Tài liệu Nghiên cứu xác định loại vật nổ thông qua dấu vết ở hiện trường các vụ án có sử dụng chất nổ

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào. Tác giả luận án Lê Xuân Cường LỜI CẢM ƠN Tác giả luận án xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành, sâu sắc đối với TS Nguyễn Văn Thủy và GS.TS Ngô Sỹ Hiền đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, có nhiều định hướng khoa học có giá trị giúp cho tác giả hoàn thành luận án này. Tác giả trân trọng cảm ơn tập thể Bộ môn Đạn, Khoa Vũ khí; Bộ môn Vật liệu, Khoa Cơ khí; Phòng Sau đại học, Học viện Kỹ thuật Quân sự; Lữ đoàn Công binh 543, Quân khu II; Trung tâm DASI, Đại học Bách khoa Hà Nội; Phòng Giám định hoá học và Phòng Tham mưu, Viện Khoa học hình sự; các nhà khoa học và bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, cung cấp nhiều tài liệu, các kiến thức khoa học hiện đại và đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho luận án. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn đối với những người thân trong gia đình đã thông cảm, động viên và chia sẻ những khó khăn trong suốt thời gian làm luận án. Tác giả luận án Lê Xuân Cường MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................i LỜI CẢM ƠN...........................................................................................................ii MỤC LỤC................................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT....................................................vii DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................................ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ....................................................................x MỞ ĐẦU...................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án............................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu của luận án..........................................................................2 3. Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận án.......................................2 4. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................3 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án............................................................3 6. Cấu trúc của luận án..............................................................................................3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT NỔ VÀ CÁC NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH VẬT NỔ.................................................................................................................... 5 1.1. Vật nổ và tình hình sử dụng vật nổ của tội phạm................................................5 1.1.1. Nguyên lý kết cấu vật nổ.................................................................................5 1.1.2. Tình hình sử dụng vật nổ của tội phạm..........................................................12 1.2. Quá trình biến đổi nổ và tác dụng của vật nổ....................................................17 1.3. Công tác khám nghiệm hiện trường các vụ nổ vật nổ và vai trò của dấu vết nổ trong điều tra các vụ nổ vật nổ.................................................................................20 1.3.1. Công tác khám nghiệm hiện trường các vụ nổ vật nổ....................................20 1.3.2. Vai trò của dấu vết nổ trong điều tra các vụ nổ vật nổ...................................21 1.4. Tổng quan tình hình nghiên cứu có liên quan đến xác định loại vật nổ thông qua dấu vết ở hiện trường các vụ án có sử dụng chất nổ................................................22 1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới.................................................................22 1.4.