地下洞室群开挖中爆炸水雾降尘的应用初探.pdf

第3 0 卷第4 期 爆破 V o l 3 0N o 4 2 0 1 3 年1 2 月B L A S T I N G D e c ．2 0 1 3 ■■■■■■■●_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ■■■■■■■●■_ ■●●●●●■■_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ●●■■■■■■■■■■■■■●_ _ _ _ ●_ I I _ d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 3 ．0 4 ．0 3 2 地下洞室群开挖中爆炸水雾降尘的应用初探 杨凯1 ，李鹏2 ，赵晓1 ，周永力1 1 ．武警水电第六支队，宜昌4 4 3 1 3 3 ；2 ．长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室，武汉4 3 0 0 1 0 摘要地下洞室群爆破开挖会产生大量的粉尘，对作业人员和环境产生较大危害，故有必要研究适合地 下洞室群开挖的降尘方法。为此，采用现场试验的方法，在某地下洞室群开挖工程中利用粉尘浓度仪分别测 试了采用爆炸水雾降尘方法与不采用降尘措施的爆后粉尘浓度，并对测试结果进行了比较和分析。结果表 明，爆炸水雾降尘法具有较明显的降尘效果，爆后1 5m i n 后粉尘浓度降低到1 0m s ／m 3 以下。所采用的材料 成本不高，且爆后易回收。因此该方法经济、环保，适合在地下洞库开挖中推广应用。 关键词地下洞室群；爆炸水雾；爆破粉尘；降尘 中图分类号T D 2 3 5 ．1文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 3 0 4 0 1 4 3 0 5 I n v e s t i g a t i o no nA p p l i c a t i o no fD u s t R e d u c t i o nU s i n gS p r a y I n d u c e db yB l a s ti nE x c a v a t i o n so fU n d e r g r o u n dG r o u pC a v e r n s Y A N GK a i l ，L IP e n 9 2 ，Z H A OX i a 0 1 ，Z H O UY o n g l i l 1 ．6 t hD e t a c h m e n to fA r m e dP o l i c eH y d r o p o w e rT r o o p s ，Y i c h a n g4 4 3 13 3 ，C h i n a ； 2 ．K e yL a b o r a t o r yo fG e o t e c h n i c a lM e c h a n i c sa n dE n g i n e e r i n go ft h eM i n i s t r yo fW a t e rR e s o u r c e s ， C h a n g j i a n gR i v e rS c i e n t i f i cR e s e a r c hI n s t i t u t e ，W u h a n4 3 0 0 1 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h eb l a s t i n ge x c a v a t i o n so fu n d e r g r o u n dg r o u pc a v e r n si n d u c e dl a r g ea m o u n t so fd u s t s ，w h i c hj e o p - a r d i z e dt h eh e a l t ho fw o r k e r sa n dt h ew o r k i n ge n v i r o n m e n t ．T h u si ti sn e c e s s a r yt os t u d yt h ed u s t - r e d u c t i o nm e t h o d u n d e rs u c hc o n d i t i o n s ．I nt h i sp a p e r ，i n - s i t ue x p e r i m e n tw a sc a r r i e do u ti na ne x c a v a t i o np r o j e c to fu n d e r g r o u n d g r o u pc a v e r n s ．