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1、第十章 爆破安全技术n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n第一节爆破地震及其控制n第二节 爆破空气冲击波、噪音及其控制n第三节爆破飞石及其控制n第四节 早爆和拒爆的预防与处理1 爆破安全概念n 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。n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
2、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n爆破公害源 1) 爆破器材源； 2) 违章作业源； 3) 爆破效应源。n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n1) 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。n2) 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
3、业，是产生爆破事故的主要原因。如： 炸药库（站）的火花或热源引起的爆炸； 加工起爆具时机械撞击爆炸； 凿岩时打残眼； 多人或一人超规定点火炮； 看回头炮和爆破后安全检查不严， 遗漏盲炮等造成的爆破事故。n3) 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，就是炸药爆炸的无功能量引起的爆破公害。如：爆破作用引起的地面振动、空气冲击、飞石、有毒气体和噪音等。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n根据爆破公害的来源及特性，爆破公害可分为如下几类：n1) 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
4、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。n2) 爆破地震是爆破无功能量在爆破远区产生的地振动，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。n3) 爆破飞石爆破飞石是工程爆破的主要公害，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。n4 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。n5) 有毒气体是炸药爆炸
5、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。n6) 易燃易爆气体或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。n7) 心理公害这类公害主要是爆破及其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n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：n1) 爆区周围环境的安全
6、性评价；n2) 爆破方法安全性评价；n3) 起爆网路安全性及可靠性评价；n4) 爆破施工人员素质评价；n5) 爆破施工组织评价；n6) 爆破事故应急处理措施评价等。第一节 爆破地震及其控制n名词 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。n爆破地震波的能量只是炸药爆炸释能的一小部分，大约为26%。爆破地震是爆破公害中最重要的问题之一。n本节主要内容：n一、爆破地震的性质；n二、爆破地震强度与安全距离；n三、爆破地震效应的控制。一、爆破地震的性质n爆破地震与自然地震有明显区别n(1) 振动频率较高。一般为1030Hz（岩石
7、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25Hz，接近一般建筑物的自振频率。n(2) 振幅大，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。n(3) 持续时间短，约为0.12.0s（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1040s。n(4)爆破地震的震源能量大小、影响范围和危害程度等，可以通过一定的技术措施予以控制；自然地震则不以人们的意志而改变。二、爆破地震强度与安全距离n衡量指标爆破地震强度的物理量有质点振动速度、振动加速度、振动位移、谱烈度和能量比
