吳克剛，陳志陽

(1.中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院， 湖南 長沙 410083；2.國防科技大學(xué) 指揮軍官基礎(chǔ)教育學(xué)院， 湖南 長沙 410072)

為適應(yīng)及推進(jìn)國防及經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，常常需要在內(nèi)陸江河和近海地區(qū)進(jìn)行港口建設(shè)和船舶碼頭建設(shè)，在建設(shè)過程中經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)解放戰(zhàn)爭及日軍侵華戰(zhàn)爭時代遺留下來的未爆物，或是通過探測儀發(fā)現(xiàn)疑似目標(biāo)。這些爆炸物經(jīng)長年腐蝕浸泡，安全性能較差，但仍具有爆炸性能，為了防止未爆物對駛進(jìn)港口的軍艦、潛艇、船舶等發(fā)生意外攻擊，消除安全隱患，應(yīng)在建設(shè)前就進(jìn)行清除。

使用爆炸法對爆炸物進(jìn)行銷毀，是指利用威力大的炸藥爆炸產(chǎn)生的能量對爆炸物實施誘爆或直接毀壞。該處理過程能夠徹底銷毀各類爆炸物品，使其完全失去燃燒爆炸性能，不留任何后患。水下爆炸銷毀對處置大型炮彈、航彈、水雷等含炸藥量較大的彈藥十分有效。但是，由于水中環(huán)境復(fù)雜，水下未爆物的清除一般采用爆炸法直接就地銷毀，與陸地上的銷毀相比，無論是在施工工藝、選用炸藥、藥量計算，還是在起爆網(wǎng)路、安全距離等方面，都有其特殊要求。

1 陸上爆炸法與水下爆炸法對比

1.1 作用介質(zhì)對比

陸上爆炸法銷毀所處的環(huán)境為空氣介質(zhì)，而水下爆炸法銷毀則是完全處于水介質(zhì)中進(jìn)行?？諝鉃榭蓧嚎s介質(zhì)，在常壓下，水幾乎是不可壓縮的，當(dāng)壓力為100 MPa時，水的密度變化僅為△ρ/ρ≈0.05。水在爆轟產(chǎn)物的高壓作用下，形成了水中沖擊波，爆轟產(chǎn)物在水中的膨脹過程要比在空氣中慢得多。因為水的密度大于空氣，可壓縮性小，爆轟產(chǎn)物膨脹較慢，因而水中沖擊波的初始壓力比在空氣中大，水中爆炸沖擊波初始壓力比爆轟波壓力小30%～35%，可達(dá)10000 MPa以上(對于TNT約為14000 MPa)。

水中沖擊波經(jīng)過介質(zhì)時，因水相對不可壓縮，水的溫度不會明顯升高。而空氣沖擊波通過介質(zhì)時，可使空氣溫度升高到4000℃～5000℃。水中爆炸能很少以熱能形式耗散，絕大部分用于推送水運動。

炸藥爆炸對近目標(biāo)的破壞作用主要為沖擊波和爆轟產(chǎn)物的共同作用。對于陸上常用的利用聚能彈進(jìn)行大型航彈爆炸法銷毀技術(shù)，在水介質(zhì)中由于水的阻隔作用，不利于其射流的形成，使用效果不理想。

1.2 沖擊波形成機(jī)理對比

空中、水中爆炸沖擊波的壓力是一個變化極為迅速的動態(tài)變量。當(dāng)炸藥在空中或水中爆炸時，其周圍的介質(zhì)直接受到高溫、高壓的爆轟產(chǎn)物的作用，此時爆轟產(chǎn)物強(qiáng)烈地壓縮并向外推動著周圍的介質(zhì)，周圍介質(zhì)的壓力、密度和溫度等參數(shù)急劇升高，形成沖擊波。與此同時，稀疏波從相接面向爆轟產(chǎn)物內(nèi)傳播，使得爆轟產(chǎn)物內(nèi)的壓力降低。當(dāng)爆轟產(chǎn)物膨脹到極限體積時，它的壓力與周圍介質(zhì)未受到外界作功時的初始壓力相當(dāng)，但爆轟產(chǎn)物這時由于慣性并沒有停止它的運動而產(chǎn)生了過度膨脹，此時爆轟產(chǎn)物內(nèi)的平均壓力又會低于周圍介質(zhì)未被擾動時的初始壓力，形成了“負(fù)壓區(qū)”。形成負(fù)壓后，周圍介質(zhì)由于壓力差會對爆轟產(chǎn)物進(jìn)行壓縮，爆轟產(chǎn)物在外力作用下壓力開始增加。由于慣性作用爆轟產(chǎn)物產(chǎn)生了過度壓縮，其壓力略大于外界壓力，因此又形成先膨脹后壓縮的第二次脈動過程。幾次這樣的脈動過程后能量漸漸耗散，趨于平衡。