T h ed u s td e n s i t ya f t e rb l a s t i n gw i t ht h ed u s t - r e d u c t i o nm e t h o db yu s i n gs p r a yi n d u c e db yb l a s ta n d w i t hn od u s t - r e d u c t i o nm e a s u r e sw e r et e s t e d ．T h em e a s u r e dd a t aw e r ec o m p a r e da n da n a l y z e d ．T h er e s u h ss h o wt h a t t h i sd u s t r e d u c t i o nm e t h o dd e c r e a s e dd u s td e n s i t yb e l o w1 0m g ／m 3i n1 5m i n u t e sa f t e rb l a s t i n g ．T h em a t e r i a l sa d o p t - e di nt h i sm e t h o dw e r en o te x p e n s i v ea n de a s yt ob er e c y c l e da f t e rb l a s t i n g ．T h e r e f o r e ．t h em e t h o dW a se c o n o m i ca n d a p p r o p r i a t ef o ra p p l i c a t i o ni nt h eb l a s t i n ge x c a v a t i o n so fu n d e r g r o u n dg r o u pc a v e r n s ． K e yw o r d s u n d e r g r o u n dg r o u pc a v e r n s ；b l a s ti n d u c e ds p r a y ；b l a s t i n gd u s t ；d u s t ．r e d u c t i o n 爆破产生的粉尘中有一部分其粒度非常细微， 能在空气中长期悬浮和飘移，在其表面会吸附多种 有机物和无机物，并在颗粒表面发生一系列化学反 应，有可能改变物质的化学形态和生物毒性，对劳动 场所、环境和人体健康构成很大危害。此外部分大 收稿日期2 0 1 3 0 8 2 7 作者简介杨凯 1 9 7 4 一 ，男，陕西省户县人，高级工程师、学士， 主要从事水电工程建设研究， E - m a i l y k 3 3 3 3 3 3 s o h u ．c o r n o 颗粒物在现场及周围沉积下来，当受到振动或气流 的影响时，会回到空气中成为二次扬尘。 我国规定作业地带空气中粉尘的最高允许浓度 是含游离二氧化硅1 0 ％以上的粉尘为2m r ／m 3 ，其 余各种粉尘为1 0m g ／m 3 。目前，爆破防尘降尘措施 主要有通风降尘、工艺降尘和湿式降尘三种。由于 爆破粉尘的主要成分为S i O 、粘土和硅酸盐类物质 等，亲水性较强，因此湿式降尘法比其他方法更为有 万方数据 爆破 2 0 1 3 年1 2 月 效。湿式降尘近几年发展较快，方法也越来越多，其 中水泡泥堵塞法、高压喷雾法、泡沫降尘法、爆炸水雾 降尘法等方法已成为降低爆破粉尘的重要途径【1 4J 。 这些方法一般应用于拆除爆破和井下爆破采矿 中，而在地下洞室群的爆破开挖中，却鲜有应用。地 下洞室群空间狭小、爆破作业频繁、粉尘难以消散，因 此仅采用通风措施还难以满足安全和环保的需要。 爆炸水雾降尘法利用盛水水袋爆炸形成的水雾，吸 附、捕集爆破产生的大面积粉尘，并在重力作用下沉 降，最终达到降尘的目的。该方法成本更低，更为环 保，降尘效果明显，符合地下洞室群大规模开挖爆破 的降尘要求。为此，通过现场试验，对爆炸水雾降尘 方法在地下洞室群爆破开挖中的应用进行探讨。 E 一- T - - - “ m ≥ - - - - L 一么L ∑一．一一 0 一E 至] 2 { 。涉蛔 L ．一一工一一．一 上。 卜一一爿。 a 第一次试验水袋位置 a L o e a t i o no f w a t e rb a ri n1 s tt e s t c 第一次试验水袋照片 c P h o t oo f w a t e rb a gi n1S tt e s t 破，共进行了2 次爆炸水雾降尘试验。主要爆破参 数如下台阶高度9 ．5I n ，单次开挖进尺1 2m ，开挖 宽度2 0m ；主爆孑L 直径9 0m m ，药径7 0m m ，间排距 3 ．0 ～3 ．2 X2 ．