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước................................................................24 1.5. Các vấn đề cần nghiên cứu trong luận án..........................................................26 Kết luận chương 1...................................................................................................27 CHƯƠNG 2. MÔ PHỎNG, PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH NỔ CỦA VẬT NỔ.........29 2.1. Mô tả sự phá hủy vỏ dưới tác dụng của xung nổ..............................................29 2.1.1. Sự hình thành mảnh dưới tác dụng của xung nổ............................................30 2.1.2. Các hình dạng mảnh đặc trưng khi nổ............................................................32 2.1.3. Tương tác của sản phẩm nổ với môi trường xung quanh...............................34 2.1.3.1. Sự bay tán và tác dụng của mảnh................................................................34 2.1.3.2. Tác dụng của sóng va đập trong không khí.................................................36 2.2. Mô hình toán học mô phỏng quá trình nổ của vật nổ........................................40 2.2.1. Đặt bài toán nghiên cứu.................................................................................40 2.2.2. Mô hình toán học mô tả tính chất vật liệu thân vỏ, thuốc nổ và môi trường.........41 2.2.2.1. Mô hình toán học mô tả tính chất vật liệu thân vỏ......................................41 2.2.2.2. Mô hình toán học mô tả tính chất thuốc nổ và sản phẩm nổ.......................44 2.2.2.3. Mô hình toán học mô tả tính chất không khí...............................................45 2.2.3. Hệ phương trình cơ bản mô tả quá trình hình thành và lan truyền sóng nổ, biến dạng và phá vỡ thân vỏ vật nổ, va đập với môi trường xung quanh..............................45 2.2.4. Phương pháp giải bài toán.............................................................................50 2.3. Mô phỏng quá trình nổ và va đập của vật nổ với môi trường xung quanh bằng phần mềm Ansys Autodyn-3D................................................................................52 2.3.1. Phần mềm Ansys Autodyn-3D......................................................................53 2.3.2. Bộ giải Lagrange............................................................................................54 2.3.3. Lưới Lagrange...............................................................................................54 2.3.4. Ứng dụng mô đun tính toán song song của Ansys trong mô phỏng thực nghiệm hiện trường nổ.............................................................................................56 2.3.4.1. Phương pháp mô phỏng quá trình nổ của vật nổ bằng phần mềm Ansys Autodyn-3D áp dụng tính toán song song................................................................59 2.3.4.2. Mô phỏng quá trình nổ của vật nổ..............................................................60 Kết luận chương 2...................................................................................................65 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH VẬT NỔ QUA DẤU VẾT NỔ.........67 3.1. Mục đích, yêu cầu, nội dung và phương pháp thực nghiệm..............................67 3.1.1. Mục đích.......................................................................................................67 3.1.2. Yêu cầu..........................................................................................................67 3.1.3. Nội dung........................................................................................................67 3.1.4. Phương pháp thực nghiệm.............................................................................67 3.1.4.1. Thử tĩnh thu mảnh trong hố cát...................................................................68 3.1.4.2. Xác định mật độ phân bố mảnh vật nổ........................................................69 3.1.4.3. Xác định dấu vết nổ....................................................................................71 3.2. Thực nghiệm nổ và kết quả...............................................................................72 3.2.1. Thực nghiệm nổ tại trường bắn......................................................................72 3.2.1.1. Điều kiện thực nghiệm................................................................................72 3.2.1.2. Thực nghiệm nổ tại trường bắn...................................................................72 3.2.2. Kết quả thực nghiệm...................................................................................72 3.2.3. Phân tích số liệu thực nghiệm và so sánh với tính toán..................................75 3.2.3.1. So sánh kết quả thực nghiệm với phương pháp số......................................75 