生态爆破.pdf

第2 7 卷第4 期 2 0 1 0 年1 2 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 7N o ．4 D e c ．2 0 1 0 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 0 ．0 4 ．0 0 4 生态爆破木 赵根 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 ■ 摘要针对爆破对生态环境造成的破坏影响以及诉讼案件不断增多的实际情况，在“绿色”、“环保”、“无 公害”爆破概念的基础上，提出了“生态爆破”的概念，即以避免对生态环境造成破坏影响为前提，以人性化 的安全控制标准为依据，采用环保型爆破器材和先进的爆破技术，将有害效应降至最低的爆破。旨在提高生 态环境保护意识，全面提升爆破声誉，推动爆破技术的创新。 关键词生态爆破；生态环境；爆破效应；爆破安全标准 中图分类号T D 2 3 5 ．1文献标识码A文章编号1 0 0 l 一4 8 7 X 2 0 1 0 0 4 0 0 1 4 一0 4 E c o l o g i c a lB l a s t i n g z H A 0G e n K e yL a b o r a t o r yo fG e o t e e 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 A c c o r d i n gt od a m a g e si n c r e a s i n gc o u r tc a s eo fb l a s t i n gt ot h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n ta n d ，o nt h eb a s i s o ft h e “g r e e nb l a s t i n g ”，“p r o e n v i r o n m e n t a lb l a s t i n g ’’a n d “p o l l u t i o n - f r e eb l a s t i n g ”，t h ee c o l o g i c a lb l a s t i n gi sp u t f o r w a r d 鹪t h en e wc o n c e p t ．w h i c hi st oa v o i dd a l l l a g e 8o ft h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n ta sp r e c o n d i t i o n ，a n db a s e do n h u m a n i t ys a f e t yc o n t r o ls t a n d a r d ．t h ee n v i r o n m e n t a le x p l o s i v em a t e r i a l sa n dt h ea d v a n c e db l a s t i n gt e c h n o l o g ya r ea ． d o p t e dt om i n i m i z eh a r m f u le f f e c t s o fb l a s t i n g ．T h ea r mi st oi m p r o v et h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nc o n - s c i o u s n e s s ，b l a s t i n gr e p u t a t i o n ，a n dp r o m o t eb l a s t i n gt e c h n o l o g yi n n o v a t i o n ． K e yw o r d s e c o l o g i c a lb l a s t i n g ；e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ；b l a s t i n ge f f e c t ；b l a s t i n gs a f e t ys t a n d a r d 0 引言 爆破作为一种有效的施工手段，已广泛应用于 水利、水电、交通、能源、矿山等行业以及城市拆除 中，爆破在为人们造福的同时，其负面影响也不断增 多并屡见报端。