聚能破冰風險及防護的研究

摘 要：聚能破冰是具有一定危險的，所產生的地震效應、空氣沖擊波、飛冰等會帶來一定危險，如果沒有采取一定的安全防護，就會可能發生事故，造成人員傷亡或周圍的電力、通信、建筑物等設施的破壞，引起嚴重的損失。

關鍵詞：聚能破冰;風險防護

新型聚能破冰技術，實現主動便捷、安全迅速、高效防凌的一系列減災手段。首先，根據史料觀測記錄，綜合水文、水力、氣候、河道等方面因素，利用現代技術對冰災預報預測，為主動防凌打下基礎。其次，對有致災可能的冰凌和可能堵塞的冰蓋提前破除;若是冰災形成，利用研制的安全、高效、便攜、威力大的聚能隨進現代爆破技術和水下直列與冰面陣列裝藥技術，快捷高效地予以破除，保障流凌暢通。[1]

聚能隨進破冰技術采用兩級爆破，一級冰體爆破鉆孔，二級冰體或水中爆破，運用兩級爆破，盡可能地發揮爆炸所產生的能量，從而更好地實現冰體爆破。采用聚能破冰雖然可以達到爆破最優化和成本節約化，但在聚能破冰時，會伴隨著地震效應、空氣沖擊波、飛冰等危害，如果沒有采取一定的安全防護，就會可能發生事故，造成人員傷亡或周圍的電力、通信、建筑物等設施的破壞，引起嚴重的損失。從目前的發展趨勢來看，隨著防凌減災方案的不斷深入研究，對其爆破產生的風險及防護的研究有其重要意義。

1 聚能破冰地震效應的影響控制

聚能破冰的地震效應是指炸藥在冰體爆破時，其中一部分的能量波在冰體中傳播而引起炸點附近的冰層產生的。雖然這種使冰層振動的能量波只占爆破產生總能量的很少一部分，但卻能使炸點附近的建筑物造成一定程度上的損壞。因此，控制和減少聚能破冰時產生的地震效應，是聚能破冰安全防護的重要任務。

聚能破冰產生的地震和天然的地震有一定的相似，兩者對周圍人員及建筑等產生的危害機理有很大的相同之處。先是能量的急速釋放，隨后以能量波的形式傳播，從而發生地震效應。所以，由于數年來對地震效應方法和經驗上的研究與積累，對聚能破冰產生的地震效應是有著借鑒意義的。

聚能破冰地震效應總結起來有如下特點：（1）炸點的相對位置：距炸點近處的建筑物比距炸點遠處的建筑物更容易損壞，建筑物炸點以上的位置比炸點以下的位置更容易損壞，以橋墩為例，在炸點以上的部分震動的強度，隨著高度的增加而增大。（2）所破壞的建筑物類型：高、細建筑物（如水塔等）要比低、矮建筑物更容易破壞，跨度大的建筑物和承重建筑物更容易被地震波損壞。（3）冰體的形成環境：冰體的形成環境不同，物理力學性能也就不同，聚能破冰時，能量波所傳遞的比例也有所不同。（4）二級爆破裝藥量：二級爆破裝藥量越大，地震效應影響的越遠，相同距離的建筑物受到的損傷也就越大;反之，則越小。

在目前，現有研究對爆炸產生的地震效應強度的衡量基本采用質點的振速作為依據，其依據如下：（1）質點的振速不受其厚度及覆蓋類型的影響。（2）對于測量振速值，已有很多測量儀器，相對更容易取得。（3）可以使爆破地震和天然地震統一結合起來。（4）對于建筑物的質點振速與相應損傷程度更容易找到關系。

對于爆破振速的計算，現有研究均采用根據大量實驗與爆破推導出的經驗公式。我國常用公式如下：

由表可看，系數α和K的變化范圍很大，較難選取。我國一般選用實測資料，用最小二乘法進行求得。此類質點振速公式的原理是，振速與裝藥量成正比，與炸點距離成反比，再對其他因素進行分析。

2 聚能破冰的產生空氣沖擊波影響控制

由于聚能破冰所產生的沖擊波有高壓力和大速度的特點，不僅可以造成人員傷亡，還會影響冰層下的生物。因此，研究與控制其沖擊波與噪聲的影響，并采取安全措施有很大的必要性。[2]

對于露天深孔爆破沖擊波超壓的計算如下：

3 聚能破冰產生飛冰的影響控制

聚能破冰產生的飛冰是指炸冰時個別脫離而飛散較遠的碎塊。飛冰由于飛出的方向沒有預測性，飛出的距離很難計算，但是會給附近的人員設備等造成很大威脅，特別是在聚能破冰二次爆破炸冰所形成的飛冰更多。所以，在聚能破冰時，對爆破所產生的飛冰所帶來的危害，應嚴加防范和施以控制。

對于聚能爆破所產生的飛冰由于受到各方面因素的影響，并且形成過程又是十分復雜，要想從理論上準確計算出其方向和軌跡，尚有難度，以下為計算參考公式。

4 結論

（1）對于在聚能破冰時產生爆炸地震效應，可采取如下措施：①炸藥爆速與其密度的乘積，對質點振速有著很大的影響。所以，選用密度低、爆速小的炸藥，或者減少裝藥的直徑，可以明顯降振。②限制單次爆破最大一段炸藥的使用量，可降低爆破振速，從而減小地震效應。保護建筑物的臨界振速v確定后，即可求出最大一段的裝藥量。③與待保護建筑物要保證其在安全距離以外爆破，以免對建筑物造成損傷。

（2）對于在聚能破冰時產生的空氣沖擊波危害，可采取如下措施：①人員應該到爆破沖擊波安全距離以外的地方進行爆破，對實施爆破的工作人員一定做好相應的防范措施。②從爆炸技術上，應適當減小一次起爆裝藥，雖然一次起爆裝藥決定著整個炸冰的效果，但是要安全與效果兼顧，通過試驗與研究，得到最佳的、合理的一起起爆裝藥量。

（3）對于在聚能破冰時產生的飛冰危害，可采取如下措施：①從爆炸技術上，應該掌握爆破介質的基本情況，冰體爆破最優化的前提下，應盡量采取低裝藥的爆破儀器，在安全范圍計算中，要考慮飛冰的飛散距離。②對于飛冰的控制不可能完全杜絕，但是從人員自身加強防護，確是可以完全避免飛冰造成的損害，人員一定要在安全距離以外進行聚能爆破，并做好相應防護，例如，頭部戴安全帽，穿特制的工作服等。

（4）通過對聚能破冰所產生的地震效應、空氣沖擊波、飛冰等風險及防護的研究，可為以后聚能破冰等爆破技術的防護打下基礎，將各種危險因素找出，將爆破技術帶來的損失減少到最低。

參考文獻：

[1]孟聞遠，張蕊，王俊鋒.黃河防凌減災方案新探索[J].華北水利水電學院學報，2012（02）.

[2]戴長冰，水麗，宋守志.水下爆破沖擊波的特點分析與計算[J].水文地質工程地質，2002.

[3]孫艷馥，王欣.爆炸沖擊波對人體損傷與防護分析[J].火炸藥學報，2008.

作者簡介：李佳慶（1989— ），男，漢族，吉林公主嶺人，碩士，工程師，主要從事水利工程設計。