3.2.3.2. Sự phân bố mảnh sát thương theo khoảng cách..........................................76 3.2.3.3. Khảo sát hình thái bề mặt của mảnh vỏ từ vụ nổ vật nổ..............................77 3.2.4. Các kết quả thực nghiệm khác.......................................................................84 3.2.4.1. Phân tích dấu vết sản phẩm nổ của vật nổ không vỏ bọc bằng phương pháp hoá học....................................................................................................................84 3.2.4.2. Phân tích dấu vết sản phẩm nổ của vật nổ không vỏ bọc trên thiết bị GCIONSCAN................................................................................................................86 3.2.4.3. Phân tích dấu vết dầu khoáng trong thuốc nổ tự chế bằng thiết bị sắc ký khí khối phổ................................................................................................................... 89 Kết luận chương 3...................................................................................................91 CHƯƠNG 4. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VẬT NỔ TỪ DẤU VẾT ĐỂ LẠI Ở HIỆN TRƯỜNG.....................................................................................................92 4.1. Các dấu vết vụ nổ vật nổ và thu lượm dấu vết nổ trên hiện trường...................92 4.1.1. Mảnh của vỏ bọc, bao gói và chi tiết vật nổ...................................................92 4.1.2. Dấu vết sản phẩm nổ và dấu vết thuốc nổ..................................................98 4.1.3. Dấu vết tương tác với môi trường................................................................100 4.1.4. Thu lượm dấu vết nổ trên hiện trường.........................................................100 4.2. Phân tích trong phòng thí nghiệm...................................................................101 4.2.1. Xác định dấu vết thuốc nổ bằng phương pháp hóa học................................102 4.2.2. Phân tích dấu vết thuốc nổ trên thiết bị chuyên dụng...................................103 4.2.3. Phân tích dầu khoáng bằng phương pháp sắc ký khí khối phổ (GC/MS)...........105 4.2.4. Phương pháp quan sát hình thái bề mặt của mảnh vỏ của vật nổ.................107 4.3. Xác định một số thông số kết cấu vật nổ thông qua mảnh văng tại hiện trường.....110 4.3.1. Xác định vận tốc chạm của mảnh vào vật cản khi biết chiều sâu xuyên..........110 4.3.2. Xác định vận tốc bay tản ban đầu của mảnh theo vận tốc chạm tại vật cản........112 4.3.3. Xác định hệ số nhồi và đường kính vật nổ...................................................113 4.3.4. Tính toán một số trường hợp cụ thể.............................................................115 4.4. Xây dựng quy trình khám nghiệm và xác định loại vật nổ thông qua dấu vết ở hiện trường các vụ án có sử dụng chất nổ..............................................................118 Kết luận chương 4.................................................................................................121 KẾT LUẬN...........................................................................................................123 KHUYẾN NGHỊ VÀ ĐỀ XUẤT..........................................................................124 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ....................125 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................127 PHỤ LỤC..............................................................................................................134 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 1. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu λ f Cx S ρkk v m v0 vc + i ik pk K T Q D dкр dпр ρ0 mTN TH uH Lmax  X d  Diễn giải tên các ký hiệu Độ dài tương đối của mảnh Chiều rộng trung bình của mảnh Hệ số lực cản chính diện Diện tích mi-den của mảnh Mật độ không khí Tốc độ mảnh Khối lượng mảnh Tốc độ ban đầu của mảnh Tốc độ chạm mục tiêu Thời gian diễn ra pha nén Xung riêng Giá trị tới hạn của xung riêng Áp suất dư cực đại mặt sóng Hằng số Chu kỳ dao động riêng của các tòa nhà Nhiệt lượng nổ Tốc độ nổ của thuốc nổ Đường kính tới hạn của thuốc nổ Đường kính giới hạn Mật độ của thuốc nổ Khối lượng liều thuốc nổ Nhiệt độ của sản phẩm nổ Tốc độ của sản phẩm nổ Chiều sâu xuyên của mảnh vào vật cản Bề dày mảnh Khoảng cách từ tâm đến vật cản Đường kính vật nổ Hệ số nhồi Sxq Diện tích xung quanh của mảnh vc Mật độ của vật liệu vật cản 2. