城市复杂环境场平爆破降尘降噪试验研究.pdf

第38卷第1期 2021年3月 Vol. 38 No.l Mar. 2021 bMg d o i10.3963/j. issn . 1001 -487X. 2021.01.021 城市复杂环境场平爆破降尘降噪试验研究 汪汛觸圆,吴霄，刘桐，师光 （浙江省高能爆破工程有限公司，杭州310012） 摘要复杂环境城镇爆破工程逐渐增多，城市环境建设特别是在创建卫生文明城市中对降噪和防尘的要 求也随之提高,基于常用降噪降尘措施，通过现场试验爆前洒水、覆盖彩条布、单发雷管覆盖介质，探讨切实 可行的降尘、降噪、减震方法，得出爆区覆盖彩条布降尘效果最佳，平均降尘率达41.2以上;地表雷管覆盖 介质为水、沙、碎石时降噪效果最佳,平均降噪率达21.2、减震率达35.2 o 关键词城市控制爆破；场平工程；降尘；降噪；现场试验 中图分类号TD235 文献标识码A 文章编号1001 -487X（2021）01 -0134 - 06 Experimental Study on Dust Removal and Noise Reduction by Horizontal Blasting in Urban Complex Environmental Field WANG Ze, YU Yuan-yuan, WU Xiao,UU To ng, OU-YANG Guang Zhejia n g Ga o n en g Co r po r a t io n o f Bl a st in g En gin eer in g,Ha n gzho u 310012,Chin a Abstract Blasting engineering projects in complex urban environment is getting more prent. The urban envi ronment construction, especially the establishment of civilized and health city, increasingly requires noise reduction and dust control. For this purpose, field experiments were carried out based on common noise and dust reduction measures in order to discuss the feasible reduction s for dust, noise and vibrations. The field experiments in cluded spraying water before blast, covering colored strips and covering medium on single detonators. It is concluded that the best dust control was achieved by coverage of striped color cloth on blasting area, and the average rate of dust removal was more than 41.2. When the surface detonator was covered with water,sand and gravel,the noise and vibration reduction effect was the best, with an average noise reduction rate of 21.2 and a vibration reduction rate of 35.2. Key Words urban controlled blasting； site smoothing project； fallen dust； noise reduction； field test 在周边环境复杂、人口较为密集的地区（如城 镇）进行爆破施工作业,除了爆破振动、飞石等危害 效应对周边带来的直接安全隐患以外，随着环保要 求和百姓维权意识的不断提高,能否将爆破所引起 的扬尘、噪音等间接的弱危害效应控制在合理范围 内也显得愈发重要。爆破工程中噪音的主要来源为 炸药爆炸的爆破声,其中地表雷管、导爆索产生噪音 显著。土石方爆破工程中扬尘主要来自钻机钻凿炮 收稿日期2020-10 - 02 作者简介汪 泽（1983 -），男，学士、工程师,从事工程爆破相关研 究，（E-mail）410026755 qq. com0 孔和爆破时土岩破碎抛出，前者可通过在钻机加装 集尘器得到有效控制,后者则一直没有便于实施且 有效的控制措施。 