大规模废弃雷管的安全销毁试验研究.pdf

第 32 卷 第 1 期 2015 年 3 月 爆 破 BLASTING Vol. 32 No. 1  Mar. 2015 doi 10. 3963/ j. issn. 1001 -487X. 2015. 01. 025 大规模废弃雷管的安全销毁试验研究 李泽华 1， 王明伟1， 夏岸雄2， 孙宝宇1， 李华锋1， 肖 雄2 （1. 北方爆破工程有限责任公司， 北京 100089； 2. 武汉理工大学 资源与环境工程学院， 武汉 430070） 摘 要 为了安全高效大规模销毁废弃雷管， 采用爆炸法进行销毁， 并在沙堆中进行爆破试验研究。首先 进行小型爆破试验， 测量爆破后漏斗尺寸， 评价爆破效果， 得出单坑适宜药量为 400 发； 随后进行大型爆破试 验， 建立北部和西部两条爆破监测线， 对爆破振动进行监测， 分析在无障碍物和有障碍物情况下爆破地震波 的衰减规律和爆破质点振动速度的回归公式， 验证大型试验的可靠性和安全性； 最后校核安全距离， 在保证 人员和周围工房安全基础上， 顺利完成了雷管销毁任务。这不仅提高了效率， 也大大节约了成本， 为今后进 行同类型的工程提供依据。 关键词 沙堆；爆炸法；销毁；废弃雷管；爆破振动监测；安全距离 中图分类号 TD235. 3 文献标识码 A 文章编号 1001 -487X （2015） 01 -0126 -05 Experimental Study on Safety of Large-scale Destruction of Discarded Detonators LI Ze-hua1， WANG Ming-wei1， XIA An-xiong2， SUN Bao-yu1， LI Hua-feng1， XIAO Xiong2 （1. North Blasting Engineering Co Ltd， Beijing 100089， China； 2. School of Resources and Environmental Engineering， Wuhan University of Technology， Wuhan 430070， China） Abstract The explosion was applied in disposal of mass discarded detonators， and experimental studies were conducted in the sand-pile. Small charge blasting tests were carried out firstly. In the test， single crater appropri- ate dosage was 400， by which funnel size and blasting effect were uated and measured；then blasting vibration monitoring was carried out by establishing the north and west blasting monitoring line in large blasting tests. The at- tenuation rule of blasting seismic wave and the regression ula of blasting vibration velocity of particles were ana- lyzed under conditions without obstacles， which confirmed the reliability and security. Finally， the safety distance of shock wave was checked， which provided reference to prevent and handle the and misfire problems. All detonators were successfully disposed of on the basis of personnel