Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn xây dựng phương pháp thử để xác định khả năng sinh công của thuốc nổ công nghiệp bằng phương pháp bể nước (06/03/2026)

Hiện tại, ở nước ta, khả năng sinh công của thuốc nổ công nghiệp (TNCN) được đánh giá bằng ba phương pháp chủ yếu, đó là phương pháp bom chì Traulzel TCVN 6423:1998, phương pháp con lắc xạ thuật TCVN 6424:1998 và phương pháp đo sức nén trụ chì TCVN 6421:1998. Thực tế cho thấy, đối với cả ba phương pháp trên có một số nhược điểm như:  Đơn vị đo khả năng sinh công của thuốc nổ được thể hiện gián tiếp thông qua các thứ nguyên mm (phương pháp đo sức nén trụ chì), ml (phương pháp bom chì) và phần trăm tương đối so với thuốc nổ TNT tiêu chuẩn (phương pháp con lắc xạ thuật), không thể hiện rõ bản chất của năng lượng sinh ra phải có thứ nguyên là MJ hoặc KCal. Phương pháp bom chì, con lắc xạ thuật không thích hợp xác định khả năng sinh công của các loại thuốc nổ có độ nhạy kém (ANFO, nhũ tương rời…), phải dùng mồi nổ để kích nổ, khi sử dụng khối lượng mẫu thử nghiệm là (10±0,1) g, đường kính mẫu thử nghiệm nhỏ (24; 30 mm) có thể quá trình kích nổ mẫu xảy ra không hoàn toàn nên ảnh hưởng đến kết quả đo. Phương pháp bom chì không thích hợp đối với các loại thuốc nổ mạnh (có đặc trưng năng lượng lớn) có thể làm nứt hoặc vỡ bom chì, không thể đo được thể tích của lòng bom sau khi nổ, điều này ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của phép đo và chi phí cho mỗi lần đo lớn. Phương pháp con lắc xạ thuật chỉ đánh giá được khả năng sinh công tương đối, tức là kết quả thường được so sánh với thuốc nổ TNT tiêu chuẩn. Từ những điểm tồn tại trên nên dẫn đến một số khó khăn. Đối với đơn vị sử dụng, thiếu cơ sở để lựa chọn sản phẩm có tính năng phù hợp với điều kiện sử dụng thực tế tại mỏ để nâng cao hiệu quả khai thác và sử dụng. Đối với nhà sản xuất, khó khăn trong việc sản xuất các sản phẩm có chất lượng, tính năng phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của nhà tiêu thụ. Đối với nhà quản lý, thiếu cơ sở để thực hiện trong quá trình giám sát.

Từ những năm 1970, các thử nghiệm nổ dưới nước ngày càng được áp dụng phổ biến để xác định khả năng sinh công của thuốc nổ, đặc biệt là những loại thuốc nổ có độ nhạy kém. Thử nghiệm này có tầm quan trọng đặt biệt vì nó cho phép xác định khả năng sinh công của các chất nổ không thể nổ hoàn toàn với liều nổ nhỏ hơn 10 g hoặc đường kính tới hạn lớn, đặc biệt là có thể thí nghiệm với lượng thuốc nổ có đường kính bằng với đường kính thỏi thuốc thực tế sản xuất, điều này giúp đánh giá chính xác hiệu quả của công tác nổ. Chính vì vậy, việc nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn để xây dựng các quy định kỹ thuật, phương pháp xác định khả năng sinh công của TNCN bằng phương pháp bể nước nhằm bổ sung thêm một phương pháp đánh giá năng lượng thuốc nổ tiên tiến tại Việt Nam, góp phần nâng cao hiệu quả công tác quản lý, bảo đảm an toàn, thuận tiện cho các đơn vị thiết kế, chế tạo, sử dụng và phục vụ cho xuất khẩu TNCN khi có yêu cầu của đối tác. Do đó, nhiệm vụ khoa học “Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn xây dựng phương pháp thử để xác định khả năng sinh công của thuốc nổ công nghiệp bằng phương pháp bể nước” do Công ty TNHH MTV Hóa chất 21 chủ trì thực hiện, Nguyễn Thị Khuyến làm chủ nhiệm có tính khoa học và rất cần thiết trong giai đoạn hiện nay.

