林億群

(遼寧西北供水有限責任公司，遼寧 沈陽 110003)

遼寧省重點輸水工程取水口需要進行深水區(qū)巖坎爆破拆除，在進行工程爆破前需要按照GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》規(guī)范要求對爆破材料是否能滿足工程設計指標要求進行檢驗。為順利將預留巖坎爆破拆除，保障輸水工程正常運行，選取一批當前在國內水利工程應用較好的新的乳化炸藥來進行深水區(qū)巖坎爆破拆除。同時，為確保選用的炸藥的敏化劑(玻璃微球)質量及摻量，起爆藥盒和炸藥密度按相關控制指標進行生產(chǎn)。出廠的成品炸藥的性能指標是否能滿足工程要求，需要對該批次炸藥進行外觀檢測、密度測試、殉爆距離試驗以及模擬水下抗靜壓試驗，從而確定最優(yōu)的巖坎爆破拆除方案。為此本文從深水炸藥來源、出廠試驗、工地檢測和殉爆距離實驗等方面對深水區(qū)巖坎爆破拆除工程爆破方案進行優(yōu)化探討。

1 深水乳化炸藥的生產(chǎn)與檢驗方案

爆破器材從產(chǎn)地到爆破地點運輸環(huán)境一般要求較高，在運輸?shù)倪^程中爆破材料性能受環(huán)境影響程度較高，因此需要在爆破現(xiàn)場對材料進行現(xiàn)場測定，對其爆破質量及性能進行試驗，從而為后續(xù)爆破設計提供支撐。

1.1 深水乳化炸藥生產(chǎn)方案

根據(jù)項目需求，選取玻璃微球做敏化劑的新型乳化炸藥，廠家對乳化炸藥進行試生產(chǎn)，密度按1.10±0.02g/cm3進行控制，采購的玻璃微球及加料情況如圖1(a)所示，雷管座增加的起爆藥盒如圖1(b)所示。

圖1 (a)玻璃微球及加料情況;(b)雷管座增加的起爆藥盒

生產(chǎn)過程中對出料口的乳化炸藥以及經(jīng)過裝藥機二次攪拌裝入Φ75殼體乳化炸藥的密度進行隨機抽檢。對于出料口的乳化炸藥多次測得的密度均在1.09～1.12g/cm3之間，經(jīng)裝藥機二次攪拌混勻后多次測得的密度值在1.04～1.09g/cm3之間。

1.2 新型乳化炸藥出廠試驗方案

1.2.1密度測試

將炸藥放入壓力罐加壓至0.5MPa浸水，48h后，隨機選取兩節(jié)進行密度測試，測得的炸藥密度分別為1.07g/cm3、1.16g/cm3，表明經(jīng)過水壓長時間作用后，密度有增大的現(xiàn)象，但還是滿足要求。

1.2.2爆速測試

采用CA- 1型單段爆速儀直接記錄爆轟波在藥卷中兩點間的傳播時間t，來計算出爆破時間的快慢。其主要通過爆破產(chǎn)生過程中對離子導電性能進行計算，測定波陣面依次通過藥柱各探針所需的時間從而求得平均速度。測試時，采用漆包線制作成探針，插入藥卷，并且固定在試樣上。安裝好后，兩引出線應在電性能上保持斷開狀態(tài)。取探針間距L(一般取50mm)，靠近起爆端的測點距離應不小于60mm，靠近末端的測點距離應不小于20mm。共測試7節(jié)浸水后的震源藥柱型乳化炸藥，獲得5組數(shù)據(jù)，其結果見表1。根據(jù)格羅布斯準則判斷，第1次測得的震源藥柱爆速為異常數(shù)據(jù)，應予剔除。統(tǒng)計計算可得，該批次炸藥平均爆速為5247.4m/s。

