针对废旧固体推进剂绿色、安全、高效处理的问题,设计了废旧HTPB固体推进剂转化制备乳化炸药的基础配方,以实现资源化再利用的目的.假定化学式和撰写爆炸反应方程式,建立目标函数,根据工业炸药的一般性能确定约束条件,规划求解后得到转化制备的乳化炸药的最佳配方,并对不同固体推进剂添加量下转化制备的乳化炸药的爆热、爆速、爆温、爆容进行了理论计算.结果表明:当固体推进剂质量分数为24.62％、乳化基质质量分数为75.38％时,转化制备的乳化炸药的综合性能最佳,理论爆热为3351.935 kJ/kg,爆速为5182.02 m/s,爆温为2728.81 K,爆容为919.59 L/kg.为废旧固体推进剂的资源化再利用提供了理论参考.
为分析装药中部不同空气间隔位置对炮孔孔壁受力的影响,以Starfield迭加法为基础,得出中部空气间隔装药爆破时整段孔壁上的冲击压力计算公式.在ANSYS-DYNA中建立多组不同中部空气间隔位置的计算模型,对孔壁及周围岩体的受力和损伤度进行分析.最后,进行现场爆破实验,使用WipFrag软件对碎石块度分布的变化规律进行分析.结果表明:中部空气间隔装药爆破时,孔壁压力整体呈现两端大、中间小的分布特征,装药段孔壁受到的冲击压力达到最大,冲击波以8字型向炮孔周围传播.当空气间隔位置在装药段中点时,上、下段药柱周围岩体受力大致相等,碎石块度相对均匀.因此,垂直台阶进行露天爆破开采时,为降低大块和粉料的产生率,空气柱上、下段可进行等比例装药,倾斜边坡可以适当向上调整空气间隔位置.
在隧道开挖过程中,对隧道掌子面爆破工程进行风险因子的识别及评价,可以达到评价整个隧道施工安全风险的目的.以石柱至黔江高速公路万寿山隧道为研究对象,从影响隧道爆破安全的角度出发,确定4个一级指标和14个二级指标.然后,结合模糊理论和改进灰色关联度分析方法,建立了模型矩阵以及模糊互补矩阵,确定了各因子的权重和矩阵特征向量.最后,再运用模糊理论多层次分析方法对隧道爆破施工风险开展评价,确定了各风险分级.结果表明:各因子的权重由大至小依次为掌子面爆破、爆破管理、地质条件、爆破设计.同时,隧道爆破风险综合等级为高风险;各一级指标中,地质条件为高风险,掌子面爆破为极高风险,爆破管理和爆破设计为中风险.基于风险类型和风险评价结果,可制定分级管控措施及北斗一体化监测系统方案,实时了解隧道围岩变形情况,实行风险分级管控,为隧道开挖动态施工的安全提供保障.
依托京张高铁某交叉隧道工程,研究既有隧道二次衬砌在下部隧道爆破载荷作用下的动力响应特征.基于萨道夫斯基公式,以隧道交叉断面为界,研究交叉点分别位于掌子面前方及后方时对应的爆破振动峰值速度及振动主频率的衰减规律.为了弥补现有爆破安全规程中分段考虑频率影响方法的不足,通过回归分析的方式得到爆破振动峰值速度与主频率之间的数学关系,定量考虑爆破振动频率对爆破振动响应特征的影响.计算结果表明,综合考虑爆破振动频率与既有隧道自振频率的影响,优化计算得到的爆破振动峰值速度vPPS小于实测振动数据vPP.针对本交叉隧道爆破工程,下部隧道爆破施工对既有隧道的振动影响在可控范围内.
能否采用水悬浮工艺制备聚合物黏结炸药(PBX),一般需要多次试验后对炸药/黏结剂体系进行判断.测试了不同浓度的氟橡胶(F2603)溶液与奥克托今(HMX)、1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)的接触角,计算了HMX、FOX-7与不同浓度的F2603溶液、7％乙酸乙酯@水的黏附功,分析了黏结剂溶液浓度变化对成粒的影响.结果表明:HMX与质量分数14％的F2603溶液的黏附功大于HMX与7％乙酸乙酯@水之间的黏附功,HMX可以黏结成粒;FOX-7与不同浓度F2603溶液的黏附功均小于FOX-7与7％乙酸乙酯@水之间的黏附功,FOX-7无法黏结成粒.经试验验证,计算结果与实际成粒情况一致.
