1 引 言
在现代海战和海洋开发中, 深水中的爆破应用特别广泛。如在现代海战中经常需要对水下输油管、输水管、水下光缆、电缆及水下水工构筑物等进行破坏, 在清理航道时需对沉船、废弃油井井管、水上作业平台的桩腿进行爆破清除;在海洋开发中深水管沟开挖、深水港建设及深水桥桩基坑开挖中的炸礁及深水围堰的爆破;油井、水井钻井中卡钻时需对钻杆进行爆破。这些爆破通常都是在几十米甚至上百米较深的水中进行, 如深海中废弃油井管的爆破, 钻井卡钻时钻杆的爆破, 有时达到几百米深。这一类爆破近几年来遇到的较多, 有许多成功的案例,但由于水大水深的影响, 也有不少失败的情况。
2 深水爆破的难题
2.1 炸药和起爆器材的难题
(1)炸药在深水静压作用下爆速和地基处理的方法都有哪些猛度都会降低。普通抗水性炸药的耐压试验结果如图1 所示。
炸药深水爆炸爆速和猛度衰减图
当水深10m 时, 爆速衰减11 %、猛度衰减10 %;而当水深增加到30m 时, 爆速将衰减26 %、猛度衰减33 %。不仅如此, 由于压力增大还会使炸药密度变大, 起爆感度和传爆感度都会降低。有些地基处理哪家好爆破水深可能远远大于30m , 因此爆速和猛度衰减更严重, 如果不采取措施, 不仅增加单耗, 还会造成起爆不完全、传爆中断, 严重影响爆破效果;曾有人采用乳化炸药爆破100 多米深处被卡住的钻井钻杆,经多次爆破都无效果;某深水港在深水炸礁时, 采用乳化炸药和普通导爆管雷管起爆, 清碴时发现了许多未爆和半爆的炸药包, 使清碴无法进行, 只得进行补爆。为什么会出现这种情况? 究其原因就是深水中水压大和水的渗溶作用, 降低了炸药的起爆感度,同时真空降水由于爆速和猛度的降低, 衰减了炸药的爆炸威力。
(2)深水爆破采用的普通雷管, 如不作密封处理, 会因雷管封口塞漏水而失效。由于普通雷管耐压性差, 在超过20m 深的水中使用时, 可能会因水压作用使雷管自爆, 这对于潜水员进行深水布药是非常危险的, 必须绝对禁止。
(3)深水爆破时, 如采用电爆网路会遇到许多问题, 如电线及接头的防水处理问题, 一般电线在陆地上用是绝缘的, 但在深水中由于水压增大, 小的破损就有可能造成漏电而使点火失效。不仅如此, 还会因为深海中不同深度的流速、流向, 随着潮汐在不断变化, 因而使网路受力复杂, 如不加固随时都有被拉断的危险。采用非电导爆管起爆网路和导爆索网路也同样有这些问题。
2.2 爆破施工的难题
(1)深水爆破时, 装药设置是第一大难题。浅水中爆破可以用滑竿法、插杆法和滑板法等将装药设置到位, 而在深水中爆破这些方法都不能用, 通常都要用潜水员下水设置药包。当水深超过100m , 由潜水员直接进行药包设置也很困难, 目前我国潜水工作船的保障能力还达不到这个深度, 这种情况下通常用机器人进行设置。
对于深水炸礁, 则要解决深水钻孔平台的问题。目前国内大型钻孔平台不多, 且只能在30m 以浅的水中施工, 在30m 以深的水中炸礁还存在不少难题。国外已有潜水钻孔设备, 而国内还没有这种装备。
(2)深水爆破时, 由于水文及水底地形影响和能见度差等原因, 作业十分困难, 潜水员只能着重潜排水板选哪家水装具、甚至需要操纵水下机器人进行作业。作业时动作笨重, 效率低, 装药和起爆网路设置可靠性差,作业成本高。尤其在破坏深水下的光缆、电缆、废井管、输油管及输水管或深水水工构筑物时, 还需要临时寻找目标、确定施工位置, 这些辅助作业有时会比爆破作业更难完成。又如水下销毁未爆鱼雷、水雷、航弹、深弹等, 不仅要保证爆破成功, 还要保证爆炸物不出安全问题, 爆破作业的难度更大, 需要解决的问题更多。
3 解决深水爆破难题的对策
3.1 改进装药工艺, 提高装药的爆炸作用
(1)为避免深水爆破时水压对炸药爆速和猛度的衰减作用, 装药应采用刚性壳体, 且严格进行密封处理, 以保证装药设置后不因水压的作用而影响炸药爆速和猛度。
