水下人工爆破冰凌技术研究与实践.pdf

第3 1 卷第2 期 2 0 1 4 年6 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．3 1N o ．2 J u n ．2 0 1 4 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 1 4 ．0 2 ．0 2 8 水下人工爆破冰凌技术研究与实践 夏长富 工程兵学院，徐州2 2 1 0 0 4 摘要冰凌是寒冷地区江河普遍存在的自然现象，但是在我国许多地区凌洪泛滥成灾，给国计民生带来 严重损失。为了减少冰凌灾害造成的损失，采用爆破方法破除冰凌是一种行之有效的方法。在讨论飞机投 弹破冰、大口径火炮破冰和人工爆破冰等三种基本爆破方法和特点的基础上，提出了水下人工爆破冰凌的方 案设计，并接合内蒙古军区与当地防汛抗旱办公室进行的爆破冰凌演练，总结了运用气垫船作为作业平台进 行爆破作业的实施方法，提出目前利用气垫船爆破存在的问题及改进方法。 关键词冰凌；人工爆破；气垫船 中图分类号T U 7 4 6 ．5文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 4 0 2 0 1 2 6 0 5 R e s e a r c ha n dP r a c t i c eo fU n d e r w a t e rI c e J a mB r e a k i n gb yM a n u a l - o p e r a t e dB l a s t i n g X I AC h a n g - f u I n s t i t u t eo fE n g i n e e rC r o p s ，X u z h o u2 210 0 4 ，C h i n a A b s t r a c t I c ej a mw a sac o m m o nn a t u r a lp h e n o m e n o ni nt h er i v e r so fc o l dr e g i o n ，w h i c ha l w a y sc a u s e dd i s a s t e r s a n dd a m a g e si nn o r t hC h i n a ．T or e d u c et h ed a m a g e sf r o mt h ei c ej a m ，a ne f f e c t i v ew a yw a sp u tf o r w a r dt ob r e a kt h e i c eb yb l a s t i n gm e t h o d ．B a s e do nt h r e e b a s i cm e t h o d sa n dc h a r a c t e r i s t i c so fp l a n e o p e r a t e db l a s t i n g ．h e a v yc a l i b e r g u nb l a s t i n ga n dm a n u a l o p e r a t e db l a s t i n g ，t h ed e s i g no fu n d e r w a t e ri c ej a mm a n u a l o p e r a t e db l a s t i n gw a sp r o p o s e d ． C o m b i n e dw i t ht h eb l a s t i n gi c ej a l ne x e r c i s e s ，t h ei m p l e m e n tm e t h o dw a ss u m m a r i z e dt op e r f o r mb l a s t i n go p e r a t i o n s a n dt h ep r o b l e m sa n di m p r o v e m e n tw a y sw e r ep u tf o r w a r d ． K e yw o r d s i c ej a m ；m a n u a l ．o p e r a t e db l a s t i n g ；h o v e r c r a f t 冰凌是寒冷地区江河普遍存在的自然现象，它 往往直接影响到水利工程的建设和运用，甚至造成 凌洪泛滥成灾，给国计民生带来严重损失。