7 5i n ；预裂孔直径7 6m m ，药径 3 2m m ，间距0 ．7m ；采用塑料导爆管接力式起爆网 路，1 2 孔一响。 试验前先采用M i c r o d u s tp r o 粉尘测试仪对未采 用降尘措施的爆后空气粉尘浓度进行测量。然后在 同一洞室进行水雾降尘试验，将5 ．61 1 3X 0 ．9I T I 的水 袋布置在爆区靠近临空面的两排主爆孔之间 第一 次试验布置于第一排和第二排主爆孔之间，第二次 试验在第二排和第三排主爆孔之间，如图1 所示 ， 往水袋里注水。用导爆索和单发雷管将水袋下四个 5 0g 药包联入起爆网路，确保药包在孔外接力雷管 起爆后主爆区爆破前起爆，起爆网路如图2 所示。 联网起爆，在爆破后，采用粉尘测试仪对空气粉尘浓 度进行测量。 匡◆翌 卜一一工一』彬瓤 T L ．一E 三一 土。 卜一一8 0 d 第二次试验水袋照片 d P h o t oo f w a t e rb a gi n2 n dt e s t 图1水袋放置位置以及现场照片 单位m F i g ．1 L o c a t i o n so fw a t e rb a g sa n dp h o t o so ft h et w ot e s t s u n i t m 万方数据 第3 0 卷第4 期杨凯，李鹏，赵晓，等地下洞室群开挖中爆炸水雾降尘的应用初探 1 4 5 预裂孔 预裂孔 图2 爆炸水雾降尘试验起爆网路 F i g ．2 I n i t i a t i o nn e t w o r ko fd u s t - r e d u c t i o nt e s t su s i n gb l a s ti n d u c e ds p r a y 2 水雾降尘试验成果分析 未采用降尘措施情况下，爆破后爆堆附近的空 气粉尘浓度如图3 所示。 黉鬻缫；鞲。。⋯” i 蕊6 盛 孽鬻蠹’≮8 } ；；{ 焉鬻黼 譬* 嚣嚣嚣慧i 譬焉乏 i 蟹一 一i ＆■L ■‘■■■■■≈■■；‘0 - ．- ．．o ‘_ “_ - j ■- - - - ‘■t - ■■4 ■- _ ■一 a 爆后5m i n a 5m i n u t e sa f t e rb l a s t ■哩_ 1拳篇k i 愿阂 ”卜 ； v _ 滗躁翔 网 ，，L 。．。二。_ t ，- ，t ’1 ● 豳二J』 c 爆后3 0r l l i l l c 3 0m i n u t e sa f t e rb l a s t 图3未采用降尘措施条件下爆破后爆堆附近粉尘浓度图 F i g ．3 D u s td e n s i t ya b o v et h em u c kp i l ea f t e rb l a s t w i t h o u ta n yd u s t - r e d u c t i o nm e a s u r e s 比较图3 a 一 c 可知，在不采用任何降尘措 施的情况下，深孔台阶爆破造成的粉尘浓度非常大， 而且粉尘浓度很难降下来，爆破3 0m i n 后平均粉尘 浓度仍在1 5m S ／m 3 以上，在这种条件下作业会对人 体健康造成较大的危害。 两次降尘试验爆破后爆堆附近的粉尘浓度测试 结果，如图4 及表1 所示。 表1 降尘试验与未采用降尘措施的爆破粉尘浓度比较 T a b l e1 C o m p a r i s o no fD u s td e n s i t i e sa b o v et h em u c kp i l e s a f t e rb l a s t sw i t ha n dw i t h o u td u s t - r e d u c t i o nm e a s u r e s 未采用降尘措施2 7 ．5 6 4 ／1 8 ．3 9 4／ 第一次降尘试验 9 ．6 1 56 5 ．1 ％8 ．5 2 7 5 3 ．6 ％ 第二次降尘试验1 4 ．6 5 0 4 6 ．9 ％1 0 ．0 8 64 5 ．2 ％ 由图4 及表1 可知，采用水雾降尘后，爆破后粉 尘浓度明显降低，第一次降尘试验爆后5m i n 的平 均粉尘浓度降低6 5 ．1 ％，爆后1 5m i n 降低5 3 ．6 ％， 粉尘浓度降低到1 0m s ／m 3 以下，从粉尘浓度的变化 趋势还可看出，爆后1 5m i n 之后，粉尘浓度还在进 一步降低。这表明，该降尘措施的降尘效果非常明 显。而比较两次降尘试验，可知，第一次降尘试验的 降尘比例要大于第二次降尘试验，这表明水袋的位 置离掌子面越近，降尘效果越明显。故将水袋放置 在第一排和第二排主爆孔之间，可以达到较好的降 尘效果。 爆后水袋的照片如图5 所示。 