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CAND Công an nhân dân Đơn vị mm mm mm2 kg/m3 m/s g m/s m/s s Pa.s Pa.s kPa kPa.Pa.s s Kcal/kg m/s mm mm kg/m3 kg 0 C m/s mm mm m mm % mm2 g/cm3 KHHS KTHS KNHT SVĐ PTHH DV,VC SPN SEM BXL IMS GC/MS Khoa học hình sự Kỹ thuật hình sự Khám nghiệm hiện trường Sóng va đập Phần tử hữu hạn Dấu vết, vật chứng Sản phẩm nổ Kính hiển vi điện tử quét Bộ xử lý Phổ ion di động Sắc kí khí khối phổ DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Thép cacbon dùng để chế tạo thân vỏ đầu đạn.........................................7 Bảng 1.2. Thành phần hoá học và cơ tính gang dẻo...................................................8 Bảng 1.3. Số liệu các loại chất nổ tội phạm sử dụng................................................14 Bảng 2.1. Chu kỳ dao động riêng của tòa nhà..........................................................39 Bảng 2.2. Áp suất dư tới hạn của sóng va đập cho một số đối tượng.......................40 Bảng 2.3. Giá trị hằng số K.....................................................................................40 Bảng 2.4. Các dạng gây thương tích đặc trưng cho người.......................................41 Bảng 2.5. Thông số vật liệu cơ bản của thân vỏ dùng trong mô phỏng...................60 Bảng 2.6. Thông số của các loại thuốc nổ nhồi bên trong thân vỏ...........................61 Bảng 2.7. Một số thông số cơ bản của quá trình mô phỏng nổ vật nổ thân vỏ thép 4340, thuốc nổ TNT.................................................................................................62 Bảng 2.8. Một số thông số cơ bản của quá trình mô phỏng nổ vật nổ thân vỏ gang, thuốc nổ Amaton.....................................................................................................63 Bảng 2.9. Một số thông số cơ bản của quá trình mô phỏng nổ vật nổ dạng hình trụ thân vỏ thép 4340, thuốc nổ TNT............................................................................64 Bảng 3.1. Nội dung thử nghiệm dấu vết nổ.............................................................71 Bảng 3.2. Dấu vết nổ thu trên hiện trường trong mỗi lần thử nghiệm......................73 Bảng 3.3. Số lượng mảnh vật nổ găm vào bia trong mỗi lần thử nghiệm................75 Bảng 3.4. Kết quả mô phỏng số và thực nghiệm nổ vật nổ......................................75 Bảng 3.5. Số lượng mảnh văng của vỏ vật nổ vào bia trong mỗi lần thử nghiệm....77 Bảng 3.6. Tổng hợp kết quả phân tích dấu vết nổ bằng phương pháp hoá học........85 Bảng 3.7. Tổng hợp thông số trong các mẫu phân tích............................................88 Bảng 4.1. Kết quả tính toán thông số kết cấu vật nổ (, d)....................................116 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Vật nổ có vỏ bọc bên ngoài bằng kim loại.................................................8 Hình 1.2. Vật nổ có vỏ bọc bên ngoài bằng ni lông, giấy..........................................9 Hình 1.3. Vật nổ có vỏ bọc bên ngoài bằng chai thủy tinh......................................10 Hình 1.4. Vật nổ có vỏ bọc bên ngoài bằng ống tre, chai nhựa................................10 Hình 1.5. Thuốc nổ trinitro toluen (TNT)................................................................11 Hình 1.6. Vật nổ sử dụng ngòi cơ khí......................................................................12 Hình 1.7. Vật nổ sử dụng ngòi nổ nhiệt...................................................................12 Hình 1.8. Mẫu thu trong vụ án (a) Lựu đạn cần, (b) Lựu đạn F1.............................15 Hình 1.9. Mẫu thu trong vụ án (a) bánh thuốc nổ TNT, (b) nụ xòe, dây cháy chậm 16 Hình 1.10. Mẫu thu trong vụ án (a) thuốc nổ Amônit, (b) kíp nổ điện vi sai...........17 Hình 1.11. Mẫu vật nổ tự tạo thu trong các vụ án....................................................17 Hình 1.12. Sự phụ thuộc của tốc độ nổ vào đường kính tới hạn và giới hạn............19 Hình 1.13. Sơ đồ quá trình nổ..................................................................................20 Hình 2.1. Sơ đồ phóng mảnh bởi SPN của liều thuốc nổ.........................................30 Hình 2.2. Đường biên các mảnh