爆破器材成分不相容引起的爆爆事故分析

爆破器材成分不相容引起的爆爆事故分析

（2006年第三阶段，继续）。1.2高硫矿井爆破质量控制方法自爆是爆破器材成分不相容或爆破器材与环境不相容发生的意外爆炸。(1）爆破器材成分不相容造成自爆的事故实例有含氯酸盐的硝铵炸药自爆和硝基苯-硝酸液体炸药浸入电雷管引火头引起的自爆。所以应规定任何爆破器材新产品定型时，必须提供其所含成分具有相容性的试验资料。(2）爆破器材与环境相容性分为化学相容性和物理相容性两种。其中化学不相容的实例是在高硫矿井使用硝铵炸药发生的几起自爆事故，当矿石含硫质量分数超过30%，矿粉含硫酸铁和硫酸亚铁的铁离子之和（三价铁和二价铁）超过0.3%，且作业面潮湿有水的条件下，硝铵炸药与矿石接触将加速反应导致自爆。为防止自爆，爆破时应清除孔内矿粉，炸药包装完好无损，严禁炸药直接接触孔壁，且不用矿渣堵塞爆孔并严格控制装药时间。物理不相容出现在高温矿区爆破时,雷管的自爆温度为100～130℃，#2岩石炸药和铵油炸药的爆燃温度分别为125～130℃和140～150℃。为防止高温早爆，装药前必须测定孔底温度；当孔底温度为60～80℃时，应用沥青牛皮纸包装炸药且不得与孔壁接触，装药起爆时间控制≤1h；当孔底温度为80～140℃时，必须用石棉织物或其他绝热材料严密包装炸药，孔内禁止用雷管而应采用经过防热处理的黑索金导爆索起爆，装药至起爆破时间应经过模拟试验来确定；当孔底温度超过140℃时，应采用耐高温爆破器材。1.3出爆误操作型迟爆是实施工程爆破后发生的意外爆炸。迟爆现象初看很像拒爆，但几十分种至几十小时后会突然爆炸。产生迟爆的原因主要有以下几方面：(1）起爆器材或炸药过期，起爆能力或爆轰性能降低，起爆后炸药不能立即爆轰，存在一段由爆燃转为爆轰的时间，致使爆炸时间滞后。如1975年1月22日，广东某铁矿进行小型硐室爆破，起爆体内装已过期5个月的电雷管，并外绑火雷管，起爆后两个药室中的一个延迟25min爆炸，当场炸死10人，重伤一人，轻伤2人。(2）起爆器材质量不好，如导火索慢燃、延期雷管延期时间拉长等，导致炸药包比预定时间滞后爆炸。(3）导火索药心局部过细或不连续是导火索迟爆的主要原因。当存在导火索药心局部过细或不连续等缺陷，或导火索受潮，硝酸钾潮解液会浸入断、细药处的棉纱中，形成毫米每小时（mm/h）至厘米每小时(cm/h)级的缓燃线。如湖南长沙市郊区1976年上半年在修水利时，导火索点火后有一个炮推迟半个多小时才响，造成伤亡20多人的特大事故。导火索技术改进并采用断细药检测仪检测后，现在已基本杜绝这一因素造成的迟爆事故。另外，延期雷管迟爆现象偶有发生，其原因尚待研究。大爆破时，由于爆堆塌落有时可能掩埋药室的残留部分，并使部分爆炸产物难以逸出，产物中所含的H2和CO等可燃气体一定时候会突然爆炸。在检查爆破现场时，应该引起足够的警惕。1.4爆破安全导行法拒爆包括残药和盲炮（拒爆装药内有雷管）。拒爆分为炸药质次或过期变质拒爆、电爆网路拒爆、导爆索网路拒爆、非电导爆管网路拒爆、导火索起爆的拒爆、装药堵塞作业造成的拒爆等。处理盲炮是困难而危险的工作，屡有意外爆炸发生。我国处理炮眼盲炮采用聚能药包法和风水喷管法两种。拒爆的原因是综合性的，制造质量、贮存条件、使用方法上的缺陷都有可能导致拒爆。为了避免人为过失造成拒爆，《GB6722-86爆破安全规程》做了系统规定，确立了爆破器材检验、起爆药包加工、装药操作和爆破网路联结等技术标准。在规模较大的爆破中如果发生拒爆，将引起严重损失，故要求对起爆网路做全规模的预爆试验，以全面考核器材质量、操作方法和网路设计的可靠性，做到万无一失。2爆炸作用的控制爆破有害效应包括爆破地震、空气冲击波、个别飞石和毒气等，以及由爆破引发的有破坏性的次生事故。2.1爆破地震措施爆破地震效应的研究，引出了保护对象的允许振动强度和地震安全距离概念，以指导抑制地震破坏的工作。地面质点振动强度以振动的位移、速度的大小来表示。距爆心R处的质点振动衰减规律为：式中：A为振动强度；W为炸药量，kg;R为距离，m;K和n是与爆破方法、地质地形条件有关的系数和指数。根据收集的各种建（构）物、巷道、隧洞等允许振动强度的资料，若以已知允许振动强度A代入前式就得到安全距离R安=（K/A)1/n×W1/3。