全國爆破工程技術人員培訓爆破安全技術

二○一一年三月

1、爆破地震波2、爆炸空氣沖擊波3、爆破噪音4、爆破破片與爆破飛石5、爆破對環(huán)境的有害影響6、早爆、遲爆與拒爆基本要求1、了解爆破地震波、爆炸空氣沖擊波、爆破噪音、爆破破片與爆破飛石的特點2、學會平安距離計算方法及預防措施；3、了解爆破對環(huán)境的有害影響以及一些應急處理方法1、爆破地震波1.1地震的有關概念

在地底下發(fā)生地震的地方，叫震源。地面上與震源相對處，叫震中。地震的大小，在地震學上用震級和烈度來衡量。1.1.1震級震級也稱地震強度，用以說明某次地震本身的大小。它是直接根據(jù)地震釋出來的能量大小確定的。

1.1.2烈度

烈度是指某一地震在具體地點引起振動的強度標準，它標志著地震對當?shù)氐膶嶋H影響，作為工程建筑抗震設計的依據(jù)。必須強調指出，地震震級與地震烈度是兩個不同的概念，不可混淆。如把地震比作裝藥爆炸，那么，裝藥量就相當于地震震級，而裝藥在爆炸時的破壞作用那么是地震烈度。一個地震只有一個震級，但在不同地區(qū)可以有不同的烈度，因為在一個地震區(qū)域內，不同部位的破壞程度是不同的。顯然，震中區(qū)的烈度〔叫震中烈度〕就比其他地方的大。所以震中烈度就是最大烈度，用以表示該次地震的破壞程度。大長低大地殼深處天然地震小短較高小地表（淺）爆破地震影響范圍持續(xù)時間振動頻率釋放能量震源深度項目類別爆破地震與天然地震比較５～８３～５２～３允許地面質點振動速度（㎝／ｓ）７６５建筑物設計的抗震烈度（度）抗震烈度與相應的地面質點振動速度值1.3爆破地震的特點爆破地震與天然地震一樣，都是由于能量釋放，并以地震波形式向外傳播，引起地表振動而產生的破壞效應。它們造成的破壞程度又都受地形、地質等因素的影響。但天然地震發(fā)生在地層深處，其造成破壞的程度主要決定于地震能量〔震級〕與距震源的遠近。爆破地震的裝藥那么是在地表淺層爆炸的，其造成破壞的程度主要決定于裝藥量與距震源的遠近。通過對大量爆破地震和天然地震的實測分析，可以得出以下幾點認識：〔1〕爆破地震振動幅度的數(shù)值雖大，但衰減很快，破壞范圍并不大，天然地震振幅度的數(shù)值雖小，但衰減緩慢。破壞范圍比前者大得多；〔2〕爆破地震地面加速度震動頻率較高〔約10～20Hz以上〕，遠超過普通工程結構的自振頻率。天然地震地面加速度震動頻率較低〔一般2～5Hz〕。與普通工程結構的自振頻率相接近；〔3〕爆破地震持續(xù)時間很短〔以萬噸爆破為例，在近區(qū)僅1s左右〕。天然地震主震持續(xù)時間多在10～40s間。由上可得重要結論：在其處測得的爆破地震參數(shù)值〔地面振動的速度或加速度值〕，是不能套用參數(shù)相等的天然地震烈度來估計該處破壞后果的。爆破地震的實際破壞效果要比相同烈度的天然地震小得多。例如，萬噸爆破時，在某廠房測得參數(shù)值相當天然地震烈度8度，但宏觀調查并未發(fā)現(xiàn)房屋結構有任何破壞現(xiàn)象。1.4建筑物允許的爆破振動速度對于一般的建筑物，許多國家在實際應用中，將“墻壁的抹灰層出現(xiàn)裂縫或脫落〞視為“開始破壞〞，并以此為標準，規(guī)定建筑物允許的振動速度。例如，美國、加拿大、瑞典等國家，將一般建筑物允許的極限振動速度規(guī)定為2in／s〔5.1cm／s〕、允許的振動加速度為0.1g；前蘇聯(lián)將一般建筑物允許的最大振動速度規(guī)定為10cm／s。這是美國、加拿大、瑞典、前蘇聯(lián)等國家的學者據(jù)其本國情況早期對完好的磚、石結構房屋進行振動試驗的成果。但根據(jù)我國房屋建筑的實際情況、建筑材料、結構、新舊狀況及破損程度各不相同，抗震能力差異很大，一律采用5cm／s仍會破壞某些房屋。這個規(guī)定還沒考慮爆破振動對電氣設備的影響，國內礦山爆破已屢次出現(xiàn)爆破振動引起電閘跳閘的事故。這個規(guī)定也沒有考慮經(jīng)常爆破的重復振動對結構的影響。

