劉貴清1，譚勝禹1，李 偉1，崔 翰2，郝志堅2
（1. 沈陽消應爆破工程有限公司，遼寧 沈陽 110136；2. 沈陽工學院，遼寧 撫順 113122）
摘 要：以銷毀12474枚航彈為工程為例，介紹了針對大體積彈體通過采用聚能擊穿誘爆法、聚能切割誘爆法，可大大減少誘爆藥量，提高對體積大、彈殼較厚彈體誘爆成功率及可靠性。通過實踐得到良好的效果，為今后類似工程提供借鑒。
關鍵詞：大體積彈體；聚能；切割；誘爆
METHOD FOR DESTROYING USED AMMUNITION BY MEANS OF CUMULATIVE BLASTING
Liu Guiqing1, Tan Shengyu1, Li Wai1, Cui Han2, Hao Zhijian2
(1. Shenyang XiaoYing Blasting Engineering Co., Ltd., Shenyang 110136, China;
2. Shenyang Institute of Technology, Fushun 113122, China)
Abstract: Taking the destruction of 12,474 airborne projectiles as an example, this paper introduces the use of the energy-collecting and detonating method and the energy-cutting detonation method for large-volume bombs, which can greatly reduce the amount of detonation and increase the volume. The bombing shell has a thicker body to induce the success rate and reliability. Through practice, good results areobtained, which will provide reference for similar projects in the future.
Keywords: large volume bomb;energy;accumulationcutting;igniting.
0 引 言
近年來，隨著軍隊和國防工業現代化建設的步伐越來越快，軍事新型武器彈藥研發日益更新，尤其是在航空彈藥方面，使用的彈藥種類越來越多，技術越來越先進，結構越來越復雜，飛機裝備更新換代之余，退役下來的報廢炮彈、航彈的銷毀工作，成為銷毀爆破工程面臨的新課題。
此外，在全國城鄉建設大開發的背景下，也時常會挖掘出戰爭期間遺留下來的炮彈、航彈、手榴彈等各類廢舊彈藥。歷經數十年時間后，這些廢舊彈藥依然具有較大殺傷力，在受到外界較大刺激，如碰撞、摩擦后極易引起燃燒甚至爆炸，對周圍人員、建筑設施造成巨大威脅，因此須對這些廢舊彈藥及時妥善處理。在這些銷爆需求下，民用技術和軍用技術相結合，走軍民技術融合開發的道路，成為銷爆技術發展新方向[1]。
2017年11月，消應公司為沈陽飛機工業集團有限公司一次性集中銷毀了12474枚報廢的航空彈藥，銷毀工程中，首次運用聚能擊穿誘爆法、聚能切割誘爆法、分層布藥法、傘狀起爆法等創新銷爆技術[2]，確保了萬余枚廢舊彈藥一次性徹底銷毀。
圖1 現場吊運500公斤重大型航彈現場
1 分類與辨識