万方数据 1 4 6爆破 豁 a 无降尘措施爆后5m i n a 5m i n u t e sa f t e r b l a s tw i t h o u ta n y d u s t r e d u c t i o nm e a s u r e s d 无降尘措施爆后l5n l i n d 15m i n u t e sa f t e r b l a s tw i t h o u ta n y d u s t r e d u c t i o nm e a s u r e s jj ㈣ l ■n ’Ⅲ1 m ■r ∞ {№9 ．6 5 _ m 3 圈 b 第一次试验爆后5m i n b 5m i n u t e sa f t e rb l a s to f t h e1s t d u s t r e d u c t i o nt e s t e 第一次试验爆后15 m i n Le 1 5 m i n u t e sa f t e r b l a s t o f t h e1 s t d u s t r e d u c t i O nt e s t I 嚣篙。w j l 二一一 圈■ 一 c 第二次试验爆后5 m i n c j5m i n u t e sa f t e r b l a s to f t h e2 n d d u s t - r e d u c t i o nt e s t } m _ 日№ H 缸t 2 ． 9 7 m I _ 时 “j №，m Ⅲ j 图 f 第二次试验爆后15 r a i n f 1 5m i n u t e s a f t e r b l a s t o f t h e1 s t d u s t r e d u c t i o nt e s t 图4 爆破后爆堆附近粉尘浓度图 F i g ．4 D u s td e n s i t i e sa b o v et h em u c kp i l e sa f t e rb l a s t s a 爆堆表面的水袋 a W a t e rb a gr e v e a l e dO nt h em u c kp i l e 1 ， 川收的部分水袋 b R e c y c l e dp a r to fw a t e rb a g 图5 爆后现场及水袋照片 F i g ．5 P h o t o so fm u c kp i l ea n dw a t e rb a ga f t e rb l a s t 根据现场观察和估量，由于爆破气浪的作用，现 场试验水雾作用范围比室外试验要大，一个水袋基 本上可以满足该规模下深孔梯段爆破的降尘要求。 由图5 可知，爆后水袋被部分石块压住，但仍在爆堆 表面，比较容易找到，若作业人员配合挖机，很容易 在现场回收全部的水袋。由此可见，相比泡沫降尘 等其他降尘方式，爆炸水雾降尘方法的材料易回收， 更环保。 从成本的角度分析，降尘试验中所增加的材料 为一个水袋、2 0 0g 炸药、7m 导爆索和1 2 发雷 管。故对于该规模下的深孔梯段爆破，爆炸水雾降 尘试验总体增加的成本不高 约1 0 0 元 ，扣除节省 的通风及运行成本，实际增加成本约7 5 元，开挖成 本增加约0 ．0 3 形m 3 ，比较经济适用，具有较为明 显的降尘效果，适合在地下洞库开挖中推广应用。 3 结论 通过在某地下洞室群深孔梯段爆破开挖过程中 开展降尘试验，对爆炸水雾降尘的应用进行了初步 的研究，可以得到如下结论 1 采用爆炸水雾降尘情况下的爆后粉尘浓度 万方数据 第3 0 卷第4 期杨凯，李鹏，赵晓，等地下洞室群开挖中爆炸水雾降尘的应用初探 1 4 7 上接第1 2 4 页 [ 5 ] P e iH a i ．x i a n g ，W A N GL i ．x i n ．M i c r o s t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s ． t i c0 fb o n d e dz o n eo fb l a s t - c o m p l e x e dp l a t e s [ J ] ．P r e s s u r e V e s s e lT e c h n o l o g y ，1 9 9 8 ，1 9 1 1 1 1 1 4 ． i nC H n e s e [ 6 ]刘鹏，陆明．钛／钢复合板爆炸焊接试验及结合界 面研究[ J ] ．热加工工艺，2 0 1 0 ，3 9 7 3 0 - 3 3 ． [ 6 ] L I UP e n g ，L UM i n g ．E x p e r i m e n t a la n di n t e r f a c i a lr e s e a r c h o nT i t a n i u m ／S t e e le x p l o s i v ew e l d i n gc o m p o s i t ep l a t e s [ J ] ． H o tW o r k i n gT e c h n o l o g y ，2 0 1 0 ，3 9 7 3 0 - 3 3 ． i nC h i - n e s e 、 [ 7 ] 高文柱，顾亮．