主要内容

第1章  概述

第2章  爆破振动与塌落振动

第3章  爆破空气冲击波及噪声

第4章  爆破水中冲击波

第5章  爆破个别飞散物

第6章  爆破粉尘

第7章  爆破有害气体

第8章  爆破对生态环境的保护

第9章  爆破事故的预防和处理

术语：爆炸与爆破

爆炸：是一种物质在有限空间和极短时间内，迅速释放大量能量或急骤转化的物理、化学过程。通常伴有强烈的放热、发光和声响等效应。

爆炸是宇宙中普遍存在的一种重要的自然现象。伴随着星体的形成和演化，发生过许多不同类型的爆炸，如超新星的爆发、小行星或陨石的高速碰撞。在地球上见到的闪电、火山爆发、原子弹与氢弹的爆炸、鞭炮燃放、汽车或自行车轮胎放炮等。分析比较各种现象，通常可以将其归纳为三大类：

物理爆炸：仅仅物质形态发生变化，锅炉爆炸、电爆炸；

核爆炸：原子核裂变或聚变引起，原子弹、氢弹的爆炸；

化学爆炸：物质化学成分和性质也发生变化，炸药、瓦斯、煤尘的爆炸几、及鞭炮燃放等。

爆破：利用炸药的爆炸能量对介质作功，以达到预定工程目标的作业。

地下爆破：地下煤矿、地下非煤矿山、地下水电硐室群；

井巷爆破

水下爆破：水下钻孔、软基处理水下爆破、水下堰塞爆破；

露天爆破：台阶、边坡、硐室、浅孔爆破；

拆除爆破：建构筑物、围堰、基础、桥梁、水压爆破

特种爆破：爆炸加工、地震勘探、聚能爆破

利用炸药爆炸可以进行大量的工程作业，但如果操作不当，也会带来巨大的灾难。因此，爆破安全技术是实施爆破必须要考虑的问题。

爆破安全技术包括爆破施工作业中的安全问题和爆破对周围环境安全影响两部分。

爆破施工作业安全：爆破器材性能、使用条件、检验方法、起爆技术等安全性问题。

爆破对周围环境安全：爆破作用机理、爆破参数与设计方法、安全准则与控制标准有关的技术问题。

爆破作业环境：泛指爆区及爆区周围的自然条件、环境状况及其对爆破安全的影响。

爆破有害效应：爆破时对爆区附近保护对象可能产生的有害影响。如爆破引起的地震、个别飞散物、空气冲击波、噪声、水中冲击波、动水压力、涌浪、粉尘、有毒气体等。

爆破介质及位置：空气中、水中、岩土中；

保护对象：人、动植物、建构筑物、环境；

两者之间的距离：爆源与保护对象；

有无危害判断标准：频率、幅度、强度、浓度等；

综合评估，制定预防措施。

不同爆破方式产生不同效应

学习内容

主要危害

产生原因

判断标准及检测监测方法

预防措施或控制方法

工程实例

在工程爆破中，利用炸药可达到各种工程目的，如矿山开采、土石方爆破开挖、定向爆破筑坝、修筑铁路路基以及进行建筑物或构筑物爆破拆除等。但在爆破区一定范围内，当爆破引起的振动达到足够的强度时，就会造成各种破坏现象，如滑坡、建筑物或构筑物破坏等，这种爆破振动波引起的现象及后果称为爆破地震效应。

