爆源置于水域制约区域内与水体介质相互作用的爆破统称为水下爆破。按照爆源位置与水域条件的差异,水下爆破分为深水爆破、浅水爆破、近水面爆破、水底裸露爆破、水底钻探爆破、水下硐室爆破和挡水体爆破。
炸药在水中爆炸的特点
炸药在水中爆炸时,爆炸生成气体产物的温度可以达到3000℃,爆炸初始压力约为14GPa。对药包周边耦合的水界面激起具有突跃性、强间断的冲击波和水的扩散运动,并在数倍药径区域内以数倍水的声速(1500m/s)的球面冲击波的形式向外传播。
随后,爆生高压气体以气泡形式继而膨胀作功,使水快速扩散,并做惯性运动。导致气泡的压力聚变而出现稀疏波跟随向外传播,造成水中爆炸作用场各点的冲击波超压迅速下降,呈指数衰减。当气泡压力降低至静水压力以下时,爆源周围水体开始做反向运动,并压缩气泡达到静水压力平衡点,达到平衡点以后由于水的惯性运动,导致气泡过度压缩,然后气泡再次膨胀对水体做功。如此往复,在水中形成多次脉动压力,其大部分能量转化为水体扩散滞后流。
爆炸产生的冲击波作用情况如下图所示:
深水爆破作用
深水爆破作用大约有一半的炸药化学能转化为水中冲击波,另有1/3或更大部分能量以热能的形式消耗于水体中。而气泡脉动压力所占的能量较小,约为水中冲击波能量的1/3或者更少。所以,水中冲击波是水中爆炸的主要影响因素。
深水爆破作用的主要因素为水中冲击波、脉动压力及水的扩散滞后流动。判别何种因素起主导破坏作用,不能单看各种因素的幅值和能量大小,同时需要考虑受载物体的特性形状、尺寸大小、结构动力特性和运动状态。
浅水爆破作用
浅水爆破作用特征与药包的比例埋置深度有关。除产生水中冲击波和脉动压力外,还有以下水面现象:
(1)、浅水爆破产生的水中冲击波在自由水面上反射造成快速飞溅的冢状水柱;
(2)、气泡浮升至水面突入大气时产生水喷现象;
(3)、近水底爆炸冲击形成水底爆坑;
(4)、由于爆炸对水面的作用和水柱回落而产生的一连串波浪向四面传播,与水面障碍物撞击后产生波浪压力和涌浪爬高现象;
(5)、近水面爆炸使水柱横向抛散,水面出现明显的弹坑,爆心上空形成抛散水柱。
水下爆破的安全与防护
殉爆和拒爆的预防:
避免殉爆应注意以下几点:
(1)、用敏感度较低的炸药或用硬外壳包装药卷;
(2)、合理设计药包间排距,并在施工中避免出现过大误差;
(3)、水下炮孔作适当堵塞。
预防拒爆注意以下几点:
(1)、用抗水炸药、雷管,或做可靠的防水包装,对深水爆破工程,应使用专门爆破器材;
(2)、防止起爆网路被波浪打断或被施工器材损伤;
(3)、电爆网路应尽量避免水中有接头,要检验网路的对地绝缘,同一炮孔中的两发雷管应分别分布在不同的网路中。
水下爆破个别飞散物问题
当水深小于1.5米时按照地面爆破计算飞散物安全距离;水深大于6米时,不考虑爆破个别飞散物对地面或水面以上人员的影响;水深在1.5-6米之间可参考地面爆破设计进行适当修正,由设计确定飞散物安全距离。