Ha u gen S指出绿色爆破技术将成为国际爆破 技术未来的发展方向⑴o Hen d r y M J[ 2] Ma hmo o d F N⑶、Vil l en eu ve S A和Ka r l sso n T在实验中发现炸 药在使用过程中有不同程度的氮泄漏,排放到环境 中的氨和硝酸盐会引起当地土壤酸化和富营养化, 造成地表地下水污染““o邹常富等在水泡泥降尘 以及产尘机制上进行了相关研究尬7];李延春在工 程中均通过水袋的降尘作用对爆破产尘进行了有效 第38卷第1期汪 泽,喻圆圆，吴 霄，等 城市复杂环境场平爆破降尘降噪试验研究135 地降低⑷；郭敬中、上官剑茗分别研究了多组份水 炮泥降尘技术、高效水炮泥聚氨酯发泡胶新型炮 孔堵塞材料在采场爆破防尘方面的应用⑼创；苟倩 倩、赵明生等进行了不同装药结构下降尘降噪效果 的比对试验，取得了良好的试验结果⑴］;孙苗等通 过一些综合措施在降噪以及降尘方面有显著效 果陀］；唐小军等采用深孔、浅孔结合的方式有效减少 了爆破振动⑴］。考虑到复杂环境城镇爆破工程逐渐 增多,从最实际的角度出发（即确保工程能够顺利进 行），拟通过对各种措施进行试验，探讨切实可行的降 尘、降噪方法，从实践中逐步积累数据与经验。 1降尘措施试验研究 11试验方法选择 爆破时由土岩破碎抛出带来的扬尘，影响因素很 复杂，同时可控范围较小,比如天气、地质情况等不可 抗力因素变量难以统一,因此结合现场实际条件及可 操作性，本方案主要从简单便捷的措施入手,通过试 验观测探讨这些措施能否达到明显的降尘效果。 初期拟选用的降尘措施有爆前洒水、彩条布覆 盖、密目网覆盖和导爆索水幕法四种，密目网覆盖与 彩条布覆盖原理一致，且网格大效果较低;导爆索产 生噪音过大，在城镇中禁止使用，故排除后两种方法。 12试验方法 遵循控制变量试验原则,两次降尘试验分别于 两天在同一区域进行，并保证几组试验有相同的天 气、风速、干湿度与地质条件。 1.2.1 爆前洒水降尘试验 选取两块地形地质一致的台阶形爆区，一块不洒 水做对照组，一块洒水做实验组，距离爆区20 m每隔 10 m摆放一只共计20只粉尘收集盒。试验前对每 只粉尘采集盒称重并记录，起爆后烟尘散尽对粉尘收 集盒进行回收并再次称重，与试验前的粉尘收集盒重 量进行统计处理比对分析擞据统计如表1。 表1粉尘收集盒重量统计表 Table 1 Statistical table of dust collection box weig ht 不洒水（对照组）洒水（试验组） 收集盒编号收集前/mg收集后/mg差值/吨收集盒编号收集前/mg收集后/吨差值/mg 1 -16.0996.1120.0132-16.0996.2060.107 1 -26.1386.2170.0792-26.1386.3120.174 1 -35.7915.8410.0502-35.7915.8860.095 1 -45.9636.0320.0692-45.9636.1210.158 1 -56.1096.1630.0542-56.1096.1160.007 1 -65.8335.8540.0212-65.8335.8380.005 1 -75.9816.0120.0312-75.9816.0120.031 1 -86.0096.0860.0772-86.0096.1490.140 1 -96.1076.2000.0932-96.1076.1930.086 1 -105.8605.9820.1222-105.8646.0080.144 1 -116.0976.2090.1122-116.0976.1740.077 1 -125.9056.1660.2612-125.9055.9120.007 1 -136.0336.2910.2582-136.0336.0490.016 1 -146.0456.3150.2702-146.0456.0500.005 1-155.8246.1010.2772-155.8245.8260.002 1 -166.0058.6212.6162-166.0056.0230.018 1 -176.0927.1801.0882-176.0926.1070.015 1 -185.9067.1621.2562-185.9065.9380.032 1-196.1416.5540.4132-196.1416.1480.007 1 -205.9776.2900.3132-205.9776.0550.078 对粉尘的收集采用规格一致的塑料盒,使用毫 克级的电子秤对收集前后的塑料盒称重，差值即为 收集粉尘的质量。 1.2.2 试验过程与数据分析 在爆破前对台阶进行洒水处理借以研究洒水工 作对爆破粉尘的产生与扩散是否存在影响,设立对 照组数据统计与洒水处理后数据统计进行比较。爆 区示意图如图l o 将对照组与洒水处理组粉尘收集盒重量进行对 比处理分析，结果如图2所示。 由两次试验数据（洒水与不洒水）可以看出，爆前 洒水能有效减少爆破粉尘的产生与扩散。