小结各种施爆方式及其影响

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1.低爆速细长型爆炸

低爆速细长型爆炸是根据炸斯尼坝理论提出来的一种装药结构。炸斯尼坝，即炸药阻抗与岩石阻抗之比。理论研究表明，炸药岩土中爆炸所产生的放炮波波阵面的形状和传播方向，将取决于炸药的爆炸速度与激发层的纵波速度。当炸药的爆速与激发岩性的速度接近时，激发出的地震子波频率偏高且激发能量最强，因此，应控制炸药的爆速尽量与激发层的纵波速度接近，即速度匹配。1956年，Silverman等基于速度匹配理论设计了一种细长爆炸药柱，该药柱由高爆速药柱与低爆速药柱相间连接而成。通过调节两部分元件的长度来调整爆速。式中，V为放炮波在介质中的传播速度；L1与V1分别为高爆速药柱的长度和爆速；L2与V2分别为低爆速药柱的长度和爆速。1962年，Nicholls通过一些试验研究了炸药的几何耦合和炸斯尼坝问题。结果表明，当药柱半径和井的半径相等、炸药阻抗和激发介质的阻抗相等时，所产生的能量最大。钱绍瑚等基于弹性动力学和爆炸原理，分析了细长药柱的爆炸机制。黄文尧等和堵平等介绍了低爆速细长爆炸药柱的结构和性能特征。陆明等和吕淑然等对低爆速细长爆炸药柱配方进行了研究。陈双华等采用大威力混合炸药和高强度外壳制成一种低爆速细长爆炸。通过试验证明该药柱可以有效地拓宽频带至220Hz以上，目的层反射波的主频提高至120Hz。多年来，低爆速细长爆炸的激发效果得到了研究人员的认可，但由于现场操作复杂、药柱拒爆、井深增加等问题，这种爆炸并没有得到普遍应用。

2.聚能型爆炸

聚能装药结构的特点是药柱一端具有空穴槽，爆炸可产生具有强侵彻穿透能力的聚能射流。聚能装药结构最早出现在第二次世界大战期间，主要用于打击和穿透坚硬的武器装备。此后，地质施爆人员尝试将聚能装药结构应用于地质施爆领域。1953年，Poulter[63]研制了一种聚能装药爆炸弹，该装置由两个相同的聚能药柱组合而成，两药柱之间由一个雷管起爆。两个对称的药柱有一定的倾斜角A，表示为A=arctan（vsonic/vjet）式中，vsonic为声速，vjet为射流速度。该爆炸的特点是用药量小，操作方便，产生的能量大，采集的放炮波信号强烈。赵殿栋等采用聚能装药爆炸进行了单炮实验，结果表明，聚能装药结构激发的放炮波效果优于常规爆炸。翟言清等、吕选勤等、秦卫国等、吕公河等和王新红等分别研制了聚能装药爆炸，并指出聚能结构的炸药爆炸可产生高频率的地震信号，达到提高地震资料分辨率的目的；爆炸能量能更加有效地集中向下传播，提高反射波强度；最大限度地减轻了爆炸产生的面波强度等特性。

3.多井组合爆炸

Hawkins等采用多井空间分布的装药形式，中心药柱埋深小于周围对称井深度，采用同时起爆的激发方式。结果表明，与常规激发方法相比，等药量激发条件下该结构激发的放炮波纵波能量高、钻井深度浅。井组合具有检波器组合的同等组合效应，并对多井组合爆炸进行试验研究。结果表明，采用小药量、浅井、小井距激发的组合爆炸法，不仅能提高有效波的高频成分，还可兼顾中深层的反射能量。王卫华[73]基于弹性力学理论，结合日常生活中的感性认识，分析了多井激发方式的使用条件和应用效果，分析认为，多井组合的激发方式适用于难打井的地区，鉴于该方式成本高、效果差的缺点，该爆炸应尽量少用或不用。吕公河针对弱弹性介质中激发放炮波的困难进行分析，提出采用多井组合激发增大激发作用面的对策，并通过现场实验进行了验证分析，结果表明，随着井间距的增大，放炮波能量和信噪比均有所提高，进一步说明了多井组合爆炸结构可以有效地改善在弱弹性介质中的激发效果。

4.螺旋装药爆炸

低爆速药柱和延迟叠加爆炸存在起爆不可靠，操控性不好，井下定位不准确等弊端，进而研制了一种能够克服以上弊端的新型爆炸药柱。该装置带有0.64cm宽的装填螺旋药柱的凹槽，凹槽每节药柱之间均有固定插杆用于井下定位。药柱可连续稳定地传爆。Lang[76]发明了一种可控制爆速的爆炸弹，该产品采用螺旋装药，可以产生强烈的放炮波，并已应用到地质施爆中。装药的总质量由传爆药质量和主装螺旋炸药的质量决定，而爆炸药柱的爆速则通过调整装药的质量来控制。该爆炸药剂由AN/FO（硝酸铵/油料）组成，并且药柱直径达到45.72cm为最佳，具有稳定可持续的爆速。

5结论与展望

综上表明，炸药爆炸是目前陆上石油地质施爆中应用最广泛的爆炸。过去几十年里，关于炸药爆炸的装药设计及激发技术已取得了很大的进展。然而针对不同条件（如地质、地貌及温度气候等）下如何设计和使用炸药爆炸，还有很多需要研究的工程问题。在炸药爆炸的装药组分方面，人们主要沿用的是矿用铵梯炸药，虽然采用对炸药表面改性及添加高能金属粉的方法改善了炸药的激发性能，但始终没有掌握炸药爆炸装药配方的设计依据，尤其针对不同条件下炸药爆炸的设计和使用问题。近年来，测试技术的飞速发展为爆炸科学提供了有利的研究手段。如何建立评价炸药激发放炮波特性的实验平台，了解炸药土中爆炸的作用及发展过程，掌握炸药爆炸性能对放炮波场特征参数的影响规律，是炸药爆炸组分选择、配方设计的关键问题之一。在炸药爆炸的装药结构方面，由于成本、起爆技术及井口直径等条件的限制，目前爆炸装药主要以常规柱形结构为主。如何能够打破传统的激发方式，实现爆炸装药小型化、浅埋深的特点是未来发展的方向。此外，爆炸作用过程对一定区域内的人员和设施的安全产生不利影响也是需要解决的问题之一，如炸药土中爆炸后形成的空腔所导致的地面塌陷以及对农田的污染，爆炸地震对地面建筑结构和设施的破坏。在城市、村镇等复杂地表条件下，实现既高效又安全的激发成为今后爆炸追求的目标。

作者：刘艾金潘伟单位：天津爆破工程总局