装置为1个塑料药品瓶组装，其内插入1枚爆竹，瓶内底部装有28颗钢珠和18.590g胡椒粉。据交代，胡椒粉起稳定钢珠和减少响声的作用；钢珠每颗重2.089g，药品瓶质量为21.138g，药品瓶爆炸装置总质量为98.220g（不包括爆竹）。第2类为用胶带捆装2枚或3枚爆竹的爆炸装置，其中3枚爆竹捆装的爆炸装置周围粘有钢珠；剩余爆炸危险装置为单个爆竹。

图1 爆炸危险品实物图

爆竹高68.5mm，外径32.5 mm ,下部约30mm是空腔，单枚质量36.728g。随机抽取1枚爆竹拆分，外壳为纸质，内部共3层。底部白色固体（固引剂）12.425g，不具有爆炸性；中层火药质量1.355g，为爆炸成分；封口黏土质量16.566 g，没有爆炸性。

2 火药成分的辨识

爆竹内装火药为黑色，表观应为黑火药。为科学准确地判断其主要成分，采用实验分析火药成分及含量，根据实验所得成分含量计算主要元素占比，对比常规黑火药的配方，验证爆竹内装火药是否为黑火药物质。

2.1 实验检测

全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪可用于检测烟花爆竹中火药成分，测试结果准确，分析工作用时少且快捷。取0.08g样品于聚四氟乙烯烧杯中，加入氢氟酸和稀硝酸，除去样品中的硅，取残渣溶解于稀盐酸中，定容至25mL于容量瓶，采用全谱直读电感耦合等离子发射光谱仪进行成分测定，检测结果见表1。

表1 成分检测结果

Tab.1 Component testing results

测试样品含量计算公式为：

式（1）中：为样品含量；为样品浓度；为定容时的体积，25 mL；为样品质量，0.08g。

因为测试样品质量为80mg，可通过成分检测结果计算所得的元素含量推算测试样品中元素质量，并计算出元素占比，元素质量与元素占比如表2所示。

表2 元素质量与元素占比

Tab.2 Mass and the ratio of element

计算公式为：

式（2）中：0为元素质量。

通过与GSB 04-1767-2004国标多元素标准溶液谱线图对比，测试样品中成分主要元素为Al、K、Mg、S、Fe、Na，但因为测试样品处理时加入了酸液，导致S大部分流失，以H2S形式挥发，S成分含量严重偏低。

2.2 成分分析

通过分析测试结果可知，测试样品中Al、K、Mg、S、Fe、Na元素含量较多，符合常规黑火药的成分。黑火药由氧化剂、可燃剂、粘合剂和其他附加物组成，燃烧时产生光、热、烟、声等效应。常用的可燃物有硫、易燃金属粉（镁、铝）、木炭及硅的化合物等。这些特点可以作为推断黑火药的重要依据。采用酸液处理爆炸危险物样品并用全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪测定元素含量，测试结果准确，且由表2可知，K在测试样品中占比为12.55%，若以KClO4、KClO3形式存在于测试样品中，则KClO4、KClO3含量占比约为45%，与常规黑火药的成分相符，可知样品成分是典型的黑火药物资。

3 破坏效应估算

3.1 评价准则

由于黑火药的固有属性，使烟花爆竹呈现相应的燃爆性能。黑火药发生燃烧爆炸后，能产生多种破坏效能，如热辐射、一次碎片作用等破坏效应，但最危险、破坏力最强、破坏区域最大的是冲击波的破坏效应，包括冲击波传播到一定距离后引起的二次碎片的破坏效应[6]。评价冲击波伤害、破坏作用的准则有超压准则、冲量准则、超压-冲量准则等，此处采用超压准则进行评估。超压准则认为：冲击波超压达到一定值时，便会造成一定的伤害或破坏，超压波对人体的伤害作用如表3所示。

表3 超压波对人体的伤害作用[7]

Tab.3 The harmful effect of overpressure on human body

3.2 爆炸能量确定

拟采用TNT当量法确定火药成分的爆炸能量，评价结果直观、可靠。其评价结果可用于危险分区，也可用于进一步计算伤害区域内的人员及人员的伤害程度、破坏范围内物体损坏程度和直接经济损失，并根据燃烧热和常规数值理论分析，把不同的换算结果进行比较，认定一个当量。

由于混合物复杂，根据查阅文献和相关标准可知，常规黑火药的燃烧热为3 080kJ/kg[8]，根据能量相似原理，将混合物爆炸能量换算为TNT当量，计算公式为[9]：

