爆破安全技术

第九章爆破安全技术引言1、爆破安全的概念2、爆破公害源和分类3、爆破安全评估第一节爆破地震及其控制第二节爆破空气冲击波、噪音及其控制第三节爆破飞石及其控制第四节早爆和拒爆的预防与处理1、爆破安全概念爆破是破碎岩土等坚硬介质的有效手段，其经济性和可控性为人类生产活动开避了广阔的前景。爆破安全：是指整个爆破工艺过程中人身安全和建筑物、设施的安全。也就是爆破装药、起爆过程中，直接的或次生的公害对人员和建筑物、设施的危害程度。如爆破地震、空气冲击波、飞石、炮烟和噪音，以及早爆与拒爆现象对人员和设施的影响，其影响程度直接关系到人们的生命与健康，设施的安全和爆破工作的成败。因此，必须对影响爆破安全的因素、致因进行科学的分析，作出正确的爆破安全设计。2、爆破公害源及分类爆破公害源1）爆破器材源；2）违章作业源；3）爆破效应源。爆破公害源分类1）早爆与拒爆；2）爆破地震；3）爆破飞石；4）空气冲击波与噪音；5）有毒气体；6）易燃易爆气体或粉尘；7）心理公害。爆破公害源1）爆破器材源：爆破器材质量不良，往往引起早爆、迟爆或拒爆，可能造成严重伤亡或爆破质量事故。如导火索的速燃和断燃，雷管和炸药的过期与变质或其质量低下，以及起爆能量不足等原因都是产生早爆或拒爆的源泉。2)违章作业源：爆破工作人员违反爆破作业安全规律及其安全规程规定进行作业，是产生爆破事故的主要原因。3)爆破效应源：爆破效应源是炸药爆炸破碎岩石的同时，所衍生的爆破公害。如：爆破震动、空气冲击波、爆破飞石、有毒气体、爆破噪音和粉尘等。目前爆破过程中的伴生危害是爆破的主要公害。爆破公害源分类根据爆破公害的来源及特性，爆破公害可分为如下几类：1）早爆与拒爆：这类公害危险性大，尤其是前者往往造成人员伤亡事故，严重影响生产和社会安定。主要发生于导火索速燃、各种电效应的作用及爆破器材质量不良等原因，造成爆破飞石超越安全允许范围所致。2）爆破地震：爆破无功能量在爆破远区产生的地震效应，对邻近建筑物、设施的稳定性及使用性能产生不良影响，目前它是工程爆破的重要公害之一。爆破公害源分类3）爆破飞石：爆破飞石是工程爆破的主要公害之一，往往危及人身和建筑物、设施的安全。主要是爆破设计不周、装药量过大、抵抗线掌握不准或防护质量差等原因。4）空气冲击波与噪音：这类公害是炸药包爆炸形成的高温高压气体对附近空气产生的冲击和振动现象，有时能够影响人员和建筑物、设施的安全。如临近地面和裸露在空气中的炸药包爆包破以及二次爆破等，都能产生严重的空气冲击波和使人难以忍受的噪音。爆破公害源分类5）有毒气体：是炸药爆炸产生的对人体有害的气体物质，如一氧化碳、氧化氮等。这主要是由于炸药质量不良、受期或爆破介质性质所致，抑或通风不良、过早进入爆破工作面而引起炮烟中毒事故。6）易燃易爆气体和可燃性可爆性粉尘：这是指爆破作业地点的空气中含有易燃易爆的气体或微小尘埃，当炸药爆炸时，极易引起其燃烧或爆炸。如甲烷空气混合物、矿尘及面粉、纤维等微小颗粒引起的爆破作业的粉爆事故。爆破公害源分类7）爆破粉尘：是在钻眼、爆破、装岩、建筑物和构筑物倒塌以及触地过程中产生的对人体有害的岩尘、煤尘和粉尘等。一定（较小）的岩尘和粉尘是尘肺病的根源，对人体损坏极大。8）心理公害：这类公害主要是爆破及其爆破公害对人们心理的影响，如听说爆破而产生的非合理性恐惧、心慌与逃避以及感情性紧张心理。3、爆破安全评估爆破安全评估是爆破设计的重要内容，为了确保爆破作业的安全与准爆，一般爆破安全评估的主要内容是：1)爆区周围环境的安全性评价；2)爆破方法安全性评价；3)起爆网路安全性及可靠性评价；4)爆破施工人员素质评价；5)爆破施工组织评价；6)爆破事故应急处理措施评价等。第一节爆破地震及其控制一、概述二、爆破地震的性质三、爆破地震强度与安全距离四、爆破地震效应的控制一、概述地震波：引起岩土介质质点发生振动的弹性波叫做地震波。爆破地震效应：爆破地震引起的各种现象及其后果称为爆破地震效应。