綜上所述，一般情況下把爆破振動速度控制在1cm／s以內，可以保證任何正常房屋不致受到破壞。

1.5爆破振動強度及其平安參數(shù)確實定1.5.1爆破振動速度〔1〕集團裝藥爆破振動速度計算公式大量實測數(shù)據(jù)說明，爆破振動速度與裝藥量、距離、土石特性、爆破方法、爆破參數(shù)、地形及方向等因素有關。

式中，V―單個集團裝藥內部爆破質點振動速度，cm／s；C―一次爆破裝藥量〔齊爆時為總裝藥量，延遲爆破時為最大一段裝藥量〕，kg；R―爆心至觀測點的距離，m；K―與爆破方法、爆破參數(shù)、地形及觀測方法等因素有關的爆破場地系數(shù)，一般K=30~500；α―與土石地質因素有關的振動波衰減系數(shù)，一般α=1.5~2.0；m―與裝藥形狀有關的指數(shù)，國內多采用1/3，西方國家對深孔柱形藥包采用1/2，對硐室集中藥包采用1/3。〔2〕爆破振動速度經(jīng)驗修正公式薩道夫斯基公式是單個集團裝藥置于地下較深處爆破后距爆點一定距離處的質點振動速度公式。在實際工程中，一般采用多個裝藥同時起爆或分段延期起爆的爆破方式，裝藥數(shù)量較多，藥量較小，且比較分散，如巖石深孔爆破、結構物撤除時的藥孔爆破等，而且結構物撤除爆破時裝藥位置往往布置在距地面一定距離處的建筑物或根底之上，用此式計算的值與實際情況相差較大。為克服此缺點，國內有的學者在薩道夫斯基公式的根底上，根據(jù)屢次工程實測數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，提出了較為符合爆破實際的經(jīng)驗修正公式：

式中，K′―與爆破方法、爆破參數(shù)、地形及觀測方法等因素有關的爆破場地修正系數(shù)，K′一般取0.25~1.0，距爆源近、且爆破體臨空面較少時取大值，反之取小值。1.5.2爆破振動的平安距離在爆破設計時，為了防止爆破振動對周圍建筑物產生破壞性的影響，必須計算爆破振動的平安距離，即危險半徑。如果建筑物位于危險半徑以內，那么需將建筑物拆遷，如果建筑物不允許拆遷，那么需要減少一次爆破的裝藥量，控制一次爆破的規(guī)模。因此，爆破前必須確定爆破振動的危險半徑，同時計算一次爆破允許的平安裝藥量?！?〕爆破振動平安距離的一般算式爆破振動的平安距離可按下式計算：

—次爆破允許的平安裝藥量可按下式計算：

式中，Rc一爆破振動平安距離，m；Qmax—一次爆破允許的平安裝藥量，kg；Vkp一被保護建筑物允許的臨界平安振動速度，cm／s。式中其他符號含義同前?！?〕撤除爆破、藥孔爆破振動平安距離的經(jīng)驗公式爆破振動平安距離：

