爆破安全技术.doc

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爆破安全技术

一、绪论

不容讳言，爆破属于高危行业；无论是普通的工程爆破作业还是控制爆破施工，爆破都是一项具有一定危险性的工作。

在爆破中潜在着许多不安全因素，如果对其认识不足或没有采取必要的安全技术措施，都有可能发生爆破事故，造成人员伤亡或建筑设施的损坏，甚至会导致整个爆破作业的失败。

为了保证爆破作业能安全、顺利地进行，除了在实施爆破作业时要遵守爆破安全规程中各项有关规定外，还必须懂得和掌握有关的爆破安全技术。

爆破安全技术包括两个方面的内容：

一是爆破施工的安全技术措施和安全管理措施；如爆破器材装卸和运输、储存与保障、装药与堵塞、联网与起爆、早爆预防与处理拒爆（或瞎炮）等。

二是爆破产生的有害效应对周围环境的影响，如爆破地震波、爆破冲击波、个别飞石或飞散物、爆破噪音和有毒气体等。

因此，爆破安全技术的创新与发展必须从上述两个方面开展研究。

爆破安全技术的发展，对爆破技术应用范围的扩大有着十分重要的意义，只有解决好与工程爆破有关的安全技术问题，工程爆破技术才能发挥更大的作用；只有弄懂并掌握不安全因素产生的原因以及可能带来的后果并采取切实可行的预防措施，才能防患于未然。

工程爆破设计中一项重要的内容就是，必须进行爆破安全检算和校核，制定相应的安全技术措施。

在此应强调指出，《爆破安全规程》是除军事爆破外一切从事爆破工作的人员、单位及其主管部门都必须遵守的法规，必须在工程爆破设计和施工中严格遵守和执行。

二、爆破地震效应

1、基本原理：

爆破地震效应是炸药在岩土等介质中爆炸时，其中部分能量以弹性波的形式在地壳中传播而引起爆区附近地层震动的现象。

根据爆破作用机理，当药包在岩石中爆破时，临近药包周围的岩石会被破坏形成压碎圈和破裂圈。

当应力波通过破裂圈后，由于能量被吸收其强度会迅速衰减，已不足以引起岩石的破裂而只能引起岩石质点产生弹性振动，这种振动以弹性波的形式向外传播，造成地面的震动，这种弹性波又叫地震波。

而这种现象又叫地震效应，由爆破引起的振动现象就叫爆破地震效应。

当爆破振动达到一定的强度时，常常会造成爆源附近的地面以及地面上所有物体的颠簸和摇晃，造成爆区周围建筑物或构筑物的破坏。

如房屋开裂或倒塌，露天矿边坡滑落以及井下巷道片帮和冒顶。

因此，为了研究爆破地震效应的破坏规律，找出减小爆破地震效应强度的措施和确定出爆破地震的安全距离，对爆破地震效应进行系统地观测和研究是非常必要的。

地震波由若干种波组成，其中主要的是纵波和横波，《爆破安全规程》就是以纵波的波速度大小来作为震动破坏的判定依据的。

但在实际应用中，除应以位移、速度、加速度作为破坏判据外，还应考虑爆破震动的持续时间累积破坏作用、震动频率与建（构）筑物固有频率的关系等一系列其它因素，关于这些目前各国都没有统一的标准，因此建立科学的爆破地震破坏判据系统是今后测试技术发展的方向。

（1）、爆破地震与天然地震的区别：

爆破地震与天然地震有相似之处，即二者都是急剧释放能量，并以波动的形式向外传播，从而引起质点的振动，产生地震效应。

因此，它们对建（构）筑物和人员等造成的危害的机理基本上是相同的。

但爆破时装药处在浅层或地表以上，炸药释放的能量有限，而且只有部分能量形成地震波，如岩石中爆破地震波的能量只占炸药总能量的2%～6%，水中约占20%；而天然地震却与此正好相反。