8、等。n常用指标质点振动速度、质点振动加速度n确定指标原则合宜的物理量应是能描述爆破地震动的传播变化规律，与爆源能量大小和爆心距有很好的相关性，建立正确的互换关系；又能很好地表征爆破地震对建筑物、设施不同程度的破坏特征。 质点振动速度与地震波携带的能通量和所产生的地应力、结构动能及内应力相联系。 质点振动加速度与爆破地震产生的惯性力相联系，并且便于爆破地震荷载换算和进行建筑物的应力分析。 质点振动位移由于受岩土介质影响较大，如含水的松软介质位移量大，周期长，而坚硬岩石介质则较小，其介质性质难以精确估计。n究竟哪一个物理量能反映爆破振动的强度，目前尚无定论。常用计算公式萨氏公式欧美公式深孔修正式兰
9、氏公式U.B公式印度公式式中：V为质点震动速度(cm/s)；Q为一次齐爆药量(kg)；R为距离(m)；K、a为系数。爆区不同岩石性质的 值表n适用于萨道夫斯基 公式爆破地震常用预测方法中国：控制指标爆破安全规程(722-86) 规定指标：质点峰值震动速度 判据表1美国：质点峰值震动速度和频率德国：质点峰值震动速度和频率瑞士：质点峰值震动速度和频率新浇混凝土允许振速及人对爆破振动的感觉程度表三、爆破地震效应的控制n通常采取如下技术措施来控制或减弱爆破地震效应n(1)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，按最大地震效应原则应用公式
10、计算确定一次允许起爆的最大药量。n(2)微差爆破降震根据应力波叠加原理，在等同装药量的情况下，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1/21/3。n(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防震孔、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，均可收到明显的减震效果，一般可减弱地震强度3050%。为了提高减震效果，预裂孔、缝和沟应有一定的超深（2030cm）或宽度（不小于1.0cm），而且切忌充水。n(4)低威力、低爆速炸药降震根据能量平衡准则，采用低爆速、低威力的炸药或采用不耦合装
11、药方式，可以明显地降低爆破地震强度。n(5)采用合理的起爆顺序降震试验研究表明，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。n(6)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，以掌握这些保护设施在爆破振动作用下的受力状况，并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n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。空气冲击波与噪音的产生主要是由于爆破设计不当，装药量过
12、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。n本节主要内容：n一、空气冲击波n二、噪音n三、空气冲击波与噪音的控制技术措施一、空气冲击波n炸药在空气中爆炸时，产生的空气冲击波超压和正压作用时间可按萨道夫斯基公式计算n式中：Q炸药量，kg， 适于梯恩梯，对其他炸药应按爆热之比值换算；其他符号意义同前爆破时空气冲击波的安全距离为n式中：kk为系数，对于一般建筑物为70；对于人员为2560。n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50100%； 处于山坡背面时，安全距离值可减少3070%。二、噪音n爆破噪音主要是冲击波
13、造成气体压力脉动而产生的。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。噪音的物理参数主要有声压、声强、响度、声速及声功率等。n通常用声压级分贝表示噪音。人耳能感觉到的频率范围是2020000Hz，声压级为0120分贝。爆破噪音的声压级为n式中：P0为人的最低可闻阈声压， P为测点声压，Pa。n当噪音的强度为180dB 时，相当于超压或最大压力为0.02MPa。我国工业噪音卫生标准距音源10m 处某些测点的声压级（dB）爆破噪音类型及规定n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。n当噪音的声压级为100dB 时，长期连续作业，听力将会减弱；n在150dB 条件下，
