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大洋在线

2017-01-18 16:41:34.0 责任编辑:崔玮na

杨学海1  wu瑞波1  梁向前2  郝明盛2  殷huai堂3

wu建明4  张明方5  牛维博6  王泽民6

(1.中国人民解放军66267部队,河bei石紋i050081;2.中国水li科学研究yuan,眀en100089;

3.眀en┚こ蘠et98设计研究yuan,眀en100089;4.军械工程学yuan,河bei石紋i050003;

5.包头zheng大工程bet98有限公司,内meng古包头,014000;

6.河眀en眯偶踉肿氨秆芯克觔ei石紋i050081)

摘要:根ju“十二wu”国家科技支cheng计划“应急装备关键技术研究与装备研制”科研项ri的“防凌破冰关键技术研緆ao白氨秆兄啤眐e题要求,通过bet98破冰的大量试验,zhang握了bet98破冰的关键技术参shu(药量、破冰体积、药包入水深度、药包间judeng)之间的关蟙an⑾至薭et98破冰的“li文si顿bet98漏斗”xiao应,得到了bet98破冰水中chong击波和振dong的传播gui律,zhe些研究成果tianbu了wo国bet98破冰基础理论的空皕huSτ脄he些科研成果,chuang新研制了“两弹、两che”破冰装备(两弹是潜水破冰弹和两ji时差安全破冰弹;两che是qing型两栖钻孔台che和冰上新型混装炸药che),zhe些装备已zai黄河破冰bet98中得到了应用,获得了很好的xiao果。

关键ci:bet98;水xia破冰;新技术

 

引言

wo国bei方的大河,如黄河、黑longjiang、松花jiang,容yi发生凌汛。历蔲ei厦磕攴狻⒖邮倍家⑸籺ong程度的冰凌灾害。冰凌会破坏水li设施和水工建筑物,阻断河水造成漫liu,给yan岸人民生命caichandai来巨大sun失。如黄河,新中国成立襶uan蟮60duo年间,发生严zhong灾害造成极大sun失的就有8次。为了解jue冰凌灾害,国家每年都要投入大量人力、物力,各部门cai取了不少方fa和手段,如民兵投药包、fei机reng炸弹、paipaohong冰盖deng,但是成xiao不大。为了从根ben上xiaochu冰凌灾害,2011年,国家把“防凌破冰关键技术研緆ao白氨秆兄啤绷形笆䎱u”科技支cheng计划“应急装备关键技术研究与装备研制”科研项目内的一个ke题,根ju该ke题祅a蝫u要求,wo们于2012年3月1ri至2014年3月10ri黄河开河qi间,先后三次zai内meng古包头市东河区河段进xing了大量bet98破冰试验,得到了bet98破冰许duo新的研究成果和设备技术chuang新。

2bet98破冰基础理论的新成果

2.1冰xia水中破冰bet98xiao果

冰xia水中破冰bet98比冰蓌ia懵禸et98的破冰xiao果大得duo,zai相tong药量条件xia,冰xia水中破冰体积是冰蓌ia懵禸et98破冰体积的10~12倍。

bet98破冰试验cai用2号岩石乳化炸药,按照设计药量萻iぶ苲uo集中药包。冰蓌ia懵禸et98和冰xia水中bet98破冰的试验shuju(jian表1)表明:冰xiabet98形成的冰dong謆en逗捅鵧ong破碎体积比冰上bet98xiao果要好;从安全上看,冰蓌ia懵禸et98chan生的縵hang鴆hong击波和zao声很大,而冰xiabet98就没有zhe些有害xiao应,比较安全。

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2.2水xiabet98破冰时主要参shu间的关系

炸药包zai水中不tong深度bet98破冰蔮ao渲饕蝧hu间的关系与土岩bet98中的li文si顿bet98漏斗xiao应十分相似,zhe是一个崭新的发现。

2012~2014年zai黄河包头段试验地区进xing了大量乳化炸药不tong药羕ao幸┌腷et98破冰试验,穤hi鸬玫搅瞬籺ong入水深度xiabet98破冰的结果,典型的曲xian如图l所示。

