拆除爆破飞石及其防护研究.doc

拆除爆破飞石及其防护研究 林大能 刘小春 摘 要 飞石是引起爆破安全事故的主要因素.研究了飞石产生的原因，通过实验和数据分析，推导出了飞石运动规律的计算公式，并给出了砖、混凝土的介质系数B的取值；对飞石进行了弹道分析，推出了飞石最大飞行距离的计算公式；最后给出了飞石的控制方法.图1，表1，参5. 关键词 飞石 初速度 飞行距离 控制 分类号 TD235.5 STUDY ON THE FLYROCK AND TIS PREVENTMENT OF DEMOLISHING BLASTING Lin Daneng Liu Xiaochun Dept.of Mining Eng. of Xiangtan Mining Insitute, Xiangtan,Hunan,China,411201 ABSTRACT Flyrock is the main factor resulting blasting accident. The reasons resulting flyrock are studied. In terms of experiment and data analysis,the ula of calculating the starting speed of flyrock is obtained,the coefficents of brick and concrete are given.With the theory of orbit,the means to calculating maximum flying distance is supplied.Effective measurements to control flyrock are discussed. 1fig.,1tab.,5refs. Key words flyrock，starting speed,flying distance, control 拆除爆破大多是在建筑物密集，人员车辆活动频繁，邻近水、电、管网的条件下，工厂甚至在进行生产的厂房内实施的.因此，拆除爆破的安全技术非常重要.拆除爆破工程的成败与否，安全是主要判定指标之一.而爆破飞石往往是引发拆除爆破安全事故的主要原因.对飞石产生的原因、运动规律进行研究，从而寻求有效的控制方法或防护措施，对降低拆除爆破安全事故率有着重要意义. 1 飞石产生的原因分析 爆破飞石是指爆破时产生的介质个别飞散的碎块.产生个别飞石的主要原因是炸药爆炸能量消耗在介质破碎后，尚有多余的能量作用在碎块上，使碎块获得足够的动能，以某一初速度向四周飞散.特别是当抵抗线过小，高压高速的爆炸气体沿原生或爆炸生成裂缝高速喷出，碎块被加速抛射形成飞石.具体有以下几种情况 1 炮孔口堵塞长度不够或质量不好.这种情况导致孔口爆破破碎，碎块抛掷方向朝向孔口，尤其是药量偏大时，孔口方向必然产生较多的飞石. 2 药包所处位置的最小抵抗线不准，因过量装药产生飞石. 3 待爆体介质结构不均匀，有软弱面时，软弱面处破碎程度加剧，爆生气体大量涌入弱面，导致这些部位产生大量飞石. 4 炸药爆速较高，猛度较高，介质性脆，则易产生飞石. 2 爆破飞石的运动分析 爆破飞石的运动情况主要有飞散方向、飞散速度及飞散运动轨迹或飞散范围.飞散方向是确定施爆时的重点防护部位及警戒范围的依据，飞散速度及运动轨迹是确定防护强度及警戒范围的依据. 2.1 飞散方向分析 高速摄影及电测的相关资料表明爆破飞石飞散方向因其成因不同而具有明显的方向性.由于堵塞长度不足或堵塞质量差而引起的飞石，飞散的主导方向是沿炮孔轴线朝向孔口方向；最小抵抗线不准，过量装药产生的飞石，其飞散的主导方向是沿最小抵抗线方向；由于存在软弱面而产生的飞石，其飞散的主导方向是软弱面的产状方向；由于炸药爆速高、猛度高，介质性脆而产生飞石，其飞散的主导方向是最小抵抗线方向. 2.2 飞散速度分析 飞散速度是用弹道理论计算飞石抛掷距离的依据.目前有关拆除爆破飞石速度测定的资料极少，笔者参加了西安矿业学院主持的飞石初速度测定实验，原理及结论如下. 1-计时器；2－起爆器；3-试件；4，5-导线；6-炮孔；7-第一靶；8-第二靶 图1 飞石速度测定示意图 Fig.1 The surveying of flyrock speed 2.2.1 实验原理 实验采用电测法，原理如图1第一靶是用漆包线紧贴在试件上，装药爆炸后碎块开始运动时，将第一靶击断，计时器开始计时，第二靶设在距离第一靶L处，碎石将第二靶击断时，计时器终断计时记录下时间t，并做如下假定① 漆包线强度低，飞石击断漆包线时速度变化极小.② L不大，可以认为飞石在第一靶和第二靶间的运动为匀速运动.飞石的初速度V0可由1式求出 1 式中L为两靶间距，m；t为通过两靶间的时间，s. 2.2.2 试件及材料 试件用长方形砼块体和砖砌体两种介质.砼强度等级设计为C15，石子∶砂∶水∶水泥3∶1.8∶0.45∶1.模型尺寸为150 cm90 cm60 cm,90 cm75 cm50 cm,85 cm55 cm40 cm.砖的抗压强度为10 MPa,模型尺寸为72 cm50 cm50 cm,计时器用7206A型毫秒计，炸药为2号岩石炸药，密度为0.90 g/cm3，8号纸壳电雷管引爆，用MFB-100型起爆器起爆. 