为了减 少冰凌灾害造成的损失，每年发生严重凌汛的黄河 上游宁 宁夏 蒙 内蒙古 河段当地政府和部队均 在凌汛来临之前采用各种措施防止凌汛灾害。目前 破除冰凌的方法主要有人工打冰、撒土融冰、用船晃 冰、破冰船破冰和爆破除冰等J 。与其它措施相 比，人工爆破适用范围较广，使用灵活，具有显著的 收稿日期2 0 1 4 一0 1 3 0 作者简介夏长富 1 9 7 0 一 男，山东临朐人，副教授，主要从事地雷 爆破技术研究工作， E - m a i l x c f g c b x x 1 6 3 ．c o i n 。 效果和独特的优越性。2 0 0 8 年内蒙古省军区与当 地防汛抗旱办公室联合引进了气垫船辅助成套爆破 技术与装备，采取水下人工爆破冰凌取得了成功运 用。因此，认真研究人工爆破冰凌技术问题，对提高 防灾减灾技术具有积极的现实意义。 1 冰凌爆破的基本方法与特点 按爆破方式，可将冰凌爆破分为飞机投弹破冰、 大口径火炮破冰、人工爆破冰凌3 种。3 种方法各 使用于不同的条件下，具有不同的爆破效果旧J 。 1 ．1 飞机投弹破冰 飞机轰炸破冰一般使用于空旷大面积冰盖或大 万方数据 第3 1 卷第2 期 夏长富水下人工爆破冰凌技术研究与实践 1 2 7 规模明显的危害性冰凌现象如冰坝等情况下的破 冰，此种情况下人员不便或不易进入预定地点。其 目的是破碎冰块，疏通河道，避免冰块堵塞，产生严 重的危害性冰情。1 9 5 1 年3 月，内蒙古河套段黄河 开始解冻流凌，多处结成冰坝，河堤漫溢决口6 0 多 处，周恩来总理批示空军对冰坝进行轰炸，解除了险 情。自此，飞机投弹炸冰方法沿用至今，从未间断。 近6 0 年来的实践经验证明，飞机投弹破冰对于空旷 大面积冰盖或大规模明显的危害性冰凌情况，采用 航空弹药爆破效果明显。但是，炸弹本身是以弹片 飞射作为杀伤武器的，用于破冰排凌不是很科学，无 论从爆破理论方面还是从炸药能量利用理论方面均 不符合爆破工程学原则，属无控爆破“ 1 。同时，飞 机投弹破冰受气候条件和地面地形条件的限制，难 以及时到位，而且动用飞机炸冰需要跨区协调空军， 军地协调手续较复杂。 1 ．2 大口径火炮破冰 为了避免凌汛洪水集中释放，提前主动破除冰 坝险情，变被动防御为主动出击，使用炮兵进行炮射 破冰也是一种有效的防凌举措。地面炮击破冰成效 显著，避免了洪量集中，使槽蓄水量均匀释放。但 是，炮兵破冰应首先建设指挥所、炮兵阵地与观察 哨，若出现多个冰坝险情，则需要调用大量军力修建 炮兵阵地，机动性受到限制，无法有效应对具有强突 发性和随机性的凌汛。另外，火炮为远距离发射炮 弹轰炸冰，弹着点控制精度较差，不能直接上冰 作业。 1 ．3 人工爆破冰凌 人工爆破冰凌，属小范围精确破冰，是在指定位 置安装炸药，爆破破除指定范围内冰盖的方法。人 工爆破除冰的方法有两种 1 裸露药包法直接把药包投掷或安放到冰 面上爆破，这种接触爆破破碎冰层的方法，用药量 大、形成的空气冲击波大、爆破噪声大。 2 冰下药包法当流冰面积较大且受阻滞流 时，通常在冰上采用钢钎穿孔，或用小包炸药连续爆 破开挖出吊放炸药的冰洞。通过冰洞把做好防水处 理的集中药包放入冰层下一定深度进行爆破。这种 在冰上打孑L 凿洞作业费时、费力，而且具有较大的危 险性。 人工爆破冰凌定位准确，若采用内部爆破，能有 效提高了装药利用率。同时，所需人员较少，机动性 高。但是人工冰上作业风险高，且需要使用的爆破 器材具有防水性能，装药定位、网路敷设等存在一定 难度。 综上所述，接合根据以往炸药爆破冰凌的经验 在流凌期、人烟稀少、冰凌堆积河段，采用飞机投放 航弹效果较好。火炮破冰宜在特定河段固定位置进 行。在解冻初期以及冰层较厚河段，采用人工爆破 将药包设在水下起爆要比冰面起爆的破冰效果更为 明显H j 。因此，无论从爆破技术上还是组织实施的 难以程度上来说，以人工定点水下爆破冰凌效果最 好，且费用最低，值得推广应用。 2 爆破方案设计 2 ．1 布孔方式 经大量实验，冰孔的布设，以沿水流方向上下游 相邻两排冰孔交错布置，排内孔距及相邻的行距大 体相等。各孔装药量相等的情况下，破碎的冰盖效 果最好。 2 ．2 孔距 冰盖爆破孔距的确定，影响因素较多，如炸药的 性能、单孔药量、冰厚、水深、封冻形式、流速等。原 苏联一些冰盖爆破的实践总结表明，爆破的孔距应 与爆破地点离导流区的距离有关，距导流区距离近 的冰孑L 问距小；距导流区距离远的冰孔间距可适当 加大。