对照组（不 136爆破2021年3月 洒水）中16、17、18三点收集值激增，可以明显看出风 向,而洒水组中各数值较平稳,没有激增点,对比得到 爆前洒水的降尘率为28.4 o爆破前洒水能使粉尘湿 润并凝结沉降，起到降低粉尘浓度、难以被气流吹起的 作用，能有效减少由自然风、爆破气流形成的扬尘。 粉尘收集盒 图1爆区示意图 Fig. 1 Schematic diagram of explosion area 3-r・收集值（对照） 小v 一 收集值（洒水） ・ 覆盖用以确定彩条布覆盖对爆破粉尘产生与扩散是 否会产生影响，粉尘收集盒的布置在洒水试验的基 础上增加了一排。爆区布置如图3所示，可形成两 种炮孔排数（5排、2排）条件下彩条布覆盖的降尘 效果对比，增加佐证力度。见图4。 营、 匪衩 赳 * 吳 2.0 1.5 1.0 _ 0.5 - 图3彩条布覆盖爆破现场示意图 Fig. 3 Coverage diagram 收集盒编号 图2粉尘收集盒收集值对比图 （a）爆破初期 （b）爆破中期 Fig. 2 Comparison chart of collected values （a） Initial stage of blasting （b） Middle stage of blasting 1.3彩条布覆盖降尘试验研究 图4爆破过程摄影图 在炮孔布置好以后，采用彩条布对爆破面进行 Fig- 4 Photography of blasting process 表2粉尘收集盒重量统计表 Table 2 Weig ht statistics 收集盒编号收集前/mg收集后/mg差值/mg收集盒编号收集前/mg收集后/mg差值/mg 3-1 -16.0996.7920.6933 -2-16.1416.9950.854 3-1-26.1387.0050.8653 -2-25.9777.3391.362 3-1-35.7916.5450.7543 -2-35.8687.0721.204 3-1-45.9636.9270.9643 -2-45.9027.7211.819 3-1-56.1097.5301.4213 -2-56.1378.3582.221 3-1 -65.8336.8681.0353 -2-66.0557.7011.646 3-1-75.9817.0100.8293 -2-75.9426.9711.029 3-1-86.0096.8100.5583 -2-86.0927.2501.158 3-1-96.1076.5540.4473 -2-95.8366.3830.547 3-1-105.8646.0760.2123 -2-105.5025.8140.312 3-1-116.0976.1170.0203 -2-115.9365.9610.025 3-1-125.9055.9140.0093 -2-125.8115.9900.179 3-1-136.0336.0570.0243 -2-136.0216.1350.114 3-1-146.0456.0680.0233 -2-145.9716.1540.183 3-1-155.8245.9160.0923 -2-156.0196.2510.232 3-1-166.0056.1280.1233 -2-165.9826.1470.165 3-1-176.0926.3930.3013 -2-175.9336.1800.247 3-1-185.9066.0200.1143 -2-185.8916.0280.137 注3-1-2中“3”表示第三次试验,“1”表示第1排，“2”表示第2列。 第38卷第1期汪 泽,喻圆圆，吴 霄，等 城市复杂环境场平爆破降尘降噪试验研究137 根据所收集数据，计算降尘率［⑷ 生二凹“。。％ m2 对数据进行分区计算5排、2排炮孔区域分别 计算,5排炮孔彩条布覆盖降尘率7___________ 肌1 2 肌5-肌6 7 肌10 V1 ----------------/ 、---------------------X 2 m5 1498 - 938 4 100 二 扁 x 100 37.4 1498 同理可计算得5排炮孔彩条布覆盖降尘率％二 45,得出平均降尘率7741.2。见图5。 编号 图5彩条布覆盖收集值散点图 Fig. 5 Covering collected value scatter 式中叨是降尘率,％ ；m2是没有覆盖彩条布的 平均粉尘收集质量,mg；是覆盖彩条布的平均粉 尘收集质量,mg。 本次试验爆区形状为“菜刀”状，左侧6排炮 孔，右侧2排炮孔，彩条布覆盖区域为爆区中间一部 分。从摄影图中看到覆盖彩条布区域的爆破扬尘从 台阶下方逸出,这样大大减少了上空的沙尘含量,起 到了降尘作用；从散点图中可以看出第二排粉尘收 集值最大,第一排与第三排较少，说明爆破扬尘由近 到远是个逐渐衰减的过程。在每一排中,5号左右 的收集点数值最大，对应爆区为6排炮孔中开始被 彩条布覆盖的部分，随后收集点数值明显下降，结合 爆破过程图可以看到被彩条布覆盖的区域几乎不见 扬尘。