對于空氣而言，實際上第一次脈動過程才真正對外有效作功。在水中爆炸時，爆轟產(chǎn)物以氣泡的形式進(jìn)行壓縮、膨脹的脈動過程。由于水的密度、慣性比空氣大，因而可生成多次氣泡脈動過程，次數(shù)可以超過十次，明顯多于空氣中的脈動次數(shù)。同樣，水中爆炸時爆轟產(chǎn)物第一次膨脹壓縮的過程產(chǎn)生的壓力波才有實際破壞作用。二次壓力波產(chǎn)生的沖量相近于沖擊波產(chǎn)生的沖量，但其最大壓力值卻不超過沖擊波最大壓力值的10%～20%。圖1為空氣中和水中沖擊波脈動壓力波形圖對比，圖2為爆炸沖擊波在空氣中和水中傳播的過程對比。

圖1 沖擊波△P(t)曲線對比HT

圖2 沖擊波傳播過程對比

1.3 火工品防水性對比

一般爆炸法所適用的環(huán)境對炸藥的防水性能的要求不高，可選擇作為誘爆藥的炸藥種類較多，常見有TNT炸藥、2#巖石銨梯炸藥、乳化炸藥等。而水下爆炸法因在水環(huán)境中進(jìn)行，對炸藥的防水性要求較高，類似等不能直接在水中使用的炸藥需要經(jīng)過嚴(yán)密防水措施才能作為誘爆藥使用。部分炸藥例如乳化炸藥在淺水中進(jìn)行一定處理是可以使用的，但由于水越深壓強(qiáng)越大，外界壓強(qiáng)到達(dá)一定數(shù)值后會大大改變其性能，甚至使其失效。因此能適用在水中爆炸法的炸藥種類相對一般爆炸法而言大大減少，需謹(jǐn)慎選擇。

普通的工業(yè)用雷管可以滿足一般爆炸法銷毀的使用要求，而在水下環(huán)境中，雷管的性能將受到改變，水下爆炸法要求雷管具有耐壓、抗雜散電流、防水等性能。因此在實施水下爆炸法銷毀爆炸物時需要結(jié)合作業(yè)場的水下情況選擇能夠安全、穩(wěn)定、可靠誘爆炸藥的雷管。

2 炸藥及藥量計算

2.1 裝藥選擇

誘爆藥的作用是提供破壞彈藥外殼，侵徹戰(zhàn)斗部的能量。炸藥爆炸產(chǎn)生的爆轟壓力決定了對目標(biāo)破壞的程度。爆轟壓力越大，炸藥對外作功能力越大，破壞效果就越明顯。根據(jù)炸藥爆轟理論，炸藥的爆轟壓力計算公式為：

Pcj=ρ0·D2/4

(1)

其中，Pcj為炸藥的爆轟壓力；ρ0為炸藥的密度；D為炸藥的爆速。

由上式可知，炸藥的密度越大，爆速越高，爆轟壓力就越大，其中爆速的影響程度相對更大。為達(dá)到爆破目的，在選用炸藥時應(yīng)先考慮炸藥的爆速，再通過選擇密度較高的來提高爆轟壓力。常見炸藥的性能見表1。

表1 常見炸藥的性能

出于對經(jīng)濟(jì)性、炸藥性能和銷毀要求等因素的考慮，并結(jié)合實際情況，陸地上一般選擇TNT或乳化炸藥。

水下爆炸法裝藥選擇：

(1) TNT炸藥。TNT炸藥具有防水性能好，抗壓，起爆威力大等優(yōu)點，其爆速可達(dá)6910 m/s，是水下爆破常用的炸藥種類。

(2) 乳化炸藥。乳化炸藥是基于水膠炸藥之上發(fā)展起來的一種含水工業(yè)炸藥，具有威力大，抗水性能好，使用方便，外形可塑造等特點，爆速3500～5000 m/s左右。但其抗壓性能沒有TNT好，在水下使用壓力較大時，會改變其密度，影響爆炸性能。如采取有效的外殼保護(hù)措施，增強(qiáng)其外殼抗壓強(qiáng)度，并進(jìn)行密封，也可達(dá)到較好的爆破效果。一般來說，乳化炸藥在水深超過30 m左右時會其威力會銳減，所以一般適用于小于水深30 m的水域。而且因其密度與水的密度相當(dāng)，在水下使用時，應(yīng)配重。

