聚能破冰风险及防护的研究

摘 要：聚能破冰是具有一定危险的，所产生的地震效应、空气冲击波、飞冰等会带来一定危险，如果没有采取一定的安全防护，就会可能发生事故，造成人员伤亡或周围的电力、通信、建筑物等设施的破坏，引起严重的损失。

关键词：聚能破冰;风险防护

新型聚能破冰技术，实现主动便捷、安全迅速、高效防凌的一系列减灾手段。首先，根据史料观测记录，综合水文、水力、气候、河道等方面因素，利用现代技术对冰灾预报预测，为主动防凌打下基础。其次，对有致灾可能的冰凌和可能堵塞的冰盖提前破除;若是冰灾形成，利用研制的安全、高效、便携、威力大的聚能随进现代爆破技术和水下直列与冰面阵列装药技术，快捷高效地予以破除，保障流凌畅通。[1]

聚能随进破冰技术采用两级爆破，一级冰体爆破钻孔，二级冰体或水中爆破，运用两级爆破，尽可能地发挥爆炸所产生的能量，从而更好地实现冰体爆破。采用聚能破冰虽然可以达到爆破最优化和成本节约化，但在聚能破冰时，会伴随着地震效应、空气冲击波、飞冰等危害，如果没有采取一定的安全防护，就会可能发生事故，造成人员伤亡或周围的电力、通信、建筑物等设施的破坏，引起严重的损失。从目前的发展趋势来看，随着防凌减灾方案的不断深入研究，对其爆破产生的风险及防护的研究有其重要意义。

1 聚能破冰地震效应的影响控制

聚能破冰的地震效应是指炸药在冰体爆破时，其中一部分的能量波在冰体中传播而引起炸点附近的冰层产生的。虽然这种使冰层振动的能量波只占爆破产生总能量的很少一部分，但却能使炸点附近的建筑物造成一定程度上的损坏。因此，控制和减少聚能破冰时产生的地震效应，是聚能破冰安全防护的重要任务。

聚能破冰产生的地震和天然的地震有一定的相似，两者对周围人员及建筑等产生的危害机理有很大的相同之处。先是能量的急速释放，随后以能量波的形式传播，从而发生地震效应。所以，由于数年来对地震效应方法和经验上的研究与积累，对聚能破冰产生的地震效应是有着借鉴意义的。

聚能破冰地震效应总结起来有如下特点：（1）炸点的相对位置：距炸点近处的建筑物比距炸点远处的建筑物更容易损坏，建筑物炸点以上的位置比炸点以下的位置更容易损坏，以桥墩为例，在炸点以上的部分震动的强度，随着高度的增加而增大。（2）所破坏的建筑物类型：高、细建筑物（如水塔等）要比低、矮建筑物更容易破坏，跨度大的建筑物和承重建筑物更容易被地震波损坏。（3）冰体的形成环境：冰体的形成环境不同，物理力学性能也就不同，聚能破冰时，能量波所传递的比例也有所不同。（4）二级爆破装药量：二级爆破装药量越大，地震效应影响的越远，相同距离的建筑物受到的损伤也就越大;反之，则越小。

在目前，现有研究对爆炸产生的地震效应强度的衡量基本采用质点的振速作为依据，其依据如下：（1）质点的振速不受其厚度及覆盖类型的影响。（2）对于测量振速值，已有很多测量仪器，相对更容易取得。（3）可以使爆破地震和天然地震统一结合起来。（4）对于建筑物的质点振速与相应损伤程度更容易找到关系。

对于爆破振速的计算，现有研究均采用根据大量实验与爆破推导出的经验公式。我国常用公式如下：

由表可看，系数α和K的变化范围很大，较难选取。我国一般选用实测资料，用最小二乘法进行求得。此类质点振速公式的原理是，振速与装药量成正比，与炸点距离成反比，再对其他因素进行分析。

2 聚能破冰的产生空气冲击波影响控制

由于聚能破冰所产生的冲击波有高压力和大速度的特点，不仅可以造成人员伤亡，还会影响冰层下的生物。因此，研究与控制其冲击波与噪声的影响，并采取安全措施有很大的必要性。[2]

对于露天深孔爆破冲击波超压的计算如下：

3 聚能破冰产生飞冰的影响控制

聚能破冰产生的飞冰是指炸冰时个别脱离而飞散较远的碎块。飞冰由于飞出的方向没有预测性，飞出的距离很难计算，但是会给附近的人员设备等造成很大威胁，特别是在聚能破冰二次爆破炸冰所形成的飞冰更多。所以，在聚能破冰时，对爆破所产生的飞冰所带来的危害，应严加防范和施以控制。

对于聚能爆破所产生的飞冰由于受到各方面因素的影响，并且形成过程又是十分复杂，要想从理论上准确计算出其方向和轨迹，尚有难度，以下为计算参考公式。

4 结论

（1）对于在聚能破冰时产生爆炸地震效应，可采取如下措施：①炸药爆速与其密度的乘积，对质点振速有着很大的影响。所以，选用密度低、爆速小的炸药，或者减少装药的直径，可以明显降振。②限制单次爆破最大一段炸药的使用量，可降低爆破振速，从而减小地震效应。保护建筑物的临界振速v确定后，即可求出最大一段的装药量。③与待保护建筑物要保证其在安全距离以外爆破，以免对建筑物造成损伤。

（2）对于在聚能破冰时产生的空气冲击波危害，可采取如下措施：①人员应该到爆破冲击波安全距离以外的地方进行爆破，对实施爆破的工作人員一定做好相应的防范措施。②从爆炸技术上，应适当减小一次起爆装药，虽然一次起爆装药决定着整个炸冰的效果，但是要安全与效果兼顾，通过试验与研究，得到最佳的、合理的一起起爆装药量。

（3）对于在聚能破冰时产生的飞冰危害，可采取如下措施：①从爆炸技术上，应该掌握爆破介质的基本情况，冰体爆破最优化的前提下，应尽量采取低装药的爆破仪器，在安全范围计算中，要考虑飞冰的飞散距离。②对于飞冰的控制不可能完全杜绝，但是从人员自身加强防护，确是可以完全避免飞冰造成的损害，人员一定要在安全距离以外进行聚能爆破，并做好相应防护，例如，头部戴安全帽，穿特制的工作服等。

（4）通过对聚能破冰所产生的地震效应、空气冲击波、飞冰等风险及防护的研究，可为以后聚能破冰等爆破技术的防护打下基础，将各种危险因素找出，将爆破技术带来的损失减少到最低。

参考文献：

[1]孟闻远，张蕊，王俊锋.黄河防凌减灾方案新探索[J].华北水利水电学院学报，2012（02）.

[2]戴长冰，水丽，宋守志.水下爆破冲击波的特点分析与计算[J].水文地质工程地质，2002.

[3]孙艳馥，王欣.爆炸冲击波对人体损伤与防护分析[J].火炸药学报，2008.

作者简介：李佳庆（1989— ），男，汉族，吉林公主岭人，硕士，工程师，主要从事水利工程设计。