彩条布覆盖的降尘效果显著，平均降尘率达 41.2以上。 2单发雷管降噪试验研究 2.1研究内容 孔内炸药爆破由于岩层阻隔产生低音对环境影 响较小，噪音的主要来源为孔外雷管爆破。每次爆 破的变量较多总药量、一次齐发药量、雷管数、孔网 参数等,对整个爆区采取措施进行试验,收集到的噪 音分贝数值不可靠。其他变量难以更改，所以本次 试验针对单发雷管进行，变量单一，收集到的数据具 有较强的可分析意义。找到最佳降噪措施,再普及 到所有地表雷管上，将取得明显的降噪效果。 2.2降噪试验方案及设备 选取空旷场地，周围无楼房、山丘等能反射声波 的障碍物。将雷管平放在地面上，加上覆盖物，在 10m处放置分贝仪与测振仪,在安全距离外起爆雷 管，采用噪音计MAX模式与测振仪读数后进行下 一组试验。采用AR-824噪音计.TC-4850测振仪、 激光测距仪作为试验手段进行噪音及振动的收集， 每组雷管放置在同一位置。 噪音主要以波的形式传播声波、振动波，我们 可以利用波在传播到相邻介质的临界面时会发生反 射、折射而衰减的这一性质来达到降噪的目的。 2.3试验过程 1 制作覆盖袋挑选合适规格的密封袋，用同_ 小碗盛出相同体积的水、沙、碎石，并装入密封袋中。 2 选取试验地点用激光测距仪测距10 mo 按照实验组内容不同覆盖物与顺序,在标定 雷管起爆点逐一起爆雷管，并在10 m外的数据采集 点采集数据。 2.4试验结果与分析 见图6,表3。 a采集图3-4-1 b采集图3-4-2 a Acquisition diag ram 3-4-1 b Acquisition diag ram 3-4-2 图6部分数据采集图 Fig. 6 Partial data acquisition diagram 将表3中各因素与所对应的试验结果用效应曲 线图表示出来。 由图7a 中可以看出覆盖碎石袋的降噪效果 最好，平均降噪率达到13.6,这是因为噪音是声 波,以波的形式传播,服从波的传播规律在两种介 质的交界面上会发生反射与折射，从而使波的能量 产生衰减,且两种介质的密度差距越大，衰减越大。 在本次试验中，碎石的密度比沙、水与空气的密度差 138爆破2021年3月 距大，而且碎石袋中碎石数量多,交界面也多,进一 步加强了对噪音的削弱作用。最后一次试验为施加 三种覆盖物水、沙、碎石，降噪效果最佳，达 21.2，对现场具有重要的指导意义。 5 58 8 音 噪 O O 5 5 8 7 8 7 70 65 € € 2 2 旦掠曙 笊呆呎系系系急急急急22 t s、、、 覆盖物 2 笊呆呎系系系急急急急22 t s、、、 覆盖物 2 b 图7数据散点图 Fig. 7 Data scatter 表3试验数据表 Table 3 Test data sheet 序号覆盖介质噪音/分贝振速/mm s 1 1 -183.50.22 1 -2无85.00.25 1 -384.60.23 2-176.40.22 2-2水75.30.25 2-375.90.28 3-176.50.15 3 -2沙77.10.17 3 -377.90.12 4-172.40.25 4-2碎石72.80.25 4-373.50.26 5-1水、沙77.40.18 5 -2水、碎石74.70.18 5-3沙、碎石77.80.24 6-166.20.21 6-2水、沙、碎石66.90.18 6-366.40.21 由图7b中可以看出，覆盖沙袋的降振效果最 好，细沙粒径小,在降振过程中起到缓冲的作用，有 效吸收了雷管爆破产生的振动，平均减震率达 35. 2 o 3结论 基于对复杂环境城镇爆破降尘降噪的研究,在 景德镇某场平工程中进行了现场试验并对比了爆前 洒水与覆盖彩条布的降尘效果、地表雷管覆盖不同 介质的降噪、减震效果，得出以下结论 1 爆前洒水能使粉尘湿润并凝结沉降，起到 降低粉尘浓度、难以被气流吹起的作用，能有效减少 由自然风、爆破气流形成的扬尘，降尘率为28.4 o 2 覆盖彩条布能改变爆破扬尘扩散方向，使 之从台阶下方横向逸出，大大减少了上空的沙尘含 量，起到了降尘作用，彩条布覆盖的降尘效果显著, 平均降尘率达41.2以上。但该方法所需人力物 力较大，准备时间较长。 3 地表雷管覆盖单介质为碎石时降噪效果最 好，降噪率达到13.6,覆盖单介质为沙时,降振效 果最好，减震率达35.2。覆盖介质为水、沙、碎石 时,平均减震率达35.2。 综上所述，在对粉尘、噪音要求较高的特殊时 期，如创建卫生文明城市中，建议使用彩条布覆盖法 降尘,在地表雷管上覆盖碎石降噪,有条件的可覆盖 水、沙、碎石的混合袋。 