9爆破安全

第9章爆破安全爆破安全技术是工程爆破技术重要组成部分，爆破安全技术的发展是与爆破器材、爆破技术的发展相互渗透、紧密联系而又互相促进的。9.1爆破振动9.2爆破飞石9.3爆破冲击波主要内容：爆破安全技术的范畴•爆破振动效应•爆破冲击波效应•爆破飞石•爆破有害气体•爆破安全施工技术•爆破事故预防•抢险和救灾9.1爆破振动•爆破震动波是由装入地下的药包爆炸产生冲击波后，通过岩土介质传播到远距离衰减形成的弹性振动波，它一般不会造成岩石破裂，但仍有可能使岩体内节理、裂隙发生变形或位移。•地震波理论属弹性动力学范畴,由于爆破震动涉入到岩土介质的传播过程，而岩土介质的复杂性给爆破震动的理论研究带来了较大困难。产生缘由及危害：复杂性：爆破震动与天然震动的区别•频域的差异：天然地震频率低，一般振动主频在1Hz～10Hz，而爆破震动频率较高，一般爆破振动主频在10Hz～300Hz。•时域差异：天然地震振动时间较长，一次振动能持续几秒至几十秒，而爆破地震持续时间很短，一次振动只有几十毫秒~几秒。爆破震动的频率•随着传播距离的增加，振动主频不断降低；•高频成份振波有随距离增加衰减速度更快；•而低频成份振波随距离增加衰减相对较慢。传播特性：公式-亨利奇T=τlogRT——主震相周期（s）；f——主震相频率（Hz）；R——爆源震中至计算点水平距离（m）；τ——经验常数,与岩石特性有关：坚硬岩石τ=0.01~0.04土层τ=0.11~0.13冲积层τ=0.06~0.09其他公式•中科院：Kf＝0.03～0.05–能量系数•北科大：k—系数，硐室爆破k=0.8-5.0台阶爆破k=1.0-10.013132755fskCQfRQ1312logQfkR爆破振动频率的影响因素•一般爆破规模越大，爆破振动频率越低：–隧道内小直径浅眼爆破，振动主频一般在100Hz以上，影响范围通常在数十米；–规模稍大的台阶深孔爆破主振频率大都在30Hz~50Hz，影响范围一般在数百米内；–大规模的硐室爆破的主振频率在10Hz左右，其有害影响范围一般在数千米以内。•爆破地震波主频与传播介质特性有关：–坚硬的岩石中高频振波成份丰富；–软弱风化岩或土层中传播的地震波高频成份衰减更快；大量实测资料表明，爆破地震波主频受爆破类型、装药结构等多种因素影响。例如在秦岭特硬完整花岗岩中测得的爆破震动波主频达500Hz以上，而在深圳梧桐山隧道中风化花岗岩中测得的爆破震动波主频仅64Hz。爆破震动描述•爆破振动强度通常用介质质点的运动物理量来描述，包括质点位移（U）、速度（V）和加速度（a）。•爆破震动波幅值通常用于表述振动强度，振动幅值指标有质点振动位移、振动速度、振动加速度等。震动加速度可直接反映震动力强弱，而且震动加速度计体积小、量测方便，因此初始阶段大多以震动加速度来表述震动强度，但通过一段时间试用和比较，发现以震动加速度指标作岩体结构破坏标准时分散性很大。•根据Langforse等人的早期研究，认为强度相当的不同岩石产生破坏的临界震动速度变化范围不大，质点振动速度指标与建（构）筑物的破坏和失稳相关性最好根据研究，爆破振动峰值速度描述振动强度具有较好的代表性，爆破振动速度是估计介质（如岩石和钢筋混凝土结构）承受震动破坏等级的最好标准，它和岩体稳定性有较统一的对应关系。爆破振动一般公式A——反映爆破振动强度的物理量（振动速度或加速度）；Q——炸药量，kgR——测点到爆源中心距离，mm,n——反映不同爆破方式、地质、场地条件的系数和指数。mnAKQR美国矿业局的平方根公式BRvKQ式中：V——峰值质点振动速度（mm/s）Q——单响最大药量（kg）R——爆源至测点的距离（m）K、B——场地系数，与质条件有关萨道夫斯基公式mQvKR式中：V—为介质质点的震动速度，cm/s；R—为测点至爆心距，m；K、α——与爆破条件、岩石特征等有关的系数；M—药量指数。