如厦门港某海域的水下炸礁，造成 国家一级保护水生野生动物、有“水上大熊猫”之称 的中华白海豚严重伤害，仅2 0 0 4 年下半年就发现 收稿日期2 0 1 0 0 5 2 0 作者简介赵根 1 9 6 5 一 。男，江苏海门人，长江科学院、水利部岩 土力学与工程重点实验室教授级高级工程师，博士，主要 从事工程爆破科研、设计、咨询、监测、安全评估等工作，E m a i l w u hz h a o g e n 12 6 ．c o r n 。 基金项目“十一五”国家科技支撑计划课题 2 0 0 8 B A B 2 9 8 0 1 ；水利 部公益性行业专项经费项目 2 0 0 9 0 1 0 5 3 ；长江科学院基 金项目 Y W F 0 9 1 2 、C K S F 2 0 1 0 0 1 9 6 只死亡的中华白海豚⋯。辽宁某勘探公司在新民 市一面积为5 0 0 亩的鱼塘底勘探爆破作业中，造成 越冬期的鱼、蟹等大量死亡，直接经济损失1 7 8 万多 元。某矿技改露天剥离工程在进行深孑L 爆破时，引 爆了硐室爆破残留药室内的炸药，造成了1 6 人死 亡、5 3 人受伤的重大事故口】。某煤矿综采工作面在 进行强制爆破作业时，导致烟尘 主要是C O 扩散， 造成2 8 名井下作业人员被困，虽经全力抢救，仍有 1 8 人遇难，其余1 0 人受伤。另外，目前很多采石场 存在乱采乱伐现象，植被被严重破坏，结果野生动物 吓跑了，鸟儿也惊走了。从以上事例中，不难发现， 爆破对生态环境的影响是相当严重的。难道爆破是 生态环境的破坏者 难道爆破与生态环境之间就不 万方数据 第2 7 卷第4 期赵根生态爆破 1 5 能建立一种和谐的关系吗 于是，基于生态环境保 护的爆破呼之欲出。 1 生态环境与生态爆破 生态环境是指由生物群落及非生物自然因素组 成的各种生态系统构成的整体，主要或完全由自然 因素形成，并间接地、潜在地、长远地对人类的生存 和发展产生影响，生态环境的破坏，最终导致人类生 活环境的恶化。 随着人类文明程度的提高和环境保护意识的增 强，越来越多的爆破工程要求在开工前进行环境影 响评估，评估的内容涉及空气质量、噪声、水质、海洋 及陆地生态、渔业、景观、文化遗产及视觉影响和生 命危险评估等。这就对爆破工作提出了更高的要 求，如何加强生态环境的保护，努力实现无公害爆 破，是爆破行业面临的一个需迫切解决的难题。 因此，提出了“生态爆破”的概念，即以避免对 生态环境造成破坏影响为前提，以人性化的安全控 制标准为依据，采用环保型爆破器材和先进的爆破 技术，将爆破有害效应降至最低的爆破称之为生态 爆破。其内涵是爆破并不是一个单一的施工环节， 而是一个系统工程，涉及面广，必须充分认识到爆破 有害效应对生态环境的影响，采取一切有效的技术 措施避免或减少爆破对生态环境的影响。 2 生态爆破的提出背景 2 ．1 国家政策法规的要求 以往的爆破大多只考虑对工程本身的影响，对 周围环境的影响也只考虑人身安全的影响，对周围 动植物等生态环境的影响考虑较少。目前以牺牲生 态环境换取经济建设的“辉煌成果”，既不符合科学 发展观，也不符合“生态文明建设”的要求。因此， 现代爆破必须由粗放型改变为生态型，这既符合国 家大政方针的需要，也符合中华人民共和国环境 保护法、中华人民共和国环境影响评价法的具 体要求。 2 ．2 生态环境日趋恶化 随着我国基础设施建设速度的加快，爆破的应 用可谓如火如荼，然而爆破对生态环境的破坏也随 之日益严重。如“呵护母亲河”联合检查组发现，直 通九寨天堂的黄金走廊两侧被挖得乱七八糟。岷江 沿途的取土场、开挖面和废弃的砂、石、土存放地，星 罗棋布，伤痕累累的现状造成岷江上游流域大面积 水土流失。 爆破开挖势必给原有的生态环境带来严重破坏 和影响，植被被破坏、动物原有的栖息地被占用，如 分布在低海拔的蜥蜴类及蛇类等爬行动物的生活区 被迫向上迁移，鸟、兽等因忍受不了噪声及惊吓而远 走他乡，造成局部区域的生态环境恶化、生态失衡。 爆破产生的有毒有害气体，不仅对爆区周围的人及 动物造成伤害，而且有些物质如N O 、N O ，甚至形 成酸雨，影响周围的植物生长。 由爆破引起的日益恶化的生态环境，迫使广大 爆破工作者的思考爆破应往哪里去 看来只有走 环境友好型之路了。 2 ．