钛／钢爆炸复合板的结合界面[ J ] ． 稀有金属材料与工程，1 9 9 3 ，2 2 2 3 8 ．4 4 ． [ 7 ] G A OW e n z h u ，G UL i a n g ．T h eb o n d i n gi n t e r f a c eo fT i m ． n i u mS t e e lc l a dp l a t eb ye x p l o s i o n [ J ] ．R a r eM e t a lM a t e ． r i a l sa n dE n g i n e e r i n g ，1 9 9 3 ，2 2 2 3 8 4 4 ． i nC h i n e s e [ 8 ]李 炎，吴逸贵．钛／2 0 G 钢爆炸焊接复合界面分析 [ J ] ．材料开发与应用，1 9 9 3 ，8 6 2 8 - 3 3 ． [ 8 ] L IY a n ，w uY i - g u i ．T h ei n t e r f a c ea n a l y s i so fe x p l o s i v e w e l d i n gc o m p o s i t eT i t a n i u m ／2 0GS t e e l [ J ] ．D e v e l o p ． m e r i ta n dA p p l i c a t i o no fM a t e r i a l s ，1 9 9 3 ，8 6 2 8 - 3 3 ． i nC h i n e s e [ 9 ]肖宏滨，朱锦洪．铝／铜爆炸复合板结合界面的微观观 察[ J ] ．洛阳工学院学报，2 0 0 1 ，2 2 4 2 6 - 2 8 ． [ 9 ] X I A OH o n g b i n ，Z H UJ i n h n n g ．M i e r o a n a l y s i so fc o r n b i n ei n t e r f a c e so ft h eA 1 ／C uc o m p o u n dp l a t e [ J ] ．J o u r n a l o fL u o y a n gI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y ，2 0 0 1 ，2 2 4 2 6 - 2 8 ． i nC h i n e s e 【1 0 ]王建民，朱锡．影钢爆炸复合界面的显微分析[ J ] ． 材料工程，2 0 0 6 4 3 6 - 3 9 ． [ 1 0 ] W A N GJ i a n - m i n ，Z H U X i ．M i c r o - a n a l y s i so fb o n d i n gi n t e r - f a c e so f e x p l o s i v ew e l d i n gA l u m i n u m ／S t e e lp l a t e s [ J ] ． J o u r n a lo fM a t e r i a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 6 4 3 6 - 3 9 ． i nC h i - n e s e l [ I1 ]郑远谋．爆炸焊接和爆炸复合材料的原理及应用[ M ] ． 长沙中南大学出版社，2 0 0 7 6 5 9 - 6 7 0 ，7 1l ，7 1 5 ． [ 1 2 ] B 克劳思兰 英 ．爆炸焊接法[ M ] ．北京中国建筑 出版社，1 9 7 9 6 ． [ 1 3 ] 邵丙璜，张凯．爆炸焊接原理及其工程应用[ M ] ． 北京中国建筑出版社，1 9 8 7 1 8 8 - 2 0 4 ． [ 1 4 ]冯健，冯叔瑜．爆炸焊接间隙与动态弯折角关系式 的研究[ J ] ．压力容器，2 0 1 0 ，2 7 1 1 2 5 - 2 8 ． [ 1 4 ] F E N GJ i a n ，F E N GS h u y u ．R e s e a r c ho fr e l a t i o n s h i pb e t w e e na i rg a pa n dd y n a m i cb e n ta n d eo fe x p l o s i v ew e l d - i n g [ J ] ．P r e s s u r eV e s s e lT e c h n o l o g y ，2 0 1 0 ，2 7 11 2 5 2 8 ． i nC h i n e s e 万方数据