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分类号:U49 15 港步犬海硕士学位论文导师姓名职称申请学位级别炸药膨胀系数测试系统研制许锡顺汪贵平教授硕士学科专业名称交通信息工程及控制论文提交日期201 1年4月19 Et论文答辩日期 日学位授予单位长安大学答辩委员会主席学位论文评阅人巨永锋教授高贽教授刘泾教授 rlll[II Y1948580 The Development ofTesting System forthe Explosive Expansion Coefficient ADissertationSubmitted fortheDegree ofMaster Candidate:Xu Xishun Supervisor:Prof.Wang Guiping Chang’an University,Xi’an,China 本作所取要贡献未加明本论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品,知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时,署名单位仍然为长安大学。(保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名:野缈阻别雅各哔加,/年6月厂弘日≯f,年石月,尸日摘要“热胀冷缩”现象是绝大多数物质的共性,可以用线膨胀系数这一物理量来对其进行描述。线膨胀系数是物质的基本热物理参数之一,是表征物质性质的重要特征量。炸药也是如此,炸药的热膨胀性能是弹药药品质量选择的前提,因此,能够准确地测量炸药的线膨胀系数显得尤为重要。本文针对炸药的热膨胀特性,在查阅大量国内外文献资料的基础上,结合实际科研课题,提出基于MCGS嵌入式组态软件技术的炸药膨胀系数测试系统研制方案并进行设计,其主要用于测量炸药在按给定温度变化时的线膨胀系数,为技术人员提供分析依据。本论文所完成的工作主要包括: 1、根据炸药膨胀系数测试系统的需求,在对其工作原理进行详细分析的基础上,提出基于MCGS的炸药膨胀系数测试系统研制方案并进行设计。该系统主要由炉膛、样品室、测温模块、控温模块、膨胀位移测量模块和嵌入式系统组成。 2、本系统采取压缩机与液氮制冷两种降温操作模式,同时采用电阻炉对系统进行升温操作。在开发过程中,针对电阻炉这种大惯性大滞后系统的特性,综合目前国内外在此种系统或类似系统中所做的研究工作,通过实验与理论分析,建立该系统的数学模型, 并进行系统辨识与仿真验证,同时采取基于内模原理的PID控制算法,在MCGS嵌入式系统中进行控温算法的实现。 3、本系统使用上下位机工作模式,下位机由MCGS嵌入式系统完成所有的测试工作,包括数据的采集、存储与管理、控制算法的实现、上下位机的实时通信等;上位机是基于PC机采用C++Builder开发工具进行软件开发,主要负责Modbus RTU通信协议的实现、数据的传输存储与查询以及报表打印等功能。最后,完成本系统的安装、调试以及实验测试工作。实验结果表明:本系统能够完成炸药的线膨胀系数测量工作并达到主要技术指标要求——控温范围为.50~80℃,温度测量精度可达士0.1℃,膨胀位移量测量精度可达士0.1基于内模原理的PID控制算法能够将系统温度控制在士l℃范围内;上下位机模式能够有效地进行数据的传输、存储与分析管理。关键词:热分析,膨胀仪,膨胀系数,炸药,MCGS Abstract ”Expansion on heatingand contraction on cooling”is mon phenomenon of materials, which Canbedescribed by linearexpansion coefficient.Linearexpansion coefficient is one of thebasicthermalphysicalparameters ofmaterials bycharacterizing the important features on thematerial nature.The same is trueofexplosives.Thermal expansion performance of explosives isthe premise ofquality selection.Therefore,to accurately