在進行處理前認真對彈種進行辨識分類，彈藥具有明顯外觀特征，一般可以按其外形尺寸和彈體形狀進行區分，特殊的通過彈體構造、性能分類。
（1）有名稱的按其用途和性能分類（如航彈、填砂彈、拋放彈）
（2）沒有名稱，其用途和性能不詳的分類：
①大體積的彈體（彈體φ＞75 mm）；
②直徑彈體(75 mm＜彈體φ＞10 mm)；
③爆炸后產生光熱、火焰的彈體；
④按引爆裝置分為：彈頭、彈底（或彈尾）、彈身引信，以及彈頭激發彈底引爆引信等。
2 炮彈（航彈）銷毀難點
2.1 大體積彈體銷毀的難點
面對大體積彈體，過去一直的做法是炸藥誘爆[3]，即用一定藥量的高爆速、高猛度的炸藥包裹在炮（航）彈的環形面上，起爆后炸破彈殼，誘爆彈丸裝藥，從而達到銷毀目的。但此種方法用藥量大，對彈殼較厚的彈體誘爆成功率低，可靠性不高，對銷爆周圍環境影響范圍較大。
2.2 對于小直徑的彈種銷毀的難點
在沖擊波的作用下會向周邊拋散，由于彈體小不易收集，易出現銷爆不徹底的現象，彈藥銷毀后確認是否全部徹底被銷毀困難。易造成未爆彈體流失。
2.3 對于能產生光熱和火焰的彈種銷毀難點
如信號彈、干擾彈等，在銷毀時易造成周圍雜草等燃燒，造成火災隱患。
2.4 對于無法辨識廢舊炮彈銷毀難點
有些存放時間久遠，其內部裝藥成分，激發裝置、結構等均無法確定，銷爆的方法對銷爆的效果具有至關重要的作用。
3 銷毀廢舊炮彈的安全校核及場地選擇
3.1 航空炸彈、炮彈裝填炸藥量計算
航空炸彈、炮彈裝填炸藥量大，由于有些炮彈（航彈）年代久遠其標識因誘蝕而難以辨認，所以在銷毀過程中難以掌握爆炸威力，極易誘發安全事故[4]。因此對彈藥量進行評估，對安全距離校核是確保銷毀安全的重要基礎，也是選擇銷毀場地的關鍵參數。在無法辨識彈型時可根據公式進行估算彈種所含TNT當量。
（1）
式中，Q為等效TNT當量，g；d為彈徑，cm；L為彈體長，cm；Lr為彈頭長，cm；βγ為當量系數。
航彈中的普通爆破彈或低阻式爆破彈取1.35，半穿甲彈和穿甲彈取1.00，炮彈中的口徑175 mm以下的榴彈取1.35，其他的取1.00； r為裝藥換算系數，航彈中的普通爆破彈或低阻式爆破彈取1.64，半穿甲彈和穿甲彈取0.99，炮彈中的榴彈取0.99，穿甲彈取0.26。（該公式中的有關系數是根據對各類彈種的統計回歸得到的。）
計算得出本次銷毀12474枚炮彈（按全部有裝藥計算），經計算本次使用爆炸法銷毀的彈藥炸藥量TNT當量為：4495.87 kg；換算為民用工業炸藥為：5915.6 kg
銷毀使用藥量：897 kg，合計總藥量為：6812 kg。
分段起爆:采用毫秒導爆管雷等間隔微差起爆網路，間隔時差為25 ms，共計20個段位，最大一次齊爆藥量約為：340.6 kg。
3.2 沖擊波安全校核
廢舊彈藥進行爆破銷毀時，可用公式計算爆炸沖擊波安全距離：
（2）
式中，
P為空氣沖擊波超壓值，105 Pa；Q為次爆破梯恩梯炸藥當量，秒延時爆破為最大一段藥量，毫秒延時爆破為總藥量kg；R為爆源至保護對象的距離，m。
本次銷毀12474枚炮彈 共分二十個坑銷毀、二個坑為試爆區，根據設計銷毀使用二號巖石粉狀、二號巖石乳化炸藥總藥量為897 kg，每坑總藥量約340.6 kg，（將此藥量換算成梯恩梯當量代入公式計算）坑與坑之間采用毫秒導爆管雷等間隔微差起爆技術，等間隔微差時間為25 ms。
經計算：R是400 m時，空氣沖擊波超壓值為：0.0198×105 pa。
根據與《爆破安全規程》建筑物的破壞程度與超壓關系對比，銷爆時產生的空氣沖擊波超不會對400 m以外的建（構）筑產生影響。
