毫秒微差爆破在烟囱定向拆除中的应用

毫秒微差爆破在烟囱定向拆除中的应用
王海波
【摘要】对于浅眼小炮孔非电塑料导爆管,主干双保险网络,正向微差爆破技术,在阜新市工商一分局院内砖结构烟囱定向控制爆破(以下简称控爆)拆除中应用的全过程,作了详细介绍及分析,取得了满意的社会效益和可观的经济效益.
【期刊名称】《露天采矿技术》
【年(卷),期】2010(000)001
【总页数】4页(P42-44,46)
【关键词】主干双保险网络;微差起爆;控爆开口高度;控爆安全距离
【作者】王海波
【作者单位】阜矿集团内蒙古白音华能源有限公司,辽宁,阜新,123000
【正文语种】中文
【中图分类】O389
该烟囱位于阜新市工商一分局院内西北侧，其西、南两侧5 m都有锅炉厂房，东侧是库房，北侧距烟囱30 m是变电所厂房，环境较为复杂。

详见平面图1。

该烟囱高40 m，底部外直径3.0 m，壁厚0.70 m；烟囱平均直径2.2 m，平均厚度0.6 m，体积V=165 m3。

比重按1.5 t/m3计算，其质量约为248 t。

经现场勘察，该控爆工程确定采用浅眼、小炮孔（Φ42孔径），2#岩石炸药，非电塑料毫秒导爆管主干双保险孔内正向微差起爆网络。

为了不影响锅炉房运作及四邻的安全，决定采用向西北方向倾倒的定向爆破方案。

爆破前，作好防震、防护工
作。

爆破切口参数的确定：
（1）爆破切口是指在要爆破拆除的烟囱底部的某个部位，用爆破方法先炸出的一个一定宽度和高度的缺口。

爆破切口的型式和参数是决定烟囱倒塌是否可靠和施工是否方便的重要因素。

本次控爆采用正梯形切口，为了作业人员施工方便，其位置距离地表1.0 m为宜。

（2）切口高度H：爆破切口高度是保证定向倒塌的一个重要参数。

切口高度过小，烟囱在倾倒过程中会出现偏转，达不到正确的倾倒方向；爆破切口高度大一些，虽然可以防止烟囱在倾倒过程发生偏转，但过大后，势必增加钻眼工作量和装药量，也会加大爆破时产生的震动及冲击波对周围环境的影响。

因此，爆破切口的高度不宜小于爆破部位壁厚δ的1.5倍。

通常取H=1.5-3.0 δ。

根据国内、外工程施工
的经验，爆破切口的高度一般为0.8～1.5 m为宜。

本次控爆取：H=0.8 m
（3）切口底弧长L（包括定向窗长度）：是指切口展开后的水平长度。

此长度太大，则保留起临时支承作用的筒壁太短，承受不了烟囱全部质量，在倾倒之前出现压垮，使重心发生后座的事故，在重心没有完全偏移之前发生偏转，达不到定向倒塌的要求。

切口长度太小，则保留的筒壁虽然具有足够的强度来支承烟囱的全部重量，但烟囱一时倒塌不下来，遗留后患。

根据工程施工的经验，爆破切口的长度必需满足：
式中S为烟囱爆破部位的外周长，m。

对于强度较小的砖砌烟囱，L可以取小值，而强度较大的砖结构和钢筋混凝土结构的烟囱，L可取大值。

则：L=0.6 S=5.6 m
（4）梯形切口上边长L2，与缺口的下边长有关，一般由L2=（0.4～1.0)L计算可
得，本次控爆系数取0.57，则：
（5）定向窗：为了确保烟囱能按设计的倒塌方向倒塌，除了正确选取爆破切口的型式和参数外，有时在爆破切口两端用风镐或爆破方法开挖出一个窗口，这个窗口叫做定向窗。