(3) 震源藥柱。震源藥柱是通過炸藥爆炸作為震源激發(fā)地震波的爆破器材。低、中密度震源藥柱一般以粉狀鉸梯炸藥為主裝藥，主裝藥不抗水，一旦藥柱殼體或密封部位破損，易進(jìn)水發(fā)生拒爆。高密度藥柱國內(nèi)一般采用熱塑工藝生產(chǎn)高密度震源藥柱：先將TNT熔化，再加入固態(tài)的硝銨木粉或其它高熔點猛炸藥，經(jīng)充分混合塑化，再裝入殼體內(nèi)，安裝傳爆藥柱和雷管座后密封而成。此種內(nèi)裝藥較粉狀銨梯炸藥抗水性有所增加，但亦不完全抗水，殼體破損后因水深、水壓、水介質(zhì)的pH值不同而失效時間有所不同，中性介質(zhì)中一般12 h內(nèi)還可以起爆。爆速5000～5500 m/s。

水下爆炸法選擇裝藥時應(yīng)充分調(diào)查清楚待銷毀物所處水環(huán)境及水下參數(shù)，再根據(jù)實際情況選擇合理炸藥。

2.2 藥量計算

水下銷毀彈藥時，可將彈藥體假設(shè)成一個規(guī)則的圓柱體，計算重量是密度和體積的乘積，鋼密度7800 kg/m3，以最大量計算壁厚h。

假設(shè)某型彈藥技術(shù)性能：總重量Mkg，裝藥量mkg，長度Lmm，直徑dmm，鋼外壁的重量為(M-m) kg。則：

h=(M-m)/(L·10-3·d·10-3·π·7800)

(2)

根據(jù)炸斷鋼板計算公式：

Q=10hF

(3)

其中，Q為裝藥量，單位g；h為鋼板厚度，單位cm；F為鋼板炸斷橫截面積，單位cm2。

3 水下銷毀實例

3.1 實例情況

水下爆炸法的實施需要根據(jù)實際條件處置。以銷毀美國海軍第二次世界大戰(zhàn)期間研制的航空沉底水雷MK25型為例，發(fā)現(xiàn)水雷處水深為20 m(當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵?。已知MK25型水雷口徑為908 kg，全重為849～876 kg，裝藥為HBX-1，重544 kg，長度2286 mm，雷體直徑為559 mm，無尾翼裝置，引信裝置采取磁感應(yīng)或水聲引信。

根據(jù)待銷毀水雷的總體結(jié)構(gòu)和海域的實際環(huán)境，選用高密度震源藥柱，采用將炸藥裸露藥包捆綁在水雷四周，一次起爆爆破銷毀方案，即將誘爆藥在水雷四周捆牢扎緊，利用炸藥自身的能量將水雷外層的鋼板炸裂破壞，進(jìn)而把水雷內(nèi)的炸藥引爆或炸毀失效，達(dá)到銷毀目的。

3.2 裝藥形式及藥包制作

為確保可靠性，制作同樣的兩個藥包進(jìn)行安裝。每個藥包選用尺寸為長0.6 m，直徑120 mm的高密度震源藥柱兩個，預(yù)先在雷管座裝入4發(fā)串聯(lián)電雷管，并將腳線剪短，最后用64芯導(dǎo)電線連接腳線，用防水膠布包纏，增加腳線的強(qiáng)度，防止意外拉斷。

潛水員將制作好的兩個藥包用長約25 m繩索系緊潛入海底，將繩索的一端系在水雷上，并在藥包上壓上適當(dāng)重量的沙包，將繩索的另一端引出水面并捆綁在浮漂上，做好標(biāo)識，并用另一根長約20m繩索一端系在浮漂上，另一端捆綁在石頭上，將石頭沉入海底，使浮漂在水面不得移動。

