爆破安全技术与环境保护

爆破个别飞散物产生的原因：

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）。

个别飞散物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。

1、地下岩石结构复杂，岩石结构不均匀，会导致最小抵抗线的大小、方向发生变化，出现爆破个别飞散物。在断层、裂缝、层理面、软弱夹层等薄弱面，受爆破产生的高压气体集中作用也会产生飞石；

2、在装药过程中，装入过多炸药，最小抵抗线相对减少，该方向出现飞石；

3、单位炸药消耗量偏大，当岩石破碎后的爆炸能量就会使破碎介质获得动能产生抛掷，出现飞石，剩余能量越多，飞散越严重；

4、堵塞长度偏小，填塞质量不好或填塞材料中夹有硬物，易沿炮孔方向产生飞石；

5、孔网参数设计与具体条件不吻合，不按要求施工，炮孔偏斜等人为因素造成；

6、防护措施不当，在拆除爆破、城镇石方爆破或重要建筑物附近爆破时，因防护力度或措施不当，就难以避免个别石块飞出；

7、炮孔起爆延期补合理，先爆药包改变后爆药包抵抗线大小而造成飞石。

《爆破安全规程》规定的对人员的安全距离

露天石方爆破个别飞散物安全距离

在露天爆破中，通常以爆破飞石对人员的安全距离来划定爆破安全警戒范围。硐室爆破个别飞石的安全距离RF，一般按经验公式：

R_F = 20K_F·n²·W

RF——个别飞石（土）的安全距离，m；  

n——最大一个装药的爆破作用指数；  

W——最大一个装药的最小抵抗线，m；  

KF——安全系数，一般取1.0～1.5。

爆破个别飞散物的防护措施

深孔台阶爆破飞石控制

深孔台阶爆破飞石控制，必须从爆破设计及施工方面着手。爆前，充分掌握地形地质情况，视防护对象的相对位置及爆破材料特性参数等基本资料，合理确定爆破参数、装药结构、起爆顺序，并做到精心施工，使飞石控制在安全范围内。主要控制措施有：

1.合理确定临空面；

2.合理的装药结构、爆破参数和排间起爆时间。

3.做好特殊地形地质条件的处理。

4.确保填塞质量：

（1）孔内积水，炸药上浮，采用高压风吹水或采用乳化炸药；

（2）对含松软夹层、孔壁坍塌、溶洞等钻孔前应了解地质构造，做到心中有数；

（3）爆破前，仔细测量坡顶线与坡底线，绘制最小抵抗线或底盘抵抗线三维图。

5.覆盖防飞石。

爆破个别飞散物的防护措施

拆除爆破时爆体撞击地面飞溅碎片的安全防护措施

（1）在确定爆破位置、起爆段数和起爆顺序时，尽量避免整个爆体一次性落地；

（2）降低烟囱或水塔等高耸构筑物的爆破切口位置；

（3）在烟囱或水塔等高耸构筑物定向爆破倒塌落地的预定撞击点处的地面位置，铺垫一定厚度的缓冲材料（如土袋、煤灰渣袋等）等；

（4）在预定的撞击点处两侧，如果有建筑物、设施需要保护的玻璃等易碎目标，需用竹（荆）笆、竹跳板、旧输送带、草垫等悬挂遮挡；或者在撞击点两侧的近距离处扎脚手架悬挂竹（荆）笆、草垫等，形成遮挡屏障，其高度应大于撞击点以45°向外飞散至遮挡屏障处的高度；

（5）爆破的安全半径以及人员参观点、起爆站和警戒人员所处的位置，应大于正常爆破所需的安全距离。

工程实例

在本次测振过程中，发现测点的传感器四周有不少飞石，传感器有被飞石击中的痕迹，且从波形的振动特征来看，符合传感器受水平力撞击产生的振动波形特征，撞地振动波形中后两段较大的振动波形可以判定为飞石击中的振动波形。