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从图1所示可以看到,zai药量一定的qing况xia,bet98破冰体积随着入水深度的增加而增加,zaida到zui佳入水深度蔮ao琤et98破冰的体积da到zui大謉an骲et98破冰体积随着入水深度增加而减蓆onghe与土岩bet98中的li文si顿bet98漏斗xiao应十分相似。

依ju土岩bet98中的li文si顿bet98漏斗经验公式,wo们蚿in糱et98破冰的经验公式,设公式为: 

111153841.jpg 

式中  We——临界深度,是指药包zai此入水深度bet98蔮ao瑉ai冰mian上没有chu蟴hi樗槠瑉hi有冰mian隆起鼓包,m;

  E——冰块的变形能量系shu;

  Q——主要要报的质量,kg。

从药包入水深秗eng肫票寤涔叵登鷛ian可以得到实测的We和Wjshuju,zai应用jihe相似原理,可以得到zui佳深度比△j和破冰变形能量系shuE。

从而得到bet98破冰蔮ao┌胨疃萕与腰包药量Q之间的经验公式为

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式中   W——药包入水深度,m;

       We——zui佳药包入水深度,m;

      E——破冰变形能量系shu,与炸药、冰层的性质状态有关;

      j——zui佳深度比,与炸药、冰层的性质状态有关,使用乳化炸药zai黄河开河qi破冰蔮ao扇 

根ju集中药包不tong入水深秗eng肫票寤氖笛閟huju,可以得到不tong药量qing况xia的zui佳入水深度、临界深度和zui大破冰体积jian表2。分xi总结可以得到:使用乳化炸药,dui黄河开河qi的冰体,破冰变形能量系shu为E=2﹒4;zui佳深度比为△j=0﹒4。

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通过三年duo大量的bet98破冰试验,发现了bet98破冰的gui律符合土岩bet98中的“li文si顿bet98漏斗xiao应ao瑉he是一个崭新的研究成果,tatianbu了wo国bet98破冰基础理论的空皕hu

2.3冰xia爆炸破冰时水中chong击波和bet98振dong的传播gui律

集中药包爆炸能量zai破碎冰竡iang虼罂閘iu凌的tong时chan生强烈的水中chong击波和地震波,ta可能会给周weihuan境chan生有害xiao应,因此必须dui此进xing测试,以quebaobet98破冰时的安全。wo们dui集中药包bet98破冰水中爆炸chong击波和振dong进xing了测试,从大量的shuju中归纳分xi得到了水中chong击波和振dong传播gui律。

2.3.1  单个集中药包冰盖xia爆炸破冰时水中chong击波的gui律

以单发或有yan时的单发集中药包为主,药包布置于水深1.5mchu的bet98监测shuju为基准,并参kao腰包zai1.2m和1.8m的shuju,归纳得到以xia回归关系公式:

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回归统紁in南喙叵祍hu为γ=0.97。

2.3.2群发集中药包冰盖xia爆炸破冰时水中chong击波的gui律

把按一定间juzu合的duo个集中药包,tong时或duo段起爆的集中药包bet98破冰试验时的监测shuju进xing回归,得到水中chong击波经验公式:

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式中,p2为压力,105Pa;Q为乳化炸药药量,kg;R为爆点至测点ju离,m。

回归统紁in南喙叵祍hu为γ=0.99。

2.3.3冰盖覆盖xiabet98破冰振dong传播衰减gui律

破冰bet98的地震xiao应主要来自三个方mian:一是bet98zhi接zuo用形成的地震波;二是水中bet98chong击波水底边界所chan生的chong击地震波;三是bet98能量和水中chong击波chong击压力zuo用于上覆冰盖引起冰盖的振dong。以集中药包试验qi间监测的冰盖和黄河内堤大量shuju为基础,来分xi冰盖覆盖xiabet98地震波yan冰盖和黄河内堤的传播衰减gui律。

应用公式    112161501.jpg 形式,由试验得到的冰盖体振dong传播衰减公式为:

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式中v——质点feng值振dongsu度,cm/s;

Q——乳化炸药一次齐爆药量,kg;

R——测点到爆源的ju离,m;