定向窗的作用是将保留部分与爆破切口部分隔开，使切口爆破时不会影响保留部分，更能保证正确的倒塌方向。

窗口的开挖是在切口爆破之前，窗口内的残碴要清除干净，钢筋要切断，窗口要挖透。

也可采用一列定向炮眼来代替定向窗。

本次爆破取后者，拟用一段毫秒管与中心轴方向倒塌孔齐发起爆。

定向窗高度为0.4～1.0 H，长度为0.3～0.5 m；宽度为壁厚δ。

本次爆破取：高度为0.4 m，长度为0.4 m。

炮孔规格：0.2 m×0.2 m，三角布孔，共计2×3孔。

在切口两侧（如图2）及中心位置先行齐发引爆，这样在两侧形成两个三角形的导向窗（底边长0.4 m，高0.4 m），用以控制倾倒方向；另外在中心位置上，布置了三个加密孔，与导向窗齐法引爆，目的是形成一个菱形自由面（水平宽0.4 m，垂高0.8 m），有利于延期炮孔的爆破破碎效果，更好地控制倾倒方向，规格为0.2 m×0.2 m。

（1）炮眼布置：炮眼布置在爆破切口的范围以内，炮眼的方向朝向烟囱的中心。

为了提高破碎效果，相邻排间的炮眼采用梅花形布置。

（2）炮眼深度（L1）：对于圆筒形烟囱支承来说，爆破切口的横截面类似一个拱形结构物。

由于布置其中的炮眼都朝向烟囱的中心，所以当炮眼爆破时所产生的应力波会使拱形结构物的内侧受压、外侧受拉。

由于砖和混凝土的抗拉强度远远小于其抗压强度，所以每个炮眼的装药中心，应尽量靠近受压区。

因此，在确定眼深时要十分慎重。

眼太浅，拱形内壁破坏不彻底，外壁部分易产生飞石，形成不了所要求的爆破切口；眼太深，外壁部分破碎不充分，眼底可能被击穿，同样，形成不了所要求的爆破切口。

这两种情况都会造成不倒塌的危险建筑物，给下一步施工造成
很大困难。

根据国内、外施工的经验，合理的炮眼深度可根据下式确定：
式中：δ—壁厚度，m。

则：L1=0.7×0.7=0.5 m
（3）炮眼间距a和排距b：在用爆破法拆除烟囱时，炮眼间距a主要与炮眼深度L1有关，应使a＜L1，即：
对于砖结构：a=（0.8～ 0.9）L1
对于混凝土结构：a=（0.85～0.95）L1
如果结构完好无损，上述式中的系数可取小值；如果结构受到风化破损，则系数可取大值。

则：a=0.8×0.5=0.4 m
若上、下排炮眼采用梅花形布眼时，炮眼排距b应为：
则：b=1.0×0.4=0.4 m
（4）总排数：N排=H/b+1=3
总孔数：N
则：N=9+12+15+9=45（孔）
（5）最小抵抗线W：
（4）单孔装药量Q：单孔装药量Q可用体积公式来计算：
式中：Q—单孔装药量，g；
a—炮孔间距，m；
b—炮孔排距，m；
δ—壁厚，m；
q—单位体积介质的用药量，g/m3，取1 785 g/m3。

计算得：Q=200 g。

本次控爆，炸药单耗1 785 g/m3，每孔装药量200 g，药柱高度240 mm，填充
高度260 mm，总装药量Q总=200 g×45=9.0 kg；微差一次最大起爆药量Q大=200×19=3.8 kg。

导爆管53发，起爆点电雷管2发；采用一段装药结构，用黄泥充填。

孔内微差导爆管引爆，干线双发导爆管延期正向微差起爆。

（1）爆破地震安全距离（R）的确定。

衡量爆破地震强度的物理量应是能够描述爆破地震的传播变化规律，与爆源能量大小和爆心距离有很好的相关性，建立正确的互换关系，由可以很好地表征爆破地震对建筑物、设施不同程度的破坏特征。

一般质点震动速度与地震波携带的能通量和所产生的地应力、结构动能及内应力相联系；质点震动加速度与爆破地震产生的惯性力相联系，并且便于爆破地震载荷换算和进行建筑物的应力分析。