飞石击中传感器的运动分析

飞石击中传感器的振动波形

通过放大振动波形图，分别读取撞地波形、飞石击传感器的波峰或波谷所对应的时刻，两个时刻相减，即可求得飞石击中传感器的飞行时间，由于飞石的起点和终点可知，因此可以求得飞石飞行距离，从而求得飞石的飞行初始速度以及抛射角。各通道所求出飞石的抛射初速度和抛射角如表所示。

抛射123m远的飞石初速度及抛射角

飞石的抛射距离为，其中：α为抛射角，v为抛射初速度，R为抛射距离，g为重力加速度。

根据现场的调查，飞石飞行的距离有的达324m，烟囱着地点飞石抛射范围近似于椭圆形分布，短轴沿烟囱倒塌方向，长轴沿烟囱倒塌垂直方向。

因此可以推断这次烟囱撞地溅起得飞石速度有的高达56.35 m/s。

飞石抛射范围图

粉尘系指悬浮于空气中的固体颗粒，受重力作用可发生沉降，但在一定时间内能够保持悬浮状态，其粒径一般小于100μm (对于其中微小粉尘，如小于1μm的粉尘则能长期悬浮于大气之中)。

在大气污染控制中，通常根据大气中颗粒物的大小，将其分为飘尘、降尘和总悬浮微粒。飘尘是指空气中粒径小于10μm的固体颗粒物。它能长期漂浮在空气中。降尘是指空气中粒径大于10μm的固体颗粒物，由于重力作用，在很短的时间内即可沉降到地表。总悬浮微粒是指悬浮于空气中的粒径小于100μm的所有固体颗粒物。

环境空气质量监测：

总悬浮物颗粒物（P M100）、可吸入颗粒物（P M10）和可入肺颗粒物（P M2.5）。

露天爆破粉尘产生的原因：

露天爆破的粉尘主要来源于穿孔爆破、装运和已沉降在爆区地面的粉尘。

爆破后，产生的粉尘扩散到露天爆区的整个空间，然后进入大气流扩散到地表。粉尘扩散时间超过30min，扩散的水平距离达12~15km，上升高度可达1.6km。

研究表明，爆破粉尘生产量随岩土硬度的增高而增加。例如，爆破1m3页岩的粉尘生成量为0.03kg，爆破1m3极坚硬磁铁矿角页岩的粉尘生成量高达0.17kg。含水矿岩爆破时其粉尘量减少33%~60%。

