胡 濤，刁 偉，崔正輝，吳曉楊，呂 鑫

（武漢大學 水利水電學院，武漢430072）

爆破技術(shù)已經(jīng)在水利水電工程巖石拆除工程中得到廣泛運用，隨著我國水利事業(yè)的飛速發(fā)展，水利水電工程建設(shè)對爆破技術(shù)的依賴度越來越高，爆破技術(shù)的應用范圍日益廣泛。

爆破過程中產(chǎn)生的粉塵對環(huán)境、施工人員健康危害較大，消除爆破粉塵一直是工程建設(shè)研究的重要問題。由于相關(guān)技術(shù)還不成熟，爆破產(chǎn)生的粉塵問題一直沒有得到有效解決，成為阻礙爆破技術(shù)發(fā)展的難題［1］。因此，研究爆破粉塵特征和降塵技術(shù)，建立一套完整高效且快速的爆破降塵技術(shù)，改進爆破過程中所使用的材料，解決爆破粉塵問題，對保護環(huán)境，保護工作人員的身體健康，使工程爆破技術(shù)有更深遠的發(fā)展，都具有十分重要理論意義和現(xiàn)實意義。

目前關(guān)于爆破降塵有多種不同的工藝，其中利用水袋進行水霧降塵是一種相對有效方便的降塵方式。其原理是設(shè)計一種裝有炸藥和水的水袋，利用炸藥爆炸能量將水霧化，水破碎后形成無數(shù)小液滴彌散在空氣中，液滴與空氣中的粉塵通過碰撞、膠結(jié)、凝聚等接觸形式最后沉降下來［2］。水袋的設(shè)計是水霧降塵工藝中關(guān)鍵技術(shù)，直接影響最后的降塵效果。

關(guān)于水袋的設(shè)計，目前工程上的應用較單一，除塵效率并不十分理想，相關(guān)研究工作還不成熟。本文嘗試探討水袋的設(shè)計方案，為爆破水霧降塵提供一些參考。

1 水袋長徑比對水霧參數(shù)的影響

工程中水袋一般設(shè)計成圓柱體，圓柱的高和底圓直徑為水袋的兩個重要參數(shù)。水袋長徑比是指水袋長度與直徑之比，是水霧發(fā)生裝置的一個重要指標。很多學者［3-5］對水霧采用小水量、小藥量進行模擬實驗。試驗選定藥量、水量、水袋層數(shù)等其他裝置，通過實驗得出長徑比對水爆炸拋撒成霧運動特性的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)水霧拋撒過程中形成近似圓錐體輪廓，一般規(guī)定水霧拋撒后形成圓錐體底圓半徑為拋撒半徑，拋撒圓錐體垂向的最大長度為拋撒高度。

郭學永［3］通過試驗研究了裝置參數(shù)對FAE云霧狀態(tài)［4］的影響，并得出不同材料水筒情況下拋撒液體拋撒半徑、高度的實驗數(shù)據(jù)，利用其數(shù)據(jù)可以繪出拋撒半徑和高度隨時間變化的圖像。水筒裝置同水霧降塵的水袋類似，同樣可以用來分析水袋裝置參數(shù)對水霧狀態(tài)的影響。

圖1 云霧直徑和時間的關(guān)系

圖2 云霧高度和時間的關(guān)系

圖3 云霧徑向膨脹速度與時間的關(guān)系

由圖1可知，長徑比大的水袋最終云霧直徑與長徑比小的水袋云霧直徑相差不大；由圖2可見，長徑比小的水袋其云霧軸向增長速度大于長徑比大的水袋，說明長徑比大的水袋其軸向約束力較大，更有利于水霧的徑向拋撒，但最終的云霧高度大概相等。由圖3曲線可以看出，長徑比大的水袋，其云霧徑向膨脹速度在水霧拋撒的近場階段遠大于長徑比小的水袋，因此可知長徑比大的水袋其變形量較大，產(chǎn)生的射流量也較大，有利于水霧的拋撒。

