安 盼，王玉杰，譚 海

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爆竹組合爆炸危險(xiǎn)品破壞效應(yīng)的探討

安 盼，王玉杰，譚 海

（武漢理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢，430070）

為鑒定某經(jīng)濟(jì)糾紛中爆炸危險(xiǎn)品的危害性，在現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，解剖樣品并以酸液處理，采用全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀快速測定元素含量，推斷樣品中火藥成分與常規(guī)黑火藥相符，是典型的黑火藥物資；此外，運(yùn)用TNT當(dāng)量換算和爆炸沖擊波估算方法，對爆炸危險(xiǎn)品的破壞效應(yīng)進(jìn)行了量化定性和案件評估。本研究為該類案件的危險(xiǎn)性評估提供了一種方法。

煙花爆竹；爆炸危險(xiǎn)品；黑火藥；破壞效應(yīng)

煙花爆竹作為傳統(tǒng)工藝品在我國具有悠久的歷史[1-2]，它的生產(chǎn)在弘揚(yáng)傳統(tǒng)文化、發(fā)展經(jīng)濟(jì)和出口創(chuàng)匯方面都起到了一定的作用。然而，非法煙花爆竹風(fēng)險(xiǎn)大、管控難，往往會導(dǎo)致重大的傷亡事件，給社會治安帶來威脅，給國家和人民財(cái)產(chǎn)造成重大損失[3-5]。2017年10月，某地村民在處理經(jīng)濟(jì)糾紛時(shí)，采用爆竹和鋼珠組合加工成爆炸危險(xiǎn)品，對他人實(shí)施威脅和報(bào)復(fù)，觸犯法律法規(guī)。受當(dāng)?shù)毓膊块T委托，鑒定此爆炸危險(xiǎn)品的破壞效應(yīng)，并以此事件為基礎(chǔ)，探討對該類危險(xiǎn)品的快速鑒定分析程序、所適用的儀器設(shè)備、估算方法與結(jié)論等。

1 物理性質(zhì)鑒定

本次糾紛中查獲的爆竹共15枚，經(jīng)過加工的爆炸危險(xiǎn)裝置有3類，見圖1。第1類經(jīng)過加工的爆炸裝置為1個(gè)塑料藥品瓶組裝，其內(nèi)插入1枚爆竹，瓶內(nèi)底部裝有28顆鋼珠和18.590g胡椒粉。據(jù)交代，胡椒粉起穩(wěn)定鋼珠和減少響聲的作用；鋼珠每顆重2.089g，藥品瓶質(zhì)量為21.138g，藥品瓶爆炸裝置總質(zhì)量為98.220g（不包括爆竹）。第2類為用膠帶捆裝2枚或3枚爆竹的爆炸裝置，其中3枚爆竹捆裝的爆炸裝置周圍粘有鋼珠；剩余爆炸危險(xiǎn)裝置為單個(gè)爆竹。

圖1 爆炸危險(xiǎn)品實(shí)物圖

爆竹高68.5mm，外徑32.5 mm ,下部約30mm是空腔，單枚質(zhì)量36.728g。隨機(jī)抽取1枚爆竹拆分，外殼為紙質(zhì)，內(nèi)部共3層。底部白色固體（固引劑）12.425g，不具有爆炸性；中層火藥質(zhì)量1.355g，為爆炸成分；封口黏土質(zhì)量16.566 g，沒有爆炸性。

2 火藥成分的辨識

爆竹內(nèi)裝火藥為黑色，表觀應(yīng)為黑火藥。為科學(xué)準(zhǔn)確地判斷其主要成分，采用實(shí)驗(yàn)分析火藥成分及含量，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得成分含量計(jì)算主要元素占比，對比常規(guī)黑火藥的配方，驗(yàn)證爆竹內(nèi)裝火藥是否為黑火藥物質(zhì)。

2.1 實(shí)驗(yàn)檢測

全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀可用于檢測煙花爆竹中火藥成分，測試結(jié)果準(zhǔn)確，分析工作用時(shí)少且快捷。取0.08g樣品于聚四氟乙烯燒杯中，加入氫氟酸和稀硝酸，除去樣品中的硅，取殘?jiān)芙庥谙←}酸中，定容至25mL于容量瓶，采用全譜直讀電感耦合等離子發(fā)射光譜儀進(jìn)行成分測定，檢測結(jié)果見表1。