and buildings security around， which not only cut down the cost and increased the efficiency， but provided a basis for the similar projects. Key words sand-pile；explosion s；destruction；discarded detonators；blasting vibration monitoring； safety distance 收稿日期 2014 -10 -01 作者简介 李泽华 （1964 - ） ， 男， 博士， 北方爆破工程有限责任公司 副总经理、 总工程师，（E-mail） 1569635675 qq. com。 通讯作者 夏岸雄 （1989 - ） ， 男， 硕士研究生， 武汉理工大学资源与 环境 工 程 学 院， 从 事 采 矿 爆 破 方 向 研 究， （ E-mail） 869096703 qq. com。 威海武岭爆破器材有限公司是一个雷管生产企业， 停产时各车间里分别存有起爆药、 导爆药、 点火 药、 延期药、 延期体、 导爆管等各种药剂及半成品。 需要销爆处理的成品、 半成品及药剂种类有 未编码 电雷管、 导爆管雷管、 过期 KD 起爆药雷管等约 500 万发， 库存湿 DDNP 起爆药、 干 DDNP 起爆药 150 kg， 以及泰安、 黑索金、 硝化棉等高危化学品。 该销爆项目 500 万发雷管的销毁作业时间仅 80 d。 本文是研究在有限的场地条件下低成本方法解决大 规模雷管销毁的实际问题。 1 销毁方案 1. 1 销毁方案选择 根据 GJB51202002， 爆炸物品销毁处置方式 有 爆炸法、 燃烧法、 水溶解法、 化学法 ［1］。本次销 毁的对象是废弃雷管， 采用爆炸法是首选方式 ［2， 3］。 爆炸法的特点是效率高， 安全性好。实施过程中应 根据爆炸物品种类， 外壳厚度、 强度， 爆炸威力， 引爆 薄弱环节， 引爆作用方式等进行分类销毁处置， 销毁 应在坑中进行。 1. 2 销毁场地选择 爆炸销毁场地的选择对安全顺利完成任务有重 要影响 ［4， 5］。由于工厂周边难以找到合适的废弃采 石场或石料场， 加之大多数雷管存储在工厂的雷管 库中， 运输也存在着不稳定、 不安全因素， 因此需要 就近寻找合适的场地进行规模化销毁作业， 并将销 毁作业的负效应控制在允许范围内。经过多方面考 察， 在工厂临时雷管库房旁边约60 m 处有一个空旷 场地， 场地两侧是报废的生产工房， 经过对场地进行 平整， 采用细沙铺垫后作为销毁场地。沙场爆破试 验区平面图见图 1。 图 1 沙堆的周围环境及监测点分布图 （单位 m） Fig. 1 Surroundings of sand-pile and monitoring points layout （unit m） 1. 3 分装与运输 在进行分装与运输过程中， 应根据颜色、 结构、 包装箱外观标志等识别雷管的段别， 进行分类、 编 号、 登记、 造册。不同类雷管不允许装在一起。由于 存放雷管库房距离沙场近， 被销毁雷管具有高危险 性等特点， 为防止发生搬运过程中由于意外碰撞、 挤 压、 跌落引发爆炸事故， 决定采取人工搬运的方法。 2 沙堆爆炸试验研究 2. 1 雷管填埋 沙场挖坑方式是机械挖坑和人工挖坑相结合。 挖掘机掩埋时， 第一铲要缓慢， 防止沙土瞬间落下压 断连接线。埋填方式 销爆场所沙堆上挖坑 0. 8 1 m 深， 填埋沙子后， 应高出地面 0. 4 0. 6 m， 沙堆 堆积高度不少于0. 8 m， 直径不少于1. 5 m。装填雷 管时， 用铁锹继续下挖 2 3 次， 允许偏差 0. 5 m， 确 保深度在 1 m， 坑间距 5 m。 2. 2 起爆作业 采用电起爆网路， 相邻炮坑之间 （纵列） 用剪切 好的雷管脚线串联连接， 脚线颜色选用红、 白、 绿等 显眼、 醒目颜色。网路线要保持足够的松弛度， 防止 掩埋沙土时压断， 造成网路不通。考虑到一次销毁 的雷管数量较多， 采用串联起爆法， 网路成 Z 型串 联， 用电雷管脚线引出到起爆点起爆。起爆后， 爆破 员进入现场进行检查。