谢兴华的课题组

新型微起爆药的研究

为了降低DDNP 生产废水对环境的污染，通过在合成DDNP 重氮化反应的过程中加入PETN 猛炸药，制备出了新型DDNP/PETN 微起爆药，并采用正交试验优化出了最佳工艺条件。利用扫描电子显微镜对DDNP/PETN微起爆药进行了微观结构表征，并通过铅板试验、水下爆炸能量试验测试了DDNP/PETN 微起爆药的起爆性能。结果表明：新型DDNP/PETN 微起爆药的起爆性能良好，其中的DDNP 与PETN 紧密结合，有利于爆轰的成长和传播。

制备原理

由于钠盐法制备DDNP 起爆药的重难点发生在重氮化反应过程中，因此本实验仅针对重氮化反应进行再现来制备DDNP/PETN 微起爆药。重氮化制备DDNP/PETN 微起爆药的反应方程式如下：

结论

（1）通过在合成DDNP 重氮化反应的过程中加入PETN 猛炸药，得到了新型的DDNP/PETN 微起爆（1）通过在合成DDNP 重氮化反应的过程中加入PETN 猛炸药，得到了新型的DDNP/PETN 微起爆药。

（2）该DDNP/PETN 微起爆药中PETN 的含量可添加到30.86%，从而达到了较大幅度降低DDNP生产废水对环境污染的目的。该DDNP/PETN 微起爆药对黑索今的极限药量为0.12g，与纯DDNP 起爆药相当。铅板穿孔试验结果表明该微起爆药的起爆能力良好；水下爆炸能量测试试验结果表明该微起爆药雷管的比冲击波能要明显高于纯DDNP 起爆药雷管，说明DDNP 与PETN 紧密结合，有利于爆轰的成长和传播。

创建: Apr 17, 2018 | 15:55

纳米爆粉

通过爆炸法合成纳米复合氧化物，利用炸药合成时间短（一般为几微秒左右），作用压力大（可达0.1－100 GPa）；高反应，快速淬冷和原料离子状态结合等特点，可合成出成分均匀的纳米粉体材料；节省时间，生产效率提高。其中，高冷却速度，有利于保持纳米粉末的优异特性，尤其是阻止纳米复合氧化物晶粒长大；环境友好性，为解决“黑色”电池工业和吸附锂离子筛等陶瓷粉制备过程中损害工人健康和污染环境问题提供新的工业化合成方法。

研究结论

(1) 计算了含水炸药稳态和临界爆轰参数，用杜龙－派特定律计算了固相产物热容，分析了爆轰合成的纳米尖晶石锰酸锂形貌，采用硝酸铵焙烧补氧有明显效果；

(2) 设计了EPS发泡装置，用EPS敏化炸药进行了临界爆轰实验，分析了临界条件，分别设计并成功敏化了水胶、浆状、乳化和水溶4 种爆炸合成专用含水炸药；

(3) 乳化炸药爆轰出高分散球形纳米锂锌氧化物，经焙烧重结晶合成出含锂氧化锌，用其制备的锂离子筛吸附实验表明：锂离子吸附量达到 10.88 mg/g；

(4) 爆炸合成与焙烧重结晶相结合能生产出纳米和纯尖晶石相的锂锰复合氧化物,掺杂锂镍的尖晶石锰酸锂离子筛吸附实验表明：锂离子吸附量达到 6.66 mg/g；

(5) 设计了不含猛炸药敏化的低成本乳化炸药，提出了乳化膏体微观结构与稳定性检测评价的新方法；

(6) 低能量密度的水溶炸药爆炸反应与焙烧重结晶合成了纯相的尖晶石锰酸锂，不加粘合剂，固体产物成分均匀，炸药在常温配制，节能安全；

(7) 掺杂镍锂的纳米尖晶石锰酸锂显示了良好的循环性能，初始容量需进一步改善；

(8) 发现了乳化炸药爆燃现象，制备了层状和方块状非球形锂锌氧化物粉体，建立了通过收集检测爆炸氧化物区分爆燃与爆轰的判别准则。

通过含锂纳米复合金属氧化物爆炸合成方法研究，还可以衍生出原子尺度掺混的复式氧化物合成方法、陶瓷颗粒包覆纳米氧化物方法，以及爆炸合成专用系列炸药及其制造方法（如粉末与压装、浇铸、柔性、水溶、浆状、水胶和乳化等）。并且可以为廉价批量合成纳米氧化物陶瓷材料的探索研究和技术推广提供基本数据和技术手段。而且，还可以用爆炸方法开展单质、硫化物、碳化物和氮化物合成机理与应用研究。

创建: Apr 17, 2018 | 15:40

协同爆破

研究背景及其意义

就矿山的生产来看，主要包括采剥作业、边坡维护、穿孔爆破、铲装运输几个方面。其中爆破作业是技术核心。有些地方仍然是采用“挖墙角”的抽底炮法开采，爆破效果和安全生产难以保证，常因爆破破岩不充分，岩石没有被破碎，甚至没有抛离高陡的边坡面，造成边坡坡面过于高陡，浮、松险石悬顶，严重威胁坡下作业的人员和设备，生产安全事故多发。解决爆破根底严重和大块较多的问题。