3.3 水下布藥

在水下進(jìn)行藥包布設(shè)是一項艱巨復(fù)雜的任務(wù)。水上、水下作業(yè)人員需密切協(xié)同，保持通訊順暢。水下潛水作業(yè)人員應(yīng)為經(jīng)過嚴(yán)格專業(yè)培訓(xùn)的持證上崗人員，作業(yè)時需多個潛水員同時進(jìn)行，明確分工，密切協(xié)作。水下潛水作業(yè)人員在正式水下作業(yè)前需事先進(jìn)行模擬作業(yè)，摸清作業(yè)環(huán)境的情況，確定實施布藥時的作業(yè)程序，在正式作業(yè)時必須嚴(yán)格按照作業(yè)程序進(jìn)行，充分考慮可能遇到的情況，遇到情況及時與岸上技術(shù)人員溝通，冷靜處理。水上作業(yè)人員需事先協(xié)同水下潛水作業(yè)人員對潛水設(shè)備進(jìn)行安全檢查，實時嚴(yán)密監(jiān)察水環(huán)境變化，做好水上、水下協(xié)調(diào)配合工作。

水下潛水作業(yè)人員作業(yè)時下潛速度不應(yīng)過快，避免摩擦碰撞。在下潛過程中應(yīng)邊下潛邊固定導(dǎo)線，防止導(dǎo)線在未固定的情況下受水流拉力被扯斷。到達(dá)爆炸物位置后，若爆炸物上覆蓋有雜物、淤泥等，應(yīng)盡可能清除，使爆炸物最大程度地暴露。在布設(shè)藥包時，按照施工方案的要求放置藥包，并應(yīng)使藥包盡可能地接觸爆炸物表面。在條件允許情況下應(yīng)將藥包與爆炸物之間進(jìn)行捆綁。按要求放置好藥包后，需用大石塊、石板或鐵塊等重物壓在藥包上，克服藥包所受浮力確保其緊貼在爆炸物上。

完成水下布藥工作后，所有水下潛水作業(yè)人員出水。

3.4 網(wǎng)絡(luò)敷設(shè)

在對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行敷設(shè)時，需注意工作船、浮漂等施工機(jī)具與待銷毀爆炸物位置的相對固定，需要用適當(dāng)長的尼龍繩索綁在水面機(jī)具與沉底石塊之間，尼龍繩保持拉緊狀態(tài)，從而固定水面機(jī)具。導(dǎo)電線支線具有一定的強(qiáng)度，但是在水中不穩(wěn)定的情況下容易被水流的拉力扯斷，因此導(dǎo)電支線長度要有一定的移動范圍，導(dǎo)電支線要長于尼龍繩。將導(dǎo)電支線纏繞在作固定用的尼龍繩上后，要每隔一定間隔將導(dǎo)電支線與尼龍繩打結(jié)固定，使導(dǎo)電支線依附在尼龍繩上。

在水面上的線路也要保證不能被拉斷，導(dǎo)電線經(jīng)過的水面機(jī)具之間的相對位置也要用繩索相對固定，必須保證相對移動造成的位移變化小于導(dǎo)電線留出的富余長度。在所有的線路中必須保證導(dǎo)線不受力。對導(dǎo)線的敷設(shè)固定方式如圖3～圖4所示。

圖3 浮漂與船機(jī)具的固定及導(dǎo)線的固定

圖4 藥包敷設(shè)示意

3.5 安全距離

3.5.1 水中爆炸沖擊波計算

炸藥在水中爆炸產(chǎn)生的沖擊波壓力在爆炸產(chǎn)生的瞬間就能達(dá)到壓力峰值，歷時短，而后呈指數(shù)規(guī)律迅速減少。水中沖擊波壓力峰值的大小與至爆破中心的距離和裝藥藥量大小有關(guān)。具體經(jīng)驗公式為：

(4)

式中：Pm為某點水中爆破沖擊波峰值壓力，MPa；R為離爆破中心的距離，m；Q為一次起爆藥量，kg。

根據(jù)GB6722-2003《爆破安全規(guī)程》規(guī)定：船舶的安全距離應(yīng)保證船體受到的壓力小于5.0 MPa。船舶上的儀器安全和設(shè)備儀表不能被沖擊波破壞，正常工作運轉(zhuǎn)不能受到影響，則工程船舶受到的爆破沖擊波載荷應(yīng)小于等于2.0 MPa，航運船舶小于等于1.0 MPa。