为此提出在湖和河道弯曲部破碎时药包间 距 ￡ 等于 4 ～5 W W 为药包入水深度，m ，距离导 流区在3k m 以内时为1 0 形，当距离很远时为 1 2 ～ 1 5 W 。安全渡凌的孔距通常按照L 4 ～5 形确 定川。 此外，下游破冰的孑L 距受水深、冰厚、单孔药量 的制约，也不能太大，否则即使单孔药量很大，冰孔 间也不能爆破贯穿，破冰效果不好。在有冰花堵塞 的河段，药包不易下水，则应加密布孔问距。在建筑 物附近，也应加密冰孔，但单孑L 药量应减少。 2 ．3 装药量 根据文献[ 6 ] 水下爆破冰凌时，单个装药量根 据冰层厚度日和装药设置深度确定，也可按下列方 法计算。 当冰层厚度H 0 ．5m 时Q K ．S 当冰层厚度H 1 ．0 ～1 ．5m 时Q K 2 S 式中Q 为单个装药量，k g ；K 。为单位面积用药量，K 。 0 ．0 7 5k g ／m 2 ；K 为单位面积用药量，K 2 0 ．2 4k g ／m 2 ； ．s 为每个装药爆破冰凌的面积，m 2 。 2 ．4 起爆网路与起爆方法 采用有线或无线起爆方式。有线起爆敷设串联 电起爆线路，干线为双芯导电线，装药之间用单芯导 电线串联，起爆点位于岸上，各装药同时起爆。敷设 简便，可准确地同时起爆多个装药，起爆前可对线路 万方数据 爆破 2 0 1 4 年6 月 进行测量。但起爆位置距装药较近。采用无线起爆 可远距离起爆，但是一次起爆的装药个数受限制，且 不适于流冰爆破。 3 爆破装备 3 ．1 穿孔装备 在冰面上钻孑L 作业，需要专门的钻孔装备。冰 钻是一种机械动力钻孔设备，具有轻便快捷的优点， 1m 厚冰层钻孔时间不超过6 0s ，适用于冰层较厚 部位的快速钻孔。冰钻有电动冰钻和汽油机冰钻两 种类型，在冰凌爆破穿孑L 时考虑到野外作业缺乏电 源，所以一般采用汽油机冰钻 见图1 钻孔，其性能 参数见表1 。 图1 钻孔作业 F i g ．1 E x e r c i s eo fi c ed r i l l 表1 冰钻参数表 T a b l e1 P r o p e r t i e so fi c ed r i l l 名称汽油机冰钻电动冰钻 机型 W L 一4 0 CW L 一6 0 0 传递方式离心式摩擦离合器 工作电压DC36V 减速器直齿两级减速 钻杆旋向右旋 俯视 成孔直径／m m 1 0 0 ～3 0 0 成孔深度／m m 7 0 0 ～1 2 0 0 成孔速度／s3 0 1 2 0 视不同钻孔深度 外型尺寸佃6 猱嚣等6 淼嚣等 油箱容树L 1 ．2 净重 947 不含钻具 ／k g ⋯ 3 ．2 作业平台 冰凌爆破重点，是将装药可靠设置在冰层中间 或下方水中。由于冰面状况复杂，稳定性差，因此合 适的冰面作业设备是冰凌爆破顺利实施的关键。传 统的冰凌爆破，人员要在冰面上钻孑L 设置装药，由于 有的冰面下有流冰，人员作业没有防护装备，十分危 险。同时，作业时也不宜离河岸较远，否则作业效率 及其低下。为了弥补传统破冰手段爆破效率低、费 用高的缺陷，争取在机动性和高效性方面有所突破， 内蒙古自治区防汛抗旱指挥部办公室引进了气垫 船。气垫船破冰技术采用气垫船作为运输工具到达 指定爆破点，作业人员以气垫船为平台，进行钻冰作 业，通过钻孔把炸药安放到冰下，实现冰下爆破，从 而提高爆破效率【7 j 。防凌气垫船具体性能参数见 表2 。2 0 0 9 年3 月在黄河内蒙段首次投入防凌爆破 使用，效果十分理想。见图2 。 黑爨璧罗警黪一黧 图2 防凌气垫船作业 F i g ．2 T h ea s s u a hb r i c ke f f e c tb yi n d i v i d u M a s s a u l td e m d i t i o ne q u i p m e n t 3 ．3 起爆装置 当实施有线起爆时，我军装备的起爆装置主要 有G B P 4 1 2 型和G B P 4 1 3 型起爆器。这两种起爆器 均可满足一般条件下的起爆要求。其中，G B P 4 1 3 型起爆器还可同时敷设三条线路进行微差起爆。但 是，有线起爆需要敷设导电线，作业量较大。遥控起 爆时目前部队装备有袖珍式遥控起爆器，遥控距离 为3k m 。设置时遥控起爆器的接收机设置于岸边， 作业人员持发射机远距离遥控起爆。采用遥控起爆 可远距离起爆。但是一次起爆的装药个数受限制， 且不适于流冰爆破。 4 爆破实践 2 0 0 9 年3 月内蒙古自治区防汛抗旱指挥部办 公室牵头会同当地民兵在内蒙古呼和浩特黄河段进 行了水下人工爆破冰凌行动。