2.2.3 实验数据及处理结果 通过量纲分析和数据的回归分析，可以得出初速度计算公式的形式记Q1/3/WA,则有2式 V0BA2. 2 式中B为介质系数；W为最小抵抗线，m. 将A代入2可得飞石初速度计算公式 3 介质系数B混泥土介质系数为9.60，砖介质系数为6.0. 表1 飞石初速度测试实验数据表 Tab.1 The survey data of the starting speed of flyrock 最小抵抗线/m 装药量/kg 初速度/m/s A B 0.15 0.005 9.11 1.14 7.00 0.15 0.008 14.90 1.33 8.42 0.17 0.012 16.20 1.35 8.88 0.20 0.015 14.80 1.23 9.78 0.15 0.010 20.00 1.44 9.69 0.10 0.005 21.98 1.70 7.60 0.15 0.015 26.11 1.64 9.70 0.14 0.015 28.80 1.76 9.29 0.10 0.012 37.06 2.29 7.06 0.12 0.012 42.67 1.91 11.69 0.10 0.010 47.90 2.15 10.36 2.3 飞石距离的计算 2.3.1 空气阻力分析 根据流体力学原理在空气中飞行的所有物体均受到阻力，阻力取决于介质的粘度、压力.这种摩擦阻力的影响决定于运动物体的线尺度和粘度之间的关系.用阻力系数b表示 4 式中C为正面阻力系数，1.2～1.8；ρ0为空气密度，g/m3；ρ为飞石密度，kg/m3. 阻力与许多因素有关，有时很大，有时可以忽略，常用无量纲加速度j来判断，j叫超越. 5 当j＞0.3时空气阻力对飞石的飞行情况的影响才明显. 2.3.2 最大飞行距离的计算 在通常情况下，超越j＜0.3，即在拆除爆破中可以忽略空气阻力对飞石飞行情况的影响，根据弹道学基本公式 XV0cosθt 6 7 式中X为飞石水平飞行距离，m；θ为飞石发射角，；Y为飞石在竖直方向的位移，m. 由6式可知飞石在水平方向最大飞行距离取决于飞石抛掷角度、飞行时间.爆破时飞石抛掷角度是随机的，初速度相同的最不利飞行距离最大的情况是抛掷角度为45，所以在计算时，用θ45计算，并且假定待爆体接近地面水平，即飞石的触地点在抛掷点水平上，即Y0. 8 代入相关数据得 9 3、9式代入6可得飞石最大水平飞行距离Xmax为 10 式中Q为装药量，kg. 记则有 11 可以看出飞石飞行最大距离与装药量Q，最小抵抗线W，介质种类系数K有关.砼K取9.23，砖K取3.6. 3 爆破飞石的控制与防护 3.1 主动控制 根据对引起爆破飞石的原因分析，对爆破飞石在设计、施工中可采取措施加以主动控制，具体可采用以下措施 1 选取适宜的最小抵抗线方向及数值，确定适宜的装药量. 2 保证堵塞长度不小于最小抵抗线值. 3 切忌药包位于软弱层、裂缝、砼接触缝附近. 4 堵塞要密实、连续，堵塞物中应避免夹杂碎石. 5 选用较低爆速炸药，采用不偶合装药，非连续装药等装药结构. 3.2 被动防护 3.2.1 防护材料 防护材料应以来源方便，富有弹性和韧性，有一定强度、透气性和重量的、便于搬动和联接的材料为好.我国常用条靶、竹笆、草袋等，也可用旧车胎并联的炮被作防护材料.国外常用金属网，厚尼龙塑胶布，旧工业用毡等. 3.2.2 防护措施 在城市控制爆破中，必须以确保安全为前提，应杜绝出现飞石造成破坏的事故发生. 在复杂环境下进行爆破，应根据实际情况，选用下列3种防护措施 1 覆盖防护覆盖材料直接覆盖在爆破体上的防护.它是拆除爆破中的主要防护方法，是直接防止爆破飞石飞扬的屏障.它能控制飞块或降低碎块飞出的速度.防护重点是可能产生飞石的薄弱面以及面向居民区，交通要道的方向.一般用草袋、麻袋、荆笆等柔性透气材料. 2 近体防护在爆破体附近设置防护，它能遮挡从覆盖防护中飞出的爆破碎块.一般用条笆架设成防护墙. 3重点对象的保护性防护当在爆破危险区内或爆破点附近，有重要机具、设备、设施需要保护时，在被保护物体上再进行遮挡或覆盖防护. 4 结 论 1 分析了拆除爆破飞石产生的主要原因. 2 分析了拆除爆破飞石的初速度，根据实验数据，得出了爆破飞石初速度计算公式. 3 对飞石运动情况进行了分析，导出了飞石可能飞行的最大水平距离的计算公式. 4 总结了飞石防护技术，从主动控制和被动防护，重点目标的保护性防护等方面进行了分析. 5 飞石对防护体的破坏行为机理是进一步探讨防护技术的理论基础，是一个急待研究的课题. 第一作者简介 林大能 男 27岁 硕士 爆破工程 Synopsis of the first author Lin Daneng,male,born in 1972. M.E.,blasting engineering. 作者单位湘潭矿业学院资源工程系，湖南湘潭，411201 参考文献 1 潘国斌，张双计，李成志.拆除爆破与特种爆破.西安西安地图出版社，1997.76～78 2 李持久.工程流体力学.北京机械工业出版社.1980，16～17 3 中国工程爆破协会.爆破工程下册.北京冶金工业出版社，1992.316～317 4 冯叔瑜，吕毅，杨杰昌，等.城市控制爆破.北京中国铁道出版社，1985.227 5 刘清荣.控制爆破的探讨.爆破,1985，111～12 本文责任编辑邓学良 收稿日期1999-05-08