現(xiàn)已知MK25型水雷相關(guān)參數(shù)，將水雷體假設(shè)成一個規(guī)則的圓柱體，計算重量是密度和體積的乘積，鋼密度為7800 kg/m3，則可估算水雷鋼板壁厚約為：

h=327/(2.286×0.559×π×7800)=0.01(m) 由于采取一次起爆方式，并考慮到水雷在水下長時間存在，表面可能附著有大量海底生物、泥沙及生銹現(xiàn)象，形成具有一定厚度的“外套”，鋼板厚度不超過2 cm，取鋼板厚度為2 cm，切割鋼板橫截面長度為100 cm，系數(shù)為50，得藥量為10 kg。為保證銷毀徹底，取裝藥系數(shù)為2，則單個藥包取裝藥量為20 kg。總起爆藥量40 kg。爆破總藥量為584 kg。

初步設(shè)定起爆站距爆破中心1000 m，可得起爆站處受到的沖擊波峰值壓力約為0.2 MPa，滿足安全需求。

3.5.2 水中地震波計算

水中地震波的計算公式為：

(5)

式中，V為震動速度，cm/s；R為距爆破中心的距離；Q為起爆藥包與水雷藥量之和。

若震動速度遠(yuǎn)小于船舶在海上風(fēng)浪作用下引起的搖動值，則爆破震動影響可以忽略。經(jīng)計算，得距爆炸點800～1000 m處的爆破震動速度為2.0 cm/s，則爆破震動對船舶的影響可以不考慮。

3.6 銷毀效果判斷

水下爆炸法銷毀后將產(chǎn)生爆炸氣泡，水中爆炸氣泡在爆炸初始階段通常呈半球形依附在水底，并同時達(dá)到最大半徑，然后，氣泡做收縮運動的同時會帶動水底的泥、石等雜質(zhì)顆粒向上運動，氣泡在上升過程中形狀將產(chǎn)生變化。當(dāng)氣泡膨脹時，上升較緩慢；當(dāng)氣泡受壓縮時，則上升較為迅速。在水面上可以看到一個快速擴(kuò)大的水圈，顏色呈暗灰色，并形成水冢和水柱，在水面?zhèn)鞒霾ɡ?。并且可明顯感受到爆炸產(chǎn)生的震感，由此可判斷水下炸藥是否成功起爆。

從直觀上觀察，由于TNT爆炸會產(chǎn)生黑煙，水底彈藥被成功爆炸銷毀后，其戰(zhàn)斗部裝藥被誘爆將產(chǎn)生黑煙形成爆炸氣泡上升，那么在水面則可以看到黑煙從水下冒出。成功實施爆炸銷毀也可明顯地緊密的感受到兩次爆炸產(chǎn)生的震動，第一次是誘爆裝藥起爆產(chǎn)生，第二次則是銷毀目標(biāo)被誘爆產(chǎn)生。

成功起爆后，水下能見度低，一定時間內(nèi)要繼續(xù)封鎖現(xiàn)場，任何人不能靠近。要待水中環(huán)境穩(wěn)定、水下能見度較高、滿足潛水員作業(yè)條件時派遣潛水員至水下檢查銷毀效果，確定爆炸物被可靠銷毀。

4 結(jié) 論

隨著國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的進(jìn)行，在江河湖海開發(fā)中還會發(fā)現(xiàn)更多諸如廢舊彈藥之類的爆炸物，水下爆炸法銷毀技術(shù)的應(yīng)用會更加頻繁。水下爆炸法銷毀對處置大型炮彈、航彈、水雷等含炸藥量較大的彈藥十分有效。目前在銷毀實施過程中仍需要臨時拼湊或制作爆破器材，這將大大延誤銷毀工作的進(jìn)行，效率較低，安全隱患大。因此不僅要加強(qiáng)對水下爆炸法銷毀技術(shù)的理論研究，還需加快制式器材的研制。爆破器材制式化可極大提高作業(yè)效率，保證爆炸物的可靠銷毀。

同時，水下爆炸法銷毀廢舊彈藥對水環(huán)境的影響較為明顯，實際作業(yè)中需進(jìn)一步注意對銷毀區(qū)域周邊水環(huán)境的保護(hù)。

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