表1 乳化炸藥爆速測試結果

1.2.3猛度測試

通常采用鉛柱壓縮法測試炸藥猛度。鉛柱壓縮法主要對爆炸材料的質量、形態(tài)規(guī)定指標進行設定后，壓縮爆炸材料內部的鉛柱，從而對爆破材料的猛度進行壓縮值的衡量。每次進行兩個樣品的平行試驗，各試驗之間測定的壓縮值要低于2.0mm。若平行試驗超差，允許重新取樣，再做2個平行試驗，按上述規(guī)定執(zhí)行。通過對兩個試件鉛柱的壓縮值進行測量，取平均值，得到猛度值為16mm，滿足要求。

1.2.4殉爆距離測試

隨機抽取3節(jié)乳化炸藥，從中間切開，一段作為起爆藥，一段作為被發(fā)藥，間距為1倍藥卷直徑，即為7.5cm，測試情況如圖2所示。起爆后3組炸藥全部正常爆轟，說明殉爆距離滿足1倍藥徑的要求。

圖2 殉爆距離測試現(xiàn)場

1.2.5抗靜水壓測試

結合裝藥結構，對Φ100包裝乳化炸藥及Φ75震源乳化炸藥共做了6組帶壓起爆、傳爆試驗，分別為：

(1)3節(jié)有起爆藥盒的Φ75震源乳化炸藥連接，雷管置于第1節(jié)Φ75震源乳化炸藥雷管座中，檢驗炸藥起爆、正向傳爆性能；

(2)3節(jié)有起爆藥盒的Φ75震源乳化炸藥連接，雷管置于第2節(jié)Φ75震源乳化炸藥雷管座中，檢驗炸藥起爆、雙向傳爆性能；

(3)3節(jié)無起爆藥盒的Φ75震源乳化炸藥連接，雷管置于第1節(jié)Φ75震源乳化炸藥雷管座中，檢驗炸藥起爆、正向傳爆性能以及炸藥的雷管感度；

(4)2節(jié)Φ100包裝乳化炸藥連接2節(jié)有起爆藥盒的Φ75震源乳化炸藥連接，雷管置于第1節(jié)Φ100包裝乳化炸藥中，檢驗炸藥起爆、正向傳爆性能及炸藥在水中的雷管感度；

(5)3節(jié)有起爆藥盒的Φ75震源乳化炸藥連接，雷管置于第2節(jié)Φ75震源乳化炸藥雷管座中，在0.5MPa壓力下浸泡90min，然后再起爆，檢驗炸藥起爆、雙向傳爆性能；

(6)3節(jié)有起爆藥盒的Φ75震源乳化炸藥連接，雷管直接插入第2節(jié)Φ75震源乳化炸藥中。

六組試驗全部在不小于0.5MPa的水壓下進行起爆，起爆后現(xiàn)場未見到炸藥和承壓爆炸筒的殘渣，全部正常起爆和傳爆，滿足要求。試驗結果表明，本批次生產(chǎn)的乳化炸藥滿足工程要求的性能指標。

2 深水乳化炸藥現(xiàn)場試驗

2.1 爆破器材的準備與外觀檢驗

分別在編織袋內隨機裝入少量新生產(chǎn)的震源藥柱型炸藥和庫存的雷管，在40m水深環(huán)境下進行24h的水域浸泡，24h后進行抗靜壓測定。雷管和炸藥在浸泡的過程中分別放入，且雷管和炸藥在水下不能靠近。在水域浸泡過程中隨機選取一節(jié)進行乳化炸藥顏色、黏度的觀察試驗。經(jīng)觀察，該批次乳化炸藥顏色、黏度等與剛生產(chǎn)的無異，均為正常。

2.2 密度測試

分別對空氣和水中炸藥質量ma及mw采用靜水力學天平進行質量測定，則其密度計算方程為：

(1)

