爆破飞石产生原因及控制方法

爆破飞石产生原因及控制方法
爆破飞石产生的原因及控制方法
摘要
在拆除爆破，特别是城镇爆破往往会出现爆破飞石造成的安全事故。

我们就应该分析其产生的原因并加以控制，以减少飞石的产生，增加效益。

关键词：爆破飞石；控制爆破.
ABSTRACT
In the demolition blasting in particular towns often accidents caused by blasting.We should analyze the causes and control,in order to reduce the blasting,increase benefit. Keywords: blasting; controlled blasting.
前言
在城市拆除控制爆破中要求对于可能由爆破产生的危害实行严格控制，而在众多的爆破危害（爆破震动、爆破飞石、爆炸冲击波、爆破噪音、爆破粉尘等）中，爆破飞石有时是控制爆破中最为严重的危害其控制技术往往也最为复杂，如果飞石超过了允许的范围，就会造成附近建筑物损坏或人身伤害。

为了防止飞石，经常需要消耗大量的防护材料对爆破体及其附近重点保护的对象进行覆盖防护，尽管如此，控制爆破中仍不时有个别飞石飞出，酿成爆破事故。

相反，如果一味追求飞石安全，而达不到理想的破碎或倒塌效果，也是不可取的。

因此，如何在城市拆除控制爆破设计和施工中采取有效的技术方法和手段减少飞石数量和降低飞石距离就成为了减少爆破成本、保证爆破安全的重要途径。

众多的爆破界为此做了大量工作，本人从爆破飞石产生的原因入手，在现场工程实践的基础上，探求有效控制飞石的方法和措施。

1 飞石产生的原因
在控制爆破中产生飞石的原因有很多，包括对被爆介质的性能和结构特点了解不够、炮眼的布置和钻眼的方向、最小抵抗线的位置和
大小、炸药单耗的高低、装药结构形式等爆破参数选择不当、施工质量未达到要求、覆盖位置不对或覆盖厚度不够等。

1.1 对被爆介质的性能和结构特点了解不够
在拆除爆破时，爆破介质多种多样，其结构和性能也相差很大如有岩石砌筑、砖石砌筑、砖混结构、混凝土结构和钢筋混凝土结构等。

而爆破拆除的对象又多是有一定年限的建筑物或构筑物，设计和施工原始资料大多丢失或即使有也很不齐全，再加上爆破介质由于经长期的风化和腐蚀及受力情况发生变化。

其性能和结构很难给出正确的估计。

当然，有时可以通过取芯测试其性能，有时可以通过试爆来了解其力学性能和结构特点，但这对于复杂多样的被爆介质和复杂的建筑或构筑结构，也只能是片面，很难作到全面了解和掌握，往往导致爆破参数设计不准确，尤其是易造成药量较多而飞石抛掷过远。

另外，对结构、尺寸等相同的介质，在同样的施工条件下，也存在有的爆破效果好和有的飞石较远的现象。

因此，爆破介质内部结构不详，物理力学性能不清是导致飞石超过安全距离的主要原因之一。

如在结构边界条件相同的情况下，砖砌结构与混凝土结构所需的炸药单耗是相近的，但砖结构拆除爆破时不易产生飞石，而混凝土结构则易出现较多和较远的飞石。

钢筋混凝土结构较混凝土结构更容易出现飞石，这是由于钢筋混凝土结构拆除爆破时需使混凝土脱筋，往往要求有较大的炸药单耗，同时钢筋的存在又是混凝土介质处于非均质状态，在同样的爆破作用下，结构的软弱部位就必然会产生飞石。

此外，在采用群药包进行基础拆除爆破及其他大面积岩石或混凝土结构控制时，前排炮眼的爆破对后排炮眼抵抗线方向上的介质造成了一定的损伤作用，使其变松，这样，在后排炮眼爆破参数特别是装药量保持不变的情况下，就可能产生飞石。

1.2 爆破参数选择不当
炮眼的布置和钻眼的方向，最小抵抗线的位置和大小，炸药单耗的高低，装药结构形式和起爆顺序等都影响着爆破飞石的产生和抛掷的距离。

眼位设计及钻眼的方向不当，如炮眼布置在介质结构的软弱面上
易产生飞石，装药在软弱结构面处爆炸，爆破能量将主要作用在软弱带，使本已较破碎的介质变得更加破碎，剩余的爆生气体能量相对较高，具有较强的抛掷作用，造成较多和较远的飞石。

