爆破技术在分解水中漂浮物的应用

商祥民,商祥利,虢宝晓,杨恒乐,王玉田

(日照平达爆破工程有限公司,山东日照276534)

1 应用背景

2018年夏季,山东进入近几年来最强的降雨天气,几轮强降雨之后,部分水库水位增高,为能使群众安全、高效、有序地撤离受灾区域,山东省防洪防汛指挥部决定在日照市仕阳水库组织应急防洪、防汛演练,提高有关部门及人民群众对汛情的应急能力,一旦灾情来临,能最大限度地减少水灾造成的损失,维护人民的生命、财产安全。

上游河流携带树枝、杂物进入水库,堆积在泄洪闸附近,对水库泄洪能力造成严重影响。山东省防洪、防汛指挥部决定以此作为演练的项目,要求对泄洪闸附近的大量漂浮物进行爆破清障疏通,确保顺利泄洪。

2 爆破设计

由于水中漂浮物多为树木并与旧渔网及塑料物品等纠缠在一起,形成一个大的水中障碍物,考虑到障碍物的特点及泄洪闸的安全,决定在水中漂浮物下方分区域布置药包,对障碍物进行爆破分解,达到泄洪要求。

本次爆破要一次成功,如果不能一次成功,后期无法补充爆破,在水库留下拒爆的爆破器材,将会影响周边群众的生命、财产安全。

因为演练时间紧张,爆破时间不能太长,以免影响群众日常生活和工作。周边环境如图1所示。

图1 周边环境Fig.1 Surrounding environment

2.1 爆破器材

为确保本次爆破一次成功,结合当地水文条件,爆破器材应符合水下爆破条件,选用同厂同批次的爆破器材,用前要认真检验爆破器材有无破损。

1)雷管。采用非电毫秒延时导爆管雷管,延时时间为50 ms,该雷管有良好的抗杂散电流的能力,同时有又良好的抗水、抗压、抗渗性能,能满足本次演练的要求。

2)炸药。选用2号岩石乳化炸药,药卷直径90 mm,长度550 mm,该炸药具有密度高、爆破威力大、抗水性能强、安全性能好等特点。还选用防水导爆索,具有抗水、抗压、抗拉等性能。

2.2 爆破参数

1)药量计算。Q=KV,其中:Q为漂浮障碍物破碎所需要的药量,kg;V为漂浮障碍物的体积,m3;K为单位耗药量,kg/m3。一般取K=5～10 kg/m3,漂浮物厚度越大取值越大,反之取小值。本次清除的漂浮障碍物厚0.8 m左右,取K值为5 kg/m3,Q=40 kg。

2)装药间距。根据a=(1.8～2.5)p计算,其中,a为装药间距,p为漂浮物厚度。当p=0.8 m时,则a=2.5×0.8=2 m

2.3 药包加工及布置

因为爆破器材在水中比在地面爆破遇到的问题更复杂,所以药包制作是本次爆破的重、难点。

结合上级规定和演练方案要求,为防止在水中加工药包造成操作失误,决定在岸边加工好药包后将药包按设计要求固定在导爆索上。将2发导爆管雷管插入药包中并用胶带绑扎结实,导爆管严禁有打结、破损、压扁、划破及拉伸变细等现象[1]。加工好的爆破器材实物如图2所示。

图2 爆破器材实物Fig.2 Physical of blasting material

在漂浮障碍物两端,放入绑有尼龙绳的配重石块,石块必须有足够的重量,能够保证药包在水中固定不发生位移,爆破器材结构如图3所示。

图3 爆破器材结构Fig.3 Structural of blasting materials

2.4 爆破网路

由于是水下裸露爆破,药包布置及网路连接都在水中操作,必须确保药包布置的准确性、网路的完整性,采用长药包串联布置一次起爆,爆破网路如图4所示。

图4 爆破网路Fig.4 Blasting network

3 安全防护

为了安全、顺利完成爆破任务,施工期间严禁无关人员进入作业区;水面采用冲锋舟巡逻,严禁无关船只进入邻近水域。

爆破产生的有害效应有爆破振动、爆破飞散物、爆破冲击波、粉尘、有害气体等[2],因为保护对象与爆区的距离不同,产生的爆破有害效应也不同,本次爆破有害效应主要是爆破振动,主要保护对象是泄洪闸桥墩、防波堤等建(构)筑物,距离爆区最近约900 m。

根据《爆破安全规程》规定[2],桥墩及防波堤安全允许的质点振动速度为4.5 cm/s。可采用安全振速公式计算[2]:

式中:v为安全允许的质点振动速度,cm/s;K为与介质和爆破条件因素有关的系数;Q为一次齐发药量,取40 kg;R为爆源至保护建筑的距离,m;α为振动衰减系数,参照类似工程实测数据,取K=200,α=1.65[3]。

经计算可得安全允许振速v=0.12 cm/s,小于4.5 cm/s,满足爆破振动的控制要求[4]。

经现场监测,距爆区900 m泄洪闸桥墩监测点的最大质点振动速度为0.1 cm/s,远小于4.5 cm/s,又因本次爆破是浅水爆破,因此对泄洪闸处桥墩基础没有影响。

4 爆破效果

本次爆破利用炸药在水中爆炸形成的冲击波分解堵塞的泄洪通道,以达到高汛位水库泄洪的目的。

经过3次爆破(最大一次药量40 kg)将漂浮障碍物彻底分解,达到了演练要求,也实现了可顺利泄洪的目的。

长药包串联网路精准传爆,一次成功,无一盲炮。施工用时短,强度大,效率非常高。爆破飞散物距离不超过10 m,爆破产生的水中冲击波[5]和涌浪小,周边建筑物设施及人员均未受到任何影响和伤害,安全无事故发生,达到了预期效果(见图5)。

图5 爆破效果Fig.5 Blasting effect

通过本次对水中漂浮物的分解爆破,全面掌握了水面障碍物爆破疏通的关键技术,对推广爆破技术在汛期大中型水库应急疏通领域的应用,提高应急救援施工能力,保障人民群众生命、财产安全,具有重大意义和积极的社会效益。

参考文献(References):

[1]汪旭光.爆破设计与施工[M].北京:冶金工业出版社,2012.WANG X G.Blasting design and construction[M].Beijing:Metallurgical Industry Press,2012.

[2]国家安全生产监督管理总局.爆破安全规程:GB 6722-2014[S].北京:中国标准出版社,2015.State Administration of Safety in Production.Safety regulations for blasting:GB 6722-2014[S].Beijing:China Standard Press,2015.

[3]张富炀,吴进东,孟国良.爆破安全评估报告[Z].浙江:绍兴安盛爆破工程有限公司,2016.ZHANG F Y,WU J D,MENG G L.Blasting safety assessment report[Z].Zhejiang:Shaoxing Ansheng Blasting Engineering Co.,Ltd.,2016.

[4]杨勇,骆守林,薛永利.复杂环境下石方控制爆破[J].工程爆破,2009,15(4):38-40.YANG Y,LUO S L,XUE Y L.Stone controlled blasting in complex environment[J].Engineering Blasting,2009,15(4):38-40.

[5]司剑峰.水下爆破冲击波理论分析及试验研究[D].武汉:武汉科技大学,2013.SI J F.Theoretical analysis and experimental study of underwater blasting shock wave[D].Wuhan:Wuhan University of Science and Technology,2013.