và bề mặt phá hủy khi vỏ bị đập vỡ......................32 Hình 2.3. Sơ đồ phá hủy thép giòn (a), thép dẻo (b)................................................33 Hình 2.4. Các mảnh của ống trụ tiêu chuẩn N0-12 (thép 60 và thép 45) có chiều dài bằng chiều dài thân vỏ.............................................................................................34 Hình 2.5. Mô hình hình học của bài toán.................................................................42 Hình 2.6. Mô hình bài toán khi sử dụng các dạng lưới phần tử khác nhau..............51 Hình 2.7. Lưới thay thế Lagrange............................................................................55 Hình 2.8. Sơ đồ xử lý song song trong Ansys..........................................................56 Hình 2.9. Mô hình mảnh va chạm vào cốc nước được tính song song với 8 lõi.......57 Hình 2.10. Tỷ lệ sử dụng CPU khi tính toán song song...........................................58 Hình 2.11. Tỷ lệ sử dụng CPU khi tính toán tuần tự................................................58 Hình 2.12. Dạng mảnh vỏ vật nổ mô phỏng trên Ansys Autodyn-3D và mảnh vỏ thu tại hiện trường nổ.....................................................................................................59 Hình 2.13. Mô phỏng nổ vật nổ thân vỏ thép 4340, thuốc nổ TNT.........................61 Hình 2.14. Mô phỏng nổ vật nổ thân vỏ gang, thuốc nổ Amaton............................62 Hình 2.15. Mô phỏng nổ vật nổ thân vỏ thép 4340, thuốc nổ TNT.........................63 Hình 2.16. Mô phỏng nổ vật nổ có vỏ bao gói là lon bia chứa thuốc nổ TNT.........64 Hình 2.17. Mô phỏng nổ vật nổ có vỏ bao gói bằng giấy chứa thuốc nổ TNT đặt trước cửa nhà...........................................................................................................65 Hình 3.1. Sơ đồ thử tĩnh thu mảnh trong thùng phuy cát.........................................69 Hình 3.2. Sơ đồ bố trí bia xác định mật độ phân bố mảnh theo khoảng cách..........70 Hình 3.3. Dấu vết mảnh vật nổ thu trong thùng phuy cát........................................73 Hình 3.4. Ảnh chụp trên SEM/BSED bề mặt gẫy phá hủy trên mảnh đầu đạn........78 Hình 3.5. Ảnh chụp trên SEM/BSED mảnh đầu đạn...............................................79 Hình 3.6. Phổ Rơnghen trên SEM/EDS bề mặt mẫu chưa xử lí...............................79 Hình 3.7. Ảnh chụp trên SEM/BSED mặt gẫy phá hủy trên mảnh đầu đạn.............80 Hình 3.8. Ảnh chụp trên SEM/BSED mảnh vỏ vật nổ bị phá hủy do sóng nổ gây ra.......81 Hình 3.9. Ảnh chụp trên SEM/BSED mảnh vỏ vật nổ được bẻ gẫy.........................81 Hình 3.10. Tổ chức tế vi trên mặt gẫy của mảnh đầu đạn bằng thép do nổ..............82 Hình 3.11. Tổ chức tế vi của mảnh đầu đạn bằng thép (a) dọc theo mặt gẫy của mảnh đầu đạn, (b) vuông góc với mặt gẫy...............................................................82 Hình 3.12. Tổ chức tế vi mặt phía trong của mảnh vỏ đầu đạn bằng thép...............83 Hình 3.13. Phổ Plasmagram của dịch chiết mẫu trên các chi tiết vật nổ..................86 Hình 3.14. Phổ Plasmagram của dịch chiết mẫu ám khói muội xung quanh hố nổ........87 Hình 3.15. Phổ Plasmagram của dịch chiết vật mang dấu vết..................................87 Hình 3.16. Phổ Plasmagram của dịch chiết mẫu đất, đá ở hố nổ.............................88 Hình 3.17. Sắc đồ GC mẫu thuốc nổ bằng n-Hexan................................................90 Hình 4.1. Dấu vết đứt gẫy (a) mảnh vỏ bằng gang, (b) mảnh vỏ bằng thép.............93 Hình 4.2. Mảnh vỏ vật nổ (a) mảnh vỏ lựu đạn F1, (b) mảnh vỏ lựu đạn cần..........93 Hình 4.3. Mảnh bao gói bên ngoài vật nổ (a) mảnh vỏ lon bia, (b) các chi tiết nồi cơm điện..................................................................................................................94 Hình 4.4. Chi tiết ngòi nổ của lựu đạn (a) chi tiết ngòi nổ lựu đạn F1, (b) kim hoả của lựu đạn cần........................................................................................................94 Hình 4.5. Mảnh chi tiết ngòi nổ nhiệt (a) mảnh vỏ kíp, (b) mảnh dây cháy chậm, diêm và dây liên kết.................................................................................................95 Hình 4.6. (a) chi tiết ngòi nổ điện bằng thoại di động, (b) chi tiết