—次爆破允許的平安裝藥量：

式中符號含義同前。

1.6影響爆破振動強度的因素通過大量爆破實踐觀測，得出以下幾點認識：〔1〕裝藥的分散性與單個裝藥相比，如藥量不變，那么隨著裝藥個數(shù)增多，爆震強度將降低。因此，適當分散配置裝藥將有利于減弱地震危害?！?〕地形地質條件地震波傳播經(jīng)過深溝時，常能降低地震效應，但溝底高于爆破點的淺溝那么作用不明顯。突出的山包、陡坎、甚至斜坡或階梯處那么能增強地震效應。地勢比裝藥高的地方較地勢比裝藥低的地方破壞嚴重些。地震波傳播經(jīng)過斷層，有時能降低地震效應。爆區(qū)的斷裂帶愈寬，延伸愈長，深度愈大，距離愈遠，那么對地震強度的影響也愈大?！?〕相對位置飛散爆破產生的振動，在背飛散方向強度最大，可較橫向同一距離處大一倍左右?？拥来怪北茝较虻谋绕叫斜茝较虻钠茐膰乐匦?，而迎向裝藥的坑道壁面的破壞程度將大于背向爆源的一面?！?〕起爆時間間隔多個裝藥爆炸時，如采用秒延期爆破，各段相隔時間大于1s，那么全部裝藥產生的爆炸振動強度可按裝藥時最大的一段來計算。采用毫秒延期爆破，如各段相隔時間25ms，那么全部裝藥產生的爆炸振動強度可按三分之二裝藥量計算?！?〕地震波的頻率建筑物遭受爆破地震的破壞程度除了與爆破地震波的質點振速〔或振幅、或振動加速度〕外，還與爆破地震波的頻率密切相關。爆破地震波的頻率愈高，與建筑物的自振頻率相差愈大，那么建筑物的破壞程度愈輕；反之，爆破地震波的頻率愈低，那么容易與建筑物的自振頻率發(fā)生諧振，建筑物的破壞程度愈嚴重?！?〕合理選取微差起爆的間隔時間、起爆順序和起爆方案，保證爆破后的巖石能得到充分松動，消除夾制爆破的條件，使爆炸能量及時得到有效的逸散，減小轉化為爆破地震波的能量；間隔時間應大于50ms。〔4〕合理選擇爆破的方式。采用飛散爆破，爆炸能量中會有更多的一局部形成空氣沖擊波，使轉化為地震波的能量相對減小，爆破振動強度隨之減小。在一定場合下〔如地下室內根底爆破〕適當使碎塊飛散，既有利于目標的破碎也能降低爆破振動的強度。例如，爆破作用指數(shù)n=1.5的飛散爆破比n=0.81的松動爆破，地震波強度平均降低4~22%。而且在飛散爆破中，最小抵抗線方向的振動強度最小，反方向最大；也可以采用不耦合裝藥。〔5〕嚴格按照被保護目標的抗震能力及其與爆點的相對距離等確定的一段(次)最大起爆藥量進行裝藥和分段，把爆破震動引起的地面質點振動速度控制在周圍需保護設施所允許的振動速度(即平安震動速度)以下，確保被保護目標的平安。1.8

水下爆破地震效應

水下爆破地震效應振動衰減規(guī)律可按照下式確定：

式中，v—地表振速，cm/s；Q—單響藥量，kg；R—距離，m；K、α—由地形地質條件決定的系數(shù)和指數(shù)，可參照以下實際工程的數(shù)據(jù)：

①黃浦港水下爆破：水中裝藥K=94，α=0.84；水底裝藥K=117.4，α=0.94；水下鉆孔爆破K=25.3，α=0.58。

②連云港軟基爆破：觸地爆炸K=280，α=1.51；平面爆夯K=530，α=1.82；爆炸排淤填石K=450，α=1.65。2、爆炸空氣沖擊波理論上：空氣中爆炸時，約有90%的爆炸能量轉化為空氣沖擊波和噪音，留在爆炸產物中的能量缺乏10%；實際上：傳給沖擊波和噪音的能量大約占70%。對于巖土內部爆破，由于裝填在炮孔、深孔和藥室中的裝藥爆炸產生的高壓氣體通過巖石中的裂縫或孔口泄漏到大氣中，沖擊壓縮周圍的空氣也會形成空氣沖擊波?？諝鉀_擊波一般存在于爆源附近的一定范圍內，對建筑物、設備和人員等會造成不同程度的危害，常常會造成爆區(qū)附近建筑物的破壞、人類器官的損傷和心理反響。實施爆破時，特別是大爆破時，關于爆炸空氣沖擊波對目標的破壞作用必須引起足夠的重視。2.3爆炸空氣沖擊波平安距離確實定2.3.1沖擊波對建筑物和設施的平安距離空氣沖擊波對建筑物和設施的平安距離可采用下式計算：

式中，R—從裝藥中心到目標的距離，m；C—梯恩梯的裝藥量，kg；KB—與目標性質有關的系數(shù)，表安全等級建筑物破壞程度安全系數(shù)KBⅠ安全無損50~100Ⅱ玻璃設備偶然破壞10~30Ⅲ玻璃完全破壞，門、窗局部破壞5~8Ⅳ門、窗、隔墻、板棚破壞2~4Ⅴ不堅固的磚石及木結構建筑破壞，鐵路車輛被顛覆，輸電線破壞1.5~2Ⅵ城市建筑和工業(yè)建筑物全破壞，鐵路橋梁和路基破壞1.4安全系數(shù)KB2.2露天爆破沖擊波對建筑物和設施的平安距離露天爆破空氣沖擊波的平安距離按下式計算：