3.3 質點振動速度
根據《爆破安全規程》（GB6722-2014）規定地震波用薩氏公式:
（3）
式中，R為爆破振動安全允許距離，m；取400 m；Q為炸藥量，齊發爆破為總藥量，延時爆破為最大單段藥量，kg；V為保護對象所在地安全允許質點振速，cm/s；K，α為與爆破點至保護對象間的地形、地質條件有關的系數和衰減指數。
通過現場試驗確定；經計算V=1.94 cm/s，銷爆時產生的爆破振動不會對400 m以外的建（構）筑物產生影響。
3.4 銷毀場地確定及警戒安全距離
考慮彈藥銷毀時破片的分散，根據銷毀彈藥的品種和數量，確定銷毀場地及警戒安全距離[5]。為了更有效的保證安全，警戒半徑設計為500 m。銷毀場地根據《民用爆破器材工程設計安全規范》（GB50089）規定。選擇在遼寧省最大的一個銷毀場，724軍工彈藥銷毀場地實施。銷毀廠地示意圖如圖2所示：
圖2 銷毀場地示意圖
3.5 銷毀廢舊彈藥坑的挖設
根據本次廢舊彈藥的銷毀數量，銷毀坑直徑設計為3 m，深2-3 m，坑間距為3-5 m，坑體排距為3-5 m，共布置2排，每排10個坑，共計20個爆炸銷毀坑。具體如圖3和圖4所示：
圖3 銷毀坑總體布置圖
圖4 銷爆坑航拍圖
4 廢舊彈藥銷毀方法
本次銷毀彈藥主要利用現有的民爆器材和研制的環形聚能切割具完成，采用了以下幾種方法實施了銷毀。
4.1 針對大體積彈體銷毀方法
針對大體積航彈、填砂彈、火箭彈采用射孔彈及聚能罩對炮彈銷毀。針對不明的大型彈體，利用射孔彈聚能擊穿誘爆法銷毀，內部有炸藥的將其引爆銷毀，如沒有引爆，再采用聚能罩聚能切割誘爆法[6]。如500 kg、250 kg填砂彈或航空炸彈, 由于現存彈種年代久遠，僅從外觀上無法確定內部成分是砂料還是炸藥。采用射孔彈擊穿后確定內部結構和成分，如不爆炸，對炮彈內部物質進行分析確定物質屬性，并對彈殼進行相關處理，防止流入社會引起恐慌或治安隱患。
4.1.1 采用射孔彈銷毀方法
針對炮彈（航彈）等大體積彈種怎樣能減少誘爆藥量，并保證誘爆效果達到徹底銷毀的目的，宜采用射孔彈及聚能裝置對大直徑彈種實施誘爆，效果最佳。
炮彈（航彈）一般彈體鋼板厚度為5 mm—20 mm不等，誘爆彈體內的裝藥必須保證彈體的鋼板被擊穿，應根據炮彈種類不同判明彈體鋼板厚度，對應使用起爆能量足夠的射孔彈，保證誘爆成功。
此次銷毀的大直徑彈種的彈體外殼較厚，約10 mm以上，為選擇合適的射孔彈及聚能罩，分別采用二維仿真流固耦合算法、Euler算法、Largrange算法和三維SPH/Largrange耦合算法，進行了模擬試驗。模擬實驗過程如圖5和圖6所示：
圖5 三維仿真模擬效果圖
圖6 三維仿真模擬效果圖
根據仿真模擬實驗結果，篩選出了與實際相匹配的射孔彈規格，具體參數如下表所示：
表1 射孔彈參數表
4.1.2 利用環形聚能切割具銷毀
利用聚能環形切割裝置對炮彈（航彈）實施銷毀的方法，即利用聚能原理制作環形聚能切割裝置，將炮彈在中間切開，如彈體內部有裝藥可直接引爆銷毀；如內部無裝藥，切開后對內部填充物進行分析確認，無爆炸危險后進行正常處置。
聚能切割是利用藥包一端的空穴（也叫聚能穴）使得炸藥爆轟的能量在空穴方向集中起來以提高炸藥局部破壞作用的效應。炸藥爆炸爆轟后，爆轟產物依次作用在藥型罩的各段微元上，迫使微元作軸對稱運動，藥型罩的不斷閉合、不斷碰撞、不斷形成射流最終將待切割體切開。
根據聚能裝藥原理和切割石油管道的實踐經驗，設計了專用環形聚能切割罩，由于彈藥銷毀過程中的藥型罩對彈藥的侵徹毀傷過程屬于靜破甲過程，選用靜破甲深度的估算公式估算所設計的藥型罩的侵徹深度。由于經驗公式的侵徹目標為裝甲鋼，而彈藥殼體的抗侵徹能力低于裝甲鋼，因此計算結果應高于實際值。
