小結各種施爆方式及其影響

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1.低爆速細長型爆炸

低爆速細長型爆炸是根據炸斯尼壩理論提出來的一種裝藥結構。炸斯尼壩，即炸藥阻抗與巖石阻抗之比。理論研究表明，炸藥巖土中爆炸所產生的放炮波波陣面的形狀和傳播方向，將取決于炸藥的爆炸速度與激發層的縱波速度。當炸藥的爆速與激發巖性的速度接近時，激發出的地震子波頻率偏高且激發能量最強，因此，應控制炸藥的爆速盡量與激發層的縱波速度接近，即速度匹配。1956年，Silverman等基于速度匹配理論設計了一種細長爆炸藥柱，該藥柱由高爆速藥柱與低爆速藥柱相間連接而成。通過調節兩部分元件的長度來調整爆速。式中，V為放炮波在介質中的傳播速度；L1與V1分別為高爆速藥柱的長度和爆速；L2與V2分別為低爆速藥柱的長度和爆速。1962年，Nicholls通過一些試驗研究了炸藥的幾何耦合和炸斯尼壩問題。結果表明，當藥柱半徑和井的半徑相等、炸藥阻抗和激發介質的阻抗相等時，所產生的能量最大。錢紹瑚等基于彈性動力學和爆炸原理，分析了細長藥柱的爆炸機制。黃文堯等和堵平等介紹了低爆速細長爆炸藥柱的結構和性能特征。陸明等和呂淑然等對低爆速細長爆炸藥柱配方進行了研究。陳雙華等采用大威力混合炸藥和高強度外殼制成一種低爆速細長爆炸。通過試驗證明該藥柱可以有效地拓寬頻帶至220Hz以上，目的層反射波的主頻提高至120Hz。多年來，低爆速細長爆炸的激發效果得到了研究人員的認可，但由于現場操作復雜、藥柱拒爆、井深增加等問題，這種爆炸并沒有得到普遍應用。

2.聚能型爆炸

聚能裝藥結構的特點是藥柱一端具有空穴槽，爆炸可產生具有強侵徹穿透能力的聚能射流。聚能裝藥結構最早出現在第二次世界大戰期間，主要用于打擊和穿透堅硬的武器裝備。此后，地質施爆人員嘗試將聚能裝藥結構應用于地質施爆領域。1953年，Poulter[63]研制了一種聚能裝藥爆炸彈，該裝置由兩個相同的聚能藥柱組合而成，兩藥柱之間由一個雷管起爆。兩個對稱的藥柱有一定的傾斜角A，表示為A=arctan（vsonic/vjet）式中，vsonic為聲速，vjet為射流速度。該爆炸的特點是用藥量小，操作方便，產生的能量大，采集的放炮波信號強烈。趙殿棟等采用聚能裝藥爆炸進行了單炮實驗，結果表明，聚能裝藥結構激發的放炮波效果優于常規爆炸。翟言清等、呂選勤等、秦衛國等、呂公河等和王新紅等分別研制了聚能裝藥爆炸，并指出聚能結構的炸藥爆炸可產生高頻率的地震信號，達到提高地震資料分辨率的目的；爆炸能量能更加有效地集中向下傳播，提高反射波強度；最大限度地減輕了爆炸產生的面波強度等特性。

3.多井組合爆炸

Hawkins等采用多井空間分布的裝藥形式，中心藥柱埋深小于周圍對稱井深度，采用同時起爆的激發方式。結果表明，與常規激發方法相比，等藥量激發條件下該結構激發的放炮波縱波能量高、鉆井深度淺。井組合具有檢波器組合的同等組合效應，并對多井組合爆炸進行試驗研究。結果表明，采用小藥量、淺井、小井距激發的組合爆炸法，不僅能提高有效波的高頻成分，還可兼顧中深層的反射能量。王衛華[73]基于彈性力學理論，結合日常生活中的感性認識，分析了多井激發方式的使用條件和應用效果，分析認為，多井組合的激發方式適用于難打井的地區，鑒于該方式成本高、效果差的缺點，該爆炸應盡量少用或不用。呂公河針對弱彈性介質中激發放炮波的困難進行分析，提出采用多井組合激發增大激發作用面的對策，并通過現場實驗進行了驗證分析，結果表明，隨著井間距的增大，放炮波能量和信噪比均有所提高，進一步說明了多井組合爆炸結構可以有效地改善在弱彈性介質中的激發效果。

4.螺旋裝藥爆炸

低爆速藥柱和延遲疊加爆炸存在起爆不可靠，操控性不好，井下定位不準確等弊端，進而研制了一種能夠克服以上弊端的新型爆炸藥柱。該裝置帶有0.64cm寬的裝填螺旋藥柱的凹槽，凹槽每節藥柱之間均有固定插桿用于井下定位。藥柱可連續穩定地傳爆。Lang[76]發明了一種可控制爆速的爆炸彈，該產品采用螺旋裝藥，可以產生強烈的放炮波，并已應用到地質施爆中。裝藥的總質量由傳爆藥質量和主裝螺旋炸藥的質量決定，而爆炸藥柱的爆速則通過調整裝藥的質量來控制。該爆炸藥劑由AN/FO（硝酸銨/油料）組成，并且藥柱直徑達到45.72cm為最佳，具有穩定可持續的爆速。

5結論與展望

綜上表明，炸藥爆炸是目前陸上石油地質施爆中應用最廣泛的爆炸。過去幾十年里，關于炸藥爆炸的裝藥設計及激發技術已取得了很大的進展。然而針對不同條件（如地質、地貌及溫度氣候等）下如何設計和使用炸藥爆炸，還有很多需要研究的工程問題。在炸藥爆炸的裝藥組分方面，人們主要沿用的是礦用銨梯炸藥，雖然采用對炸藥表面改性及添加高能金屬粉的方法改善了炸藥的激發性能，但始終沒有掌握炸藥爆炸裝藥配方的設計依據，尤其針對不同條件下炸藥爆炸的設計和使用問題。近年來，測試技術的飛速發展為爆炸科學提供了有利的研究手段。如何建立評價炸藥激發放炮波特性的實驗平臺，了解炸藥土中爆炸的作用及發展過程，掌握炸藥爆炸性能對放炮波場特征參數的影響規律，是炸藥爆炸組分選擇、配方設計的關鍵問題之一。在炸藥爆炸的裝藥結構方面，由于成本、起爆技術及井口直徑等條件的限制，目前爆炸裝藥主要以常規柱形結構為主。如何能夠打破傳統的激發方式，實現爆炸裝藥小型化、淺埋深的特點是未來發展的方向。此外，爆炸作用過程對一定區域內的人員和設施的安全產生不利影響也是需要解決的問題之一，如炸藥土中爆炸后形成的空腔所導致的地面塌陷以及對農田的污染，爆炸地震對地面建筑結構和設施的破壞。在城市、村鎮等復雜地表條件下，實現既高效又安全的激發成為今后爆炸追求的目標。

作者：劉艾金潘偉單位：天津爆破工程總局