爆破地震波的能量只是炸药爆炸释能的一小部分，大约为2％～6%。二、爆破地震的性质爆破地震与自然地震有明显区别：1）振动频率较高。一般为10～30Hz（岩石的频率高于土壤的。小药量的频率高于大药量的），大大超过普通建筑物的自振频率。而自然地震的频率一般为2～5Hz，接近一般建筑物的自振频率。2）振幅大。爆破震动震幅较大，但随着爆心距增加而迅速衰减，所以对周围介质的影响范围小。自然地震的振幅小，但衰减慢，波及范围大。二、爆破地震的性质（续）3）持续时间短。爆破震动的持续时间约为0.1～2.0s（炸药量小和爆心距近时，一般不大于0.5s）；而自然地震的持续时间长，一般为10～40s。4）爆破地震的震源能量大小、影响范围和危害程度小爆破地震的强度可以通过采用一定的技术措施予以控制，而自然地震则不以人们的意志而改变。三、爆破地震强度与安全距离常用衡量指标：质点振动速度我国《爆破安全规程》采用保护对象所在地质点峰值震动速度作为爆破震动判据。其计算方法（萨道夫斯基公式）RQKV31式中：V－质点震动速度(cm/s)；Q－一次齐爆药量(kg)；R－观测或计算距离(m)；K、α－分别位与爆区地形、地质条件有关的系数和衰减指数。爆区不同岩石性质的值表适用于萨道夫斯基公式爆破震动安全允许标准《爆破安全规程》(GB6722-2003)规定的质点峰值震动速度安全允许标准新浇混凝土允许振速及人对爆破振动的感觉程度表四、爆破地震效应的控制为确保爆区周围人员和建筑物等的安全，必须将爆破震动效应控制在允许范围之内。目前通常采取如下技术措施来控制或减弱爆破地震效应1）限制一次齐发爆破的最大用药量确定合理的爆破规模及正确的爆破设计与施工，充分利用爆炸能的有用功，也就是根据爆破的目的要求和周围环境情况，按允许最大地震效应原则应用公式计算确定一次允许起爆的最大药量。2）采用微差爆破技术根据微差爆破原理，采用微差爆破技术可以使爆破地震波的能量在时空上分散，使主震相的相位错开，从而有效地降低爆破地震强度，一般可降低30％～50％。四、爆破地震效应的控制（续）3）预裂爆破或减震沟减震在爆破区域与被保护物体之间，预先钻凿一排或二排密集减震孔、或采用预裂爆破形成一定宽度的预裂缝和预开挖减震沟槽等，均可收到明显的减震效果，一般可减弱地震强度30％～50%。为了提高减震效果，预裂孔、缝和沟应有一定的超深（20～30cm）或宽度（不小于1.0cm），而且切忌充水。4）采用低威力、低爆速炸药降震根据能量平衡准则，采用低爆速、低威力可以明显地降低爆破地震强度。四、爆破地震效应的控制（续）5）采用合理的装药结构实践证明：装药结构对爆破震动有明显的影响。装药越分散，地震效应越小。常采用不耦合装药、空气间隔装药、孔底空气垫层装药等减震。6）采用合理的起爆顺序试验研究表明，在垂直于炮孔连心线方向上地震速度较大。因此，根据爆区条件和被保护物体情况，选择合适的起爆方向或顺序可以起到一定的减震作用。7）注重爆破地震效应监测对于一些重要的保护设施或爆破，应采用振动仪表进行爆破安全监测，为安全检算提供较为准确的数据。第二节爆破空气冲击波噪音及其控制一、空气冲击波二、噪音三、空气冲击波与噪音的控制技术措施裸露药包爆破或工程爆破时一部分爆炸能量突破介质表面转化为空气冲击波与噪音，不仅无益地消耗了炸药能量，而且对人员、设备和建筑物等还产生危害作用。空气冲击波与噪音产生主要是由于爆破设计不当，装药量过大，炮孔填塞质量差，炮眼过浅，或岩土介质弱面及防护质量不佳等原因所致。不同类型、不同条件、不同规模的爆破作业，所产生的爆破空气冲击波的强度可相差很大。试验研究表明，空气冲击波的破坏作用远远超过地震波和飞石的作用（特别是裸露爆破）。一、空气冲击波——形成1）空气冲击波的形成装药爆炸时，瞬间释放巨大的能量，爆炸气体的温度高达几千度，压力可达几千个兆帕甚至更高。这种高温高压气团以很高的速度向周围空气介质膨胀、压缩和冲击，使其状态迅速发生变化，形成以超声波速向外传播的空气冲击波。