通过测量、 对比漏斗情况来 判断有无盲炮。 3 爆破振动数据的监测与分析 由于爆区周围环境比较复杂， 沙堆东西两边是 工房和雷管库房， 附近有养殖户的养殖场。为研究 雷管销毁的爆破振动对周围建筑物安全性的影响， 开展爆破振动的监测任务。采用成都中科动态仪器 有限公司生产的 TC-4850 爆破振动仪及配套的三 维低频宽带振速传感器 （1 500 Hz） ， 可实现多通 道数据采集、 存储和分析。 3. 1 测点及测线布设 在爆破震动测试中， 测点布置占有极其重要的 地位， 它直接影响爆破震动测试的效果及观测数据 的应用价值。确定测点数目及测点位置主要根据测 试的目的和现场条件等因素。联系爆区的实际情 况， 在有障碍物的东部工房和无障碍物的北部分别 建立两条测线， 每条有 6 个测点， 编号分布为 1， 2， 3， 4， 5， 6。监测点位置见图 1 所示。 爆区地质条件 下层主要是大理石， 表层主要为 沙粒和碎石， 均堆积有岩渣， 且部分岩石存在风化 层， 岩性松软。分析爆区的地质条件可知， 如果直接 安装传感器， 会导致采集的信号大大失真。为了能 可靠地得到爆破震动或结构动力响应的记录， 传感 器必须与测点的表面牢固地结合在一起， 否则在爆 721第 32 卷 第 1 期 李泽华， 王明伟， 夏岸雄， 等 大规模废弃雷管的安全销毁试验研究 破震动时往往会导致传感器松动、 滑动， 使信号完全 失真。在实际操作中， 按如下步骤进行操作（1） 确 定测点的位置， 然后在清理后的基岩表层用铁锤固 定铁桩；（2） 用石膏作为原料， 用适量水搅拌即可配 制成测试所需的速凝剂；（3） 将速凝剂铺在铁桩小 平台上， 然后将速度传感器通过石膏粘连在铁桩上。 安装时特别要留意传感器的 3 个测试方向， 分配 Z 向为竖直朝上， X 向指向爆心、 Y 向垂直爆心。 3. 2 小型爆破试验 小型销毁试验的安排是 进行 6 次试验， 每次挖 5 个坑， 对每个沙坑从 1 到 5 进行编号。药量分别 从 100 发、 200 发、 300 发、 400 发、 500 发到 600 发变 化。用钢尺测量每次爆破前后各个沙坑的深度、 直 径， 漏斗的尺寸， 统计结果见表 1。在北部建立监测 点监测每次爆破后测点的数据。以 1和 2测点的 X 方向速度作为比较指标， 统计结果见表 2。 表 1 爆破试验结果统计表 Table 1 The statistics of blasting test results 试验 序号 药量/ 发 沙坑 深度/ m 坑距/ m 沙坑 直径/ cm 漏斗 深度/ m 漏斗 直径/ m 爆破效果评价备注 11001. 02. 116无无 振动微小， 声音微小， 无明显漏 斗， 微量冒烟， 无火焰 22001. 12. 0160. 30. 4 震动、 声响较小， 扬沙范围不超 过 3 m， 无火焰 33001. 21. 9170. 50. 6 震动、 声响较大， 扬沙约 3 m 高， 4 m 远， 无火焰 每个沙 坑 加 一 发澳瑞 凯 起 爆 电雷管， 同时起 爆， 起爆点距离 沙坑 100 m； 每 个试验重复做 5 次； 对于沙坑深 度和直 径 指 标 是每次 测 量 数 据的平均值 44001. 31. 9180. 80. 7 震动、 声响较大， 扬沙约 4 m 高， 4 m 远， 有少量烟， 有少许火焰 55001. 32. 0200. 90. 9 震动、 声响较大， 扬沙超过 5 m， 冒烟， 有火焰 66001. 42. 1221. 31. 4 震动、 声响巨大， 扬沙超过 6 m， 冒浓烟， 有明亮的火焰 表 2 不同药量的振速对比表 Table 2 Contrast table of vibrating velocity of different doses 测点标号方位爆心距/ m 药量 100 发药量 200 发 X 方向速度/ （cms -1） 药量 300 发药量 400 发药量 500 发药量 600 发 1北部80. 583151. 387411. 545382. 213862. 678282. 94234 2北部130. 213420. 437620. 578320. 728611. 