由于冰凌爆破装药要 求防水性能较好，保证装药短时间内不会因为受潮 失效。同时开河期水流与泥沙混杂，密度较大，装药 要求密度较大能够沉入水中。因此，作业前根据钻 万方数据 第3 1 卷第2 期 夏长富水下人工爆破冰凌技术研究与实践 1 2 9 孔直径自行加工装药。考虑到气垫船外挂设计需 要，装药形状设计为长方体。装药上表面为正方形， 边长1 0c m 。使用军用2 0 0gT N T 炸药装填而成，装 药长度根据爆破药量需要可调。 表2 防凌气垫船性能参数表 T a b l e2P r o p e r t i e sr e l a t i v e l yb e t w e e nt y p eo fD J Z 0 8a n dA r m b r u s ti n d i v i d u a la s s a u l td e m o l i t i o n 人工爆破冰凌时，首先2 ～4 名人员携带器材、 装备自河岸乘搭防凌气垫船运前往预定位置。这时 为了保证安全，装药预留在岸边。到达爆破目标后， 作业人员沿冰坝根据冰层强度、厚度确定钻孔位置， 计算孑L 距、排距以及所需药量等参数。然后其中 2 名成员以气垫船为平台，运用冰钻根据钻孔位置 进行穿孔作业。作业时，一人负责穿孔，一人负责观 测冰面变化情况防止发生意外。穿孔完毕后，气垫 船再次自河岸运输作业人员前往冰坝，运输爆破炸 药包。然后作业人员将装药逐一吊挂到冰穴，连接 线路准备引爆。投放装药时为了加强起爆的可靠性 和防水的目的，可把黄油或沥青涂抹在雷管脚线处 及与导电线接头部位，防止雷管渗水拒爆。同时，投 放装药的工具应用比较结实韧性较强且无弹性的绳 索、测绳或铁丝等。在投送过程中要特别注意电雷 管脚线必须用胶带和绳索固定牢靠防止在投送过程 中磨断脚线旧J 。 所有人员撤回后，检测完线路是否导通。完成 一切准备工作后岸上指挥员引爆，将冰坝解体拆除 取得了良好的效果。 5 结语 从目前使用情况看，气垫船具有一定的机动性 和灵活性，能够满足运输作业人员前往冰坝的需要。 但是，人员在钻孔和炸药放置时，都比较耗时，效率 较低。因此，以后可研究将冰钻和气垫船改造融为 一体及研发专用冰下破冰弹药，使其具备机动性强、 全天候作战、费用低的特点，有望在将来的凌汛防御 与应急抢险中发挥重要的作用。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] 张永忠，田侯建．抗洪抢险技术[ M ] ．北京军事科学 出版社，1 9 9 9 1 8 3 ． Z H A N GY o n g z o n g ，T I A NH o u - j i a n ．T h et e c h n o l o g yo fa n t i - f l o o dr e l i e fd i s a s t e r [ M ] ．B e i j i n g M i l i t a r ys c i e n c eI n s t i t u t eP r e s s ，1 9 9 9 1 8 3 ． i nC h i n e s e 段元胜，汪向红，刘书宝，等．冰凌爆破技术探讨[ J ] ． 冰川冻土，2 0 0 3 s 2 2 2 0 - 2 2 6 ． D U A NY u a n s h e n g ，W A N GX i a n g h o n g ，L I US h u b a o ，e t a 1 ．A p p l i c a t i o no fb l a s t i n gt e c h n i q u et oa g a i n s ti c ej a l T l [ J ] ．J o u r n a lo fG l a c i o l o g ya n dG e o r c y r o l o g y ，2 0 0 3 S 2 2 2 0 - 2 2 6 ． i nC h i n e s e 佟铮，马万珍，王宁．黄河凌汛期高能破冰弹的初 步设计[ J ] ．爆破器材，2 0 0 4 4 3 4 - 3 7 - D O N GZ h e n g ，M AW a n z h e n ，W A N GN i n g ．T h ep r i m a r y d e s i g no ft h eh i g h p o w e ri c e b r e a k i n gb o m b so nt h e i c e r u no f Y e l l o wR i v e r [ J ] ．