二者的区别在于：

①爆破地震的振动频率较高，一般为10～100Hz，岩石的振动频率高于土壤；小药量引起的振动频率高于大药量，而且大大超过普通建筑物的自振频率。

天然地震则属于低频振动，一般为2～5Hz，与建筑物的自振频率比较接近。

因此，认为爆破地震能与建筑物的自震互相叠加而产生共振，几乎是不可能的。

②爆破地震的持续时间较短，一般约为0.1～2S；而天然地震的持续时间则较长，通常为10～40S，有时甚至长达几分钟。

③天然地震的振幅大，衰减慢，影响范围大，破坏能量也大；爆破地震与此则相反。

④爆破地震的震源大小、影响范围及其程度，可通过一定的技术措施加以控制，而天然地震目前尚不能加以控制。

虽然在同一地点的两种地震波参数相同，但爆破地震对该处建筑物的影响和破坏程度要比天然地震轻的多。

因此，可以参考建筑物抗天然地震的烈度设计规定，一般允许将其烈度降低1～2度来考虑爆破地震引起的破坏规模。

（2）、爆破地震效应的特点：

①相对位置：

低于爆源处标高的建筑物的抗震能力要比高于爆源处标高的建筑物的抗震能力要大的多。

②建筑物的类型：

低矮狭小建筑物的抗震性能比高大细长建筑物要好的多；大跨度的空旷建筑物及承载结构物易被震坏。

③地形地质条件：

深沟、坑、河、渠、断层和破碎带有明显的隔震和减震作用，预裂爆破所形成的缝隙也有很好的降震作用。

岩石越坚硬，抗震性能越好；砂石、回填土和碎石作基础的建筑物抗震性能较差。

④爆破类型：

爆破地震的强度随着爆破作用指数n的增加而增大。

实测得知，n=0.81的松动爆破比n=1.5的抛掷爆破相比，平均振速下降4%～22%；在抛掷爆破与露天深孔爆破中，最小抵抗线方向上的地震强度最小，侧向居中，反向最大。

2、爆破震动速度的计算：

由爆破引起的震动是一个非常复杂的随机过程和变量，它的振幅、周期和频率常常是随时间变化的，是时间的函数。

在工程应用上，通常是求振动的最大幅值作为简谐运动的组成部分加以处理，故可简化计算方法。

由于爆区附近垂直向振动比较明显，一般多用质点的垂直振动速度（即纵波速度）作为判定标准。

根据大量实测资料表明，爆破震动速度与装药量大小、爆源与测点的距离、地震波传播介质和爆破区地形地质条件以及爆破方法等因素有关。

目前国内外均采用根据工程爆破实测数据所推导的经验公式—即萨道夫斯基公式来计算，这也是《爆破安全规程》给定的计算公式：

即

V=K（Qm/R）α

式中：

V—质点振动速度，cm/s；

K·α—与地震波的传播介质和地形地质条件有关的系数；

Q—装药量（齐发爆破为总装药量，延期爆破为最大一段装药量），kg；

R—测点到爆源中心的距离，m；

m—装药量指数，一般国内多采用1/3；

K·α的取值变化范围较大，很难准确选取，可通过试验确定，可参照类似条件下爆破的实测数据来选取。

可参照下表进行选取：

表1：

爆区不同岩石性质的K·α值

岩石性质

K

α

坚硬岩石

50～150

1.3～1.5

中硬岩石

150～250

1.5～1.8

软岩石

250～350

1.8～2.0

土壤

150～220

1.5～2.0

在爆破设计时，为了避免爆破震动对周围建筑物或构筑物产生破坏性的影响，必须计算爆破震动的危险半径，也就是爆破震动允许的安全距离；如果被保护建筑物或构筑物处在这个距离内又不能迁移，则需要控制爆破规模，减少一次爆破的装药量，同样需要计算一次爆破允许的安全装药量，于是上述公式又可演变成：