14、能使人的听力发生障碍。n因此，在任何情况下，都要求每一次爆破产生的噪音小于140dB。n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n(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；n(2)布孔和装药过程中设法避开岩土介质弱面，并对炮孔进行良好填塞，避免冲天炮发生；n(3)尽量不用或少用地面雷管和导爆索起爆，否则，应采用覆盖土袋或水袋；n(4)设置阻波屏障。在空气冲击波、噪音的传播途径上设置一定几何尺寸的阻波墙、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
15、法疏通其传播通道，或使其向预定方向传播；n(5)设置气泡帷幕。水下爆破时，可在爆源和被保护物之间的水底设置气泡发生装置，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。第三节 爆破飞石及其控制n名词n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。n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。因此，应引起足够重视，并严加控制和防范。n本节主要内容：n一、爆破飞石产生的原因n二、飞石的飞散距离n三、对爆破飞石的控制与
16、防护一、爆破飞石产生的原因n1 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。n2 从整体看，所用炸药在破碎一定量介质时其总能量并非有多余，但是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。同样如钢筋混凝土中钢筋布置不均、混凝土浇注结合面、石砌体砂浆结合面、砖砌体的灰缝等，这些软弱部位也易产生飞石。n3 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；最小抵抗线由于设计或施工的误差，导致其实值的变小或方向改变等，也会产生个别飞石。n4 堵塞长度小于最小抵抗线长度时，使爆破破碎
17、体和抛掷方向朝向孔口或峒口，当其具有一定能量时，必然从孔口或峒口高速喷出。有时虽然堵塞长度足够，但其质量不良，也会产生飞石，这种飞石主要是堵塞物被抛出。n5 由于炸药爆速较高、猛度较大，且介质性脆，则易产生较强的飞石。这种条件下产生的飞石，大多属于自由面在应力波作用下发生剥落作用而产生的。这类飞石的特点是数量不多，但速度较快。二、飞石的飞散距离n由于产生飞石的原因较多，且又是一个十分复杂的过程，特别是当最小抵抗线较小时，高压爆生气体将沿介质中的裂隙高速喷出，使夹杂在其中的碎块加速抛射，因而给理论计算带来一定困难。下面介绍的公式仅供参考。n1 最大飞散距离n式中： 为飞石抛射角，度； g为重力加
18、速度（m/s2）n v0为飞石的初始速度（m/s）n Q为装药量（kg）；n W为最小抵抗线（m）2 飞行的最大高度 3 接近地面时的动能式中：q飞石重量（kg）； vs飞石接近地面时的速度（m/s）； 当爆破飞石接近地面时的动能E大于100 J 时，即可造成人员的伤亡；当其达到几百焦耳时，可使建筑物和设备损坏。计算飞石距离经验公式n根据统计资料还整理出许多经验公式，如我国在抛掷爆破时常用如下经验公式计算飞石距离n式中：k安全系数，与地形、风向等因素有关，一般取1.01.5；nn爆破作用指数；nW最小抵抗线（m）三、对爆破飞石的控制与防护n1 摸清情况：设计施工前应摸清被爆介质的情况，详尽地掌
19、握有关资料，然后进行精心设计和施n2 优选爆破参数：在能够达到工程目的的前提下，应尽量采取炸药单耗较低的爆破方式，并设法降低实际炸药消耗量。最小抵抗线的大小及方向要认真选取，一般情况下爆破指数不宜过大。施爆前要对各种爆破参数进行校对，如差误较大应采取补救措施。n3 慎重选择炮位：尽量避免将炮位选在软弱夹层、断层、裂隙、孔洞、破碎带、混凝土接触缝和砖缝等弱面处及其附近。n4 提高堵塞质量：应选用摩擦系数大、密度大的材料作炮泥。堵塞要密实、连续，堵塞物中应避免夹杂碎石。应保证有足够的堵塞长度，以延长炮泥的阻滞时间。在峒室大爆破中，装药应避开断层和破碎带，其间应予以堵塞。n5 采用适宜炸药和装药结构