E x p l o s i v eM a t e r i a l s ，2 0 0 4 4 3 4 3 7 ． i nC h i n e s e 殷怀堂，杨学海，江淼，等．冰凌下水中延长药包爆 破破冰的试验研究[ J ] ．工程爆破，2 0 1 0 3 1 2 1 5 ． Y I NH u a i t a n g ，Y A N GX u e h a i ，J I A N GM i a o ，e ta 1 ．E x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho ni c eb r e a k i n gb ye x t e n d e db l a s t i n g c a r t r i d g eu n d e ri c e [ J ] ．E n g i n e e r i n gB l a s t i n g ，2 0 1 0 3 1 2 1 5 ． i nC h i n e s e 王从银，王辛，张少光．抢险救灾行动中的爆破技术 研究[ R ] ．徐州工程兵指挥学院，2 0 0 9 ． W A N GC o n g y i n ，W A N G x i n ，Z H A N GS h a o g u a n g ．S t u d i e so nb l a s t i n gt e c h n i q u ei nr e s c u ea n dr e l i e fo p e r a t i o n s [ M ] ．X u z h o u I n s t i t u t e o fE n g i n e e rC r o p s ，2 0 0 9 ． i n C h i n e s e 齐世福．军事爆破工程设计与运用[ M ] ．南京解放军 理工大学工程兵工程学院，2 0 0 2 ， Q IS h i f u ．T h ed e s i g na n da p p l i c a t i o no fm i l i t a r yb l a s t i n g e n g i n e e r i n g [ M ] ．N a n j i n g E n g i n e e r i n gI n s t i t u t eo fE n g i n e e r ，P LAU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，2 0 0 2 ． i nC h i n e s e 丁留谦，何秉顺，闫新光．破冰防凌新技术探讨[ J ] ．中 国防汛抗旱，2 0 1 0 2 1 9 - 2 4 ． D I N GL i u - q i a n ，H EB i n g s u n ，Y A NX i n g n a n g ．T h en e w 1 J 1 I J 1 j 1 J ] j 1 j ] J 1 J 1 J 1J]J]J]J 列 纠 列 列 钔 引 列 纠 叫 引 “ “ r I L r L r L r ，L r L frL r L r L r L r L r L r L 万方数据 1 3 0爆破 2 0 1 4 年6 月 t e c h n o l o g yo fb r e a ki c eJ a m [ J ] ．T h eC h i n ao fa g a i n s t f l o o da n dd r o u g h ，2 0 1 0 2 1 9 2 4 ． i nC h i n e s e [ 8 ] 张少光，徐建华，张波．水井出水增量爆破技术研究 与实践[ J ] ．爆破，2 0 1 l ，2 8 3 9 5 - 9 7 ． [ 8 ] Z H A N GS h a o - g u a n g ，X UJ i a n h n a ，Z H A N GB o ．R e s e a r c h a n dp r a c t i c eo fb l a s t i n gt e c h n i c a li ni n c r e a s i n gw a t e ry i e l d o f w e l l [ J ] ．B l a s t i n g ，2 0 1 1 ，2 8 3 9 5 9 7 ． i nC h i n e s e 上接第1 2 5 页 图5 火箭爆破带爆炸破冰图 F i g ．