为连续化高安全性地实现锆粉的感度控制,构建了一个桌面式高通量微反应系统,并验证了利用该系统制备氢氟酸改性锆粉的可行性.通过调节流体流速比、流量及氢氟酸浓度,对改性锆粉的形貌与结构进行了研究.采用热分析法与静电火花感度测试对改性锆粉的热性能与安全性进行了分析.研究结果表明:桌面式高通量微反应系统可以实现形貌良好的锆粉改性制备,并达到每小时百克量级的处理量,改性后锆粉的表面主要由含氟氧化锆层与氢化锆层组成;氢氟酸改性锆粉的氧化速率更快,反应完全所需的时间更短,氧化增重较原料锆降低了
研究了压药过程是否会破坏高品质黑索今(H-RDX)的完整性,导致H-RDX失去低感度优势.通过扫描电镜和激光粒度仪对单个H-RDX颗粒、H-RDX和H-RDX造型粉在压制前、后的表面形貌和粒度进行了表征,测试了压制前、后的撞击、摩擦和冲击波感度,并与普通RDX进行比较.研究表明:40 MPa压药压力已经引起了H-RDX、普通RDX及造型粉颗粒的碎裂和损伤.H-RDX的抗压性能比普通RDX更好,虽然压药过程会破坏H-RDX和普通RDX颗粒的完整性,但H-RDX依旧能保持安全性能优势,且经过包覆后,安全性能可以进一步提升.单个H-RDX颗粒的耐压压力(不低于400 MPa)远高于单个普通RDX颗粒(小于40 MPa);H-RDX及H-RDX造型粉在颗粒集合体中的碎裂程度也分别低于普通RDX 25％和65％以上.经过压制后,H-RDX比普通RDX的撞击感度低50％,摩擦感度低25％.H-RDX造型粉压制的高聚物黏结炸药(PBX)的冲击波感度低于普通RDX基PBX.压制后与压制前相比,H-RDX的撞击感度降低50％,摩擦感度升高17％,冲击波感度增加16％;而使用黏合剂包覆后,冲击波感度可降低约29％.
将电路仿真软件用于半导体桥火工品的电磁兼容性设计时,仿真准确程度取决于发火电路和半导体桥器件模型的精度.通过在电路软件中建立电容放电发火电路和半导体桥火工品电子器件模型来实现半导体桥的电爆过程仿真.研究结果表明:在电容放电发火仿真电路中,当回路电感为0.62μH、回路电阻为3.3 mΩ时,仿真电路可用于模拟实际电容放电发火电路;对比半导体桥火工品爆发过程的仿真和试验结果发现,子电路建模方法建立的半导体桥器件模型能够有效模拟出半导体桥的电爆特性曲线,且模拟电爆参数均在误差范围内.
以硝基胍发射药实际生产加工过程中不同时段的药料为研究对象,采用自主研发的固体推进剂专业双料筒毛细管流变仪测试药料的流变特性,并对流变特性曲线进行拟合,获得硝基胍发射药的流变本构方程.结果表明:硝基胍发射药具有典型的假塑性流体特征;延长捏合时间有利于高分子链充分溶胀;剪切应力-剪切速率曲线采用自构函数y=Aln2 x+Bln x+C时的拟合效果较好;剪切黏度-剪切速率曲线采用Williamson流变本构方程时的拟合效果好.