参考文献References [1 ] HAUGEN S. Rock Fragmentation in mining-past, present and future[ C] 〃 12th International Symposium on Rock Fragmentation by Blasting, Lule, Sweden ,2018 34-37. [2] HENDRY M J,WASSENAAR L I,BARBOUR S L,et al. Assessing the fate of explosives derived nitrate in mine waste rock dumps using the stable isotopes of oxygen and nitrogen[ J ]. Science of The Total Environment, 2018 , 640-641127-137. [3] MAHMOOD F N, BARBOUR S L, KENNEDY C,et al. Nitrate release from waste rock dumps in the Elk Valley, British Columbia, Canada [ J ]. Science of The Total Envi 第38卷第1期汪 泽,喻圆圆，吴 霄，等 城市复杂环境场平爆破降尘降噪试验研究139 ronment ,2017,605- 606 915 -928. [4] VILLENEUVE S A, BARBOUR S L, HENDRY M J,et al. Estimates of water and solute release from a coal waste rock dump in the Elk Valley, British Columbia, Canada [J] . Science of The Total Environment, 2017,601 - 602 543-555. [5] 赵雄飞.大气氮排放与沉降的定位观测及区域模拟研 究[D].南京南京大学,2019. [5 ] ZHAO Xiong-fei. Positioning observation and regional simulation of atmospheric nitrogen emission and deposi tion [D]. Nanjing Nanjing University ,2019. in Chinese [6] 邹常富，张启平,秦秀合，等.爆破作业面水炮泥降尘 试验研究[J]・矿业研究与开发,2019,395126-129. [6] ZOU Chang-fu,ZHANG Qi-ping,QINE Xiu-he,et al. Ex perimental study on dust-reduction of water cannon mud on blasting operation face [ J ]. Mining Research and De velopment ,2019,395 126-129. in Chinese [7] 邹常富，邓有凡.采场爆破产尘规律及降尘技术研究 [J].矿业研究与开发,2019,39834-37. [7] ZOU Chang-fu, DENG You-fan. Study on dust production law and dust reduction technology in blasting stope [ J ]. Mining Research and Development, 2019,398 34-37. in Chinese [8] 李廷春，刘建章,张海东，等城市建筑物爆破拆除的 综合防尘降尘技术[J] 爆破,2012,294117-121. [8] LI Ting-chun, LIU Jian-zhang, ZHANG Hai-dong, et al. Integrated technology of dust prevention in explosive dem olition of urban buildings [ J ] . Blasting ,2012,294 117- 121. in Chinese [9] 郭敬中，金龙哲，李 冈n等.多组份水炮泥配方优选 及降尘试验研究[J]・金属矿山,20203190-196. [9] GUO Jing-zhong, JIN Long-zhe,LI Gang,et al. Study on the ulation optimization of multi-component water stemming and dust removal test [ J ]. Metal Mine, 20203 190-196. in Chinese [10]上官剑铭,叶亦杰.