3 人们的维权意识不断增强 随着人们法制观念提高、维权意识的增强，由爆 破有害效应引起的诉讼案件不断增多，既有爆破振 动、空气冲击波对房屋损伤的事件，也有爆破飞石伤 人事故。在爆破有害效应中，粉尘污染一直没有较 好的办法进行控制，也没有引起足够的重视，而事实 上，当粉尘污染严重时，可引起多种心血管、呼吸道 疾病等，目前出现的矽肺病事件就是粉尘污染加剧 的一个典型表现。粉尘对爆破区域周围动植物也肯 定存在一定的影响，只不过没有引起关注而已。 随着海洋资源的开发利用、海洋经济的迅猛发 展，水下爆破技术已在港口建设、航道整治和水下建 筑物拆除等水下工程中得到广泛应用，同时水下爆 破也对海洋生态环境、海洋生物资源造成严重影响， 近年来水下爆破冲击波对海洋哺乳动物的影响已引 起世界范围内海洋生态环境保护界的广泛关注。水 中冲击波及涌浪对水中生物有影响，其中水击波对 养殖业影响最为严重，经常有水下爆破引起大量鱼 类死亡的事故报道，从而引发养殖户要求赔偿的法 律诉讼。如2 0 0 5 年l 一月期间，象山港航道鞋子 礁水下炸礁施工，使奉化市某海区1 ．1 万多只养殖 网箱发生不同程度的鱼死亡现象，共死亡鱼类 4 2 ．1 9 万尾，直接经济损失13 0 0 多万元。 面对爆破有害效应造成的危害，面对不断增多 的诉讼案件以及巨额的赔偿要求，爆破的出路又在 哪里 也只有走生态保护、环境保护之路了。 3 实现生态爆破的基础 3 ．1 已有“绿色”、“环保”、“无公害”爆破概念为 先导 针对爆破有害效应之一的粉尘污染问题，广东 宏大爆破公司在2 0 0 1 年的广州体育馆爆破中，首次 亮出了“绿色爆破”的旗帜旧J ，采取直升机投水弹和 周边屋顶架高压水龙头喷射，降尘5 0 ％。北京中大 爆破公司在2 0 0 1 年的东直门1 6 号楼爆破拆除中， 利用居民楼顶的蓄水池、在楼体上吊挂水袋，在楼体 向下坍塌的同时，蓄水池、水袋中约5 0t 水从天而 降，有效控制了爆破粉尘。2 0 0 2 年武汉爆破公司在 武汉卷烟厂锅炉房的拆除爆破中，在建筑内部使用 万方数据 1 6爆破2 0 1 0 年1 2 月 3 0 0t 水，营造全方位“高速雾化水幕”的绿色爆破措 施，降低爆破粉尘8 0 ％。 广东宏大爆破公司在2 0 0 7 年的广州天河城西 塔楼原地坍塌拆除爆破中，首次采用环保拆除法，使 用“活性雾”的方式包同扬尘，用“活性泡沫”浸没塌 落的建筑，并搭建屏蔽墙对周围进行全方位的保护， 使除尘技术达到国际环保标准，实现无飞石危害、无 冲击波影响、低粉尘污染和低噪音污染的效果，监测 点的监测结果表明空气悬浮颗粒仅O ．5m g ／1 1 1 3 ，在 现场5m 以外的栏杆上都看不到灰尘。 冯叔瑜院士等就西部脆弱的生态环境，提出了 要把保护生态环境作为基本原则，努力实现无公害 爆破i 4 ] 。 “绿色”、“环保”、“无公害”爆破概念的提出及 实施，为牛态爆破概念的提出奠定了基础，只不过生 态爆破的概念更广义些。 3 ．2 已有“生态爆破”的实施先例 在三峡工程j 期R C C 围堰爆破中，为避免爆破 产生的水中冲击波对堰前水域的长江白鲟、达氏鲟、 胭脂鱼等珍稀鱼类产生不同程度的伤害。在爆破前 采取声纳探测结合高压电脉冲驱赶的方案，有效地 将鱼群驱离爆破危险水域。2 0 0 6 年6 月6E l 围堰 爆破结束后，监测结果表明没有鱼类因围堰爆破而 受到损伤或死亡的情况，标志着此次鱼类保护工作 取得了圆满成功取得r 良好的社会效应J 。 在一些水下爆破工程中，也有采用无杀伤力的 小药包爆破对鱼类进行预警，让鱼类自动离开爆区 水域，避免了大爆破时对鱼类的伤害。另外在厦门 中华白海豚经常出没的海域实施水下炸礁爆破时， 要求必须采用声强驱赶法，将白海豚驱赶至爆区 20 0 0m 以外，并随时海面情况进行嘹望，如发现有 白海豚出现则无条件立即停止爆破作业。 这些成功的生态保护实例，为生态爆破的实施 提供了范例，并起到很好的借鉴作用。 3 ．3 非环保型爆破器材将被淘汰 炸药是爆破有害气体产生的源头，为最大限度 地减少爆破有害气体的产生，必须从炸药本身着手。 由于铵梯炸药由于含有T N T 成分，如T N T 通过呼吸 道进人人体内脏，就会导致T N T 中毒，严重的可引 起肝脏、肾脏及眼部的病变等职业病，且病情均不可 逆转。含有有一定量的T N T 污水，途径之地往往寸 草不生、鱼虾绝迹、土质红硬、树木渐渐千枯，生态平 衡将遭到严重的破坏。