式中，R—空氣沖擊波平安距離，m；Kn—按爆破作用指數(shù)n值選取的系數(shù)，表C—總裝藥量，kg。對松動爆破可不考慮空氣沖擊波的影響。對加強松動爆破，Kn值可按0.5~1.0進行計算。n=1n=2n=30.5~1.01~2玻璃破碎、門窗部分破壞、抹灰脫落破壞限于拋擲漏斗內1~22~5偶然損壞玻璃窗1~22~55~10完全沒有破壞爆破作用指數(shù)建筑物破壞程度系數(shù)Kn2.4爆炸沖擊波的預防措施爆炸空氣沖擊波的危害范圍受地形因素的影響。因此，在不同地形條件下其平安距離可適當增減。例如在狹谷地形中爆破時，沿溝的縱深或溝的出口方向，應增大50％～100％；在山坡一側進行爆破對山后影響較小，在有利的地形下可減少30％～70％。空氣沖擊波對野戰(zhàn)筑城工事或掩體內人員的殺傷作用會大為減小，試驗說明，掩護在塹壕、交通壕內的人員，比暴露在外的人員，空氣沖擊波的殺傷半徑可減小1/3；在掩蔽所或避彈所內的人員比暴露在外的人員，其殺傷半徑可減小2/3。因此，戰(zhàn)時可利用壕溝、彈坑、掩蔽所等進行隱蔽，以減輕沖擊波的殺傷作用。在井下爆破時，為了削弱空氣沖擊波的強度，在它流經(jīng)的巷道中可以使用各種材料〔如混凝土、木材、石塊、金屬、砂袋或充水的袋〕砌筑成各種阻波墻或阻波排柱。采取此措施可大大削弱空氣沖擊波的強度。水中或水下爆破時，減弱水中沖擊波的主要措施之一就是采用氣泡帷幕。

3、爆破噪音3.1爆破噪音的影響因素爆破噪音的強度和作用時間受地形、氣象等的影響。氣象是指溫度、風力和氣壓等。溫度不隨高度而變、無風的理想條件下，聲波波線呈直線，噪音強度可按公式計算。當溫度隨高度增加時，聲速增加，聲波波線向下彎曲，直到彎至地表；靠近爆破區(qū)域的噪音強度增加，故可傳播較遠。當溫度隨高度減小時，聲速減小，聲波波線向上彎曲，說明聲波能量向上方擴散，故傳播不會太遠。有時還可能出現(xiàn)比較復雜的溫度梯度情況，此時聲速可能先增加、然后減小，再增加、再減小，波線軌跡就特別復雜且可能出現(xiàn)聚焦。這時距爆破場地很遠處可能出現(xiàn)極高的壓力帶或很強的噪音。同時，由于聲波循直線和非直線軌跡在不同時刻到達某一點，使噪音持續(xù)時間很長，造成意外危害。在國內爆破實踐中曾出現(xiàn)過這類特例事故。。4、爆破破片與爆破飛石4.1爆破破片結構物爆破時，伴隨著爆體的爆破破碎，爆轟氣體往往會推動破碎的破片向四周飛散，如金屬破片，磚、石、混凝土的碎塊等。此外，對于煙囪〔特別是鋼筋混凝土煙囪〕、水塔等高聳建〔構〕筑物在定向爆破傾倒時，爆體落地與地面〔特別是混凝土、巖石等剛性地面〕撞擊，還會產生飛濺的碎片，這種碎片飛散距離有時會大于爆破本身產生的碎片，80m以上的鋼筋混凝土煙囪落地撞擊混凝土地面時，有時可飛散150~200m。因此，無論是爆破本身產生的碎片，還是爆體落地撞擊地面產生的飛濺碎片，都會對周圍的建筑、設施和人員構成巨大威脅，甚至會導致人員的重大傷亡事故。根據(jù)爆破目標的特點和周圍環(huán)境，對爆破破片的防護可采用以下幾種方式進行；〔1〕廠房內鋼筋混凝土實體結構爆破：需要保證附近的機器和設備正常工作時，應對爆體全面覆蓋，嚴格控制碎片，使其不致飛散出來?！?〕廠區(qū)內結構物爆破：對距爆破目標較近的建筑物上的門、窗，應考慮重點遮擋；或對爆體的爆破部位進行覆蓋?！?〕城市內爆破法開挖溝槽：爆除混凝土路面，應進行全面覆蓋；市區(qū)撤除建筑物時，應封閉門窗，防止碎片向外飛散；建筑物的外圍應酌情進行覆蓋或遮擋；靠近街道撤除樓房時，應用圓木、鋼絲網(wǎng)、木板等防護材料在重點方向實施加強防護。防護時，防護材料應離開墻壁一定的距離，其高度應能完全遮擋住飛散的碎塊?！?〕鋼筋混凝土支柱失穩(wěn)爆破：因藥量較大，一般會有碎塊飛散，應加強防護。其防護方法是將竹〔荊〕笆、竹跳板、舊輸送帶、草墊等捆包在支柱爆破部位的周圍。設置防護材料應牢固固定，不同構件和部位的防護材料不應連在一起，防止因局部構件傾倒時牽動或破壞其它部位的防護材料。在設置防護材料的過程中，應防止損壞起爆網(wǎng)路。當使用金屬防護材料時，導線的接頭必須用膠帶〔布〕進行包纏，以免造成短路。在控制爆破中，雖然對飛散的碎塊進行了防護，但具體爆破時仍應規(guī)定危險范圍〔半徑〕。危險半徑的大小應根據(jù)爆破的目標、倒塌的方式、破壞的程度、防護的質量等因素確定，一般不應小于50m，此范圍內的人員必須撤離。