measure thelinear expansion coefficient ofexplosives isparticularly important.Supporting by thelarge literaturesand thepractical research,theprinciples and implementation ofthe testingsystem intheexplosive expansion coefficient based onMCGS areproposed,and the system isdeveloped.It’Smainly used tomeasure theexplosive expansion coefficient in a given temperature,and provide analytical basis forthetechnicalstaff.The main contents of the dissertation are listedhereas follow: 1.According to theactualanalysis andprinciples,a design oftesting system for explosive expansion coefficient based on MCGS isbroughtforward.The system mainly consists offurnace,sample room,temperature measurement module,temperature control module,expansion displacement measurement module andembedded system. 2.The system adopts pressorand liquidnitrogen tocooldown,while using electricresistance furnace toheat.Because ofthedelay and inertialcharacteristics ofthe resistancefumace system,studying on thesystem or othersimilarsystems,and through the experimental andtheoreticalanalysis,ultimately,the mathematical model f1
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A炸药爆炸的参数
(1)爆热。进行爆炸反应时放出的热量称为炸药的反应热，简称为爆热。它是指1kg或19分子炸药在定容条件下爆炸瞬间所放出的热量。爆
&&& A炸药爆炸的参数
&&& (1)爆热。进行爆炸反应时放出的热量称为炸药的反应热，简称为爆热。它是指1kg或19分子炸药在定容条件下爆炸瞬间所放出的热量。爆热越大，炸药的做功能力也越大。常用工业炸药的爆热一般为2931 - 6280kJ/kg。
&&& (2)爆温。炸药爆炸瞬间所放出的热量将爆炸产物加热到的最高温度，称为爆温。工业炸药的爆温一般可达2000 C 4500℃以上。
&&& (3)爆压。在发生爆炸反应的瞬间、高温气体未向外膨胀以前，对周围介质造成的最大压力称为爆压。工业炸药爆炸时产生的爆压可达1&105 -4&105MPa。实践证明，当炸药本身的爆炸反应传播较慢而周围条件对维持压力又不利时（如裸露药包爆破），炸药的爆压将急剧下降，能量大量损失，从而降低爆破效果。为此，对于硐室爆破和炮孔爆破，保持堵塞质量是提高爆破效果、减少飞石的有利途径。
&&& (4)爆炸功。炸药爆炸时，整个爆炸过程中的爆炸做功能力称为爆炸功。常用爆炸产物做绝热膨胀时，从起始膨胀到温度降到炸药初温时所做的全部功来表示。
&&& B& 炸药爆破性能
&&& 与工程爆破有关的炸药爆炸性能有：爆力、猛度、爆速、聚能效应、传爆等。
&&& (1)爆力。爆力（也称威力）即炸药爆炸时傲功的能力。它表示炸药在介质内部爆炸时对其周围介质产生的整体压缩、破坏和抛移能力。它的大小与炸药爆炸时释放出的能量大小成正比。威力越大，破坏能力越强，破坏的范围及体积也就越大。威力的大小取决于爆热的大小、产生气体量的多少以及爆温的高低。爆热大，产生气体量多，爆温高，则威力大。