表1 成分檢測結(jié)果

Tab.1 Component testing results

測試樣品含量計(jì)算公式為：

式（1）中：為樣品含量；為樣品濃度；為定容時(shí)的體積，25 mL；為樣品質(zhì)量，0.08g。

因?yàn)闇y試樣品質(zhì)量為80mg，可通過成分檢測結(jié)果計(jì)算所得的元素含量推算測試樣品中元素質(zhì)量，并計(jì)算出元素占比，元素質(zhì)量與元素占比如表2所示。

表2 元素質(zhì)量與元素占比

Tab.2 Mass and the ratio of element

計(jì)算公式為：

式（2）中：0為元素質(zhì)量。

通過與GSB 04-1767-2004國標(biāo)多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液譜線圖對比，測試樣品中成分主要元素為Al、K、Mg、S、Fe、Na，但因?yàn)闇y試樣品處理時(shí)加入了酸液，導(dǎo)致S大部分流失，以H2S形式揮發(fā)，S成分含量嚴(yán)重偏低。

2.2 成分分析

通過分析測試結(jié)果可知，測試樣品中Al、K、Mg、S、Fe、Na元素含量較多，符合常規(guī)黑火藥的成分。黑火藥由氧化劑、可燃劑、粘合劑和其他附加物組成，燃燒時(shí)產(chǎn)生光、熱、煙、聲等效應(yīng)。常用的可燃物有硫、易燃金屬粉（鎂、鋁）、木炭及硅的化合物等。這些特點(diǎn)可以作為推斷黑火藥的重要依據(jù)。采用酸液處理爆炸危險(xiǎn)物樣品并用全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定元素含量，測試結(jié)果準(zhǔn)確，且由表2可知，K在測試樣品中占比為12.55%，若以KClO4、KClO3形式存在于測試樣品中，則KClO4、KClO3含量占比約為45%，與常規(guī)黑火藥的成分相符，可知樣品成分是典型的黑火藥物資。

3 破壞效應(yīng)估算

3.1 評價(jià)準(zhǔn)則

由于黑火藥的固有屬性，使煙花爆竹呈現(xiàn)相應(yīng)的燃爆性能。黑火藥發(fā)生燃燒爆炸后，能產(chǎn)生多種破壞效能，如熱輻射、一次碎片作用等破壞效應(yīng)，但最危險(xiǎn)、破壞力最強(qiáng)、破壞區(qū)域最大的是沖擊波的破壞效應(yīng)，包括沖擊波傳播到一定距離后引起的二次碎片的破壞效應(yīng)[6]。評價(jià)沖擊波傷害、破壞作用的準(zhǔn)則有超壓準(zhǔn)則、沖量準(zhǔn)則、超壓-沖量準(zhǔn)則等，此處采用超壓準(zhǔn)則進(jìn)行評估。超壓準(zhǔn)則認(rèn)為：沖擊波超壓達(dá)到一定值時(shí)，便會造成一定的傷害或破壞，超壓波對人體的傷害作用如表3所示。

表3 超壓波對人體的傷害作用[7]

Tab.3 The harmful effect of overpressure on human body

3.2 爆炸能量確定

擬采用TNT當(dāng)量法確定火藥成分的爆炸能量，評價(jià)結(jié)果直觀、可靠。其評價(jià)結(jié)果可用于危險(xiǎn)分區(qū)，也可用于進(jìn)一步計(jì)算傷害區(qū)域內(nèi)的人員及人員的傷害程度、破壞范圍內(nèi)物體損壞程度和直接經(jīng)濟(jì)損失，并根據(jù)燃燒熱和常規(guī)數(shù)值理論分析，把不同的換算結(jié)果進(jìn)行比較，認(rèn)定一個(gè)當(dāng)量。

由于混合物復(fù)雜，根據(jù)查閱文獻(xiàn)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可知，常規(guī)黑火藥的燃燒熱為3 080kJ/kg[8]，根據(jù)能量相似原理，將混合物爆炸能量換算為TNT當(dāng)量，計(jì)算公式為[9]：

1=/TNT=/TNT（3）

式（3）中：1為TNT裝藥量；TNT為TNT的燃燒熱，4 500kJ/kg；為單個(gè)爆竹裝藥質(zhì)量，1.355g；為黑火藥的燃燒熱，3 080kJ/kg。