3-叠氮基-1,3-二硝基氮杂环丁烷(AzDNAZ)是一种含偕叠氮硝基基团的低熔点含能化合物.AzDNAZ结构与性能研究对于新型含能化合物的设计合成具有重要的借鉴意义.采用1-叔丁基-3-硝基-3-羟甲基氮杂环丁烷盐酸盐(TNHAC)为原料,经氧化-叠氮化、中和以及硝化等反应制备了AzDNAZ,改进了合成工艺,总收率达到70％(文献中收率为37％).采用红外光谱、1HNMR、13CNMR及元素分析等对中间体及目标化合物进行了结构表征.首次培养出了AzDNAZ的单晶.晶体结构属三斜晶系;空间群为P-1,a=0.6120(6)nm,b=0.6345(6)nm,c=1.0190(9)nm,V=0.368(6)nm3,Z=2,Dc=1.695g/cm3,F(000)=192,R1=0.0321,R2=0.0372.采用Hirshfeld表面分析方法研究了晶体分子内的相互作用,O…H和N…H的作用点占比达到51％,占主导地位.对比计算了AzDNAZ和1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)的键离解能,AzDNAZ的C—NO2和N—NO2键离解能分别较TNAZ高9.63kJ/mol和4.87kJ/mol;实测AzDNAZ的撞击感度大于40J.采用EXPLO5程序预估了AzDNAZ的爆轰性能:爆速为8421m/s;爆压为29.60Gpa.与TNAZ相比,AzDNAZ的能量性能略低.但是,丰富的分子间氢键作用以及较高的键离解能使得AzDNAZ的机械感度较低,安全性提升.
为了研究顺丁橡胶BR和氟橡胶F2603对三乙烯二铵高氯酸铵复盐DAP-4的表面包覆的影响,采用溶剂挥发直接法工艺制备了含不同黏结剂的DAP-4样品,借助表面性能、扫描电镜、X光电子能谱和机械感度试验评价了两种黏结剂对DAP-4的包覆效果和安全性.结果表明:BR在DAP-4粉末表面形成有效铺展,F2603与DAP-4粉末表面的界面相互作用强;包覆后的DAP-4晶体颗粒形貌表面边界棱角模糊且粗糙,DAP-4/BR样品的包覆度小于DAP-4/F2603样品,且黏结剂BR和F2603包覆DAP-4样品的机械感度降低.这有利于DAP-4化合物的应用及推广.
在聚能爆破技术中,为了获得C型聚能管的最佳锥角,在保持聚能管其他参数一致的情况下,利用LS-DYNA建立聚能单孔爆破模型;采用控制变量法,对4种不同锥角时聚能射流的侵彻特征和围岩中裂缝的扩展特征进行对比研究.研究结果表明:在聚能管其他参数一致的情况下,随着锥角的增大,压碎区半径先减小、后增大,射流侵彻深度与聚能方向上的径向裂缝长度先增大、后减小;当锥角为50°时,聚能射流侵彻深度最大,压碎区范围最小,聚能方向上的径向裂缝最长,对保留围岩的损伤最小.故在其他条件保持一致的情况下,C型聚能管的最佳锥角为50°.
为了研究坡度对冲击波传播的影响,在试验场构建了不同坡度的斜坡地形,通过超压测试系统获取了斜坡地形的冲击波超压.对比发现,在坡头前,测点的超压峰值和超压峰值达到时间与平地时的冲击波参数基本相同,冲量增大;上坡时,超压峰值、冲量随着坡度的增大而增大,超压峰值到达时间随着坡度的增大而减小;下坡时,超压峰值、冲量随着坡度绝对值的增大而减小,超压峰值到达时间随着坡度绝对值的增大而增大.得到了不同坡度时冲击波超压峰值和超压峰值到达时间相应的工程计算公式.
冷却塔稳定的塔体结构,在定向拆除爆破中易出现塌而不倒、爆堆过高等问题.因此,在爆破设计中,合理的爆破切口形状是冷却塔顺利爆破的关键因素.以某电厂两座结构相同、爆破切口形状不同的冷却塔爆破拆除为工程背景,利用ANSYS/LS-DYNA软件对两座冷却塔进行数值模拟分析.通过对比不同爆破切口形状下两座冷却塔的数值模拟结果与爆破施工现场的爆堆高度、触底速度等评价指标,得到:复合型爆破切口在倒塌范围、爆堆高度、爆破振动等方面均优于矩形爆破切口.
针对深层石油勘探,考虑到既要满足震源产生足够的能量、又不能破坏石油套管的技术要求,优化筛管式炸药震源的结构,分别通过数值模拟和地面实验的方法,分析装药直径、筛管孔隙率、装药壳体壁厚等参数对筛管式震源能量的影响规律.结果表明:在一定范围内,孔隙率越高,筛管的胀径越大.优化后,采用孔径15mm、孔间距50mm、环向8孔的方案,且壳体壁厚不小于8mm.