如果保护对象与爆心的距离R>R安，预定的爆破将不致使该对象破坏；如果R<R安，就应采取抑制爆破地震的措施。抑制爆破地震的措施有：大力推广多段微差起爆；合理选取微差起爆的间隔时间和起爆方案，保证爆破后的岩石能得到充分松动，消除夹制爆破的条件；应通过现场试验来确定合理的爆破参数和单位炸药消耗量；对于露天边坡采用预裂爆破法；在露天深孔爆破中，防止采用过大的超深孔；铺设减震层；改变自由面方向；开挖减震沟；等等。2.2具有开拓性的p值，确保爆破质量空气冲击波的影响因素有距离、药量、药包形状、爆破条件、周围环境等。露天爆破时，空气冲击波超压的衰减规律为：式中：△P为超压，kPa;R为观测点到爆破点的距离，m;W为炸药量，kg;K和α是与爆破方法有关的系数和指数（炮孔装药毫秒爆破时，K=143,α=1.55；裸露药包爆破时，齐发爆破K=135，α=1.18，毫秒爆破时,K=107，α=1.81）。保护对象的允许超压△P对人员为5kPa，玻璃窗1～1.5kPa，轻型结构7～10kPa。将这些△P值代入（2）式，可得到不同保护对象的安全距离。另外，对于建筑物应考虑：(1)地震波到达较早，冲击波到达较迟，建筑物的承压时间加长；(2)毫秒爆破有减震作用，但使冲击波叠加增强。地下爆破时，空气冲击波在巷道内扩散叠加，大爆破时会形成气浪，与核爆炸不同，现有描述工业爆破地下冲击波的经验或半经验公式尚不成熟，有待进一步发展。为了减少爆炸空气冲击波的破坏作用，可从两方面采取措施：一是防止产生强烈的空气冲击波；二是利用各种条件来削弱已经产生了的空气冲击波。具体措施有：(1)避免采用过大的最小抵抗线，防止产生冲天炮；(2)选择合理的微差起爆方案和微差间隔时间，消除夹制条件；(3)保证堵塞质量和采用反向起爆，防止高压气体从炮孔口冲出；(4)尽量不使用高能导爆索起爆；(5)避免裸露爆破；(6)考虑地质异常采取措施，如断层、张开裂隙处要间隔堵塞，溶洞及大裂隙处要避免过量装药；(7)在设计中要考虑避免形成波束；(8)合理安排放炮时间，最好不要在早晨、傍晚或雾天放炮；(9)在地下矿山巷道，可设置木架阻波墙、木垫阻波墙、混凝土阻波墙、扩大室等结构来减轻巷道空气冲击波。2.3深孔台阶爆破时爆破质量计算的问题爆破飞石事故占爆破事故总数的1/4以上，危害相当大，爆破安全规程按不同爆破方法规定了飞石安全距离：裸露装药爆破400m；炮眼爆破200m；深孔爆破和硐室爆破由设计确定，但前者不小于200m，后者不小于300m；当沿山坡爆破时,下坡方向的安全距离应再增大50%。飞石距离L与爆破参数有关。对硐室爆破，常按L=20kn2W(n为爆破作用指数；W为最小抵抗线；k为系数，多取1.5）计算，我国的研究表明,当n>1.5时，上式计算结果比实测值要小，有待进一步探讨。瑞典爆轰基金会指出，深孔爆破飞石距离L是炮孔直径d和单位耗药量的函数；当取正常单位耗药量时，L=260d2/3。当采用深孔台阶爆破时，下列情况会使飞石距离增大：(1)爆破参数不当，如抵抗线偏小导致过量装药,抵抗线过大会沿炮孔向上形成抛掷漏斗；(2)孔间或排间毫秒延期不当，有类似抵抗线偏大或偏小的效果；(3)爆区有软弱夹层；(4)填塞长度小于抵抗线；(5)据美国和瑞典研究，孔口起爆飞石距离大于孔底起爆；(6)大药量导爆索起爆会抛掷填塞物。减少飞石的措施：合理设计爆破参数和确定单位炸药消耗，对爆区和炮孔进行准确测量、严格验收；多排爆破时要选择合理的延迟时间，防止因前排带炮（后冲），造成后排抵抗线大小与方向失控；在邻近居民区和建筑物爆破时，一定要在爆破体上复盖防护垫；清除孔口和地表松石；保证填塞长度大于抵抗线；填塞物粒度宜为4～9mm；严格按设计的孔网参数钻孔，尽量减小钻孔偏差；恰当选择毫秒延期；软弱夹层处应仔细装药，确保在软弱处以填塞物代炸药，装前排孔时应注意上次爆破的后冲范围，后冲较大处抵抗线较小，应减少装药量。2.4爆破质量估算和安全措施炸药爆炸后产生的一氧化碳、氧化氮、硫化氢和二氧化硫称为有毒气体。一种或两种以上气体称为炮烟，人吸入炮烟，轻则中毒，重则死亡。对地表爆破，有害气体扩散半径RD可按公式RD=160Q1/3估算（式中Q为总药量）。