关于m药量指数的选取•当药包尺寸或同段炮孔的分布范围与测点距离相比当小（比例尺寸不到1：10）时，可以认为同段爆破药包为点药包，取m=1/3；•更近距离范围m趋于1/2，当测点距离与同段药包分散相当时，取m=1/2。K、α值选取•K、α值与爆区地形、地质条件和爆破条件都相关，但K值更依赖于爆破条件的变化，α值主要取决于地形、地质条件的变化。•爆破临空条件好，夹制作用小，K值就小，反之K值大；地形平坦，岩体完整、坚硬，α值趋小，反之破碎、软弱岩体、起伏地形，α值趋大。•K取值范围大部分在50～1000之内，α取值在1.3～3.0之间。•有人建议将近距离振动衰减规律和远距离衰减规律分开考虑，当比例距离R’≤10，认为是近距离振动，R’10认为是远距离。•近距离振动K值较大，可达500以上，α值较大，可取2.0～3.0；远距离爆破振动，衰减指数K=130～500，α=1.3～2.0。《爆破安全规程》GB6722-2003aRQKV3/1爆区不同岩性的K、α值与岩性的关系岩性Kα坚硬岩石50~1501.3~1.5中硬岩石150~2501.5~1.8软岩石250~3501.8~2.0序号保护对象类别安全允许振速cm/s＜10Hz10～50Hz50～100Hz1土窑洞、土坯房、毛石房屋0.5～1.00.7～1.21.1～1.52一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物2.0～2.52.3～2.82.7～3.03钢筋混凝土结构房屋3.0～4.03.5～4.54.2～5.04一般石建筑与古迹0.1～0.30.2～0.40.3～0.55水工隧道7～156交通隧道10～207矿山巷道15～308水电站及发电厂中心控制室设备0.59新浇大体积混凝土龄期：初凝-3天龄期：3～7天龄期：7～28天2.0～3.03.0～7.07.0～12爆破振动安全允许标准注：•①表列频率为主振频率，系指最大振幅所对应波的频率；•②频率范围可根据类似工程或现场实测波形选取。选取频率时亦可参考下列数据：硐室爆破＜20Hz；深孔爆破10～60Hz；浅孔爆破40～100Hz；•③选取建筑物安全允许振速时，应综合考虑建筑物的重要性、建筑质量、新旧程度、自振频率、地基条件等因素；•④省级以上（含省级）重点保护古建筑与古迹的安全允许振速，应经专家论证选取，并报相应文物管理部门批准；•⑤选取隧道、巷道安全允许振速时，应综合考虑构筑物的重要性、围岩状况、断面大小、埋深大小、爆源方向、地震振动频率等因素；•⑥非挡水新浇大体积混凝土的安全允许振速，可按本表给出的上限值选取。建筑物结构形式固有振动频率f(Hz)2~6层砖石、砖木结构房屋3~97层或7层以上的砖结构房屋2~3.511层以下的框架结构房屋0.9~2.5一般轻型单层工业厂房2.1~6.5内框架外砖墙的房屋2~7空旷砖结构房屋3.5~10土墙（土坯或夯土）房屋3.5~7.5一些建筑物的固有频率实测资料建筑物设计抗震烈度(°)567允许地面质点振动速度（cm/s）2～33～55～8建筑物抗震烈度与相应地面质点振动速度的关系地基类型振动速度限定值散松的冰碛、砂、卵、粘土层[V]≤1.8cm/s紧密的冰碛、砂岩、软弱灰岩[V]≤3.5cm/s花岗岩、片麻岩、石灰岩、石英砂岩[V]≤7cm/s瑞典不同地基类型的振动标准根据KarlheinzAenoldu得出的振动速度限定值波速C（m/s）1000~15002000~30004500~6000由典型的房屋结构获得的结果地基类型沙土及地下水冰碛土页岩及软石灰岩花岗岩、片麻岩硬石灰岩、砂岩振动速度V（mm/s）无可见裂缝183570细裂缝，墙皮片落3055100可见裂隙4080150严重裂隙60115225以质点震速与相应地基声速的比值作为破坏判据V/c0破坏现象1.0有抹灰掉落现象，但无裂缝1.7无裂缝2.5无明显裂缝3.3出现细微裂缝5.0发生裂缝7.5出现大的、严重的裂缝10.0坑道、隧道中石块掉落10.0岩体发生裂缝注：V-质点震动速