經(jīng)計(jì)算，單個(gè)爆竹裝藥的爆炸能量相當(dāng)于0.927×10-3kg TNT爆炸釋放的能量。

若根據(jù)露天條件下，黑火藥的TNT當(dāng)量估算，分析思路如下：查閱文獻(xiàn)[10]可知，露天條件下，黑火藥的TNT當(dāng)量約為0.4，換算成爆竹當(dāng)量為：

2=1.355×0.4×10-3=0.542×10-3kg TNT （4）

通過查閱文獻(xiàn)，綜合分析1、2，因1數(shù)值比常規(guī)TNT當(dāng)量數(shù)值偏大，所以取=2=0.542×10-3kg TNT爆炸釋放的能量。

3.3 地面爆炸超壓計(jì)算

國內(nèi)外的專家通過系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，得到了地面爆炸超壓公式[11]，其基本原理為：首先定義比例距離(對比距離) ：

=/1/3（5）

當(dāng)爆竹在鋼性地面上發(fā)生爆炸時(shí)：

△=1.06/+4.3/2+14/3（1≤≤15） （6）

當(dāng)爆竹在普通地面上發(fā)生爆炸時(shí)：

△=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：△為無限空中爆炸時(shí)沖擊波的峰值超壓，kg/cm2；為TNT當(dāng)量；為到爆炸中心距離。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況可知，爆竹在普通地面爆炸，將=0.542×10-3kg代入式（7）計(jì)算：

爆炸范圍計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 爆炸范圍計(jì)算結(jié)果

Tab.4 Calculation results of explosion range

3.4 綜合分析

通過分析爆炸范圍計(jì)算結(jié)果，可知：

（1）單個(gè)爆竹有引線，引線遇火焰、火花（含電火花），或受撞擊、摩擦、擠壓及其他外力作用時(shí)，爆竹能發(fā)生爆炸。爆炸沖擊波對人體傷害程度和距離分別為：安全（無傷害但嚇一跳）：大于7.7cm；輕微傷害（如：耳鳴）：6.6~ 7.7cm；中等傷害（如：耳膜破裂）：4.3 ~6.6 cm；嚴(yán)重傷害（如內(nèi)出血）和極嚴(yán)重傷害（如死亡或致命傷）兩種情況不能達(dá)到。

（2）由2枚或3枚爆竹捆裝的爆炸裝置很難做到同時(shí)爆炸，威力不可能達(dá)到能量累計(jì)。3枚爆竹捆裝的爆炸裝置周圍用膠帶粘有鋼珠，但捆扎方式簡單，鋼珠質(zhì)量較大，且炸藥動(dòng)能不足，提供給鋼珠的初始動(dòng)能較小，所以鋼珠影響較小。

（3）裝入塑料瓶的爆竹，因塑料瓶材質(zhì)厚實(shí)，爆炸能量受容器形狀限制，只能向瓶口方向傳播，從瓶內(nèi)向瓶口方向的爆炸壓力會一定程度增大，但威力也會因方向的改變而減弱，不具有威力增強(qiáng)效應(yīng)。底部的鋼珠受向下的反作用力，鋼珠獲得的動(dòng)能不大，難以穿透瓶底；胡椒粉在爆炸氣體的沖擊下會形成胡椒粉塵霧，在一定的范圍會刺激人體感官。

4 結(jié)語

（1）在案件現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，采用全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀快速測定爆炸危險(xiǎn)品中的元素含量，檢測結(jié)果表明測試樣品中Al、K、Mg、S、Fe、Na元素含量較多，推斷樣品中含KClO4、KClO3、Al、S等，是典型的黑火藥的主要成分。

（2）運(yùn)用爆炸沖擊波公式估算爆炸危險(xiǎn)品破壞效應(yīng)，得到?jīng)_擊波對人體的傷害范圍，結(jié)果表明單個(gè)爆竹有爆炸沖擊波傷害，由2枚或3枚爆竹捆裝的爆炸裝置和裝入塑料瓶的爆竹傷害范圍較小。

本文通過對危險(xiǎn)爆炸品內(nèi)裝藥的成分進(jìn)行鑒定，以及對其破壞效應(yīng)進(jìn)行估算，完成了案件評估工作。國內(nèi)運(yùn)用這種方法對此類案件進(jìn)行評估的案例較少，本研究提供了一種評估手段及方法。

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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，碩士研究生，主要從事爆破工程方面的試驗(yàn)研究工作。

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（No.2017YFC0804705）；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51774221）。