地下爆破毒气引起的伤亡屡有发生，按毒气扩散模型建立的安全距离的参考价值不大，由于爆破方法，井巷布置和通风系统的多样性，很难建立统一的安全规范。为防止炮烟中毒，应采取如下措施：使用合格炸药；做好起爆器材及炸药的防水、防潮和炮孔堵塞工作，避免半爆和爆燃；爆破后加强通风，特别是井下要注意通风死角、盲区，当毒气浓度稀释至安全浓度以下时才准许人员返回工作面；在露天爆破时，人员应在上风方向。2.5爆炸造成的次事故爆破引发的次生事故主要有透水事故、瓦斯突出事故、塌方事故、粉尘爆炸事故、滑波事故、爆堆运动造成的安全事故、水浪事故等。3爆破危险性分析爆破安全技术引用系统工程理论的工作正在发展中，已有成果有确定爆破安全距离的系统论方法和故障树分析（FTA）等。其中故障树分析在爆破隐患辨识和事故分析中得到了应用。确定爆破安全距离采用系统论方法可确定保证安全的条件下，节约占地和动迁投资。它有3个基点：一是必然事件（爆破或爆炸销毁）从严，偶然事件（库房爆炸事故）从宽；二是防护对象的防护等级系数；三是爆破器材的危险性分级。必然爆炸按基本无破坏进行保护，偶然爆炸按轻度破坏进行保护，库区安全距离是爆破安全距离的0.3～0.6倍，动迁面积减少64%～91%。我国将爆破器材危险程度分为四等七级：A级（A1,A2,A3）,B级，C级（C1,C2）和D级；其中A级为爆炸危险级，B级为配有防护的爆炸级，C级为有爆炸倾向的火灾级，D级为火灾级。A1,A2和A3级爆炸能不同，实验证明其破坏效应的差别随距离增加而减小；效应与能量密度有关，近区扩散空间小，各级炸药的能量密度差异显著，远区扩散空间大，能量密度差别不明显。爆破安全距离和库区外部距离属远区，不必考虑炸药等级差别，避免了高能炸药引起不必要的民房动迁；库房间殉爆安全距离属近区，必须考虑炸药差别，三级炸药库房间之比为3.4∶1.4∶1，避免了普遍炸药库不必要的占地，依次处于完全无损坏、基本无损坏和次轻度破坏，兼顾安全和经济两方面。4爆破质量管理(1）精心设计。在设计之前必须做到情况明了，不但要通过查阅原始地形、地质资料，建筑物与竣工资料掌握爆破对象的全貌，而且要深入现场仔细勘查。勘查内容包括：对石方工程，应对地形、地质资料进行现场核实、补充，使之满足爆破安全规程规定的要求；对拆除爆破工程，必须搞清拆除材质及结构特点，认真研究荷载分布及受力情况；对周围环境，要了解气象、杂散电流、射频电、高温场所及要求保护的文物、建筑物、设施和人畜有关情况。设计之始，一般需要根据被保护物的情况，确定最大允许药量，然后合理选取爆破参数，选择合理的延发时间，进行布药，做出切实可行的爆破方案。在做设计方案的过程中，要预估出现意外事故的可能性，对飞石、爆炸气体和煤尘的危害范围、冲击波、地震效应作出计算；对爆破可能引起的火灾、水灾、断电、交通阻塞、滑坡、塌方会造成什么样的结果应当心中有数；对药包拒爆，建筑物炸不倒或倒向失控的处理办法，应做到“有备无患”。对设计文件要严肃审核把关，是避免因设计错误造成工程事故的关键程序。(2）精心施工。设计人员参加施工并针对施工中出现的新情况及时调整、修改设计；各级人员持证上岗，组成严格的管理体制；根据工程特点，分别制定各种安全制度、岗位责任、关键技术细则；做好对药室炮孔的检查验收工作，包括位置、体积、积水、最小抵抗线方向和大小、间排距，有条件的应做好地质素描或岩性记录；按规程要求做好爆破器材检验，包括炸药、雷管、连接器材、起爆器等；确保装药、堵塞、连线3个关键工序的施工质量，其中对硐室爆破要作出施工分解图，对大型爆破可实行分片包干，层层监督以明确责任，确保质量；做好防护工作；确定警戒范围，做好清退工作，严格岗哨制度；做好爆后安全检查和处理，安检内容包括拒爆和半爆、爆破效果、事故隐患及已发生的各类事故的处理。(3）加强安全管理。按规程要求报管理部门审批、备案，对大型工程、重要工程应组织专家论证会进行安全评估；对每一个单独的爆破工程项目，都要有一个健全、严格的指挥管理组织；做好对爆破器材的运、存、用各项管理工作；建立质量保证体系，制订质量保证大纲和各工序质保程序；领导机关把爆破安全列为最重要管理内容，及时总结经验教训，进行检查评比，提高安全管理水平。5爆破安全技术的发展趋势是建立在期土石方强化开挖的实施，深凹露天开采和深井地下采矿