ngòi nổ điện loại tự tạo....95 Hình 4.7. Vết nứt, xé rách trên mảnh vỏ vật nổ chụp trên SEM..............................96 Hình 4.8. Dấu vết biến đổi màu sắc trên mảnh vỏ lựu đạn F1 vỏ màu xanh chụp trên thiết bị VSC8000.....................................................................................................97 Hình 4.9. Dấu vết kim loại nóng chảy trên bề mặt mảnh vỏ vật nổ tiếp giáp với chất nổ chụp trên SEM....................................................................................................98 Hình 4.10. Dấu vết muội đen (a) trên hố nổ, (b) trên chi tiết vật nổ........................99 Hình 4.11. Vị trí đặt vật nổ (a) trên mặt đất, (b) trên cửa sổ..................................100 Hình 4.12. Phá hủy do sản phẩm nổ tương tác với môi trường xung quanh..........100 Hình 4.13. Thiết bị phân tích thuốc nổ GC-IONSCAN.........................................104 Hình 4.14. Phổ hiển thị kết quả phân tích trên thiết bị GC-IONSCAN..................104 Hình 4.15. Sắc đồ của sắc ký khí...........................................................................106 Hình 4.16. Sắc đồ khối lượng................................................................................106 Hình 4.17. Bề mặt gẫy vết chữ V đặc trưng của bề mặt phá hủy giòn...................107 Hình 4.18. (a) mô hình thể hiện sự phát triển vết nứt xuyên qua hạt tinh thể trong dạng phá hủy xuyên hạt, (b) ảnh SEM gang cầu với bề mặt phá hủy xuyên hạt...........................108 Hình 4.19. (a) mô hình thể hiện sự phát triển vết nứt dọc theo biên giới hạt tinh thể trong phá hủy dọc biên giới, (b) ảnh SEM của bề mặt phá hủy dọc biên giới.........................109 Hình 4.20. Quan hệ đường kính vật nổ với khối lượng mảnh và chiều sâu xuyên........117 Hình 4.21. Quan hệ hệ số nhồi với khối lượng mảnh và chiều sâu xuyên.............118 Hình 4.22. Sơ đồ quy trình khám nghiệm hiện trường và xác định loại vật nổ......119 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án Giữ vững an ninh chính trị, trật tự an toàn xã hội là một trong những nhân tố quan trọng trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước. Lực lượng vũ trang nói chung, lực lượng Công an nhân dân nói riêng, trong đó có lực lượng Kỹ thuật hình sự (KTHS) đã góp phần không nhỏ vào lĩnh vực phòng ngừa, đấu tranh trấn áp tội phạm, nhất là đối với loại đối tượng tội phạm liên quan đến sử dụng vũ khí, vật liệu nổ. Trong thời gian gần đây, số vụ nổ vật nổ xảy ra với số lượng ngày càng tăng, diễn biến và tính chất phức tạp, đặc biệt nghiêm trọng như giết người, khủng bố… gây hậu quả về tính mạng, sức khỏe con người, tài sản, phá huỷ môi trường xung quanh và ảnh hưởng tới an ninh chính trị, trật tự an toàn xã hội. Do vậy, khi xảy ra vụ nổ, cơ quan điều tra phải nhanh chóng áp dụng các biện pháp nghiệp vụ, tiến hành khám nghiệm hiện trường (KNHT), thu thập dấu vết, vật chứng (DV,VC) để phục vụ công tác điều tra. Việc xác định vụ nổ phải dựa trên cơ sở khoa học nghiệp vụ điều tra, nghiên cứu về vật lý nổ, cơ học phá huỷ và đặc trưng của thuốc nổ… để vận dụng các phương pháp phân tích hoá học, hoá lý, mô phỏng thực nghiệm hiện trường nổ và tính toán các thông số cơ bản để xác định loại thuốc nổ, vật nổ, nguyên lý gây nổ, giúp cơ quan điều tra truy nguyên nguồn gốc vật nổ, đối tượng gây án. Hiện nay, tuy việc nghiên cứu dấu vết hình sự của hiện trường nổ đã và đang được triển khai, nghiên cứu, ứng dụng trên cơ sở các thành tựu của khoa học hình sự (KHHS) thế giới, kết hợp với kinh nghiệm đúc rút từ thực tế công tác điều tra đã đạt được những kết quả đáng kể. Song công tác giám định này đến nay vẫn còn là vấn đề phức tạp và chưa được nghiên cứu một cách thấu đáo bởi việc tiếp cận đồng bộ lý thuyết của các chuyên ngành khác nhau và áp 2 dụng các trang thiết bị, tài liệu có liên quan còn gặp nhiều khó khăn. Xuất phát từ thực tiễn và trên bình diện lý luận của vấn đề nghiên cứu đặt ra đều có những đòi hỏi mang tính cấp thiết. Chính vì vậy, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu xác định loại vật nổ thông qua dấu vết ở hiện trường các vụ án có sử dụng chất nổ” làm đề tài luận án tiến sĩ kỹ thuật của mình. 2. Mục đích nghiên cứu của luận án Sử dụng các công cụ khoa học của ngành cơ kỹ thuật như Vật lý nổ, biến dạng, phá huỷ, va đập tương tác để phân tích quá trình nổ, tác dụng vụ nổ và các dấu vết còn lại trên hiện trường vụ nổ nhằm xác định một số đặc trưng của vật nổ. Bổ sung và hoàn thiện lý luận KHHS, giúp nâng cao chất lượng, hiệu quả công tác KNHT và giám định vật nổ của lực lượng KTHS. 3. Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận án - Đối tượng nghiên cứu: Một số loại vật nổ điển hình được tội phạm sử dụng gần đây, trong đó có lựu đạn quân dụng và các vật nổ tự chế (dùng thuốc nổ TNT, amônit hay hỗn hợp NH4NO3 và dầu khoáng). Các loại này thường có khối lượng và uy lực khá nhỏ (dưới 3 kg) và được gây nổ trực tiếp. - Phạm vi nghiên cứu: Phân tích đặc điểm mảnh vỏ vật nổ và dấu vết để lại trên hiện trường của vật nổ thường gặp. - Nội dung nghiên cứu: + Phân tích cơ chế và xây dựng mô hình nổ có và không có vỏ bọc; + Mô phỏng cơ chế nổ, sinh mảnh bằng phần mềm Ansys Autodyn-3D; + Phân tích, đánh giá tương tác giữa sản phẩm nổ và môi trường; + Nghiên cứu, nhận dạng các dấu vết đặc trưng ở hiện trường nổ; + Xây dựng qui trình xác định vật nổ thông qua dấu vết ở hiện trường nổ. 3 4. Phương pháp nghiên cứu - Sử dụng lý thuyết vật lý nổ, lý thuyết cơ học môi trường liên tục để thiết lập phương trình toán học mô tả quá trình hình thành, lan truyền sóng nổ, biến dạng và phá vỡ thân vỏ vật nổ, tương tác với môi trường xung quanh. - Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) với thuật toán tính toán song song trong phần mềm Ansys để mô phỏng thực nghiệm nổ vật nổ. - Tiến hành thực nghiệm nổ tại hiện trường để nghiên cứu xây dựng hệ thống dấu vết nổ, thu mẫu phục vụ công tác phân tích trong phòng thí nghiệm. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án - Ý nghĩa khoa học: + Bổ sung cơ sở lý luận cho khoa học hình sự trong nghiên cứu về quá trình nổ của các loại vật nổ; khảo sát, phân tích dấu vết hiện trường và trong phòng thí nghiệm để xác định các tham số của vật nổ và loại vật nổ; + Nghiên cứu khai thác, ứng dụng phần mềm Ansys Autodyn-3D mô phỏng quá trình nổ và tương tác của sản phẩm với vỏ bọc, kết hợp với tính toán bổ sung cho phép xác định các thông số đặc trưng của vật nổ; + Xây dựng các phương pháp khoa học xác định vật nổ trong nghiên cứu điều tra, phân tích hiện trường. Làm sáng tỏ thêm cơ chế hình thành dấu vết hiện trường của vụ nổ bằng các mô hình lý thuyết, mô phỏng số và thực nghiệm. - Ý nghĩa thực tiễn: Việc kết hợp các phương pháp nghiên cứu dấu vết hiện trường của vụ nổ và xây dựng được quy trình xác định loại vật nổ của luận án cho phép xác định loại vật nổ tương đối hiệu quả và có thể ứng dụng trong thực tiễn điều tra các vụ án có sử dụng vật nổ. 6. Cấu trúc của luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục các công trình của tác giả, danh mục tài liệu tham khảo và phụ lục, luận án được kết cấu thành 4 chương: Chương 1: Tổng quan về vật nổ và các nghiên cứu xác định vật nổ 4 Giới thiệu tổng quan về vật nổ, trình bày về quá trình biến đổi nổ, tác dụng của vật nổ để tạo ra dấu vết trên hiện trường và vai trò của công tác điều tra. Chương 1 cũng trình bày về tình hình nghiên cứu về vật nổ hiện nay ở trong nước và trên thế giới, đề cập đến những vấn đề còn tồn tại về các phương pháp xác định định dấu vết nổ để từ đó đề ra nội dung nghiên cứu của luận án. Chương 2: Mô phỏng, phân tích quá trình nổ của vật nổ Trình bày cơ sở lý thuyết về sự phá huỷ của vỏ bọc và tương tác của vật nổ với môi trường xung quanh. Chương 2 cũng trình bày phương pháp mô phỏng thực nghiệm hiện trường nổ vật nổ, trên cơ sở đặt bài toán nghiên cứu, thiết lập hệ phương trình giải bài toán và áp dụng phương pháp tính toán song song trong phần mềm Ansys Autodyn 3D để đẩy nhanh tiến độ giải toán. Chương 3: Thực nghiệm xác định vật nổ qua dấu vết nổ Tiến hành thực nghiệm để đánh giá và kiểm chứng các lý thuyết đã trình bày. Tiến hành nghiên cứu hệ thống dấu vết sau nổ, thu lượm và phân tích xác định loại thuốc nổ đã sử dụng, tiến hành khảo sát hình thái bề mặt và tổ chức tế vi của mảnh vỏ vật nổ, đánh giá sự phân bố mảnh của vụ nổ. Kết quả thực nghiệm được so sánh với lý thuyết, mô phỏng và thực tế các vụ nổ đã xảy ra. Chương 4: Phương pháp xác định vật nổ từ dấu vết để lại ở hiện trường Trên cơ sở lý thuyết đã trình bày, chương 4 nghiên cứu hệ thống hoá dấu vết đặc trưng trên hiện trường nổ vật nổ, xây dựng và đưa ra các phương pháp xác định dấu vết nổ, cụ thể: xác định thuốc nổ, xác định mảnh vỏ vật nổ, xác định một số thông số kết cấu vật nổ. Trên cơ sở đó, xây dựng quy trình KNHT và xác định vật nổ thông qua dấu vết nổ thu trên hiện trường. 