小结炸药配方及施爆方法
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为提高爆炸放炮波能量，很多研究人员采用增大药量和增加激发井深的办法实现，但由于费用高、效率低的原因，应用受到一定限制。此后，人们把研究的重点集中在炸药爆炸的本质特征，试图通过改变炸药的组分和配比来调节炸药的爆炸性能，达到提高爆炸放炮波能量的目的。Lex等[10]研制了一种石油勘探用爆炸药剂，配方组分包括：硝酸铵、乌洛托品、涂料级铝粉、硝酸钾、沥青。Tite等[11]采用高能铝粉（AL）和富氧物高氯酸铵（AP）作为主体能源，二甘醇（EG）作为载体，配置了一种高能炸药（HEMCE），配方组分及质量比为：AL/AP/EG=20/56/24。单炮实验结果表明，与常规爆炸相比，HEMCE激发的放炮波能量（均方根振幅值）提高了约35％。Bremner等[12]基于对爆炸过程和热力学模拟，研究了岩土中爆炸放炮波能量的转化问题，据此合理设计炸药爆炸参数（如爆速、能量密度、爆容等），研制了一种含有金属粉的地震专用炸药（dBX），单炮记录显示dBX激发的放炮波能量在目的层提高了12dB。Annikov等配置了一种低爆速、低爆压、高做功能量的含水炸药，这种炸药主要以硝酸铵、水、铝粉、尿素为主体成分，采用柔性聚合物管装药，具有小型化、浅埋深、稳定性好的特点。中国地质施爆始于20世纪50年代，长期以来普遍使用硝铵炸药作为爆炸。随着地质施爆技术的发展和高精度勘探要求的不断提高，炸药爆炸的激发技术逐渐得到重视。陆明等采用膨化硝铵代替硝酸铵，先后研制了高、中、低3种爆速的爆炸药柱，使内填药中的TNT含量降低50％。罗洪成等[18]探讨了石油勘探炸药设计的关键技术，研究认为炸药中应加入一定量的负氧化物提高炸药的爆温，加入适当铝粉提高炸药的爆热。2004年，陆明等通过建立配方设计数学模型，制备了一种威力高于常规硝铵炸药15％的爆炸药柱，配方为：膨化硝铵67.3％、木粉1％、柴油0.3％、石蜡0.7％、TNT25％、铝粉5.7％。近20年，中国炸药爆炸的发展较为迅速，此间产生了一系列关于爆炸装药及配方的专利。这些专利基本涵盖了中国现用的4种主要的爆炸装药成分，即铵梯爆炸药柱，膨化硝铵爆炸药柱、胶质炸药爆炸药柱和乳化炸药爆炸药柱。此外，有学者利用废弃发射药、炸药作为爆炸药柱，使废弃发射药有了合理有效的利用价值。总体来看，爆炸装药配方的研究主要以提高爆炸放炮波能量为主要目的，研究手段基本采用炸药中添加高能金属来实现。2炸药爆炸的装药结构炸药的装药结构即炸药的装填形式及药柱的空间分布状态，决定了炸药爆炸能量的输出形式和传播方向。装药结构不同的炸药在岩土中爆炸时，爆炸波与周围岩土介质会形成不同的作用方式，并产生相应的地震效应。多年来，国内外研究人员基于各自的研究理论，结合长期的实践经验和试验结果，设计了多种适用于地质施爆的爆炸装药结构，其中主要包括多级延迟叠加爆炸、低爆速细长型爆炸、聚能爆炸、多井组合爆炸和螺旋装药爆炸。
2多级延迟叠加
多级延迟叠加爆炸是针对深层勘探提出的一种炸药激发方式。在地质施爆中，放炮波的主频和振幅（能量）之间存在的矛盾仍然是激发技术面临的瓶颈。研究表明[35~37]，小药量激发地震子波的主频高、能量弱，而大药量激发地震子波的能量高，但高频能量相对较弱。为达到高分辨率、深层勘探的要求，实现高能量、高主频的激发特性，多级延迟叠加爆炸应运而生。这种爆炸结构的设计是建立在波动理论和爆炸理论基础上，按照多级药柱纵向间隔分布的装药形式，采用由上至下延迟起爆的激发方式，使各爆炸单元所产生的放炮波的波前在垂直向下的方向得到同相叠加，同时实现对放炮波主频和下传能量的提高，并减小对地表的振动和破坏。1936年，Voorhees等最早指出单发集中药包一次起爆产生放炮波振幅衰减速度快，不具备波动持续性，并认为这种激发方式得到的大部分是冲击波，不利于放炮波能量的转化。为改善激发效果，他们首次提出了多个药柱垂向间隔分布的装药结构，打破了以往使用的集中装药结构，虽然采用的是同时起爆方式，但多级延迟叠加爆炸的装药形式已初见雏形。此后，在Voorhees提出的装药结构基础上，出现许多关于延时起爆的研究工作。Lang采用长度可调式元件作为两节药柱的连接件，通过改变中间元件长度的方法改变爆炸需要的时间。Martner等提出了药间距的设计方法。Tite等[41]在每节药柱之间装有一个障碍物，通过调节障碍物来控制延迟时间，可控制范围在0.1～100ms。Eisler[42]说明了延迟时间的控制方法。Morris[43]利用电脉冲起爆技术对炸药延迟时间进行控制。Arnold等利用延迟叠加爆炸获得了较高的地震子波主频和能量。中国早期涉足延迟叠加爆炸的研究工作始于20世纪80年代，刘业厚等分析了延迟叠加爆炸的激发原理和关键技术。之后，国内很多学者（胡立新等[46]、谭绍泉[47]、徐淑合等[7]、于世焕等、张文等、宋玉龙等应用弹性波动力学理论分析了延迟叠加技术原理，并与常规爆炸进行对比试验，研究认为，叠加爆炸的影响因素主要是炸药性质、药量、级数及级间距。李文彬等[51~53]分别采用实验和数值模拟的方法研究了延迟叠加爆炸对激发放炮波能量的影响，认为药柱间隔距离应大于单级药柱的破坏半径，以保证放炮波叠加的可靠性。前人的研究结果表明，多级延迟叠加爆炸的关键技术是对延迟时间的控制。目前，雷管是炸药爆炸普遍采用的起爆件，是控制爆炸激发时间的主要部件，由于雷管存在较大的起爆误差（几十个毫秒量级），延迟时间始终未能达到延迟叠加爆炸的技术要求，进而限制了延迟叠加爆炸的使用。
作者：陈健单位：中国船舶信息中心