高效水炮泥聚氨酯发泡胶新型 炮孔堵塞材料试验研究[J] 采矿技术,2019,194 114-116. [10] SHANG GUAN Jian-ming, YE Yi-jie. Experimental study on high efficiency water cannon mud a new type of hole plugging material of polyurethane foam adhesive [ J ]. Mining Technology, 2019, 19 4 114-116. in Chi nese [11] 苟倩倩，赵明生,张光雄，等装药结构对爆破振动能 量传递的影响研究[J]・爆破,2020,37161-67. [11 ] GOU Qian-qian, ZHAO Ming-sheng, ZHANG Guang- xiong, et al. Effect of charge structure on energy transfer of blasting vibration[ J]. Blasting,2020,371 61-67. in Chinese [12] 孙苗，吴立,周玉纯，等水下钻孔爆破地震波信 号的最优降噪光滑模型[J].华南理工大学学报自 然科学版,2019,47831-37. [12] SUN Miao,WU Li, ZHOU Yu-chun, et al. Optimal de- noising smooth model of underwater drilling blasting seismic wave signal[ J] . Journal of South China Universi ty of Technology Natural Science Edition , 2019, 478 31-37. in Chinese [13] 唐小军，程杉.临近高层建筑场平爆破控制技术 [J].工程爆破,2018,24477-81. [13 ] TANG Xiao-jun, CHENG Shan, Control technology of site leveling blasting near the high-rise building [ J]. Engi neering Blasting,2018,244 77-81. in Chinese [14] 汪理全，徐金海.矿业工程概论[M].徐州冲国矿业 大学出版社,200414M43. 英文编辑袁必和 上接第123页 [13] 龙 源，谢全民,钟明寿，等.爆破震动测试信号预处 理分析中趋势项去除方法研究[J]工程力学,2012, 2910 63-6 [13 ] LONG Yuan, XIE Quan-min, ZHONG Min-shou, et al. Research on trend removing s in preprocessing a- nalysis of blasting vibration monitoring signals [J]. Engi neering Mechanics,2012,2910 63-6 in Chinese [14] 韩 亮，刘殿书,辛崇伟，等.深孔台阶爆破近区振动 信号趋势项去除方法[J]爆炸与冲击,2018,385 1006-1012. [14] HAN Liang, LIU Dian-shu,XIN Chong-wei,et al. Trend removing s of vibration signals of deep hole bench blasting in near field [ J] . Explosion and Shock Wave, 2018,385 1006-1012. in Chinese [15] 邓华锋，张国栋,王乐华，等导流隧洞开挖施工的爆 破振动监测与分析[J].岩土力学,2011,323855- 860. [15 ] DENG Hua-feng, ZHANG Guo-dong, WANG Le-hua, et al. Monitoring and analysis of blasting vibration in diver sion tunnel excavation [ J] . Rock and Soil Mechanics, 2011,323 855-860. in Chinese [16]张义平，李夕兵,赵国彦，等爆破震动信号的时频分 析[J].岩土工程学报,2005,2712 1472-1476. [16] ZHANG Yi-ping,LI Xi-bing,ZHAO Guo-yan,et al. Time frequency analysis of blasting vibration signals] J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2005,27 12 1472- 1476. in Chinese [17] 国家安全生产监督管理局.GB 67222014爆破安全 规程]S].北京中国标准出版社,2014. 英文编辑黄刚