不仅能用于普通石场岩石开采，而且能够用于各种金属与非金属矿山的矿石开采；利用爆轰汇聚定向控制能量释放和火炸药协同作用，在减少炸药单耗的同时，降低爆破振动和避免爆破飞石与盲炮。

研究现状存在的核心问题

矿山采用常规爆破技术取得了一些经验，但效果却不能达到工程合理施工要求，具体存在困难如下：1 单耗高，钻孔成本极大；2 大块多，二次破碎量大；3 盲炮严重，成片丢炮，存在巨大安全隐患，浪费惊人；4 爆破响声严重干扰周围人员正常生活，冲天炮能量损耗显而易见；5 爆破震动剧烈，给周围建筑及机械带来巨大损伤，存在安全隐患；6 起爆网络连接混乱，起爆器材与炸药管理与使用存在问题。

本项目的研究设想

通过爆轰汇聚、定向聚能、应力波协同与反射、模糊决策、火炸药组合装药和微观结构等分析方法，揭示聚能结构设计与爆炸能量计算模型，结合水下爆炸能量测试系统，提供爆轰与爆燃数值分析与判据。给出起爆能量与炸药综合爆炸作用能量随组成、密度和结构之间的作用规律。研究模糊爆破专家系统，通过介质材料成缝与扩展实验，得出炸药爆轰猛度与爆燃持续作用时间的协同作用控制准则，提高爆破安全性，揭示炸药微秒爆轰汇聚与火药毫秒爆燃气动协同爆破机理，为解决爆破根底和实现爆破地震和飞石的有效控制，突破爆破漏斗理论的瓶颈，提供新的爆炸能量设计方法和协同爆破作用原理。

创建: Apr 17, 2018 | 15:33

和谐爆破

研究意义

新常态下通过定量化的破碎设计和协调的破碎施工，进行裂石爆破能量释放与介质破碎、抛掷等过程的控制，既达到预定的破碎效果，又实现爆破有害效应的根本控制，最终实现快速高效、安全可靠、绿色环保及经济合理的爆破作业。

研究内容

1.研究特种能源激波诱导裂胀作用机理，在冲击诱导下引发特种能源裂胀，探索裂胀能量和谐作用机制，提供高能冲击引发特种能源作用规律和基础数据，克服地震波和飞石的破坏作用，用于非煤矿山、煤炭、石油、天然气等矿产资源开采与增产，保护围岩及边坡和高效开采贵重石材等。

2.开展特种能源的不同微观结构和点火与冲击机理研究，控制破岩与特种能源加压对不同介质裂胀效应。研究特种能源微观结构与稳定性分析方法。提出鉴别爆燃与爆轰反应的微纳米技术方法，运用冲击结构设计与裂胀能量计算模型。

3.研究特种能源激波诱导裂胀作用机理，在冲击诱导下引发特种能源裂胀，探索裂胀能量和谐作用机制，提供高能冲击引发特种能源作用规律和基础数据，克服地震波和飞石的破坏作用，用于非煤矿山、煤炭、石油、天然气等矿产资源开采与增产，保护围岩及边坡和高效开采贵重石材等。

支撑条件

1.冲击动力学和岩石动力学等理论研究的突破，计算机数值仿真及测试技术的飞速发展，使定量化的爆破技术成为可能。

2.高效、可靠、安全的破碎器材的不断发展与完善，为和谐爆破技术提供了器材上的支撑。

3.施工机械化和自动化水平的提高，为和谐爆破施工技术提供支持。

技术体系

关键技术

一、激波点火控制能量释放速率

激波点火技术是近年来发展起来的新技术，已不断用于国防等尖端技术领域，取得了显著的效果。在民用技术领域的应用还较少见。揭示激波诱导火炸药和谐爆破作用机理，可以实现矿产资源的可持续发展，用激波增效尝试新型火炸药联用爆破剂的设计规律。

二、聚能汇聚定向作用

揭示新的应力波破岩理论和爆生气体破岩持续作用机制，运用爆轰波汇聚原理增强定向作用能量，协同火炸药定向汇聚作用提高爆破做功有效能量利用率。通过设计不同的连接件可以实现连续装药和连续激波汇聚切缝与扩缝。根据不同岩石与孔径需求实现爆炸能量与破岩能量和谐匹配。

文章专著

1 Xinghua Xi, Xiaokang Zhang，and Huisheng Zhou. Millisecond detonator with high delay precision. Integrated Ferroelectrics,2017 SCI

2 Xinghua Xie，Yuqing Feng, Shaobo Yan. Electricity-Heat Response of Firing Materials. Integrated Ferroelectrics,2017 SCI

3 Xinghua Xie, and Xiaokang Zhang. Investigation onto Nanometer Millisecond Delay Charges. Integrated Ferroelectrics,2017 SCI

4 Xinghua Xie, Yuqing Feng and Huisheng Zhou. Novel special energy for environmental friendly excavation. Materials Science and Engineering,2017 EI

5 Xinghua Xie and Yuqing Feng. Rock breaking methods to replace blasting. Materials Science and Engineering,2017 EI

6 谢兴华. 一种高能燃烧破岩药柱的应用. 工程爆破，2017（5）

7 谢兴华，周慧生. 纳米爆粉. 北京：兵器工业出版社，2017

创建: Apr 17, 2018 | 15:23

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