王振剛

摘要：隨著油氣管道及管道周邊城市的建設(shè)發(fā)展，油氣長(zhǎng)輸管道通常需要在地形復(fù)雜的山區(qū)或丘陵地段敷設(shè)，因此管道不可避免的與山區(qū)的各類采石場(chǎng)近距離敷設(shè)。同時(shí)隨著城市建設(shè)的發(fā)展，爆破活動(dòng)越來(lái)越頻繁，爆管、穿孔、泄露等一系列事故也經(jīng)常發(fā)生。本文通過(guò)對(duì)采石場(chǎng)的采礦工藝進(jìn)行分析，系統(tǒng)計(jì)算采石過(guò)程中飛石的最大飛散距離、爆破時(shí)地震波的振動(dòng)允許距離、沖擊波及爆破噪音危害的安全距離以及有害氣體的影響范圍等參數(shù)，從而確定油氣管道敷設(shè)時(shí)與采石場(chǎng)等爆破場(chǎng)所的安全距離。

關(guān)鍵詞：油氣管道;爆破;距離;地震波

1 爆破對(duì)管道的影響

1.1 地震波的影響

當(dāng)硝銨炸藥在巖石中爆破時(shí)，爆破的一部分能量使炮孔周圍的巖體產(chǎn)生擾動(dòng)，并以波的形勢(shì)向遠(yuǎn)處傳播，從而形成爆破地震波。爆破地震波在向遠(yuǎn)處傳播時(shí)，能量在地層內(nèi)部傳播時(shí)成為體波，能量在地層表面?zhèn)鞑r(shí)成為面波。體波具有周期短、振幅小、衰減快的特點(diǎn)，面波周期長(zhǎng)、振幅大、傳播速度和衰減慢等特點(diǎn)，其中體波是在近區(qū)內(nèi)對(duì)管道造成破壞的主要因素。爆破產(chǎn)生的地震波是整個(gè)爆破過(guò)程中對(duì)管道產(chǎn)生危害的最重要危險(xiǎn)源。

爆破地震波一方面通過(guò)介質(zhì)直接傳遞給管道，容易引起管道發(fā)生往復(fù)式振動(dòng)，造成管道變形應(yīng)力破壞;另一方面爆破地震波可能間接擾動(dòng)周邊附近的地形環(huán)境，容易誘發(fā)滑坡、地面崩塌等次生災(zāi)害，同樣造成管道破壞。當(dāng)炸藥在巖石中瞬時(shí)爆破時(shí)，爆破產(chǎn)生的沖擊波會(huì)在瞬時(shí)內(nèi)達(dá)到最大值，然后沖擊波破碎巖石后，強(qiáng)度變?nèi)踔饾u衰減為爆破地震波，同時(shí)引起周邊巖石的強(qiáng)烈振動(dòng)并沿介質(zhì)向周圍傳播，直至爆破能量被周圍介質(zhì)吸收。當(dāng)爆破地震波到達(dá)管道時(shí)會(huì)引起管道的振動(dòng)甚至破壞。

爆破產(chǎn)生的地震波在地層中的能量傳播同樣受到地質(zhì)條件的影響。粉質(zhì)粘土地層對(duì)地震波具有緩沖吸收作用，因此同樣距離條件下粘土地層對(duì)管道破壞較小。同樣巖土硬度越高，越有助于地震波的傳遞，對(duì)管道的破壞越大。從振動(dòng)物理學(xué)角度分析，速度是單位時(shí)間內(nèi)位移量的大小，反應(yīng)位移的快慢程度，而加速度只是反應(yīng)速度變化快慢的參數(shù)，不能具體反應(yīng)位移值，因此不能具體體現(xiàn)管道的受破壞情況，反而振動(dòng)速度可以作為管道受損情況的判據(jù)。針對(duì)爆破地震波作用下埋地管道的安全標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，通過(guò)大量研究確定了客觀合適的振動(dòng)波速14 cm/s為安全判據(jù)[2]。因此下面主要針對(duì)巖石地段爆破時(shí)，爆破地震波傳遞到管道上的波速不大于14 cm/s情況下的安全距離計(jì)算。

地震波危害的安全距離計(jì)算如下。

式中：

R——爆破時(shí)地震波振動(dòng)允許距離（m）;

Q——最大一段炸藥量（kg），根據(jù)上述的爆破方法，Q取287kg;

V——保護(hù)對(duì)象所在地安全允許質(zhì)點(diǎn)振速，V取14cm/s;

m——藥量系數(shù)，m取1/3;

K、α——與爆破點(diǎn)至保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，一般中硬巖石k取200，α取1.7。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，在中硬巖石進(jìn)行爆破時(shí)，爆破地震波傳遞到管道上的波速不大于14 cm/s情況下，爆破點(diǎn)距離管道的地震波振動(dòng)允許距離為32m。