Sơ đồ minh họa các giai đoạn phát triển của bong bóng khí sản phẩm nổ (co lại, di chuyển) cùng với giá trị của áp suất theo thời gian.

Nghiên cứu đã đưa ra được cơ sở khoa học về hiện tượng tác dụng nổ của chất nổ trong môi trường nước. Trên cơ sở đó, xác định được thông số tác dụng nổ chủ yếu trong môi trường nước khi nổ chất nổ là năng lượng sóng xung kích (sóng va đập) và năng lượng của bóng khí sinh ra khi nổ. Khảo sát, thử nghiệm đánh giá khả năng sinh công của thuốc nổ công nghiệp sản xuất trong nước (thuốc nổ TNT công nghiệp, AD1, ANFO, các loại TNNT dùng cho lộ thiên) bằng phương pháp đo sức nén trụ chì, bom chì và con lắc xạ thuật. Theo nghiên cứu, hiện tại ở trong nước, khả năng sinh công của thuốc nổ công nghiệp

TNCN được đánh giá chủ yếu bằng ba phương pháp, đó là phương pháp bom chì Traulzel (TCVN 6423:1998), con lắc xạ thuật (TCVN 6424:1998) và phương pháp đo sức nén trụ chì TCVN 6421:1998. Đối với phương pháp bể nước chưa được xây dựng cơ sở lý thuyết, tiêu chuẩn để đánh giá thuốc nổ công nghiệp. Cả ba phương pháp xác định khả năng sinh công của thuốc nổ công nghiệp theo phương pháp bom chì, con lắc xạ thuật và đo sức nén trụ chì đều có ưu nhược điểm chung. Trong đó, ưu điểm được thể hiện là thiết bị đơn giản, thao tác không phức tạp, dễ dàng thực hiện. Nhược điểm là các phương pháp chỉ đánh giá được khả năng sinh công của thuốc nổ mang tính tương đối theo thứ nguyên mm (đo sức nén trụ chì), ml (giãn bom chì) hoặc kết quả đo được so sánh với thuốc nổ TNT tiêu chuẩn (con lắc xạ thuật), không chỉ ra được chính xác giá trị công nổ. Phương pháp thử nghiệm không phù hợp với các loại thuốc nổ công nghiệp có độ nhạy kém (ANFO, nhũ tương rời) để kích nổ được hoàn toàn khối thuốc nổ phải dùng mồi nổ. Khối lượng mẫu thử nghiệm nhỏ (10 g), ảnh hưởng tới độ chính xác và tính đại diện cho thỏi thuốc nổ lớn. Đối với phương pháp bom chì, mặc dù phương pháp bom chì rất đơn giản và dễ sử dụng và hiện tại nó đang được được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới, nhưng giá trị khả năng sinh công không tỷ lệ thuận với sức mạnh của thuốc nổ và chỉ có thể so sánh tương đối. Phương pháp bom chì không chỉ không thể phản ánh khả năng hoạt động thực tế của thuốc nổ công nghiệp, mà còn không có tác dụng đối với một số thuốc nổ không nhạy với kíp nổ. Những hạn chế chính của phương pháp bom chì là: khối lượng của chì lớn, thường khoảng (70÷80) kg, không dễ mang theo, chi phí cho mỗi lần đúc chì cao và không thể sử dụng lại được, mặc dù kết quả thử nghiệm của phương pháp đồng nhất với lý thuyết năng lượng nổ lớn nhất, nhưng nó không dễ dàng phân tích định lượng chính xác. Hiệu suất hoạt động đo được không phải là đơn vị sinh công, mà là khối