设计了一种盒装基础雷管自动收集装箱、自动分发使用的系统.实现了工业数码电子雷管生产过程中装填线与装配线之间的有机结合,使基础雷管传递自动化、连续化、无人化,适时化解了装填线运行过程中的富余产量,减少了雷管生产线上接触危险品的现场操作人数,提高了生产过程的本质安全水平,降低了员工的劳动强度和生产成本.具有良好的经济效益和社会效益.
为减少隧道掘进爆破时出现炸药能量利用率低、粉尘浓度高、超挖或欠挖严重等问题,在109国道新线高速公路小龙门隧道开挖过程中,开展水封光面爆破技术试验研究.以炮孔上部、底部水袋的长度与炮泥堵塞长度为试验因素,以平均半孔率、平均炮孔利用率与粉尘浓度降低率为爆破效果衡量指标进行正交试验.研究结果表明:影响平均半孔率和粉尘浓度降低率的因素依次为炮孔上部水袋长度、炮孔底部水袋长度、炮泥堵塞长度;而影响平均炮孔利用率的因素依次为炮泥堵塞长度、炮孔上部水袋长度、炮孔底部水袋长度.在现场试验条件下,确定了水封光面爆破中较优的装药结构参数,即:炮孔上部水袋长度30cm、炮孔底部水袋长度20cm、炮泥堵塞长度30cm.取优化后的装药结构参数进行试验发现,相比常规光面爆破,平均半孔率、平均炮孔利用率和粉尘浓度降低率分别提高了6.3％、7.1％、7.6％.优化后的水封光面爆破装药结构具有较好的爆破效果.
作为回采爆破的初始自由面和爆破补偿空间,拉槽质量直接影响落矿效果.以三山岛金矿无人采矿示范区为工程背景,采用经验类比、数值模拟和现场试验等方法,分析了不同拉槽爆破参数下的矿岩损伤演化规律,得到了超挖或欠挖面积、爆破块度、自由面质点峰值速度、监测点环向应力4个指标与爆破孔网参数间的关系.结果表明:在最小抵抗线不变的情况下,随着孔间距的增加,爆破超挖或欠挖面积先减小、后增大,最优孔间距为1.4m;在孔间距不变的情况下,随着最小抵抗线的增加,爆破大块率逐渐增加,自由面质点峰值速度和应力测点的环向拉应力峰值逐渐减小;且最小抵抗线越小,自由面爆破能量分布越均匀,确定最优最小抵抗线为0.8m.现场中深孔拉槽爆破试验表明:采用优化后的孔网参数爆破后,块度均匀,没有明显的超挖或欠挖现象,切割槽形成质量较好,验证了理论分析结果.
为解决液固型云爆战斗部抛撒窜火问题,进行了阻燃隔层的设计,并开展了60kg级装药燃料抛撒实验验证.结果表明,一定厚度的阻燃隔层可抑制窜火的发生.针对60kg级装药云爆战斗部,当阻燃隔层厚度不小于10mm时,抛撒过程不再发生窜火;燃料径向抛撒初速及云雾直径随阻燃隔层厚度的增加而减小,阻燃隔层厚度由10mm增加至20mm,燃料径向抛撒初速及云雾直径分别减小了20％和13％;随着阻燃隔层厚度的增加,燃料轴向抛撒初速及云雾厚度无明显变化.
丙二腈是一种重要的有机合成原料.介绍了丙二腈分子中亚甲基和氰基的反应特性.利用氰基的反应活性可以构建氮杂环母体骨架,可进一步赋予能量,设计并合成多种性能优异的含能化合物.丙二腈作为原料可以合成3,4-二(3'-硝基呋咱-4'-基)氧化呋咱(DNTF)和1,1'-二羟基-5,5'-联四唑二羟胺盐(HATO)等新型含能材料.系统综述了构建呋咱、四唑、异呋咱、偶氮桥联、醚桥联等含氮含能化合物的合成方法.同时,重点介绍了典型含能化合物的爆轰性能等物理化学性能.对基于丙二腈的含能化合物的合成思路和方法进行总结并提出建议,为未来设计、合成具有自主知识产权且性能优异的新型含能材料提供参考.