式中，ρw—水的密度，本次試驗取1.0g/cm3。測試浸水后炸藥的密度約為1.096g/cm3，滿足要求。

2.3 爆速測試

炸藥爆速測試采用加拿大產(chǎn)HandiTrapII爆速記錄儀。隨機選取3節(jié)Φ75mm炸藥連續(xù)綁扎，與爆速測試的測針綁扎在一起，保證待測炸藥試件長度大于等于1m(測試探頭桿長0.9m)，如圖3所示測試炸藥試件的爆速測試。將綁扎好的炸藥試件裝入普通非電毫秒雷管，連接好測試儀器后，測試儀器開機等待記錄，起爆。

圖3 乳化炸藥試件爆速測試

共進行3組爆速測試，每組3節(jié)炸藥。第1組由于探針在插入炸藥中彎曲，僅最末一節(jié)炸藥獲得有效數(shù)據(jù)，爆速為5135.8m/s；測得第2組乳化炸藥爆速為5307.9m/s；測得第3組乳化炸藥爆速為5175.6m/s。通過3組浸泡后炸藥的爆速測試，其平均值為5206.4m/s，與廠家采用單段爆速儀測試的平均值基本一致，說明炸藥爆轟后傳爆性能穩(wěn)定，能滿足工程要求。

2.4 殉爆距離試驗

在水下浸泡24h后從中選取4節(jié)炸藥并從中部切開，首節(jié)炸藥取其中部取出的那部分，剩下的部分作為次節(jié)炸藥的藥卷，分別進行2組7.5cm(1倍藥卷直徑)的殉爆距離測試，測試示意圖如圖4所示。起爆后，正常爆轟，因此，殉爆距離滿足1倍藥卷直徑的要求。

圖4 殉爆距離試驗原理示意圖

2.5 抗靜水壓試驗

結合現(xiàn)場裝藥結構，對Φ75震源乳化炸藥共做了5組帶壓起爆、傳爆試驗，分別為：

(1)3節(jié)Φ75震源乳化炸藥連接，雷管置于第1節(jié)Φ75震源乳化炸藥雷管座中，加壓至0.4MPa穩(wěn)定一定時間不卸壓后進行起爆，檢驗炸藥起爆、正向傳爆性能；

(2)3節(jié)Φ75震源乳化炸藥連接，雷管置于第2節(jié)Φ75震源乳化炸藥雷管座中，加壓至0.5MPa穩(wěn)定一定時間不卸壓后進行起爆，檢驗炸藥起爆、雙向傳爆性能；

(3)3節(jié)Φ75震源乳化炸藥連接，雷管置于第1節(jié)Φ75震源乳化炸藥雷管座中，加壓至0.4MPa穩(wěn)定一定時間不卸壓后進行起爆，檢驗炸藥起爆、正向傳爆性能；

(4)3節(jié)Φ75震源乳化炸藥連接，雷管置于第2節(jié)Φ75震源乳化炸藥雷管座中，加壓至0.5MPa穩(wěn)定一定時間不卸壓后進行起爆，檢驗炸藥起爆、雙向傳爆性能；

(5)3節(jié)Φ75震源乳化炸藥連接，雷管直接插入第2節(jié)Φ75震源乳化炸藥中，加壓至0.5MPa穩(wěn)定一定時間不卸壓后進行起爆，檢驗炸藥起爆、雙向傳爆性能；帶壓起爆情況如圖5(a)所示，雷管置于雷管座中的四組試驗均正常起爆、傳爆，起爆后現(xiàn)場未見到炸藥和承壓爆炸筒的殘渣，地面被炸出小坑，如圖5(b)所示，將炸藥殼體劃破直接插入雷管的帶壓起爆試驗中出現(xiàn)拒爆，如圖5(c)所示，說明直接插入雷管的反向傳爆可靠性不行，裝藥時應避免這種裝藥方式。