铵梯炸药是一种污染源，它 带来的危害是严重的，在日益倡导绿色革命的今天， 铵梯炸药已经被淘汰，取而代之的是环境污染小的 环保型炸药乳化炸药、新型岩石膨化硝铵炸药 等，这在一定程度上减少了爆破有害气体量，对生态 环境的保护起到了很好的作用。 随着高精度雷管的普及，由于雷管延时误差造 成的起爆网路中重段、窜段的可能性大大减小，从而 有效控制爆破振动。随着国内数码雷管研制成功及 成本的降低，数码雷管的应用也将越来越广泛，精确 起爆网路将使干涉降振技术得以实现，可最大限度 地减小爆破振动对周围环境的影响。 低能导爆索、低能传爆雷管在孔外起爆网路连 接中推广应用，将有效降低空气冲击波及噪声。 环保型爆破器材，为生态爆破的实施提供了物 质保障。 3 ．4 安全控制标准更趋人性化 在爆破安全规程 G B 6 7 2 2 - - 2 0 0 3 中，有关 安全控制标准主要是针对建筑物及人身安全的，对 动物的安全控制标准、对人员心理感受标准则几乎 是一个空白。如爆破空气冲击波及噪声对建筑物的 影响，超压与破坏程度之间的关系描述的比较详细， 但对人类及动物的影响，只规定对人员的空气冲击波 超压安全允许标准为0 ．0 2X1 0 5P a 即20 0 0P a ，如 果换算成声压级则达到1 6 0d B L 。有资料表明， 1 2 0d B L 的噪声是疼痛阀值。长江科学院在实际 监测中发现，当爆破噪声大于1 2 0d B L 时，居民就 开始有抱怨，对人类的生活、学习、情绪等产生影响。 事实上，动物对爆破噪声也非常敏感，容易产生惊 吓，使爆区周围的动物为避免噪声的惊扰而选择远 离，使周围的生态环境发生改变。“受惊吓的鸡鸭 不生蛋了”、“受惊吓的鱼儿不长个了”等等，以前以 为是笑话，但细细想来，也许是有道理的。 近年来，已有人开始研究有感振动和心理可承 受振动的阀值。如长江科学院在向家坝水电站爆破 施工对云天化生活区影响监测中，经过3 年多的监 测统计发现地面上的有感振动阀值为0 ．7m m ／ ， 心理可承受的振动阀值为5m m ／s 。当爆破振动处 于0 ．7 5n l m ／s 范围时，在没有预告的情况下突然 发生振动，人、动物都会有受惊吓的感觉，但还可以 承受；当超过心理可承受的振动阀值时，人们就开始 有抱怨和投诉了。 更趋人性化的爆破控制标准研究，为制定生态 爆破安全控制标准打下了一定的基础、积累了一定 的宝贵科研资料。 4 实现生态爆破的意义 1 提升爆破声誉将爆破与生态保护、环境保 护联系起来，有利于改变爆破是生态环境的破坏者、 始作俑者的形象，全面提升爆破声誉。 万方数据 第2 7 卷第4 期赵根生态爆破 1 7 2 促进爆破技术的创新为保护生态环境，爆 破效应的控制将更严格、要求将更高，必须有更先进 的爆破技术、管理理念与之相适应，有利于促进爆破 技术的全面创新，提升爆破品质，推动爆破技术向更 高水平发展。 3 推动生态爆破安全控制标准的建立现有的 爆破安全控制标准更多关注的是建筑物本身，很少 涉及对生态的影响。生态爆破将推动爆破对陆地、 水中生物影响标准的制定，以及开展爆破对人类的 生理、心理影响的研究。 4 增强全社会的生态保护意识地球只有一 个，生态环境的好坏直接影响人类的生活质量，保护 生态环境人人有责。生态爆破旨在尽可能减少爆破 的有害影响，同时对于不可避免的破坏进行生态恢 复。如工程结束后，进行植被恢复或进行绿化，在一 定程度上减少了爆破施工对生态环境造成的影响。 5 加大生态保护的投入爆破作业不是一个简 单的施工环节，而是一个系统工程，必须有相应的资 金投入相配套，才能保证有足够的人力、物力参与到 生态环境保护中来，实现人与自然的和谐。 5 结语 将爆破施工与生态环境保护联系起来的生态爆 破，是一个涉及多部门通力协作的庞大的系统工程， 还有很多的技术难题需攻克，在我国真正实现生态 爆破，还任重道远。本文希望能起一个抛砖引玉的 作用，以提高生态环境的保护意识，避免爆破给人类 造福的同时给生态环境造祸。 参考文献 [ 1 ]于金花．厦门海域水下工程爆破中的冲击波监测与分 析[ D ] ．厦门厦门大学硕士位学论文，2 0 0 6 ． [ 2 ] 伊克．宁夏大峰矿重大施工爆破事故致1 6 人死亡 [ J ] ．安全与健康，2 0 0 8 ，1 2 上 2 8 ． [ 3 ]陈颖尧，吴健光．广州体育馆爆破拆除的粉尘控制 [ J ] ．爆破，2 0 0 1 ，1 8 4 6 6 6 8 ． [ 4 ]冯叔瑜顾毅成．开发西部水资源与工程爆破技术[ J ] ． 工程爆破，2 0 0 1 ，7 4 1 - 6 ． [ 5 ] 孙志禹，董方勇．