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT NỔ VÀ CÁC NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH VẬT NỔ 1.1. Vật nổ và tình hình sử dụng vật nổ của tội phạm 1.1.1. Nguyên lý kết cấu vật nổ Vật nổ là tên gọi thông dụng trong điều tra hình sự của các thiết bị nổ, bao gồm một khối thuốc nổ và cơ cấu kích nổ. Dưới tác động của xung kích thích ban đầu, xảy ra biến đổi nổ, tạo ra tiếng nổ và phá hủy môi trường xung quanh. Như vậy, vật nổ phạm tội sử dụng có thể là loại đạn dược quân dụng (như đạn pháo, mìn, lựu đạn,…), cũng có thể chế tạo từ vật liệu nổ quân dụng hay vật liệu nổ công nghiệp, thậm chí từ vật liệu nổ tự chế. Về nguyên tắc, kết cấu vật nổ gồm các bộ phận cơ bản: vỏ bọc, thuốc nổ và ngòi nổ. - Vỏ bọc vật nổ: là bộ phận ngoài cùng, có tác dụng để chứa thuốc nổ, bộ phận gây nổ hoặc để ngụy trang. Có thể chia vỏ bọc vật nổ thành 2 loại: vỏ bọc kim loại (gọi tắt là vỏ hay vỏ kim loại) và vỏ bọc bao gói (bằng các vật liệu khác như gỗ, nhựa...). + Vỏ bọc kim loại: Vỏ bọc kim loại điển hình là các loại dùng để chế tạo vũ khí quân dụng như vỏ đạn pháo, cối, lựu đạn... Vật liệu dùng để chế tạo vỏ đầu đạn là một trong những yếu tố hết sức quan trọng, vật liệu có ảnh hưởng trực tiếp đến tính năng kỹ, chiến thuật của đầu đạn như độ phá mảnh, độ an toàn khi bắn. Thép C-45 và C-50 dùng để chế tạo lựu đạn sát thương cỡ nhỏ không nhiệt luyện. Thép C-60 dùng để chế tạo thân vỏ đầu đạn sát thương không 6 nhiệt luyện. Loại này được ứng dụng rộng rãi hơn cả vì nó có cơ tính tốt không qua nhiệt luyện vẫn đảm bảo độ bền thích hợp khi bắn, tính sát thương của đạn tốt, dễ gia công. Thép C-55 dùng để chế tạo thân vỏ đạn nổ sát thương cỡ trung bình có nhiệt luyện 7, 21. Trong thực tế sản xuất vỏ đầu đạn nổ phá, sát thương người ta thường sử dụng các loại thép cacbon để chế tạo vỏ đầu đạn, có thể nhiệt luyện hoặc không qua nhiệt luyện 7, 21. Thành phần hoá học của thép cacbon chế tạo vỏ đầu đạn bằng phương pháp biến dạng, cơ tính trong bảng 1.1. Bảng 1.1. Thép cacbon dùng để chế tạo thân vỏ đầu đạn Thành phần hoá học % Mác thép C C-45 0,400,50 C-50 0,450,55 C-55 0,500,60 C-60 0,600,65 Mn Si 0,50÷0,8 0,17÷0,4 0 0 P S Cu 0,06 0,30 0,06 0,30 0,06 0,30 0,06 0,30 0,8 Các loại thép đúc thông dụng: Đối với vỏ đạn nổ sát thương, đạn sát thương yêu cầu độ bền không cao cũng có thể dùng gang. Các loại gang thường dùng là gang dẻo, gang cầu, gang pha thép. Thành phần hoá học và cơ tính của gang dẻo trong bảng 1.2. 7 Bảng 1.2. Thành phần hoá học và cơ tính gang dẻo. % Mác gang B KG/mm2 КЧ 40-3 HB Mẫu thử 16mm Mẫu thử 12mm 40 3 4 201 КЧ 35-4 35 4 5 201 КЧ 30-3 30 3 4 201 Vỏ bọc vật nổ cũng rất đa dạng về chủng loại, kích thước, vỏ bọc kim loại hoặc các vật liệu khác nhau. Trong đó loại có vỏ bọc kim loại rất nguy hiểm vì khi nổ tạo ra các mảnh, bay tản xung quanh tạo nên một vùng sát thương rộng 4, 29, 32, 34, 35, 50, 51. Loại vỏ bọc này thường thấy nhất là vỏ (thân) các loại lựu đạn, các vật dụng hay ống kim loại (hình 1.1). Hình 1.1. Vật nổ có vỏ bọc bên ngoài bằng kim loại 8 + Vỏ bọc bao gói: Là những loại vỏ bọc khác nhau (nilông, giấy, nhựa, tre, gỗ, chai lọ thuỷ tinh…) khi vật nổ nổ thì những vỏ bọc loại này ít hoặc không có khả năng sát thương. Chúng thường dùng để bao gói hoặc để nguỵ trang cho vật nổ: * Vỏ bọc bằng ni lông, giấy, bìa các tông, vỏ lon bia, lon nước giải khát hay dùng các đồ hộp Các loại vỏ bọc dạng này được các đối tượng sử dụng phổ biến hơn vì dễ làm, dễ ngụy trang, bố trí nhanh gọn. Thông thường, các đối tượng hay gói thuốc nổ vào túi nilon hoặc bọc bằng giấy, cũng có thể bọc thêm các lớp bên ngoài (hình 1.2). Các loại vật nổ này khi nổ thường sát thương chủ yếu bằng uy lực của thuốc nổ, khả năng vỏ bọc gây sát thương hạn chế 4. Hình 1.2. Vật nổ có vỏ bọc bên ngoài bằng ni lông, giấy * Vỏ bọc bằng chai lọ thủy tinh Loại vỏ bọc này đối tượng thường nhồi trực tiếp thuốc nổ vào trong, thậm chí còn bố trí thêm các vật gây sát thương như sỏi, đá, mảnh kim loại, đinh hay bi kim loại (hình 1.3) rồi ngụy trang để dễ gây án 4, 29, 51.