岳中文等［6］采用高速攝像法記錄水在爆炸作用下的拋撒過程，研究了不同爆炸水袋長徑比對水爆炸拋撒成霧運動的影響。通過對實驗記錄數(shù)據(jù)的分析，獲得了在不同的長徑比條件下，水爆炸拋撒過程中的徑向半徑、徑向速度以及水霧軸向高度與時間的關(guān)系，同時還對水霧運動的特性和形狀做了定性分析。結(jié)果表明：水袋長徑比對拋撒水霧的徑向半徑、軸向高度影響不大，但長徑比是影響水霧徑向拋撒初速度的重要因素。

通過綜合不同學者試驗成果得出：①水霧拋撒開始階段水霧拋撒半徑隨長徑比增大而增大，但之后就變化不大。因此，長徑比對水霧半徑影響不大。②水霧徑向拋撒速度隨長徑比增大而增大。當爆炸水袋的長徑比較大時，形成水霧在空間排列比較均勻，速度增大快，同時減小也快。③水霧拋撒高度達到一定高度后，高度不再變化，即長徑比對最終水霧拋撒高度的影響不大。但長徑比小水霧拋撒的高度比長徑大水霧拋撒高度要大。

2 水袋厚度對拋撒參數(shù)的影響

2.1 對水霧初期拋撒速度的影響

水袋厚度是影響拋撒速度的一個重要因素。水袋壁面可以阻止水霧向四周擴散，在水霧拋撒過程中，水袋壁面對水霧做負功，使其速度減小。水袋厚度越大，水袋對拋撒水霧做的負功越多，水霧的速度減小的越多，則最終拋撒水霧的最大速度就越小。

吳德義［7］曾提出液體拋撒最大速度v0和壁面存在以下關(guān)系式，即

式中 D為水袋的直徑（cm）；ρ為液體水的密度（kg/m3）；L為水袋的高度（cm）；d為水袋的厚度（cm）；K6為系數(shù)，K6=2.7×103。

式（1）表明水霧拋撒最大速度和水袋壁面厚度存在負相關(guān)關(guān)系，同時把最大速度和水袋的相關(guān)參數(shù)聯(lián)系在一起，對于實際工程中設(shè)計合適形狀的水袋具有很大的參考價值。

2.2 對水霧半徑的影響

岳中文［6］曾通過實驗研究水袋厚度對水爆炸拋撒成霧運動特性的影響。水袋裝水7500mL，中心藥包裝藥當量為1.9g黑索金。水袋的厚度分別選取：A=3.75×10-2mm、B=15×10-2mm、C=15×10-2mm3種規(guī)格。

基于以上原因，我不同意說趙五娘的行為是封建的孝道，她更不是宣揚封建孝道的典型。她只是我國古代千千萬萬勤勞、善良、寬厚的勞動婦女中的一員，她的品質(zhì)也正是我國古代勞動婦女的優(yōu)秀品質(zhì)。而這種品質(zhì)在當今社會仍具有廣泛的進步意義，仍值得提倡。

實驗得到了水霧拋撒半徑隨時間的變化圖像，如圖4。

圖4 不同厚度水袋的水霧拋撒半徑—時間變化曲線

從圖4可以看出，水霧半徑隨水袋壁面厚度增大而減?。?］。因為水袋壁面可以抵消炸藥爆炸時對水滴的沖擊力，水袋壁面越厚，抵消的作用效果越大，最后形成水霧的半徑就越小。在設(shè)計水袋厚度時，既不能設(shè)計太大，也不能設(shè)計太小。厚度太大，水霧半徑過小，形成水霧除塵的范圍就很小，除塵效率就很低；厚度太小，作用于水滴的能量過大，形成水霧的不均勻，且濃度比較小，也不能有效除塵。實際設(shè)計中，要取厚度適中的水袋厚度，既要達到有效除塵的目的，也要節(jié)約經(jīng)濟。