露天爆破粉尘的特点：

1.浓度高。爆破瞬间，每立方厘米空气含有数十万颗尘粒，浓度1500~2000mg/m3。

2.扩散速度快、分布范围广。7~8m/s，瞬间扩撒范围达几十米甚至上百米。

3.滞留时间长。粉尘带有大量电荷，吸附空气能力强，长时间悬浮空气中。

4.颗粒小、质量轻。0.01~0.10mm之间

5.吸湿性一般较好。主要成分为SiO2、黏土和硅酸盐类物质等，亲水性较强，采用湿式除尘一般会获得较好效果。

露天爆破粉尘产生的测量：

1.FCC-25型防爆粉尘采样器。

2.光散射法测尘仪器。

3.其他仪器。

降低露天爆破粉尘的主要技术措施：

1.均匀布孔，控制单耗药量、单孔药量与一次起爆药量，提高炸药能量有效利用率。

2.用毫秒延期爆破技术。

3.根据岩石性质选择相应炸药品种，努力做到波阻抗匹配。

4.爆破前采用水封爆破进行填塞，以装水塑料袋代替炮泥。

5.爆前喷雾洒水，在距工作面15~20m处安装除尘喷雾器，在爆破前2~3min打开喷水装置，爆破后30min左右关闭，可减少粉尘1/3~1/2。

拆除爆破粉尘产生的原因：

1.炸药爆炸，炮孔周围介质被炸碎产生粉尘；

2.建筑触地解体时产生的粉尘；

3.爆破时的气流把爆炸新产生的粉尘、混凝土在断裂破坏过程中产生的粉尘和早已沉积在建筑物上的粉尘吹起扩散；

4.建（构）筑物触地时产生的冲击作用引起地面尘土和多年沉积附着在旧建筑物上的灰尘飞扬。3、4占总量的60%以上。

爆破扬尘难于控制的原因：

1.爆破扬尘的产生量大、污染范围广；

2.爆破扬尘产生的原因复杂；

3.爆破粉尘污染的突发性和开放性；

4.爆破扬尘烟尘在空气中扩散、飘移运动复杂，规律难以掌握。

由于上述原因，仅靠常用的物理降尘手段，其效果不尽人意，要想达到理想的降尘效果，必须对爆破拆除介质以及爆破拆除粉尘的特性等多方面进行系统的认识和攻关。 

拆除爆破粉尘治理：

爆破粉尘治理的两个主要方向：

（1）从粉尘的来源入手，断绝现有粉尘的来源，主要方法是清扫建筑物楼顶、楼面、地面等位置的建筑垃圾和粉尘；

（2）想办法使爆破过程中产生的粉尘颗粒增大，缩短粉尘的漂浮时间和迁移距离，主要方法是：

①喷水预湿爆破体，补足爆破体的最大含水量；

②在建筑物楼顶、楼面、地面等位置砌筑可蓄水的浅水池，用水压增渗法保持这些结构处于饱和含水状态，或者在这些地方堆积大量的泡沫；

③爆破法造雾扑捉微细颗粒，特别是微米级或亚微米级颗粒，使其在水雾液体桥联力的作用下粘结成团或粘附在其它物体上；

④在环境要求更高的地方制造出大量泡沫，利用泡沫粘尘、拦尘以及覆盖粉尘。通过以上几种粉尘治理方法的综合运用，可以达到清洁爆破的目的

泡沫降尘机理：

泡沫具有密度低、比表面积大的特点。泡沫的发泡率可达几百倍，利用泡沫无限增大的比表面积特征，可以增加泡沫与粉尘的接触面积。

增加泡沫的粘附性。由于在泡沫浓缩液中添加了粘稠的高分子物，增加了泡沫的附着力和泡沫的吸附能力，利用泡沫无限增大的比表面积大量吸附气流中的粉尘，随着泡沫吸收的粉尘越来越多，泡沫自身质量会越来越大，最终泡沫带着粉尘而逐渐降落。

泡沫的密度小、沫质轻。由于泡沫密度小、沫质轻，泡沫质量是粉尘质量的千分之一，在冲击波和气流的影响下极易冲起，形成泡沫云，它在气流中的运行速度要远小于或慢于粉尘运行速度，当粉尘要冲出泡沫层时，气流中的粉尘一一被泡沫扑捉。 持续时间、堆积高度、无毒。

一般泡沫控制扬尘的困难

（1）泡沫稳定性差，堆积高度低是一般泡沫的通病，用现有技术制造的泡沫的量十分有限，堆积高度一般不超过半米；

（2）持续时间短，只有几十分钟；

（3）且多为液泡共存物。

被拆除的建筑体积庞大，要在短时间内，制造出持续时间长，堆积高度高，总体积达几万甚至十几万立方米的大量泡沫，需要研制专用泡沫和专用发泡设备。

满足除尘的泡沫要求

高强泡沫剂与强制发泡技术相结合，联合制造泡沫。

（1）此种泡沫粘尘剂可在短时间内制造出总体积达几万甚至十几万立方米的大量泡沫。

（2）泡沫粘尘剂制造的泡沫持续时间长。从大量泡沫形成到泡沫完全消失的时间可以超过6至10个小时。

（3） 此种泡沫粘尘剂可以实现大量泡沫堆积高度超高。现有技术中泡沫的堆积高度一般不超过半米，且多为液泡共存物。本发明制造的大量泡沫可将泡沫高度堆高至4~10米。

泡沫降尘剂的相关问题

（1）发泡能力和泡沫的稳定性能的平衡

泡沫的是两个相互制约，又相互支撑的一对矛盾统一体，发泡能力可通过降低表面张力，即是添加适量的表面活性剂来提高泡沫的发泡性能，

但同是表面活性剂作用，当它超过一定的限量时，它却会加快泡沫的析水时间，成了消泡剂，从泡沫的稳定性来讲（即泡沫持久时间），液膜能否保持恒定，液膜的强度稳定与否是泡沫持久的关键所在。