5 T h eI c ed a mb l a s t i n gp i c t u r eo fr o c k e te x p l o s i o nb e l t 3 在前期研究的基础上，进行“系统列装专题 研究”，系统列装后，可应用于工兵部 分 队，结合 部 分 队保障任务，组织集成训练，遂行灾害应急 行动。 [ 2 ] [ 2 ] 表1 爆破振动监测数据 『3 ] T a b l e1T h ev i b r a t i o nd a t ao fb l a s t i n g 。。 3 结语 1 车载式火箭破冰破凌系统成功应用于河道 破冰破凌现场，实现了高效、机动、安全、全天候破冰 作业的基本目标。 2 车载式火箭破冰破凌系解决了江河冰凌爆 破机理、技术、器材与装备等多项重要基础理论与关 键技术问题，对保障沿河地区经济发展与社会安全 具有重要意义，其总体水平属于国际领先，可在类似 江河中推广应用。 [ 3 ] [ 4 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 5 ] 参考文献 R e f e r e n c e s 冯国华，朝伦巴根，闫新光．黄河内蒙古段冰凌形成机 理及凌汛成因分析研究[ J ] ．水文，2 0 0 8 ，2 8 3 1 6 - 1 9 ． F E N GG u o - h u a ，C H A O L U NB a g e n ，Y A NX i n g u a n g ．A n a l y s i so f i c e s l u s hf o r m a t i o nm e c h a n i s ma n di c ef l o o d c a u s e so fY e l l o wR i v e rI n n e rM o n g o l i a [ J ] ．H y d r o l o g i c a l ， 2 0 0 8 ，2 8 3 1 6 一1 9 ． i nC h i n e s e 张安鲁，赵悦，刘云．黄河凌汛成因的初步分析及 其防治措施的发展[ J ] ．科技创新导报，2 0 0 9 5 9 3 ． Z H A N GA n l u ，Z H A OY u e ，L I UY u n ．P r e l i m i n a r ya n a l y s i so ft h eY e l l o wR i v e rm e l t i n gi c ef l o o df o r m a t i o na n dt h e d e v e l o p m e n to ft h ep r e v e n t i o na n dc o n t r o lm e a s u r e s [ J ] ． S c i e n c ea n dT e c h n o l o g yI n n o v a t i o nH e r a l d ，2 0 0 9 5 9 3 ． i nC h i n e s e 鲁仕宝，黄强，吴成国，等．黄河宁蒙段冰凌灾害及 水库防凌措施[ J ] ．自然灾害学报，2 0 1 0 4 4 3 4 7 ． L US h i b a o ，H U A N GQ i a n g ，w uC h e n g g u o ，I c ed i s a s t e r i nN i n g x i aa n dI n n e rM o n g o l i ao ft h eY e l l o wR i v e ra n d r e s e r v o i r [ J ] ．J o u m a lo fN a t u r a lD i s a s t e r s ，2 0 1 0 4 4 3 4 7 ． i nC h i n e s e 贾成，王瑞．黄河下游凌汛及防凌破冰方法[ J ] ． 科技信息，2 0 1 3 2 5 4 6 9 4 8 6 ． J I AC h e n g ，W A N GR u i ．M e l t i n gi c ef l o o da n di c em e t h o d O i lt h el o w e rr e a c h e so ft h eY e l l o wR i v e r [ J ] ．S c i e n c ea n d T e c h n o l o g yI n f o r m a t i o n ，2 0 1 3 2 5 4 6 9 - 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