K,α——与bet98方式、装药结gou、bet98点至测点间的地形、地质条件祌eng泄氐南祍hu或衰减指shu。

建(gou)筑物受到地震波zuo用蔮ao话惚硐治畃ing受jian破籨an虼耍坪幽诘痰恼馾ong特征分xi主要以水ping径向振su值和三向振su矢量和为主,进xing振dong传播衰减gui律分xi。试验得到黄河内堤bet98振dong的衰减公式为:

 111153847.jpg

111153848.jpg 

黄河冰盖xia水中bet98chong击波和冰盖bet98振dong特征及冰盖地震波传播特征研究zai国内外水中bet98chong击波很少jian到,zhe次现场bet98破冰试验获取了大量的科学shuju,分xi得到了冰盖xia水中爆bet98chong击波的传播gui律和冰盖、黄河内堤的振dong传播衰减gui律,zhezai国内外是di一次,zhedui于进一bu研究冰盖破碎机理和bet98dui周weihuan境安全具有极大的参kao价謉an参獁o国bet98破冰理论增添了新的内容。

3bet98破冰技术的chuang新(“两弹、两che、一机”)

根jubet98破冰理论研究的成果,应用获得的bet98破冰关键技术参shu,wo们研制了实施bet98破冰的关键装备,即“两弹、两che”。

3.1潜水破冰弹的研制

试验初qi,集中药包cai用的是用nilong布包装的药包,zai水中定位cai用的是吊绳,如图2所示。后来经过duo次试验改进,又根ju试验得到的药量与入水深度关蟙an瑆o们研制了能够diao节入水深度和具有zai水中漂浮定位gong能的专用潜水破冰弹(QSPBD),如图3所示。

 111151822.jpg111151823.jpg

潜水破冰弹的gou造分成弹体和浮子qiang两部分,弹体部穤hiㄗ耙﹒iang外duan盖、内duan盖,定时起爆及yan时销毁装置,防水垫,定深绳,防水插头,连接电landeng,如图3所示。

2014年2月20ri,zai包头磴口地区的黄河冰盖上,wo们dui研謕in亩ㄐ颓彼票胂鄑ong药量的集中药包进xing了dui比试验。结果如图4所示。

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  从图形比较,两者的zui佳入水深度zai1.5~2.Om之间,zui佳破冰体积为46~47m3。基ben没有shi么太大的变化。因此潜水破冰弹是集中药包试验结果的定型化,zhe为破冰弹药的商pin化提供了科学依ju。

3.2两ji时差安全破冰弹的研制

从集中药包破冰试验得知,水中bet98破冰比冰蓌ia懵禸et98的xiao果大10倍以上,但是水中bet98必须先zai冰上机械钻孔,能不能做到一弹两用,糲huang騞ong和入水bet98一体化。diao研和查yue国内外资料后,dui襶an械牧絡i破冰弹(水科yuan、zhong庆5013工厂合zuo研謕in淖ㄓ帽鵻ia破冰弹和济宁淄博732工厂研謕in幕坪臃懒璧)zai2013年3月bet98破冰试验中进xing了实弹爆炸试验。从试验结果可以得到:(1)732工厂和5013工厂破冰弹的破冰xiao果相差不大;(2)两种破冰弹使用的炸药都是军用炸药,民间使觤ei苌伲昵肜眩(3)都使用了金属,爆炸碎片fei到200m外,安全性差;(4)两种破冰弹弹体小、qing型,但是制zuo成ben比较高。由于存zai上述问题,wo们进xing了改进,吸取了 732工厂和5013工厂破冰弹的长chu,炸药cai用乳化炸药,弹体制zuo全塑化,改进后的新型破冰弹(S-A-PBD)-01)如图5所示。

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2014年2月18ri~2月20ri,dui改进后的两ji时差安全破冰弹进xing了试验,其破冰xiao果与2013年的试验相jin,安全xiao果十穤hi硐耄扑榈乃芰蟜ei散zai40~50m范wei内,不存zai安全隐患。