1=/TNT=/TNT（3）

式（3）中：1为TNT装药量；TNT为TNT的燃烧热，4 500kJ/kg；为单个爆竹装药质量，1.355g；为黑火药的燃烧热，3 080kJ/kg。

经计算，单个爆竹装药的爆炸能量相当于0.927×10-3kg TNT爆炸释放的能量。

若根据露天条件下，黑火药的TNT当量估算，分析思路如下：查阅文献[10]可知，露天条件下，黑火药的TNT当量约为0.4，换算成爆竹当量为：

2=1.355×0.4×10-3=0.542×10-3kg TNT （4）

通过查阅文献，综合分析1、2，因1数值比常规TNT当量数值偏大，所以取=2=0.542×10-3kg TNT爆炸释放的能量。

3.3 地面爆炸超压计算

国内外的专家通过系统实验，得到了地面爆炸超压公式[11]，其基本原理为：首先定义比例距离(对比距离) ：

=/1/3（5）

当爆竹在钢性地面上发生爆炸时：

△=1.06/+4.3/2+14/3（1≤≤15） （6）

当爆竹在普通地面上发生爆炸时：

△=1.02/+3.99/2+12.6/3（1≤≤10~15） （7）

=0.95/+3.9/2+13/3（0.1≤≤1） （8）

式（5）~（8）中：△为无限空中爆炸时冲击波的峰值超压，kg/cm2；为TNT当量；为到爆炸中心距离。

根据现场实际情况可知，爆竹在普通地面爆炸，将=0.542×10-3kg代入式（7）计算：

爆炸范围计算结果如表4所示。

表4 爆炸范围计算结果

Tab.4 Calculation results of explosion range

3.4 综合分析

通过分析爆炸范围计算结果，可知：

（1）单个爆竹有引线，引线遇火焰、火花（含电火花），或受撞击、摩擦、挤压及其他外力作用时，爆竹能发生爆炸。爆炸冲击波对人体伤害程度和距离分别为：安全（无伤害但吓一跳）：大于7.7cm；轻微伤害（如：耳鸣）：6.6~ 7.7cm；中等伤害（如：耳膜破裂）：4.3 ~6.6 cm；严重伤害（如内出血）和极严重伤害（如死亡或致命伤）两种情况不能达到。

（2）由2枚或3枚爆竹捆装的爆炸装置很难做到同时爆炸，威力不可能达到能量累计。3枚爆竹捆装的爆炸装置周围用胶带粘有钢珠，但捆扎方式简单，钢珠质量较大，且炸药动能不足，提供给钢珠的初始动能较小，所以钢珠影响较小。

（3）装入塑料瓶的爆竹，因塑料瓶材质厚实，爆炸能量受容器形状限制，只能向瓶口方向传播，从瓶内向瓶口方向的爆炸压力会一定程度增大，但威力也会因方向的改变而减弱，不具有威力增强效应。底部的钢珠受向下的反作用力，钢珠获得的动能不大，难以穿透瓶底；胡椒粉在爆炸气体的冲击下会形成胡椒粉尘雾，在一定的范围会刺激人体感官。

4 结语

（1）在案件现场调查的基础上，采用全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪快速测定爆炸危险品中的元素含量，检测结果表明测试样品中Al、K、Mg、S、Fe、Na元素含量较多，推断样品中含KClO4、KClO3、Al、S等，是典型的黑火药的主要成分。

（2）运用爆炸冲击波公式估算爆炸危险品破坏效应，得到冲击波对人体的伤害范围，结果表明单个爆竹有爆炸冲击波伤害，由2枚或3枚爆竹捆装的爆炸装置和装入塑料瓶的爆竹伤害范围较小。

本文通过对危险爆炸品内装药的成分进行鉴定，以及对其破坏效应进行估算，完成了案件评估工作。国内运用这种方法对此类案件进行评估的案例较少，本研究提供了一种评估手段及方法。

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Discussion on the Damage Effect of Fireworks Combinations with Explosion Dangerous

AN Pan，WANG Yu-jie，TAN Hai

(School of Resources and Environment Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan，430070)

In order to identify the hazard of the explosion dangerous goods in some economic disputes，on the basis of field investigation, a group of samples were dissected for analysis and treated with acid solution. Meanwhile, the content of elements was rapidly determined by ICP-AES, and component analysis was used to calculate the composition of the gunpowder in the sample. It is found that the sample is in line with the composition of the conventional black powder and is a typical black powder material. Then, using TNT equivalent conversion and blast shock wave estimation method, the quantitative and qualitative analysis and case assessment of the damage effect of explosion dangerous goods were carried out. The study provides a way for dangerous evaluation of this type case.

Fireworks and firecrackers；Explosion dangerous goods; Black powder; Damage effect

1003-1480（2018）03-0050-04

TQ567

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2018.03.013

2018-04-04

安盼（1994-），男，硕士研究生，主要从事爆破工程方面的试验研究工作。

国家重点研发计划（No.2017YFC0804705）；国家自然科学基金资助项目（51774221）。