lượng giãn nở của chì trong các điều kiện nhất định. Ngoài ra, phương pháp này không định lượng biểu hiện ở chỗ không thể so sánh hiệu suất của các thuốc nổ khác nhau theo giá trị giãn nở lỗ chì thu được từ thí nghiệm. Đối với phương pháp con lắc xạ thuật, phương pháp này không áp dụng được cho thuốc nổ dạng lỏng, dạng rời và không nhạy với kíp nổ. Khả năng sinh công của thuốc nổ chỉ được đánh giá bằng so sánh tương đối (%) với thuốc nổ TNT tiêu chuẩn. Phương pháp bể nước có ưu điểm là phương pháp thử này có đơn vị MJ/kg, giúp đánh giá chính xác, so sánh năng lượng của các loại thuốc nổ công nghiệp trong cùng một điều kiện thử nghiệm như nhau. Thử nghiệm xác định khả năng sinh công của thuốc nổ với đường kính thỏi thuốc nổ lớn, tương đương với điều kiện thực tế sản xuất. Xác định chính xác năng lượng của các loại thuốc nổ công nghiệp nhóm Nitrat Amon có đường kính tới hạn lớn. Phù hợp với các loại thuốc nổ công nghiệp có độ nhạy kém. Khối lượng mẫu thử nghiệm bằng phương pháp truyền thống nhỏ 10 gam, đường kính mẫu thử nghiệm nhỏ. Quá trình kích nổ phải sử dụng mồi nổ (khối lượng mồi nổ ít, từ 5÷10 gam) có thể xảy ra nổ không hoàn toàn, ảnh hưởng tới kết quả đo. Phương pháp sử dụng các cảm biến áp suất và hệ thống thu nhập tín hiệu, hệ thống và chương trình máy tính cho phép thu nhận được kết quả định lượng ngay sau khi tiến hành thử nghiệm. Nhược điểm của phương pháp này là cơ sở hạ tầng, thiết bị phức tạp hơn so với phương pháp truyền thống, môi trường thử nghiệm trong nước nên với các mẫu thuốc nổ có khả năng chịu nước kém cần có phương pháp gia công, chuẩn bị mẫu đảm bảo mẫu thử không tiếp xúc trực tiếp với nước. Như vậy, phương pháp xác định khả năng sinh công của thuốc nổ bằng phương pháp nổ dưới nước là một phương pháp tiên tiến, đã được nghiên cứu, sử dụng rộng rãi trên thế giới, tuy nhiên phương pháp này vẫn chưa đưa vào danh mục các phương pháp xác định đặc tính năng lượng nổ của thuốc nổ công nghiệp của Việt Nam. Ngoài ra, phương pháp này cũng giải quyết được vấn đề về đường kính, khối lượng thuốc nổ nhỏ, thuốc nổ mạnh hoặc thuốc có độ nhạy kém trong các phương pháp thử truyền thống. Qua đó, đánh giá một cách toàn diện khả năng sinh công của các loại thuốc nổ khi nổ trong đường kính lỗ khoan khác nhau. Phương pháp thử nghiệm nổ dưới nước để xác định khả năng sinh công của thuốc nổ là một phương pháp hiện đại, sử dụng các cảm biến kích hoạt, cảm biến áp lực và hệ thống thu nhập tín hiệu, phần mềm máy tính cho phép thu nhận tín hiệu và định lượng được kết quả ngay sau khi tiến hành thử nghiệm, phân loại được năng lượng bóng khí sinh ra (Eb) và năng lượng sóng xung kích (Es), đơn vị đo trực tiếp có thứ nguyên là (MJ/kg hoặc Kcal/kg).