4.2.1爆破飛石距離的確定（1）爆破飛石距離的理論公式

飛石拋落距離取決于拋射角、初速和地形、風向等各種因素，飛石本身形狀和尺寸也有很大影響。當忽略空氣阻力時，飛石最大拋落距離可由下式計算：山區(qū)爆破要考慮地形影響，沿山坡下方拋散時飛石拋落距離為：

式中，V0―飛石初速度，m/s；α―飛石拋射角，0；β―山體坡角，0；g―重力加速度，9.81m／s2。拋射角α=45°時飛散最遠。大量測試數(shù)據(jù)表明，松動爆破時飛石初速約為10~20m/s，拋擲爆破時飛石初速約為30~100m／s。但個別飛石的初速值還難于用理論解析方法確定?！?〕集團裝藥內部爆破飛石距離經(jīng)驗公式集團裝藥爆破包括藥室〔硐室〕爆破、藥壺法爆破、裝藥較少且集中的藥孔爆破和撤除控制爆破。雖然撤除控制爆破時多采用藥孔法裝藥，但其裝藥量較小，在孔內比較集中，可近似視為集團裝藥。集團裝藥內部爆破的飛石距離可按下式進行估算：

式中，RF—個別飛石〔土〕的平安距離，m；n—最大一個裝藥的爆破作用指數(shù)；W—最大一個裝藥的最小抵抗線，m；KF—平安系數(shù)，一般取1.0～1.5，根據(jù)地形與不同方向上可能產生飛石的條件而定。爆破法開挖防坦克壕時，軸向取KF=1.0，壕的側向取KF=2.0；爆破法開挖平底坑亦取2。公式16-4-3由于地形高差的影響，飛石向下墜落后會蹦跳一段距離，這段距離可用下式來確定：

式中，ΔX—蹦跳距離，m；RF—個別飛石的飛散距離，m；α—最小抵抗線與水平線的夾角，0；β—山坡坡面角，0。在高山地區(qū)進行硐室大爆破時，尚須考慮爆破后巖塊沿山溝滾滑的范圍。如某地在山區(qū)進行松動爆破，巖塊沿山坡滾滑的距離達700m。當山溝坡度較大而又有較厚的積雪時，爆破后的巖塊將滾滑很遠。如某礦一次拋擲大爆破，巖塊沿兩側山溝滾動形成巖石流，流動的距離達4km。

總結幾次硐室爆破飛石事故后得出，造成飛石拋散過遠原因是：①裝藥洞口填塞質量差，沖出的高壓氣體夾有許多石塊，飛散較遠；②巖體不均質，從軟弱夾層方向沖出飛石；③裝藥最小抵抗線不準，因過量裝藥產生飛石；④鼓包破裂后，沿最小抵抗線方向獲得較大初速的個別飛石?！?〕露天爆破人員與爆點的爆破飛石平安距離經(jīng)驗值，露天爆破時，人員與爆破地點的爆破飛石平安距離的見下表〔5〕爆破平安規(guī)程規(guī)定的爆破飛石平安距離

?爆破平安規(guī)程?〔GB6722-2003〕規(guī)定，除拋擲爆破以及其它爆破的飛石對設備、建筑物的平安距離須由設計確定外，個別飛石對人員的最小平安距離給出了明確的規(guī)定。見下表爆破方法人員與爆破地點間的最小距離（m)二次爆破400藥孔、深孔爆破，藥壺爆破200深孔擴壺100藥孔擴壺50藥室爆破按照計算注：沿坡度大于30°的山體向下爆破時，本表所列數(shù)據(jù)應增加50%。爆破飛石平安距離的經(jīng)驗值4.2.2爆破飛石的預防措施〔1〕布孔前要測量爆體的尺寸，確保實際最小抵抗線不小于設計值；