（2）降低气泡的表面张力自然会降低泡沫壁的表面粘度 ，要使气泡的表面张力与气泡的表面表面粘度维持平衡；

如果增大泡沫壁液膜的表面粘度，可使泡沫变得稳定，我们在研制水基泡沫发泡剂时，添加了适量的高分子材料，如生物多糖，糖苷、十二醇硫酸钠等，它不仅使泡沫的液膜表面粘度增高，而且使液膜的透气性得到控制，使泡沫变得平衡而稳定，

在配方试验中同时也发现，当高分子材料超过一定的限量时，其泡沫反而不稳定，这是因为泡沫壁变脆的原因所引起的。

（3）由于地心引力作用，和泡沫透气压的影响。泡沫的大小不均匀和泡沫壁的含水量过高都会使泡沫的持续时间短。

将泡沫壁的水分降至最低点，其地心引力和液体分子间的相互吸引力（范德华力）也降至最低，由于气泡均匀，从而控制了气泡间的相互透气与挤压，保持了泡沫的相对稳定，我们在研制试验阶段，发现，过干的泡沫沫质轻，粘附性差，易被气流吹动，同样也不适用于降尘、降噪爆破工程的使用要求。

对此，采用多种混合表面活性剂，通过严格的配方控制，在降尘、降噪水基泡沫发泡剂的配方中添加了适量的多种混合表面活性剂（称之为复合表面活性剂），它不但降低了表面的张力，而且在气泡液膜的表面形成多分子层结构，大大增大了液膜表面粘度和气泡表面抗拉强度，即提高了液膜的弹性，从而使泡沫变得稳定、持久。

强制发泡技术的相关问题

（1）自然发泡。消防泡沫产生器是利用高压射流对扩散区形成负压区（低倍产生器、中倍产生器都是如此），导引空气与水雾形成自然混合发泡，称这种发泡为自然发泡。所有高、中、低倍的消防用泡沫，其含水量较大，所以人们又称这种泡沫为湿泡沫，因消防泡沫的目标是灭火，这种湿泡沫因其流动性、析水性都很好，易于对物体冷却，它对消防灭火来说：很受欢迎。然而它的发泡倍数和25%析液时间（3～10分钟），这两项指标对降尘、降噪爆破工程来说，显然是不合适的，相差太远。

（2）强制发泡

采用高压气流与多级发泡网相结合的方法，让发泡剂经过一次发泡、二次发泡、再次发泡等多级发泡的技术发泡，经过多级发泡的泡沫，发泡倍率高（200～1500）泡沫丰富、气泡大小均质、泡沫壁富有弹性，含水率低，泡沫持久性好（3～8小时）并具有很好的粘附性，能满足降尘、降噪爆破工程的需要。

强制发泡器流程

强制发泡器结构图

天河城西塔楼

1.用一般喷雾装置或者洒水装置往待拆除建筑的墙体、地面和顶面上洒吸湿性抑尘剂，尽可能提高建筑的含水率，减少水分的蒸发，节约用水。

2. 利用“泡沫山”或者“泡沫海”来降尘。

在建筑的倒塌场地、每层楼面和楼顶上砌筑水池，水池深度为10~20cm。在水池内的水中加入泡沫粘尘剂，加入比例为泡沫粘尘剂比水的重量比等于3:97，搅拌混合均匀，此时水温应不低于-4℃。

然后用发泡器结合人工制造泡沫，将泡沫尽可能多地堆满待爆破建筑的所有房间，并制造出高达4~8m的“泡沫山”或者“泡沫海”将整个待拆建筑包围起来。

3.使用活性水雾包围扬尘。

爆破采用难度大的内凹式原地坍塌爆破方法、运动微差爆破、分段拆除、缓冲和切断震传递等手段。该爆破总共布置雷管1304发、炸药276kg。