Nghiên cứu xây dựng quy trình thử nghiệm đánh giá khả năng sinh công của một số thuốc nổ công nghiệp điển Hình (thuốc nổ TNT công nghiệp, AD1, ANFO, TNNT lộ thiên dạng thỏi và nhũ tương rời), kết quả cho thấy, điều kiện thử nghiệm: Chiều sâu của mẫu thử tính từ mặt nước tương đương với chiều sâu của cảm biến áp suất H= (4,0±0,1) m, khoảng cách theo phương ngang tính từ mẫu thử đến cảm biến áp suất là L= (4,0±0,1) m; khối lượng liều thuốc mồi nổ A-IX-1 là (56±0,2) g. Khả năng sinh công của thuốc nổ TNT là 3,00 MJ/kg; ANFO là 2,94 MJ/kg, AD-1 là 3,51 MJ/kg, nhũ tương dạng thỏi là 3,22 MJ/kg và nhũ tương dạng rời là 2,91 MJ/kg đảm bảo độ chính xác và tin cậy, khắc phục được các điểm hạn chế của các phương pháp truyền thống trụ chì, bom chì và con lắc xạ thuật.

Đề tài cũng đã nghiên cứu sử dụng liều thuốc mồi nổ A-IX-1 chế tạo trong nước thay thế liều mồi nổ chuẩn nhập khẩu của nước ngoài. Mồi nổ A-IX-1 có thành phần gồm (94÷96)% hexogen + (4÷6) % chất phụ gia và được nén ở mật độ (1,6±0,02) g/cm³. Để xác định tối ưu khối lượng thuốc nổ cần dùng, nhóm nghiên cứu nén mồi nổ A-IX-1 dạng Hình trụ có đường kính Ф40 mm, ở đường kính này đảm bảo khối thuốc nổ ổn định và dễ gia công. Khối lượng mồi nổ lần lượt được lấy 45g, 50g, 55g, 60g. Quá trình xác định khả năng sinh công của thuốc nổ chuẩn Nitroroc được tiến hành tương tự như trên. Các kết quả cho thấy, khi thử nghiệm với khối lượng thuốc mồi nổ 45 g và 50 g cho khả năng sinh công của thuốc nổ chuẩn Nitroroc N không đạt theo yêu cầu kỹ thuật (4,1±0,2) MJ/kg, điều này là do khối lượng thuốc mồi nổ không đủ để kích nổ hoàn toàn khối thuốc Nitroroc nên dẫn đến năng lượng sóng xung kích và bóng khí sinh ra thấp hơn so với dùng mồi nổ dạng thuốc nổ dẻo tiêu chuẩn của Pháp. Do vậy để thuận tiện cho quá trình làm thí nghiệm phù hợp với điều kiện trong nước thì khối lượng mồi nổ A-IX-1 được lấy (56 ± 0,1) g được nén Hình trụ có kích thước Ф40x30 để thay thế thuốc nổ dẻo nhập khẩu của Pháp. Như vậy, thông qua quá trình hiệu chuẩn thiết bị, có thể khẳng định phương pháp đo khả năng sinh công bằng bể nước có đủ độ tin cậy để xác định các loại thuốc nổ, đặc biệt là có thể dùng cho thuốc nổ kém nhạy như ANFO, AD1, nhũ tương dạng thỏi và dạng rời. Nghiên cứu xác định khả năng sinh công theo phương pháp bể nước của một số loại thuốc nổ công nghiệp, theo phương pháp xác định khả năng sinh công bằng bề nước thì thuốc nổ AD1 có giá trị trung bình là 3,51 MJ/kg; thuốc nổi nhũ tương (TNNT) thỏi có giá trị trung bình là 3,22 MJ/kg; thuốc nổ TNT có giá trị trung bình là 3,00 MJ/kg; thuốc nổ ANFO có giá trị trung bình là 2,94 MJ/kg. Điều này là hoàn toàn hợp lý và có mối quan hệ tuyến tính, do thuốc nổ ANFO có các đặc trưng năng lượng nhỏ hơn so với AD1. Ngoài ra, kết quả đảm bảo tuyến tính khi so sánh kết quả nhận được với phương pháp xác định con lắc xạ thuật so sánh với thuốc nổ TNT tiêu chuẩn của thuốc nổ AD1 từ (123,2÷127,3)% và TNNT dạng thỏi từ (106,4÷111,2)%. Đối với các thuốc nổ ANFO kém nhạy thì phương pháp bom chì, con lắc xạ thuật không phù hợp, kết quả thử nghiệm có sự sai số, độ lặp lại thấp, TNNT rời không xác định được bằng phương pháp truyền thống, còn kết quả phương pháp bể nước nhận được là 2,94 MJ/kg và 2,90 MJ/kg. Ngoài ra, các kết quả nhận được đều thể hiện đơn vị khả năng sinh công là MJ/kg hoặc Kcal/kg, điều này là hợp lý hơn so với phương pháp bom chì tính bằng ml và con lắc xạ thuật là % tương đối so với thuốc nổ chuẩn. Trong khuôn khổ nhiệm vụ cũng đã xây dựng dự thảo tiêu chuẩn quốc gia về phương pháp thử xác định khả năng sinh công của thuốc nổ công nghiệp bằng phương pháp bể nước.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu tại Trung tâm Công nghệ thông tin và truyền thông Hải Phòng./.