20、：控制爆破的类型很多，要根据其特点选用适宜炸药和装药结构，如采用低威力、低爆速炸药，以及空隙间隔装药和反力起爆等。n6 加强防护：采取上述措施虽可对爆破飞石起到一定的控制作用，但不可能完全杜绝，因此，在某些情况下还必须加强防护。在防护中主要是采用覆盖，其材料应以来源方便、具有一定的强度和重量、富有弹性和韧性以及透气性和便于搬运、联接为好，如荆笆、竹笆、草袋、旧胶带、旧车胎、金属网、厚尼龙塑胶布等。 第四节 早爆和拒爆的预防与处理n爆破作业中，产生早爆、迟爆或拒爆的原因很多，主要是爆破器材质量不合格、杂散电流、静电、雷电、射频电、化学电等的影响，以及高温或高硫介质引起的炸药自然自爆和误操作等。n
21、本节主要内容：n一、早爆的原因分析与控制 1杂散电流的危害与预防； 2静电的危害及预防； 3雷电引起的早爆及其预防； 4射频电流引起的早爆及预防。n二、拒爆的原因分析与处理 1 炸药产生拒爆原因分析； 2 拒爆的预防及处理。一、早爆的原因分析与控制 1杂散电流的危害与预防n所谓杂散电流，系指流散于电力网路之外的杂乱无章的电流，其大小和方向都在随时间而变化n当杂散电流值超过30mA 时，应采取如下预防措施：n（1）减少杂散电流源，如拆除爆区内的金属物或在钢轨接头处引焊铜线以减小架空n线回路电阻；清除散落在积水中的炸药等；n（2）局部或全部停电；n（3）采用抗杂散电流雷管或非电起爆网路。 2静电的
22、危害及预防n防止静电早爆的有效技术措施是设法减少静电源和将已产生的静电电荷导入大地或使用抗静电的起爆器材。如： 提高空气湿度或炸药的含水率； 采用半导体输药管或在输药管中加入石墨、烟黑、金属屑等掺料； 限制炸药在输药管中的输送速度不超过20m/s； 装药设备部件的有效接地，装药系统的接地电阻不得大于105欧姆； 压气装药结束以后，才将起爆药包放入炮孔中； 采用抗静电雷管或其他非电起爆系统。 这些措施都能较好地抑制静电的产生或使静电荷疏散与流失。 3雷电引起的早爆及其预防n在露天爆破作业中，遇有雷雨天气时，雷电可能引起电爆网路的早爆。n如1974 年5月，广东某露天铁矿发生的雷击早爆事故。n雷电
23、引起电爆网路早爆的原因有： 直接雷击、雷电磁场感应和带电云块的静电感应，尤其雷电磁场的磁力线切割电爆网路而感生的电流，是引起早爆事故的主要原因。n为了防止雷电引起电爆网路的早爆，可采取如下措施： 雷雨天气禁止使用电力起爆； 爆区附近设置避雷装置系统； 尽量缩短联线爆破时间，装药后一旦遇有雷雨，电雷管脚线或支线应开路，并充分绝缘起来，人员撤离至安全地点；在雷雨季节采用非电起爆系统。 4射频电流引起的早爆及预防n当爆区附近有广播电台、电视台、中继台、无线电通讯台或转播台射频电源时，应充分注意射频感应电流引起电爆网路早爆的可能性，因为发射台的功率一般较大，频率低，（特别是5351605kHz 波段）
24、射频能量在爆破网路中衰减慢，有引起早爆的潜在危险。n预防射频电引起早爆的措施有： 查清爆区附近有无射频电源，如有并在危险范围之内时，应采用非电起爆系统； 保持爆破网路稍贴地面敷设，避免形成大的圈形回路。二、拒爆的原因分析与处理n拒爆是指爆破装药药包的一部分或全部未爆的现象，又称盲炮。工程爆破中发生拒爆，不仅影响爆破效果，构成安全隐患，而且其处理危险性较大。如果未能及时发现或处理不当，将会造成事故。因此，必须掌握产生拒爆的原因及规律，以便采取有效的预防措施和安全处理方法。1 炸药产生拒爆原因分析n主要是人的行为因素和物质环境两个方面。n人的行为因素 有装药、填塞不慎，造成起爆具断路、短路或药管分
25、离； 爆破网路联接错误或节点不牢、电阻误差过大； 爆破设计不当，造成带炮、“压死”或爆破冲坏网路； 防潮抗水措施不严或起爆能不足； 掩护或其他原因碰坏、拉断网路等；漏接、漏点炮或违章作业产生拒爆。n物质环境方面产生拒爆的原因是： 爆破器材质量不合格，如导火索断药、透火、喷火能力不足，电雷管短路、断路、阻差过大等； 爆破材料受潮变质或过期； 爆破工作面有水、油污染浸渍爆破器材，使其变质瞎火而引起拒爆。 2 拒爆的预防及处理n防止产生拒爆的措施主要有： 精心设计、精心施工，严防带炮和冲击爆破网路； 改善操作技术，注意装药、联线和掩护时损坏爆破网路或漏接，保证爆破网路质量； 加强爆破器材质量检测和改
26、善保管条件，防止爆破器材受潮变质。n拒爆的处理方法： 根据拒爆的外部特征与检测结果，制订拒爆处理的工作计划，从中作出排除拒爆的方法、方法及安全规定，由有经验的爆破工程技术人员负责处理。n综上所述，为了保证爆破作业过程中的人员、设备与生产安全，有效地消除或控制产生爆破公害的因素，减轻爆破公害的影响程度，我们必须掌握 1)爆破安全的基本理论与技术； 2)牢固地树立爆破安全观念，严格遵守爆破安全规程等规章制度，严禁违章作业；加强安全科学管理，应用系统安全工程对爆破公害进行分析、评价、预测和控制； 目前爆破安全工作的重点是做好爆破安全设计、爆破安全施工和爆破安全评估，加强与健全爆破人员的考核及培训制度，从而作到“未雨绸缪”，防患于未然。