“赶鱼”三峡三期上游围堰爆破 拆除中的生态保护[ J ] ．自然杂志，2 0 0 6 2 8 3 - 8 5 ． 上接第9 页 炸药与板接触爆炸，在爆炸荷载的作用下，板内 与炸药接触处的质点获得了一定的速度，具有一定 的动能。但是这种能量并不一定能使钢板破坏，只 有当运动速度达到一定的数值，所具有的动能密度 单位体积的质量所具有的动能 足以克服钢板质 点间的结合力时，才能破坏。对于韧性材料来说，只 有动能密度不小于材料的单位临界破坏功才能使其 破坏 单位临界破坏功即指材料破坏时所具有的动 能密度 。根据板材料的单位临界破坏功估算出接 触爆炸炸穿板形成破片的初速为8 9 0m ／s ，数值模 拟的结果与工程算法的计算结果接近∞J 。 4 结语 接触爆炸贯穿破坏的试验和数值模拟结果都表 明钢板局部接触爆炸贯穿破坏时，断裂形成破片的 区域与接触面积相近，具有明显的“剪切”作用效 果，试验与数值模拟结果验证了用绝热剪切破坏理 论解释钢板接触爆炸贯穿破坏现象是合适的；伴随 着板的贯穿，一般会产生高速的破片，破片中间速度 大，边沿速度低，在运动中不断变形，最终形成类似 弹丸的形状。 参考文献 [ 1 ]B A L D E NV H ，N U m C KG N ．N u m e f i c a ls i m u l a t i o no ft h e p o s t - - f a i l u r em o t i o no fs t e e lp l a t e ss u b j e c t e dt ob l a s tl o a d i n g [ J ] ．I n tJI m p a c tE n 舀n e e f i n g ，2 0 0 5 ，3 2 1 4 - 3 4 ． [ 2 ] L E EY ．w ，W I E Z B I C K IT ．F r a c t u r ep r e d i c t i o no ft h i np l a t e s u n d e rl o c a l i z e di m p u l s i v el o a d i n g ．P a r d i d i s e i n ga n dp e t a l l i n g [ J ] ．I n tJI m p a c tE n g i n e e r i n g ，2 0 0 5 ，3 1 1 2 7 7 1 3 0 8 ． [ 3 ] 唐献述．大口径金属管道局部外接触爆炸破坏效应研究 [ D ] ．南京解放军理工大学博士学位论文，2 0 0 6 8 0 - 8 4 ． [ 4 ]朱兆祥，李永池，王肖军．爆炸作用下钢板层裂的数值 分析[ J ] ．应用数学和力学，1 9 8 1 ，2 0 6 1 6 5 ．1 7 0 ． [ 5 ]G R A D YDE ，K I P PME ．D y n a m i cf r a c t u r ea n df r a g m e n t a ． t i o n [ J ] ．H i g h p r e s s i o nS h o c kC o m p r e s s i o no fS o l i d s ， 1 9 9 3 2 6 5 - 2 7 8 ． [ 6 ] H A N I MS ，K L E P A C Z K OJ R ．N u m e r i c a ls t u d yo fs p a l l i n g i na na l u m i n u ma l l o y7 0 2 0 一T 6 [ J ] ．I n tJI m p a c tE n g i n e e r - i n g ，1 9 9 9 ，2 2 6 4 9 - 7 3 0 ． [ 7 ]袁福平．复合应力波的传播特性和工程效应研究[ D ] ． 合肥中国科学技术大学硕士学位论文，2 0 0 2 6 0 6 5 ． [ 8 ]董玉斌，苏祥林，陈大年．滑移爆轰作用下内爆柱形钢 壳层裂的数值研究[ J ] ．高压物理学报，1 9 9 9 ，3 1 3 1 5 5 ．1 5 9 ． [ 9 ] 叶序双．爆炸作用基础[ M ] ．南京工程兵工程学院， 2 0 0 1 1 0 4 1 0 8 ． [ 1 0 ] 王礼立．应力波基础[ M ] ．北京国防工业出版社， 1 9 8 5 9 9 1 0 2 ． [ 1 1 ] 北京工业学院．爆炸及其作用[ M ] ．北京国防工业 出版社，1 9 7 9 5 5 - 6 1 ． 万方数据