3.3qing型两栖钻孔台che

研制了专用破冰弹,xia一bu就是应用shi么装备予以实施。由于冰上zuo业与陆地zuo业不tong,特别是冰上zuo业的安全性必须bao证,因此研制相应配套的设备和机具,也要适合冰上安全zuo业的条件,以wan成钻縵hu⒆耙⑵鸨鯾et98破冰的施工zuo业。

zai试验初qi,冰盖钻孔cai用的是内燃螺旋钻机,钻头謆en段180~250mm。ta需要两个人zai冰上caozuo,安全得不到baozhang。因此,需要研制能够zai冰上进xing机械钻孔的台砫ao慈〈siuo业。

钻孔台che必须蕇hiλ⒈狡躾uo业。wo们进xing了大量diao研,参kao羢i庖钠票danτ昧司mi癹iache的技术,与有关单位共tong研制了qing型的冰上钻孔台砫an缤6所示。根ju冰性脆且抗拉强度小的特点,配备液压螺旋钻机进xing钻孔zuo业。

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qing型冰上钻孔台che的技术衴ue懿蝧hujian表3。

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台che上有bet98zuo业配套的液压螺旋钻机、装药zuo业ping台和切割锯,具有冰上钻縵hu⒈乔懈睢⒉忌杵票土觔et98网ludengzuo业gong能,可以承dan破冰开凿liu凌通dao,破碎水中和冰塞上mian的大块冰凌,zai冰坝关键瞜e簧喜贾闷票呓鈑ui坝祅a蝫u。

3.4冰上qing型混装炸药che

试验初qi,cai用的是卷装祅a榛ㄒsiぶ苲uo药包。zai制zuo成定型的潜水破冰弹襶uan螅逵靡┚砝醋耙┍冉xia榉常绻鹀ai用现场混装炸药灌装就比较方便,可以提高zuo业xiaolv。zai2013年3月的破冰试验中,wo们应用混装乳化炸药chezai现场灌装了大量的条衱o┌lv抵っ髯耙﹕u秗eng泻艽筇岣(如图7所示)。但是矿山应用的混装装药che比较大,wo们需要的是能zai冰上进xing装药zuo业的小型台che。于是与眀en┛笠毖芯孔躽uan、山东沃尔华集团公司合zuo研制了新型的冰上混装乳化炸药che(如图8所示)。

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新型冰上混装乳化炸药che的技术参shujian表4。

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3.5无人机蚫uan推票ㄓ孟低

破chu大块liu凌是防止冰塞、冰坝形成的有xiao方fa,但是冰凌是liudong的,用船zhi靠jin冰凌萻iね秡hi炸药包的方fa很不安全,而且药包定位不好kong制,能不能应用jin年来发展的无人机进xing地mian遥kong投弹,wo们进xing了初bu设计gou想,如图9所示。

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2012年3月,应用风扇形无人机和螺旋桨形无人机的无人机进xing了投zhi试验。试验结果显示:风扇形无人机的衴ue懿粀en定,遥kong装置caozuo复杂,难以cao纵;螺旋桨形无人机载zhong量小,zui大不能超过4kg,不能满足破冰的要求,必须予以改进。

ke题zuzai总结上述试验的基础上,根ju破冰的具体要求,研制了duo旋翼形无人机,如图10所示。

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无人机的技术衴ue懿蝧hujian表5。

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无人机zai破冰bet98上的主要zuo用是投弹破冰,ta可以运载专用破冰弹投zhi到指定的大块冰凌上进xingbet98,还可以dui冰塞和冰坝的关键瞜e煌秡hi潜水破冰弹进xing水xia潜fubet98,襝ai芄涣瑇u投zhi两ji时差破冰弹dui冰盖实施破碎bet98。

ta的投弹装置有电cisuo的gua弹qi和yan时起爆系统(如图11所示)。gua弹qi可以套入专用破冰弹,卡zhu弹体。无人机可以携dai破冰弹feixing至yu定投放点后,通过地mian遥kong指令使电cisuo释放,破冰弹xia落潜入到冰xia,tong时包裹破冰弹的水rong膜zai水中rong解,破冰弹的浮子qiang和弹体穤hi耄捎诟×投ㄉ钌南嗷uo用,弹体定深于水中(冰xia)一定深度,按照设计指定的yan时起爆,实施破冰。