安全距离：

Ran=（K/Van）1/α*Qm

安全装药量：

Qan=R1/m（Van/K）1/α*m

式中：

Ran—爆破震动安全距离，m；

Van——安全上允许的振动速度，cm/s；

Qan—一次爆破允许的安全装药量，kg。

3、爆破震动允许振速及其破坏判据：

根据《爆破安全规程》的规定，各类建筑物或构筑物所允许的安全振动速度如下：

①土窑洞、土坯房、毛石房屋：

1.0cm/s；

②一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物：

2～3cm/s；

③钢筋混凝土框架房屋：

5cm/s；

④水工隧洞：

10cm/s；

⑤交通隧洞：

15cm/s；

⑥矿山巷道：

围岩不稳定但有良好支护：

10cm/s；

围岩中等稳定有良好支护：

20cm/s；

围岩稳定无支护：

30cm/s。

还有一些建筑物的抗震标准，在《爆破安全规程》中没有明确指出，下面的一些安全判据可供爆破设计时参考：

①年久失修的窑洞、房屋：

0.5cm/s；

②特殊保护的建筑物、重点文物：

1～2cm/s；

③修建良好的木房：

5cm/s。

由于爆破震动引起建筑物或构筑物破坏所牵涉到的因素很多，诸如：

建筑物地基的性质、建筑物所采用的材料、建筑物的结构、建筑物的新旧程度和施工质量等。

所以迄今为止，尚无统一的认识与标准，更难做到准确合理。

有的专家学者提出“振速—频率”来表示振动强度指标，具体如下表：

表2：

按“振速—频率”判定安全允许振动速度

序号

保护对象类别

安全允许振动速度（cm/s）

≤10Hz

10Hz～50Hz

50Hz～100Hz

1

土窑洞、土坯房、毛石房屋

0.5～1.0

0.7～1.2

1.1～1.5

2

一般砖房、非抗震大砌块建筑物

2.0～2.5

2.3～2.8

2.7～3.0

3

钢筋混凝土框架房屋

3.0～4.0

3.5～4.5

4.1～5.0

4

一般古建筑与古迹

0.1～0.3

0.2～0.4

0.3～0.5

5

水工隧道

7.0～15

6

交通隧道

10～20

7

矿山巷道

15～30

8

水电站、发电厂中心控制室仪器设备

0.5

表3：

关于爆破振动的频率按如下数值参考:

序号

爆破类型

爆破振动频率

1

硐室爆破

≤20Hz

2

深孔爆破

10Hz～60Hz

3

浅孔爆破

40Hz～100Hz

4、降低爆破地震效应的措施：

理论研究和工程爆破实践表明，采用以下技术措施可以控制和降低爆破地震效应。

①研究与实践表明，爆破振动强度与炸药的密度和爆速的乘积即ρD有直接关系，因此采用低爆速、低密度或减小药卷直径，可获得显著的减振效果。

②限制一次爆破最大一段的装药量，可降低爆破振动速度。

从前面的计算公式可以看出，当保护对象允许振速确定后，很容易算出最大段装药量。

③增加布药的分散性，分散布药可以降低爆破振动波的峰值，因而有的专家提出采用控制爆破拆除时对振动速度公式进行修正，理由是：

控制爆破拆除时，由于药包数量多且分散，每个药包的装药量少，临空面多，药包一般多布置在地面以上，采用前面的计算公式误差较大，所以应该进行修正。

修正系数取0.25～1.0即可。

④采用不同的装药结构也可降低爆破振动的强度。

实践证明，在其它条件相同或相似的情况下，炮孔或药室中采用不偶合缓冲装药结构，可控制初始爆压和作用于介质上的冲击压力，并可能降低爆破振动强度20%～40%或以上。

⑤实践证明，在最小抵抗线方向上，爆破振动强度最小，反向最大，侧向居中。

然而，最小抵抗线方向又是抛掷的主导方向，从减振、控制飞石和冲击波危害等方面综合考虑，一般应使被保护物处在最小抵抗线方向的两侧位置上。

⑥开挖减震沟槽，即在爆源和被保护物之间开挖一定深度和宽度的沟槽，其深度超过药包的高度，最好超过建筑物的基础深度，其宽度视施工方便、安全而定。

这种减震沟槽一般可降低地震强度50%左右。

同理，预裂爆破缝隙也可起到减震作用。

⑦露天深孔爆破时，避免过大的超深和采用对角式或波浪式等起爆顺序，即能减少爆破时的夹制作用，也能起到减震作用。

⑧采用延期间隔起爆是减震的重要措施之一。

测试表明，起爆时差一般在20ms以上时，爆破所形成的地震波是独立的而不会叠加。

在总装药量相同的条件下，微差起爆比齐发爆破的震速可降低30%～60%，降低程度视