威力的测量常用铅铸扩孔试验法测定。即用精制铅铸成圆柱体，其规格为&200mm&200mm，中央有一个&125mm&125mm的圆孔(见图5-21(a))，称取(10+0.1)g炸药装入&24mm锡箔纸筒内，然后插入雷管一起放入铅铸孔的底部，上部空隙用干净的并经144孔/cm2筛选过的石英砂填满，爆炸后圆柱扩大成梨形(见图5-2l(b))。
图5-21 炸药爆炸前后的铅柱测状与尺寸
(a)爆炸前的铅柱；(b)爆炸后的扩孔示意图
用量筒注水测出爆炸前后体积差，从中减去所用雷管的扩孔值（通过试验确定），之后所得的差数值即为被测炸药的爆力。雷管本身的扩孔量应从扩孔值中扣除，可先用雷管在同等条件下对铅柱做扩孔试验。一些炸药的爆力列于表5-13中。
表5-13几种炸药的爆力值
& &&炸药名称
&&& 爆力（威力）/mL
&&& 梯恩梯
&&& 黑索金
&&& 2号煤矿炸药
&&& 2号岩石炸药
&&& (2)猛度。猛度即炸药的破碎能力，指在爆炸瞬间，爆炸直接对与之接触的局部固体介质的破坏程度。
猛度的测量方法常用铅柱压缩法，实验装置如图5-22所示。在200mm&200mm&20mm的钢板中央放置&4lmm&10mm钢片一块。炸药试验量一般为50g，猛炸药如黑索金、太安等用25g，装入&40mm纸筒内，控制其密度为1g/Ccm3，药面上锥一中心孔插入雷管，插入深度为15mm，将这个药柱放置在钢片上用索线绷紧，然后引爆。爆炸后，铅柱被压缩成蘑菇形，用卡尺测其四点高度，取平均值，计算出压缩值。几种炸药的铅柱压缩值列于表5-14中。
&&& 图5-22 铅柱压缩实验
&&& (a)实验装置；(b)实验效果
l-钢板；2铅柱；3-圆钢片；4-药柱；5-雷管
& 表5-14几种炸药的铅柱压缩值
&&& 炸药名称
&&& 密度/g?cm-3
&&& 压缩值／mm
&&& 梯恩梯
&&& 梯恩梯
&&& 2号煤矿炸药
&&& 0.9 -1.0
&&& 2号岩石炸药
&&& 0.9 -1.0
&&& 铵沥蜡炸药
&&& 0.9 -1.0
&&& EL系列乳化炸药
&&& 1.1 -1.2
&&& KJ系列乳化炸药
&&& 1.1 -1.25
& (3)爆速。爆速即炸药爆炸时爆轰波沿炸药内部传播的速度。爆速主要取决于炸药的性质与纯度，此外还与起爆药的威力、装药直径、包装材料的强度、炸药的装填密度、炸药的颗粒大小、含水量及附加物等因素有关。一些猛炸药的爆速见表5-15。
表5-15几种炸药的爆速
&&& 炸药名称
&&& 爆速/m?s-l
&&& 炸药名称
&&& 爆速/m?s-1
&&& 梯恩梯
&&& 煤矿1号、2号炸药
&&& 3509 - 3600
&&& 铵油炸药
&&& 黑索金
&EL-102型乳化炸药
&&& 2号岩石炸药
&&& 由炸药的传爆过程可知，爆轰波的传播速度就是爆速。如果炸药的爆速在增长到最大值后始终是稳定的，那么炸药的爆炸就能进行到底，这称为稳定爆炸；反之，如果在传爆过程中爆速是逐渐衰减的，那么炸药的爆炸就不能进行到底，这就是不稳定传播。可见，炸药爆速的变化反映了炸药爆炸反应的完全程度，因此，它是衡量炸药爆炸性能的重要指标。
&&& 在进行爆破工作时，必须经常进行炸药的爆速测定，才能把握爆破的效果、质量和安全。传统的测试方法有导爆索对比法，现在常用的是电子仪器测试法。常用的电子仪器测试法有光线示波器测定法和计时器测定法两种方法。测试准确可靠的专门仪器如BSS-1和BS-1型爆速仪，测量精度高。
&&& 在实际生产中，为了保证爆破效果，应力求炸药处于稳定爆轰状态，即具有理想的爆速。在生产实践中，影响爆速的因素很多，但主要的是药卷直径和炸药密度。用相同起爆能量引爆不同直径的药卷时，药卷的爆速和稳定传爆的情况有很大不同，随着药卷直径增大，爆速和爆炸稳定性均有所提高。当药卷直径较小时，随药卷直径增大，爆速增加较快；但药卷直径增大到某一数值后，爆速趋于一恒定值。增大炸药的密度可提高理想爆速，临界直径和极隈直径也会发生变化。由于炸药密度对临界直径的影响规律是随炸药类型的不同而变化的，因此，密度影响爆速的规律也是不同的。
&&& (4)聚能效应。某特定装药形状（如锥形孔、凹穴）可使炸药能量在空间上重新分配，大大地加强了某一方向的局部破坏作用，这种现象称为聚能效应。能产生聚能效应的装药称为聚能装药，而其特定的装药形状（如锥形孔、凹穴等），称为聚能穴，如雷管的底部凹槽等。