度（cm/s）；C0-岩体声速（km/s）人的反应与地面振动速度之间的关系表人的反应地面振动速度V（cm/s）可感0.20～0.50感到显著0.50～0.97不适0.97～2.03感到骚扰2.03～3.30反感3.30～5.08围岩的损伤范围与振动速度•Langfors等（1973）提出无衬砌隧道内PPV在305mm/s和610mm/s时，分别会产生岩石下落和新裂缝；•Singh得到能对致密岩石造成破坏的振动值应高于635mm/s；•Persson等把700~1000mm/s的振动值作为在坚硬岩石中裂纹产生的初始值。波阵面上的法向压应力б=ρcv爆破振动效应的控制•采用低威力、低爆速炸药；•采用毫秒爆破；•采用预裂爆破或开挖减震沟槽；•限制一次爆破的最大用药量。9.2爆破飞石爆破飞石是指爆破时个别或少量脱离爆堆、飞得较远的石块或碎块（混凝土块、砖块等）。在爆破中，爆破飞石往往是造成人员伤亡、建筑物和仪器设备等损坏的主要原因。飞石形式：（1）抛射：多与被爆破介质结构中存在着弱面及爆生裂隙有关；（2）抛掷飞石：主要与抵抗不足或装药过量而产生的爆炸剩余能量有关。抛射飞石的速度往往比较高，抛射距离也较远，影响范围大，对爆破安全的影响也很大。9.2爆破飞石•硐室爆破的飞石距离可按下式计算•台阶深孔爆破的飞石距离：WnKRFF220max(15~16)FRKDD爆破类型和方法个别飞散物的最小安全允许距离（m）一、露天土岩爆破①1.破碎大块岩矿裸露药包爆破400浅孔爆破3002.浅孔爆破200（复杂地质条件下或未形成台阶工作面时不小于300）3.浅孔药壶爆破3004.蛇穴爆破3005.深孔爆破按设计，但不小于2006.深孔药壶爆破按设计，但不小于3007.浅孔眼底扩壶508.深孔孔底扩壶509.碉室爆破按设计，但不小于300爆破（抛掷爆破除外）时，个别飞散物对人员的安全允许距离飞石的控制•精心设计与施工；•对爆区加以覆盖；•对于重要建筑物可采用保护性防护；9.3爆破冲击波炸药爆炸时，爆炸产物强烈地压缩邻近的空气，使其压力、密度、温度突然升高，形成空气冲击波。影响因素：（1）炸药量、炸药性质、介质性质及构造、炸药与介质匹配关系、填塞状态、方式、起爆方法等是影响空气冲击波强度的主要因素；（2）气候条件，如风向、风速等也会影响空气冲击波的强度。冲击波在空气中传播随距离衰减而成爆破噪声。爆破冲击波在空气中的传播空气冲击波典型压力变化曲线空气冲击波的破坏作用主要因素：（1）冲击波超压（△Pm）；（2）冲击波正压区作用时间（t+）；（3）冲击波冲量（I）；（4）受冲击波影响的保护物的形状、强度和自振周期（T）等。爆破安全规程规定：爆破作用指数n＜3的爆破作业，对人和其他保护对象的防护，应首先考虑个别飞散物和地震安全允许距离。当需要考虑对空气冲击波的防护时，其安全距离由设计确定。325QRk工程爆破中空气冲击波的计算•露天裸露爆破大块时，一次爆破的炸药量不大于20kg时，爆破空气冲击波对在掩体内避炮作业人员的安全允许距离•在平坦地形条件下爆破时的冲击波超压计算：RQRQRQP3123231.13.414破坏等级1234567破坏等级名称基本无破坏次轻度破坏轻度破坏中等破坏次严重破坏严重破坏完全破坏ΔP/105Pa＜0.020.02～0.090.09～0.250.25～0.400.40～0.550.55～0.76＞0.76建筑物破坏程度玻璃偶然破坏少部分破成大块，大部分呈小块大部分破成小块到粉碎粉碎木门窗无损坏窗扇少量破坏窗扇大量破坏，门扇、窗框破坏窗扇掉落、内倒，窗框、门扇大量破坏门、窗扇摧毁，窗框掉落砖外墙无损坏无损坏出现小裂缝，宽度小于5mm,稍有倾斜出现较大裂缝，缝宽5～50mm，明显倾斜，砖垛出现小裂缝出现大于50mm的大裂缝，严重倾斜，砖跺出现较大裂缝部分倒塌大部分到全部倒塌瓦屋面无损坏少量移动大量移动大量移动到全部掀动内墙无损坏无损坏板条墙抹灰大量掉落砖内墙出现小裂缝砖内墙出现大裂缝