(2)若深水爆破的目标材料为钢材时, 因材料强度高, 应选择高爆速的炸药或采用聚能装药结构, 以提高爆炸作用。对于岩礁的爆破, 也要考虑到岩石的硬度而选择相应的炸药, 以达到理想的爆炸效果。为保证潜水员水下作业方便, 对爆破深水下的光缆、电缆、废井管、输油管及输水管等, 应根据实际结构需要, 预先制成制式装备。此类装药不仅要考虑密封、耐压和爆炸威力, 还要考虑潜水员携带、设置、固定方便。
(3)在水下爆炸物销毁时, 装药选择不仅要考虑可靠诱爆, 还要考虑被销毁爆炸物的引信工作原理,对采用电磁感应引信的爆炸物, 销毁时不得采用含有金属物质的装药, 如金属药形罩和金属壳体;也不能采用电爆网路进行起爆。
3.2 正确选择起爆网路, 保证起爆可靠性
(1)深海爆破, 因水压、水流、风浪及潮汐影响,采用电爆网路非常不便、可靠性差。即便是导爆索起爆网路或导爆管起爆网路比电爆网路好一些, 但在爆破规模较大、炸点多时, 网路设置也甚为不便。采用遥控起爆或定时起爆相对要方便得多。
(2)在爆破钻井井杆时, 因只有水压影响而无水流、风浪影响, 这时采用质量较好的单根电缆或用非电导爆系统进行起爆也是比较方便的。
(3)对于深水钻孔炸礁, 为了保证起爆的可靠性, 采用导爆索起爆网路比电爆网路和非电导爆系统起爆都要好。因导爆索可以通过装药的全长, 进行整体起爆, 可保证炸药充分爆轰。
(4)不管采用何种起爆网路, 水下爆破时都要对起爆网路进行加固, 要保证网路不受力, 防止被风浪、水流把网路拉断。加固的方法、使用的加固材料, 可视具体的情况而定。在钻井井杆爆破时, 虽起爆线路不受水流影响,但因深度较大, 网路重量可能很大, 往往会因自重而被拉断, 因此应用尼龙绳、甚至用钢丝绳进行加固;而深水炸礁、深水爆破一般用细尼龙绳加固即可。加固时尼龙绳与起爆网路每隔一二米就用细扎绳扎在一起, 且要使尼龙绳紧一些、网路松一些。海上爆破时敷设起爆网路要从远海向近海或岸上设置;江河中爆破时, 要从上游向下游设置, 以防布线时被船拉乱。布设电爆网路时, 所有接头必须在陆上接好, 不能在水下接。
3.3 对雷管进行防潮、耐压处理, 保证可靠起爆
普通雷管水下使用时, 一定要事先作密封防水处理, 在20m 以深水中应避免使用普通雷管, 而采用专用的水下雷管。如果必须使用时, 则不仅要作防水处理, 还要作耐压处理, 否则会因水压过大而自爆。做耐压处理的方法, 通常是采用刚性的无缝钢管或塑料管, 将炸药、雷管装入后用树脂胶进行密封。
3.4 增加起爆装药, 改善起爆效果
深水爆破时, 特别是在采用如硝铵类、乳化炸药等低感度炸药时, 如果耐压处理不好, 可能会因为水压作用使其起爆感度降低, 有时仅用一般雷管很难完全起爆, 可能产生拒爆、半爆。为此应采用高敏感度、高爆速炸药作起爆体, 以保证炸药爆轰完全。某深水港炸礁, 开始时有拒爆和半爆现象, 其主要原因就是雷管未进行防水处理、未加起爆体。后来对雷管进行了防水处理, 又用梯黑药柱作起爆体, 起爆可靠性大大提高,提高了爆炸威力,减少了大块率。为了弄清不同的炸药、尺寸、起爆能量和不同水深对爆破效果的影响, 现对两种规格的乳化炸药(不同的直径和密度), 采用不同起爆能量在不同水深情况下进行了爆破试验, 其结果列于表1 。
表1 静水压及渗溶作用对乳化药柱爆轰感度的影响
表2 主装药与起爆药对应测试
从上述试验结果明显地看出, 一级岩石乳化炸药的水下起爆效果优于二级岩石乳化炸药。同等炸药种类时, 直径大的装药起爆效果好。从起爆装药看, 起爆药的数量大、起爆药的猛度高, 则起爆效果均好。因此深水爆破时采用一定数量的高猛度炸药作起爆药, 如梯恩梯与黑索今炸药的熔铸药柱、梯恩梯药柱、水下导爆索结, 都是很有效的起爆方式。有时在由潜水员深水布药时, 若炸药中装有雷管, 会对潜水员构成安全威胁, 影响作业效果。若采用水下导爆索结作起爆体, 装药中不设雷管, 将装药固定好后, 把导爆索引至水面漂浮物上, 等所有人员都出水后, 再在导爆索上连接起爆雷管进行起爆, 即安全又可靠。