213641.64351 经过此次小型试验， 分析表 1 和表 2 的数据， 得 到结论如下 （1） 随着药量的增加， 漏斗的尺寸变大， 当药量 达到 600 发时， 漏斗的深度几乎达到沙堆厚度， 这会 给下一次平整沙堆带来麻烦， 同时， 出现了火焰， 飞 沙也越来越多， 刺鼻的毒烟也越来越多， 出现了诸多 不安全因素；（2） 随着药量的增加， 监测点 X 方向速 度逐渐增大， 当药量达到 500 发和 600 发时， 峰值速 度分别达到了 2. 67828 cm/ s、 2. 94234 cm/ s， 这已经 接近 钢 筋 混 泥 土 结 构 房 屋 的 安 全 允 许 振 速 3. 0 cm/ s， 因此 500 发和 600 发是不安全的药量； （3） 当单孔药量 400 发时， X 方向峰值速度为 2. 21386 cm/ s， 小于安全允许振速， 基本达到了预期 的目的。因此综合考虑以上诸多因素， 确定单孔药 量为 400 发。 3. 3 大型爆破试验 为了安全起见， 分次起爆， 首先起爆 50 个坑共 2. 4 万发雷管 （等效药量为 32. 5 kg） ， 在东部建立测 点， 爆破效果评价 一次性成功起爆， 无盲炮， 100 m 外振动小， 噪音较小。评价效果之后再往上加药量， 第二次， 起爆 70 个坑共 2. 8 万发雷管 （药量为 37. 8 kg） ， 在北部建立测点， 爆破效果评价 无盲炮， 噪音小， 两排工房玻璃和门窗仍然完好无损， 另外有 较大量毒烟逸出， 并伴随着火焰产生。记录每次爆 破后的各个测点的数据， 统计在表 3 中。 821爆 破 2015 年 3 月 表 3 监测结果统计表 Table 3 Statistics of monitoring results 测点 标号 测点 方位 等效 药量/ kg 爆心距/ m X 方向速度/ （cms -1） X 方向 频率/ Hz Y 方向速度/ （cms -1） Y 方向 频率/ Hz Z 方向速度/ （cms -1） Z 方向 频率/ Hz 1 北部37. 813. 02. 982859. 0092. 1190522. 7272. 5751315. 873 东部32. 543. 50. 9016027. 7780. 5790018. 5190. 6972022. 222 2 北部37. 818. 01. 3328010. 2041. 3371523. 8101. 3565821. 277 东部32. 548. 50. 3132922. 7270. 3329823. 8100. 4073917. 857 3 北部37. 826. 00. 5412812. 8210. 6327213. 5140. 6067222. 727 东部32. 553. 50. 1586021. 7390. 2772818. 5190. 2860118. 182 4 北部37. 841. 00. 4806914. 7060. 3857414. 9250. 4378234. 483 东部32. 558. 50. 2069320. 0000. 1650117. 5440. 2085416. 949 5 北部37. 848. 00. 3847031. 2500. 2434014. 4930. 6330016. 667 东部32. 563. 50. 1375420. 8330. 1789131. 2500. 3293918. 182 6 北部37. 860. 00. 2642711. 4940. 2104315. 3850. 4138523. 810 东部32. 573. 50. 1474014. 2860. 1409916. 3930. 2128116. 667 注 由于废弃雷管规格和种类不同， 药量也不完全一样， 计算按爆热比值估算雷管的等效药量为 1. 35 g/ 发。 3. 4 爆破振动速度分析 爆破安全规程中对于爆破地震强度计算公式为 v K Q1/3 R α （1） 式中 v 为介质质点的振动速度， cm/ s； K、 α 为与场 地和爆破条件有关的系数。根据表 2 的现场测试数 据， 通过最小二乘法对所有实测数据进行分析处理， 剔除异样数据后， 可以回归出爆破地震波的传播规 律， 无障碍时 K 35， α 1. 