圖5 (a)乳化炸藥抗靜水壓爆轟試驗;(b)乳化炸藥抗靜水壓爆轟試驗效果;(c)乳化炸藥抗靜水壓爆轟試驗拒爆情況

3 爆破效果試驗

3.1 爆破作業(yè)與爆破實施效果

本次爆破分別設置8排共72個炮孔，不同炮孔的深度在3.5～10.5m之間，每個炮孔內部可以裝載的炸藥質量在12.0～40.5kg之間，共裝載炸藥的質量為2007.0kg，各炮孔網(wǎng)路分別采用孔內延期的方式進行起爆，其結構如圖6所示。水冢及水柱首先出現(xiàn)在起爆后，水面振感明顯主要出現(xiàn)在起爆后的幾秒鐘后，按照這些現(xiàn)象可以初步對炸藥的爆轟情況進行判定。拒爆的炸藥主要通過后期除渣過程中進行尋找。

圖6 炮孔排列結構網(wǎng)絡

3.2 爆破水擊波測試

采用Blast-Pro型沖擊測試系統(tǒng)進行檢測。水擊波監(jiān)測傳感器安裝在擋墻進水口區(qū)域，低于水面8m的位置設定傳感器下潛深度，最近和最遠炮孔位置距離傳感器間距分別為93.13m和104.26m，如圖7所示。動力水擊波最大峰值壓力為1.51MPa，其時程和局部效應曲線如圖8所示。

圖7 水擊波監(jiān)測布置圖

圖8 (a)水擊波壓力時程圖;(b)局部放大時程圖

水下巖坎爆破從壓力波時程曲線可看出具有明顯的分段現(xiàn)象，與實際情況具有基本一致的網(wǎng)絡延時，超壓現(xiàn)象在爆炸水擊波時較為顯著。

本次爆破沒有堵塞，炸藥一直裝至孔口，起爆后孔口段(約為1～1.5倍抵抗線)炸藥類似于懸掛于水中的集中藥包，炸藥在水中爆炸產(chǎn)生的水擊波現(xiàn)象明顯，對于懸掛在無限水域中的集中藥包，根據(jù)庫爾公式，得出初始水擊波的壓力峰值為：

P水=53.3(Q1/3/R)1.13(MPa)

(12)

式中，P水—超壓，MPa；Q—藥量，kg；R—測點至爆源的距離，m。

由上式，可得本次爆破引起的水擊波峰值相當于87.5kg炸藥在水中爆炸，即能量逸出比例為33%。若閘門水擊波峰值壓力允許值為0.8MPa，下次爆破最近距離僅為42.5m，按式(12)計算，最大單段允許藥量僅為1.11kg，很難實現(xiàn)。然而，大部分炸藥在爆破水下鉆孔較易被堵塞，需要對爆體進行拋擲和破碎處理，使得爆破能量少部分能產(chǎn)生水擊波，根據(jù)以往類似工程分析結果，逸出能量比例一般在5%以下。根據(jù)類似工程水擊波(動水)壓力經(jīng)驗公式計算的水擊波壓力見表2。因此，炮孔堵塞以后對水擊波的峰值削弱作用很大，為避免炸藥直接在水中爆炸，造成對閘門井及附屬金屬結構的破壞，后續(xù)爆破一定要加強堵塞。

表2 類似工程水擊波(動水)壓力經(jīng)驗公式的計算值

4 結論

通過震源藥柱型乳化炸藥各項爆破性能及方案優(yōu)化試驗，炸藥性能指標建議滿足以下要求：

(1)可在45m水深條件下浸泡24h，密度應不大于1200kg/m3，且炸藥能被8#雷管可靠起爆，準爆率可達100%；

(2)殉爆距離建議應不小于1倍藥徑，爆速不應低于4500m/s、猛度可達到14～16mm；，在45m水深條件下能被雷管連續(xù)傳爆，且具有可靠的防水外包裝。

(3)本文對爆破的環(huán)境影響還未進行探討，存在不足，在后續(xù)研究中還應重點針對其爆破環(huán)境影響措施進行分析。