&&& 聚能装药爆炸时，爆炸气体产物向聚能穴汇集，在凹穴轴线方向上形成一股高速运动的强大射流，即聚能流。聚能流具有极高的速度、密度、压力和能量密度，并在离聚能穴底部一定距离达到最大值，因此其破坏作用增强。带有金属罩的聚能装药，其聚能效应更大，炸药爆炸时，它在聚能穴轴线上形成高速的金属射流，其速度每秒可达数千米甚至上万米，压力可达几兆帕，因此其破甲、破坏能力更集中。利用聚能药包可破碎大块。
&&& (5)传爆。炸药起爆后，爆轰波能以最大速度稳定传播的过程，称为理想爆轰。在一定条件下，炸药达不到理想爆轰，但可能以某一速度稳定传播爆轰波的过程，称为稳定传爆。
&&& 炸药在理想爆轰时才能充分释放出最大能量。为了充分利用炸药的爆炸能、提高爆破效果、保障施工安全，必须保证蚱药稳定传爆，争取达到理想爆轰。影响稳定传爆的因素有：
&&& 1)起爆能的影响。起爆能不足，激发不起炸药的化学反应或激发起的化学反应速度低，在传播过程中会很快衰减，在这种情况下将出现炸药拒爆或爆轰中断现象。不同炸药所需的起爆能不一样，因此，应针对不同炸药选择适当的起爆能，以保证炸药可靠起爆，这是十分重要的。
&&& 2)装药直径的影响。前文曾提及炸药的直径对爆速有影响，装药直径增大时，爆速也相应变大；当直径大到某一值后，爆速增加不明显而趋于某一个定值，即达到条件下的最大爆速。使炸药爆速达到最大值所需的最小装药直径，称为极限直径，而该条件下的最大爆速称为极限爆速。同样，爆速随着直径的减小而下降，当装药直径小于某一值时，爆轰即将中断。不同的炸药，临界、极限直径和爆速各不相同。一般来讲，单质猛炸药的临界爆速为2000 - 3000m/S，极限爆速为6000 - 8000m/s；硝铵炸药的临界爆速为1000 - 2000m/s，极限爆速为4000 - 5000m/s。
&&& 因此在实际爆破中，若要保证炸药稳定传爆、争取理想爆轰，则应保证装药直径大于临界直径，争取达到极限直径。
&&& 3)装药密度的影响。关于装药密度对传爆的影响，单质炸药和工业混合炸药表现不同。在一定条件下，单质炸药的爆速与装药密度成正比。在混合炸药中，爆速一密度曲线上存在着极限爆速，有如上述，在一定的条件下爆速随装药密度的增大而提高；但由于混合炸药化学反应区中存在着二次反应，二次反应的阻力随炸药密度的增大而增大，所以当密度增大到一定限度时，化学反应速度下降，爆速也相应下降。这两方面作用同时存在，对爆速产生综合的影响。
&&& 4)药包外壳约束条件的影响。药包外壳越坚固，质量越大，约束条件越好，侧向的能量损失越少，传爆越好。当药包直径达到极值时，外壳的影响就不明显了。
&&& 5)径向间隙的影响。不同炸药的径向间隙对传爆的影响也不同，它可能对高感度单质猛炸药的传播有利，而对于低感度工业混合炸药不利，甚至使爆轰中断。径向间隙的这种影响作用称为径向间隙效应，或简称间隙效应。
&&& 径向间隙对炸药爆速的不同影响与上述炸药密度对爆速的影响机理相同。炸药爆炸后，由于径向间隙的存在，孔中的空气冲击波超前于爆轰波，对未爆炸药进行压缩，使炸药密度提高而影响未爆炸药的爆速。
&&& 6)炸药颗粒的影响。工业混合炸药爆轰中存在二次反应，因此，组分颗粒小、混合均匀有利于爆轰的传播。感度低的成分粒度应小于感度高的成分粒度，才有利于二次反应；然而当药卷直径大于或等于极限直径时，炸药粒度的影响就不明显了。
（责任编辑: 佚名 ）
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新闻热点排行膨胀炸药在井筒修复立井井壁的应用研究--《能源技术与管理》2015年02期
膨胀炸药在井筒修复立井井壁的应用研究
【摘要】：石嘴山煤矿井筒在井深86~94 m处由于该段青灰色砂质粘土岩遇水膨胀,引起井壁受压施工中,造成了井壁开裂,采用膨胀炸药静力爆破技术对其进行修复,现场实施结果表明:该方法安全有效地实现了岩体静力破碎的效果,同时也实现了安全、质量、工期、效益的多个预计目标,用实际工程验证了该施工技术的可行性和优越性。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TD262.5【正文快照】：
0引言立井井筒破坏是一种特殊的矿山地质灾害,其主要表现在具有足够的保安岩柱的条件下,井筒的部分井壁发生严重变形和破裂,致使井筒井壁垂直变形,运输困难,一些井筒在破坏的同时还伴有大量的涌水冒砂;并且井筒的非采动破坏具有一定的周期性,许多井巷经修理正常使用一段时间后
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