3 材料的選擇與形狀改進

傳統(tǒng)的水袋，是由無色、無味、透明、柔軟的乳膠或聚乙烯注塑而成，此種材料在燃燒過后，會產(chǎn)生一氧化碳等有毒氣體，同時未燃燒殆盡的殘骸難于被土壤微生物分解，從而產(chǎn)生白色污染。新型水袋是在保持原有普通水袋的耐溫、抗壓等功能基礎(chǔ)上，通過改變其形狀、結(jié)構(gòu)及材料，以改善水霧化慢、爆炸后產(chǎn)生有害氣體及殘留物難降解的現(xiàn)狀，從而能夠在降塵的同時不會產(chǎn)生二次污染。具體可以從以下幾點方向改進。

3.1 環(huán)保改進

材料的選擇，以改善爆炸后水霧化慢、產(chǎn)生有害氣體及殘留物難降解等現(xiàn)狀。如可以應用純天然環(huán)保材料，點燃后迅速燃燒，不會產(chǎn)生一氧化碳、氮的氧化物的有毒氣體；同時，水袋的殘留物能夠很快地被土壤的微生物分解，從而避免在降塵的同時產(chǎn)生二次污染。

3.2 造價改進

在保證水袋高效環(huán)保的基礎(chǔ)上，力求選擇最經(jīng)濟廉價的材料。

水袋的形狀改進也是一個很有研究價值的改進方向。筆者認為將圓柱體水袋設(shè)計成圓錐體、長方體、組合體等其他形狀以提高除塵效率節(jié)約材料，有待進一步研究。

4 結(jié)語

（1）水霧拋撒起始階段水霧拋撒半徑隨長徑比增大增大，但之后就變化不大。因此，長徑比對水霧半徑影響不大。水霧徑向拋撒速度隨長徑比增大而增大，當爆炸水袋的長徑比較大時，形成水霧在空間排列比較均勻，速度增大快，同時減小也快。水霧拋撒高度達到一定高度后，高度不再變化，即長徑比對最終水霧拋撒高度的影響不大。但長徑比小水霧拋撒的高度比長徑大水霧拋撒高度要大。

（2）水袋越厚，水霧拋撒速度越小，水霧半徑越小。因此在設(shè)計水霧拋撒裝置時，為增大霧化體積改善拋撒效果，盡量選擇壁薄的材料。

（3）水袋材料的選擇對環(huán)保具有重要意義。通過選擇良好的材料，解決爆炸后產(chǎn)生有害氣體及殘留物難降解的問題，從而避免在降塵的同時產(chǎn)生二次污染。

水袋的形狀確定和材料選擇是水霧降塵技術(shù)中關(guān)鍵步驟。選擇合適的水袋對完善水霧降塵施工工藝，提高工程效益，保護環(huán)境，都具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實意義。

［1］徐立成，孫和平.微細水霧捕塵理論與應用［J］.通風除塵，1996，15（4）：16-18.

［2］鄭炳旭.城市爆破拆除的粉塵預測和降塵措施［J］.中國工程科學，2002，8（4）：69-73.

［3］郭學永，惠君明.裝置參數(shù)對FAE云霧狀態(tài)的影響［J］.含能材料， 2002，10（4）：161-164.

［4］Glassz W Micheal.Far-field dispersal modeling for fuel-airexplosive［R］.SAND-90-0686，1990.

［5］Gardner D R.Near-field dispersal modeling for liquid fuelair-explosive［R］.SAND-90-0686，1990.

［6］岳中文，顏事龍，劉鋒.液體拋撤初期水霧運動速度的實驗研究［J］.安徽理工大學學報，2006，26（1）：61-62.

［7］吳德義，楊基明.爆炸與沖擊，強沖擊波作用下液體拋撒的試驗研究［J］.2003（3）：91-95.

［8］丁玨，劉家驄.V形槽內(nèi)爆炸拋撒水霧形成過程的數(shù)值研究［J］.含能材料，2001，9（9）：136-138.