569； 有障碍物时 K 60. 9， α 1. 517， 振幅的变化较大， 基本位于 10 35 Hz 之间。 有障碍物相比无障碍物条件下， 计算出来的 α 值变化很小， 而 K 值几乎增大了一倍。对比北部和 东部测点 X、 Y 和 Z 方向振速看出， 东部测点爆破地 震波衰减比北部慢。波形具有以下共同特征（1） 水平径向振动速度大于水平切向和垂向速度；（2） 炸药爆破振动波形和塌落振动波形有明显区别， 爆 破振动首先到达， 振幅较小， 频率较高； 塌落振动随 后到达， 振幅远大于爆破振动速度；（3） 测点 X、 Y 和 Z 方向的振速均随着爆心距的增大而减小， 曲线均 较陡说明地震波的衰减的速度特别快， 随着爆破的 结束， 振动速度达到最小值。见图 2。 图 2 测点振动速度的衰减曲线图 Fig. 2 Vibration velocity decay curve of measuring points 爆破安全规程 指明 钢筋混泥土结构房屋的 安全允许振速， 当振动频率为 10 50 Hz 时， 为 3. 5 4. 5 cm/ s； 当振动频率 10 Hz 时， 为 3. 0 4. 0 cm/ s。由表 2 西部振动速度监测数据可知， 无 921第 32 卷 第 1 期 李泽华， 王明伟， 夏岸雄， 等 大规模废弃雷管的安全销毁试验研究 障碍物的最大振动速度是 1测点的 0. 9016 cm/ s， 有障 碍 物 的 最 大 的 振 动 速 度 为 1 测 点 的 2. 98285 cm/ s， 均小于钢混结构房屋安全允许振速 值。这说明此次大规模雷管销毁的振动满足要求， 不会影响周边建筑物的结构安全， 也表明了沙堆对 爆破效果的减震作用是非常明显的。 4 安全距离校核 （1） 爆破冲击波安全距离。空气冲击波安全允 许距离， 应根据保护对象的结构、 所用炸药的品种、 气象和地形条件共同确定。一般松动爆破不考虑空 气冲击波的安全距离， 对于雷管销毁爆破条件下， 空 气冲击波的安全距离计算公式为 ［6， 7］ Ro Kn槡Q（2） 式中 Kn为与爆破作用指数和破坏状态有关的系 数， 经现场测算爆破作用指数 n≈2， 查表可得 Kn≈ 5 10， 取最大值 10； Q 为 药 量， 假 设 所 有 炮 孔 （98 个） 同时起爆， 药量约为 40 000 发， 换算之后药 量为 53 kg。计算得 Ro73 m。 （2） 爆破飞散物和有毒气体安全距离。此次爆 破作业的爆破飞散物主要是沙子， 危害小。但对于 在爆炸中燃烧引起的有毒气体， 气味刺鼻难闻， 引发 中毒事故的概率高， 因此影响不能忽略。在露天爆 破现场的影响范围可按下式计 ［7］ RQ KQQ1/3（3） 式中 RQ为离爆破有毒气体的最小安全距离， m； KQ 为有毒气体扩散系数， RQ KQQ1/3统计平均值为 16， 下风方向时增大一倍。计算得 RQ60 m。 另外， 雷管的销毁作为高危险的爆破作业， 有严 格的爆破警戒规范， 警戒距离应不小于 200 m， 起爆 距离不小于 200 m。为了安全起见， 设置安全警戒 距离为 200 m， 并躲在安全掩体内。在爆破时， 此范 围内不准有人员。 5 结语 通过以上爆破试验研究， 在规定工期内安全和 顺利完成了全部雷管的销毁任务， 期间无一例人员 伤亡事故， 也保证了周围的工房和养殖场的安全。 这不仅节约了成本， 保证了安全， 也提高了效率， 主 要结论如下（1） 在沙堆中采用爆炸法对废弃的雷 管进行销毁， 沙子这种介质在雷管爆破销毁过程中 的减震效果非常明显；（2） 通过监测仪器的监测， 验 证了此次大规模试验的合理和安全性， 得到沙堆中 爆区岩性参数 K 和 α， 无障碍时 K 35， α 1. 569； 有障碍物时 K 60. 9， α 1. 517， 为以后同类型工程 项目提供指导和参考。 参考文献 （References） ［1］ GJB51202002 废火药、 炸药、 弹药、 引信及火工品处 理、 销毁与贮运安全技术要求 ［S］ . ［2］ 赵红宇， 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