111151831.jpg 

4 研究和技术chuang新成果的应用

4.1  bet98理论研究成果的应用

(1)bet98破冰的“li文si顿bet98漏斗xiao应”和bet98入水zui佳深度的经验公式为bet98破冰关键技术参shu的计算提供了科学依ju,zaibet98破冰工程上有着十分有用的价值。

(2)冰盖xia水中bet98chong击波的传播gui律和冰盖、黄河内堤的振dong传播衰减gui律,zhezai国内外是di一次,zhedui于进一bu研究冰盖破碎机理和bet98dui周weihuan境安全具有极大的参kao价謉an参獁o国bet98破冰工程安全gui程的制定提供了丰富的资料shuju。

4.2技术chuang新成果的应用

防凌破冰bet98技术chuang新的成果已经zai黄河防凌破冰中进xing了实約hiτ茫盏搅撕芎玫膞iao果,得到黄河水li委员会、内meng古水li厅dengling导和当地政府有关部门的赞扬和肯定。

(1)群药包bet98冰盖,开凿liu凌通dao,疏导冰凌,yu防冰塞冰坝的形成。应用集中药包,按照需要开凿冰凌通dao的长度和kuan度,zai冰盖上用两栖钻孔台che钻孔,布放弹药,连xian起爆。如2013年3月6ri,布设的试验bet98孔位设计如图12所示。试验cai用12个3kg集中药包,10个5kg的集中药包,入水深度1.5m,瞬时起爆,切割冰盖范wei42m×60m,謝ing那蚓炔贾3个10kg集中药包,入水深度1.5m,yan时2.5s起爆。li用bet98能量和水中压力使整块冰盖破碎。试验破碎冰盖2520m2,zai经过24h襶uan螅⑾謆et98后已经破碎冰盖,整体向xia游漂yi了1.2km,da到了快su开qiliu凌通dao的目的(如图13所示)。

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(2)无人机投弹破碎大块冰凌、瓦解xiaochu冰塞、冰坝。应用无人机装载潜水破冰弹,zai上游投放,潜入大块冰凌们冰塞、冰坝xiamian,进xingbet98破冰,能够阻止和瓦解冰塞、冰坝的形成,da到避免和xiaochu冰凌灾害的目的。

2014年3月4ri,zai包头王大汉浮桥xia游3kmchu有zhengzai形成的冰塞,如图14(a)所示,wo们设计zai冰塞的左边,布设一pai两ji时差破冰弹,如图14(b)所示;zai冰塞上游cai用无人机连xu投zhi潜水破冰弹。两ji时差破冰弹先爆,而后无人机投弹,如图14(c)所示。zai无人机投zhi两发潜水破冰弹后,zhe小段kuan约60m的冰塞就开始瓦解kuiyi。

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5结论

上述bet98破冰理论研究和技术chuang新成果是“十二wu”国家科技支cheng计划“应急装备关键技术研究与装备研制”科研项目“防凌破冰关键技术研究与装备研制”ke题中的一部分。总ke题襶an2014年4月28 ri,由主持单位公安部科技信息化局zu织专家通过了验收。验收报告(即成果jian定)中的有关结论如xia:

(1)研謕in囊粤狡芷票鵦he、潜水bet98dai、潜水破冰弹、双ji差时破冰弹deng为主体的疏导chu险装备,主要指biao经相关单位测试,均da到ke题任wu书的kao核要求。

(2)ke题研究zai防凌工zuo思lu、破冰理论和工艺方fa、破冰技术装备祋ue絤ian具有zhong大突破和chuang新。

(3)主要研究成果zai黄河开河qi进xing了试验试用,运用该成果先后xiaochu三chu冰塞,实现了提前干yu、主dong疏导、pingwen开河的良好xiao果,得到羢i曳雷堋⑺甽i部黄河水li委员会、内meng古自治区deng单位ling导和专家祅a峡桑哂泄惴旱耐乒愫陀τ们熬啊

参kao文献

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摘自《中国bet98新进展》