冲击波的传播及危害范围受地形因素的影响，如在峡谷中爆破，沿峡谷纵向冲击波强度可增大50％～100％而在山坡一侧爆破时，另一侧影响较小。一、空气冲击波——安全距离我国《爆破安全规程》规定：露天裸露爆破大块时，一次爆破的药量不应大于20kg，并按下式取得爆炸空气冲击波安全距离。上式适于平坦地形，当地形条件不同时，应适当调整。如：在狭谷中爆破时，沿沟的方向安全距离应增大50％~100%；处于山坡背面时，安全距离值可减少30~70%。3QkRk式中：k－系数。对掩体内的人员，取k＝25；对周围居民和人员，取k＝60。对一般建筑物，取k＝55。二、爆破噪音爆破噪音主要是冲击波造成气体压力脉动而产生的。在爆破作业中，当空气冲击波的超压降至0.02MPa以下时，冲击波蜕变为声波，以波动形式继续传播，并伴随着产生声响——爆破噪音。一般裸露爆破产生的噪音较强，控制爆破产生的噪音相对较低。爆破噪音虽然时间短促，但由于是间歇性的脉冲噪声，容易引起人们的精神紧张，产生不愉快的感觉（一般噪音峰值超过90dB以上时，就会严重影响人们的正常生活和工作），严重的甚至造成人员伤害。因此，爆破噪声也是爆破的主要公害之一。我国工业噪音卫生标准距音源10m处某些测点的声压级（dB）爆破噪音危害爆破噪音属于间歇性的脉冲噪音，受地形和气象等因素的影响较大。当噪音的声压级为100dB时，长期连续作业，听力将会减弱；在150dB条件下，能使人的听力发生障碍。因此，在任何情况下，都要求每一次爆破产生的噪音小于140dB。我国《爆破安全规程》规定，城市控制爆破噪音不应大于70dB。三、空气冲击波与噪音的控制技术措施爆破噪声是由爆破空气冲击波衰减而成，因此，控制爆破空气冲击波也就控制了爆破噪声。1）采用微差爆破技术，充分利用爆破冲击波的相互干扰衰减作用；2）布孔和装药过程中避开岩土介质弱面，并对炮孔进行良好填塞，避免冲天炮发生；3）减少一次起爆的装药量，并分散装药，可减少形成空气冲击波的能量；4）尽量不用裸露爆破或不在地面用导爆索起爆（导爆索产生的噪声强度高）；三、空气冲击波与噪音的控制技术措施5）设置阻波屏障。对爆点进行覆盖（土袋或水袋覆盖），在空气冲击波、噪音的传播途径上设置阻波墙、阻波堤或其他柔性屏障，可以有效地削弱空气冲击波与噪音的强度。但是在峡谷或地下巷道中，为了便于降低空气冲击波和噪音的强度，应设法疏通其传播通道，或使其向预定方向传播；6）设置气泡帷幕。水下爆破时，设置气泡发生装置，利用群气泡表面之间的反射及气泡受压消耗能量和水介质与帷幕之间声阻抗突变而产生阻波作用。7）加强个人防护。戴耳塞、耳罩、防护帽、穿防护衣第三节爆破飞石及其控制一、爆破飞石产生的原因二、飞石的安全距离三、对爆破飞石的控制与防护爆破飞石——系指爆破时被爆物体中的个别碎块，脱离主爆堆而飞散较远的部分碎块。爆破飞石虽属个别。但由于飞行方向无法预测，飞行距离难以准确计算，则往往会给爆区附近的人员、建筑物及设备等造成严重威胁，特别是露天和二次破碎爆破造成的飞石事故更多。而城市内的拆除控制爆破，爆破飞石问题更为重要。因此，应引起足够重视，并严加控制和防范。因爆破飞石的不可准确预测性，其是爆破工程中最严重的潜在事故隐患之一，也是一大公害。一、爆破飞石产生的原因爆破飞石的形成是一个复杂的过程，造成飞石的原因很多。主要有以下几个方面：1）爆破能量过剩。爆破时所装的炸药除将指定的介质破碎外，还有多余的爆生气体能量。它若作用于某些碎块上，将使其获得较大的动能而飞向远方。2）软弱面影响。由于被爆介质结构不均匀，如有软弱面和地质构造面时，会沿着这些软弱部位产生飞石。同样在混凝土浇注结合面、石砌体砂浆结合面、砖砌体的灰缝等软弱部位也易产生飞石。一、爆破飞石产生的原因（续）3）爆破参数设计不当。设计时由于某些爆破参数选择不当，如爆破作用指数或炸药单耗取的过大；最小抵抗线过小等也都会产生个别飞石。4）延迟起爆时