目前广泛应用质点震动速度作为衡量爆破地震强度的标准。

根据我们多次的实测结果，对萨道夫斯基公式作适当修正后，得经验公式为：
式中：Q—炸药量，kg，Q ＝9；
K—与地点、地质有关的系数，本次爆破在墙体上进行，取K＝75；
K′—修正系数，取K′=0.5；
R—作用半径，m；
α—衰减指数取α=2.0；
V允—建筑物地震安全速度，V允=10 m/s。

得到V震=6.49（cm/s）＜V允，满足安全震动速度的要求。

（2）空气冲击波安全距离 R1的确定。

空气冲击波的产生主要是由于爆破设计不当，装药量过多，炮孔填充质量差，炮眼过浅，或介质弱面及防护质量不佳等原因所致。

空气冲击波安全距离 R1可按下式确定：
K—安全系数，取K=1.0。

则：R1=1.0×3.81/2=1.95 m
（3）有害气体作用半径R3。

有害气体的产生主要与炸药质量及其氧平衡率、起爆能量及介质条件、风流质量等因素有关。

一般可由下式确定：
R3—离爆破气体的最小安全半径，m；
Kq—有害气体扩散系数，统计平均值为16。

（4）个别飞石安全距离R2。

由于产生飞石的原因很多，而且又是一个十分复杂的过程，特别是当最小抵抗线较小时，高压爆生气将沿介质中的裂隙高速喷出，使夹杂在其中的碎块加速抛射，因而给理论计算带来一定困难。

一般可以根据以下经验公式计算：
n—爆破作用指数，取1.5；
W—最小抵抗，W=0.2 m。

则：R2=20×1.52×0.2=9 m。

（1）严格执行民用爆炸物品管理条例。

（2）一定要严格按照设计的要求施工，对炮眼的方向、深度、眼间距和排距要按设计图纸，逐个检查验收，发现不合符要求的炮眼，要采取相应的补救措施。

（3）爆破前应准确掌握当天的风力和风向，当风向与倒塌方向一致时，对烟囱倾倒方向无影响；当风向不一致且风力又达到6-7级时，这类高耸建筑物在定向倒塌过程中可能发生偏转，应推迟爆破日期。

（4）装药、联接网络由专业放炮员操作。

（5）严格组织纪律，听从指挥，响炮前认真检查，在炮孔上挂上草袋子，作好防护工作，防止飞石飞出。

（6）施工人员严格按规程操作，确认现场安全，方可实施爆破。

（7）综上所述，本次爆破警戒半径为40 m。

因本次爆破周围环境十分复杂，办公楼、学校、锅炉房遍布周围，加之倾倒方向又
十分狭小，对控爆技术要求较高，经过全体员工共同努力，施工仅用 4天时间，烟囱按预定方向一次倾倒，无飞石飞出，周围建筑物微有震感，玻璃门窗和居民楼没有受到影响，无设备、人身事故发生，圆满地完成了控爆任务，为甲方节省了大量的人力、物力，经甲方一次性验收合格，达到了预定目标，取得了明显的经济效益和社会效益。

（1）对建筑物和周围环境的调查研究是控制爆破设计的首要步骤。

（2）对类似烟囱这样的高细建筑结构，一定要进行力学分析，确保建筑物的彻底失稳，又要防止它发生后坐，是控爆成功与否的关键。

（3）由于非电导爆管是低速传爆系统，而用延时微差分段豪秒管作为连接元件的孔外微差爆破，有时爆破网络可能因先段炮孔的飞石、空气冲击波所破坏，致使传爆中断，控爆失败。

因此，要严格进行单孔装药量的计算及起爆网络的设计，控制飞石速度和尽量减少飞石。

【相关文献】
［1］周家汉.建筑物拆除爆破塌落造成地面的振动，土岩爆破文集（第二辑）［R］，冶金工业出版社，1985.
［2］爆破—拆除爆破专集（上）［J］.1993.（10）.
［3］中国力学学会工程爆破专业委员会，土岩爆破文集（第二辑）［C］，控制爆破拆除钢筋混凝土整体框架的试验与研究，1985.
［4］齐金释.现代爆破理论［M］.冶金工业出版社，1996.
［5］A.鲍姆等著.众智译.爆炸物理学［M］.科学出版社，1964.
［6］GB6722—86.爆破安全规程［S］.。