最小抵抗线的位置和大小直接影响爆破飞石的产生，最小抵抗线方向是爆破作用的主要方向也是引发飞石最多的方向，其值过小，容易造成最小抵抗线方向爆破能量过多释放，从而引发飞石；其值过大，又会造成冲炮现象，将在炮眼轴向上引发飞石，即形成人们常说的冲天炮。

此外孔网参数布置不合理，如炮眼密集系数过大即炮眼抵抗线或炮眼排距过小，由此造成爆破作用指数过大，引发大量的飞石。

所选炸药单耗较大是产生爆破飞石的主要原因之一。

城市拆除控制爆破多为松动爆破，希望爆炸能量全部用于介质的破裂和破碎，过量的炸药单耗所产生的爆炸能量使介质破碎后还将有剩余，此剩余的爆生气体能量作用在已经破碎了的介质体的碎块上，使这些碎块获得动能而产生抛掷，形成飞石，炸药单耗越大，飞石就会越多而且飞得越远。

另者，单孔装药量或一处集中装药量越多也越易引发飞石，控制爆破的微分原理就是分散装药，使炸药比较均匀地分布在被爆介质体中，以求减小震动，控制飞石。

因此，在炸药单耗一定的情况下，增大单孔装药量势必要减少炮眼数目，装药过于集中，造成飞石外抛，不合理的装药结构也是引发爆破飞石的一个重要原因，特别对于象梁这样的薄壁结构，在沿梁高度方向钻眼爆破时，若过于将炸药集中于炮眼底部其余充填炮泥，最容易在装药部位引发飞石。

起爆顺序和段间延迟时间也在一定程度上影响着爆破飞石的生成，因为起爆顺序和段间延迟时间决定着爆破进程中最小抵抗线方向和介质破碎后的运动方向，延迟时间过长，起不到微差爆破的作用，也易在最小抵抗线方向形成飞石，延迟时间过短，前段装药爆后段间新自由面尚未形成即起爆后段装药，改变了破碎介质碎块的运动方向，造成沿炮眼轴向的过度抛散，引发飞石，特别是起爆顺序颠倒，原设计后爆的却提前先爆，而确定先爆的反而推迟起爆，很容易出现冲天飞石。

1.3 施工质量未达到要求
在城市拆除控制爆破中，虽要求完全按爆破设计说明书和爆破图表进行爆破施工，但往往受各种条件地限制较难实现，如钻眼时遇到钢筋，此时若钻眼作业人员技术水平不高且又缺乏实践经验就很难调整到一个与装药量相适应的合理位置。

因此，爆破施工中钻眼眼位及钻眼方向不准确，单眼装药量较多，炮眼堵塞质量不好，堵塞材料不合要求及堵塞长度不够起爆段别及顺序错误，覆盖位置不对或覆盖厚度不够等都能引发飞石。

1.4 定向或坍塌落地时的弹射
建筑物或构筑物特别是高耸的建筑物或构筑物，例如高耸的楼房，烟囱，水塔，跳伞塔及纪念碑等，在其定向或原地倒塌时，以很高的速度和动能冲击地面，结构解体破碎，部分碎石砖块从地面反弹飞出，或者结构物落地处原有的碎渣没清理干净，也会在构物落倒塌落地瞬间，受其冲击而获得能量和速度向外弹射，产生爆破飞石。

地表的刚性越强，此弹射效应越明显，此外，飞石落地时也会发生不同程度的弹射。

2 爆破飞石距离的估算
目前，在一些有关城市拆除控制爆破的书籍中，多引用计算硐室大爆破飞石抛掷距离的经验公式来估算拆除控制爆破时飞石的抛掷距离：
R=20n 2WK f (1) 式中：
R —飞石的抛散距离m ；
n —爆破作用指数；
W —装药的最小抵抗线m ；
K —与施工作业条件\地质地形\风向风力\装药堵塞\有关的系数.一般取K f =1.5~2.0。

需要说明的是,用此公式计算小药量,小抵抗线,较大炸药单耗的城市拆除爆破中飞石的抛距离,有时与实际相差较远。

也可以引用外弹道学理论来估算飞石距离，在忽略空气阻力的情况下,爆破飞石的计算距离为
g
V R ?=2sin 20 (2)
式中：
R —飞石的抛散距离m ；
V 0—飞石抛出的初速度m/s ；
Q —装药量kg ；
W—最小抵抗线m；
a—飞石抛射角度；
g—重力加速度m/s。