1.2 飛石等飛濺物的影響

礦體通常由不同成分的巖石組成，各種巖石的硬度、完整性以及裂隙發(fā)育程度不盡相同，因此在爆破過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大小不一的飛石，飛石的飛散距離計(jì)算如下。

式中：

R飛——個(gè)別飛石的飛散距離（m）;

n——爆破作用指數(shù)1～1.5，n取1.2;

W——最小抵抗線，W=（25～45）D，D為炮孔直徑，D取2m;

k飛——系數(shù)1.5～2，山坡爆破取2。

通過(guò)計(jì)算，爆破時(shí)產(chǎn)生飛石的飛散距離為115m。油氣管道通常采用埋地方式敷設(shè)，管頂覆土大于1m，因此飛石落到管道上方由于受到管道上方覆蓋層的緩沖作用，飛石對(duì)管道的破壞性極小，同時(shí)飛石飛濺到線性管道正上方的幾率極低，因此一般不考慮飛石對(duì)埋地管道的破壞影響。但對(duì)于新建管道，管道在施工過(guò)程中需要考慮飛石對(duì)施工設(shè)備及施工人員的安全影響。

1.3 沖擊波及爆破噪音的影響

爆炸沖擊波在爆炸的瞬間產(chǎn)生高速高壓形成沖擊波。沖擊波的破壞作用主要是由沖擊波超壓和沖擊波作用時(shí)間決定的。沖擊波超壓就是沖擊波壓強(qiáng)與空氣靜止時(shí)的氣壓的壓強(qiáng)差，當(dāng)壓強(qiáng)差達(dá)到一定限值時(shí)就會(huì)對(duì)建筑物或人員造成破壞。沖擊波的安全距離計(jì)算如下。

R=KQ0.5

式中：

R——沖擊波的安全距離（m）;

Q——最大一段炸藥量（kg），Q取287kg;

K——系數(shù)，當(dāng)考慮建筑物時(shí)K取1，當(dāng)考慮人員時(shí)K取10。

經(jīng)過(guò)計(jì)算爆炸沖擊波對(duì)建構(gòu)筑物的安全距離為17m，對(duì)人員的安全距離為170m。爆破沖擊波對(duì)建構(gòu)筑物的安全距離只有17m，且管道上方一般都有1m以上保護(hù)覆蓋層，因此爆破沖擊波不會(huì)影響埋地管道安全。但對(duì)于新建管道，管道在施工過(guò)程中需要考慮爆破沖擊波對(duì)施工人員的安全影響。

1.4 有毒氣體的影響

目前炸藥主要為有機(jī)和無(wú)機(jī)的硝銨化合物，硝基化合物和各種含碳化合物爆炸容易生成CO、NO2等有毒氣體。CO主要降低血液的輸氧能力，使人體產(chǎn)生缺氧現(xiàn)象，產(chǎn)生窒息中毒甚至死亡。NO2主要影響人的呼吸系統(tǒng)，對(duì)支氣管和肺組織產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激和腐蝕作用。因此爆破時(shí)有毒氣體對(duì)施工人員的影響不可小覷。有毒氣體的影響范圍計(jì)算如下。

R毒=KQ1/3

式中：

R毒——爆破有毒氣體的影響范圍（m）;

K——系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)平均取160;

Q——裝藥量，Q取兩排藥量575kg。

經(jīng)過(guò)計(jì)算爆破產(chǎn)生有毒氣體的影響范圍為134m。有毒氣體對(duì)于埋地管道不會(huì)造成安全影響。但對(duì)于新建管道，管道在施工過(guò)程中需要考慮爆破有毒氣體對(duì)施工人員的健康影響。

2 結(jié)論

經(jīng)過(guò)以上計(jì)算爆破產(chǎn)生的地震波、沖擊波等有害因素進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

1）爆破產(chǎn)生的地震波、飛濺物、沖擊波和有毒氣體都會(huì)對(duì)管道建設(shè)和運(yùn)行產(chǎn)生影響。其中爆破產(chǎn)生的地震波是造成埋地管道破壞的主要因素，施工時(shí)應(yīng)有效控制地震波的影響范圍及傳播強(qiáng)度。

2）若管道已經(jīng)建設(shè)完成，在保證爆破產(chǎn)生的振動(dòng)波速不大于14 cm/s的情況下，管道與爆破場(chǎng)所的距離應(yīng)大于32m。

3）若管道為新建管道，在管道施工時(shí)應(yīng)考慮爆破產(chǎn)生的飛濺物、沖擊波及噪音和有毒氣體的影響，在開(kāi)闊空間管道與爆破場(chǎng)所的距離應(yīng)大于170m;在受限空間二者間距可以縮小為32m，但是為了保證施工人員和機(jī)具的安全，管道施工與爆破作業(yè)不能同一時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中長(zhǎng)期油氣管網(wǎng)規(guī)劃：6。

[2] 輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50251-2015）：134。

[3] 爆破安全規(guī)程（GB6722-2014）：42。

[4] 爆破安全規(guī)程（GB6722-2014）：47。