（4）
式中，Lm為靜破甲穿深；為藥型罩口部直徑；α為藥型罩半頂角；γ為取決于錐頂角的系數，此處計算按70°的取值2.2計算；D 為炸藥的爆速；黑索金的爆速為6530 m/s；為臨界速度，此處計算取2100 m/s。將已知設計參數帶入得： Lm=0.12513m=125.13 mm
由于所銷毀彈藥殼體壁厚為10 mm，因此在銷毀過程中相當于至少侵徹雙側壁厚20 mm，所以所設計的環形聚能切割罩結構完全能夠滿足銷毀要求。環形聚能切割裝置可根據銷毀彈種直徑和壁厚確定裝藥量。聚能罩設計和使用示意圖如圖7、8、9、10所示：
圖7 聚能罩結構示意圖
圖8 聚能罩立體橫截面示意圖
圖9 聚能罩立體斷面示意圖
圖10 聚能罩按裝示意圖
4.2 針對直徑小直徑的彈種銷毀方法
針對直徑75 mm＞φ＞10 mm的彈種采用爆炸法銷毀，既分層布藥銷毀或傘狀布藥銷毀。針對直徑φ＜10 mm的彈種采用鐵籠焚燒法銷毀。
4.2.1 分層布藥銷毀法
能產生光熱和火焰的彈種，如信號彈、干擾彈等采用上面敷設炸藥銷毀方法。其方法是在銷毀場地，挖一個深3 m寬2 m的深坑。在坑底鋪一層彈上面一層藥，再一層彈，再一層藥，宜采用二層藥二層彈的方式布置，炸藥采用二號巖石乳化炸藥，厚度為32 mm。采用毫秒微差起爆技術，分兩段起爆，宜采用間隔25 ms雷管段位，由下至上起爆，即上面一層炸藥后響[7]。底層炸藥爆炸后爆轟波所到之處，波后的高壓爆轟氣體急劇膨脹將廢舊炮彈誘爆，最上一層炸藥在間隔25 ms后爆炸，能有效壓制向上飛濺的信號彈、干擾彈等，可有效控制上述彈種的飛散距離。布置圖如圖12所示：
圖11 分層布藥銷毀示意圖
圖12 分層布藥銷毀現場圖
4.3 對于有底火、引信的彈體采用傘狀裝藥誘爆法銷毀方法
針對炮彈底火、引信裝配彈體實施爆炸法銷毀，采用傘狀裝藥誘爆法，即將二號巖石乳化炸藥捆綁成柱狀放置在挖好的銷毀坑內，一般以3管（每管4公斤）乳化炸藥捆綁為一個起爆體，將炮彈彈頭引信部位朝向起爆體擺放成傘狀布置，用8號雷管引爆，起爆體爆炸產生的爆轟波誘爆炮彈引信裝置將炮彈彈頭銷毀。銷毀布置圖如圖13所示：
圖13 傘狀裝藥示意圖
5 爆破銷毀效果
距爆破銷毀點最近的保護物為東南方向650 m看守房，看守房為磚砌混凝土結構，在此處架設測振儀器NUBOX-6016對該處進行振動監測[8]。對數據進行處理得出波形圖和表2：
表2 爆破振動監測數據
圖14 爆破振動波形圖
東南方向650 m看守房所在位置的爆破振動強度為V=1.872 cm/s?？词胤繛榇u砌混凝土結構，本次爆破銷毀沒有對該房屋造成任何破壞，爆破銷毀達到了預期目的。
6 結論
（1）針對種類多達數百種、性能和大小不一的炮彈銷毀工作，通過理論分析，合理運用每種銷爆方法的特點，克服了技術上的難題，最終實現一次集中爆破銷毀。
（2）通過三維仿真模擬試驗，計算并分析出了引爆炮彈所需的能量，進一步確定銷毀
技術方法，并取得了良好的銷毀效果。為以后炮彈銷毀的實例提供了新思路。
（3）利用聚能擊穿誘爆法、聚能切割誘爆法等新型銷爆技術克服了銷毀廢舊炮彈的成功率低、可靠性不高、對銷爆周圍環境影響范圍大等難點，合理控制住了爆破振動并取得了良好的銷爆效果，通過工程實例在佐證了一系列新銷爆方法在技術上的可行性，為今后類似彈種銷毀工程提供了寶貴經驗。
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