因此，当飞石的初速度和抛射角确定后,则可算得飞石的飞散距离,但是,这两个参数很难准确确定,有时可作简化计算以求飞石的最大抛掷距。

由于sin2α≤1，故
对于水压爆破，可用另一公式进行计算
飞石速度为
式中：
h—碎块飞散落差m；
g—重力加速度g=9.8m/s；
U—爆炸功kg .m/kg 对于TNT炸药U=4x102kg. m/kg 其他炸药TNT当量换算；
Q—总的装药量kg；
r—被爆介质体的密度kg/m3，对于素混凝土取2000 kg/m3；
R—装药中心至结构体壁的距离m；
d—等效壁厚m；
K1，K2分别为第一次第二次水中冲击波能量利用系数，通常采用K1 =0.31，K2=0.17~0.19。

3 控制爆破飞石的措施
以上爆破飞石抛掷距离的计算往往与实际相差较大，特别是个别意想不到的较远的飞石易造成事故,因此拆除控制爆破工程中，应根据具体被拆除对象的实际情况采取相应的技术措施对飞石进行预防和控制。

3.1 熟悉被爆体的力学性能和结构特点
进行爆破设计之前，仔细分析原设计图纸并实地勘察，条件允许的情况下进行小规模试爆以求能够真正了解被爆体的力学性能和结构特点，然后依此为据，特别要注重试爆结果，修改和完善爆破设计，严禁将药包放置在松散软弱夹层，裂隙破碎带或混凝土的接茬面上。

3.2 正确选定最小抵抗线的位置和方向
在设计中应避免抵抗线过小并使最新抵抗线的方向背向保护设施方向，群药包爆破时同时还需均匀布置炮眼，合理选定炮眼密集系数，笔者在长期的拆除控制爆破实践中认识到炮眼密集系数取m=1.0，左右较为适宜。

3.3 严格控制装药量
应根据被爆体的力学性能和结构特点合理确定炸药单耗，严格控制单眼装药量，而对于诸如钢筋混凝土梁，钢筋混凝土剪力墙等薄壁结构，当竖向钻眼而炮眼又较深时，应采用间隔装药或缓冲垫层装药，以求爆破能量沿炮眼轴向均匀分布，实践证明，水不偶合或水垫层装药结构能很好地控制爆破飞石，而当炮眼较浅且无侧向自由面时，则应将炸药集中装至眼底，此外，采用低密度，低爆速炸药也能在一定程度上减少飞石的产生。

3.4 合理选择起爆顺序和起爆时差
通过选择合适的起爆顺序和起爆时差来控制最小抵抗线的方向以
满足对最小抵抗线的要求，大型基础群药包爆破时还可以利用先爆部分为后爆炮眼提供保护屏障，使其起到阻挡飞石的作用，当然延迟时间不能过短以避免引发冲天飞石。

3.5 保证钻眼爆破施工质量
要求尽可能地按爆破设计说明书施工，保证钻眼精度和装药适量，达不到时则应合理地进行调整，避免出现抵抗线过小及装药量过大，
同时需选用良好的堵塞材料，要求有较大的密度且与炮眼壁有较大的摩擦系数，还应保证有足够的堵塞长度，据实践经验炮泥堵塞长度取1.2~1.5倍的最小抵抗线值为优。

3.6 加强覆盖防护和遮挡
在城市拆除控制爆破中，覆盖防护是最为有效的防止飞石产生的手段，防护材料有多种多样如铁丝网、竹笆草袋胶带、钢板等，也可以用土沙装入草袋或编织袋中进行覆盖防护，当然土和沙中应严禁含有砖块和碎石等硬性杂物，除对爆点进行覆盖外一些重点设施也应覆盖住覆盖的厚度视装药量和安全要求而定，群药包爆破覆盖时，还应避免出现先爆药包的爆生气体和爆破飞石将防护材料掀走造成后爆药包在无防护条件下爆破，遮挡是指在爆源和被保护对象之间设置一层或多层能够阻挡飞石的遮挡物常可采用竹笆。

此外，覆盖和遮挡还能在很大程度上阻挡爆破空气冲击波。

3.7 结构物落地处铺设软垫层
针对弹射问题，可预先在建筑物或构筑物倒塌或坍塌落地处铺设软垫层，软垫层材料可为土砂废旧胶带等这样能够吸收结构物落地时的冲击能量，避免碎石弹射或降低弹射速度和弹射距离，软垫层的另一重要作用是降低爆破震动强度。

总之，城市拆除控制爆破产生的飞石危害较大，应引起高度重视，进行爆破飞石控制设计应根据爆体周围环境条件，爆破类型等灵活运用只要事先摸清爆破体的结构性能，合理设计爆破参数和选用适宜的起爆顺序及段间时差，施工规范、正确，就能满足爆破飞石的安全控制要求。

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