工程爆破引起的建构筑物的振动影响，主要表现在：

1.硐室爆破或深孔爆破对地面和地下建构筑物、保留岩体、设备等的影响；

2.城市、人口等稠密区进行的明挖、地下工程爆破以及拆除爆破对工业及民用建筑物、重要精密设施等的危害；

3.坝肩、深基坑、船闸、渠道等高边坡开挖爆破对边坡稳定及喷层、锚杆、锚索等的影响；

4.地下洞室群爆破对相邻隧道、廊道、厂房等稳定的影响。

炸药爆炸产生的冲击波在岩体内传播时，它的强度随传播距离的增加而减少。波的性质和形状也发生相应的变化。根据波的性质、形状和作用性质的不同，可将冲击波的传播过程分为三个作用区。在离爆源约3~7倍药包半径的近距离内，冲击波的强度极大，波峰压力一般都大大超过岩石的动抗压强度，故使岩石产生塑性变形或粉碎，这个距离的范围叫做冲击波作业区，也叫粉碎区。冲击波通过该区后，由于能量大量消耗，冲击波衰减成不具陡峻波峰的应力波，波阵面上的状态参数变化得比较平缓，波速接近或等于岩石中的声速，由于应力波的作用，岩石处于非弹性状态，在岩石中产生变形，可导致岩石的破坏或残余变形，该区称作应力波作用区，也叫裂隙区。其范围可达到120~150倍药包半径的距离。应力波传过该区后，波的强度进一步衰减，变为弹性波或地震波，波的传播速度等于岩石中的声速，它的作用只能引起岩石质点作弹性振动，而不能使岩石产生破坏，故此区称为弹性振动区。

作为爆破振动破坏判据的最佳物理量标准：衡量标准

1.决定爆破振动破坏力的主要因素，和宏观烈度有着良好的相关性；

2.与药量和爆心距应有较好的相关性；药量越大振动越大、距离越远振动越小。

3.能用简单的仪器来测定。

苏联科学家萨道夫斯基由经验归纳：

V――地面质点振动速度，cm／s；

Q――炸药量（齐爆时为总装药量，延迟爆破时为最一段装药量），kg；

R――观测点到爆源的距离，m；

K、α――与爆破点至计算点间的地形、地质条件有关的系数和衰减系数。

岩性

k

α

坚硬岩石

50~150

1.3~1.5

中硬岩石

150~250

1.5~1.8

软岩石

250~350

1.8~2.0

当爆源处于低位时，如在高边坡底部爆破，爆破振动波的振动强度随着地面垂直高差的增加而呈放大趋势。

长江科学院

V――地面质点振动速度，cm／s；

Q――炸药量（齐爆时为总装药量，延迟爆破时为最大一段装药量），kg

R――观测点到爆源的水平距离，m；

H――观测点到爆源的垂直距离，m；

K、α――与爆破点至计算点间的地形、地质条件有关的系数和衰减系数；

β――高程影响系数。

《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》

1.选取建筑物安全允许质点振速时，应综合考虑建筑物的重要性、建筑质量、新旧程度、自振频率、地基条件等；

2.省级以上重点保护古建筑与古迹的安全允许质点振速，应经专家论证后选取，并报相应文物管理部门批准；

3.选取隧道、巷道安全允许质点振速时，应综合考虑构筑物的重要性、围岩分类、支护状况、开挖跨度、埋深大小、爆源方向、周边环境等；

4.对永久性岩石高边坡、应综合考虑边坡的重要性、边坡的初始稳定性、支护状况、开挖高度等；

5.隧道和巷道的爆破振动控制点为距离爆源10~15m处；高边坡的爆破振动控制点为上一级马道的内侧坡脚；

6.非挡水新浇大体积混凝土的安全允许质点振速按表中上限值选取。

震级 ：也称地震强度，用以说明某次地震本身的大小。 

定义在距离震中100千米处之观测点地震仪记录到的最大水平位移为1微米的地震作为规模0级的地震。按照这个定义，如果距震中100千米处的地震波振幅为1毫米（103微米）的话，则震级为里氏3级。

烈度：是指某一地震在具体地点引起振动的强度标准，它标志着地震对当地的实际影响，作为工程建筑抗震设计的依据。

爆破振动与地震的区别

（1）爆破地震振动幅度的数值虽大，但衰减很快，破坏范围并不大，天然地震振幅度的数值虽小，但衰减缓慢。破坏范围比前者大得多；

（2）爆破地震地面加速度震动频率较高（约10～20 Hz以上），远超过普通工程结构的自振频率。天然地震地面加速度震动频率较低（一般2～5 Hz）。与普通工程结构的自振频率相接近；

（3）爆破地震持续时间很短（以万吨爆破为例，在近区仅1s左右）。天然地震主震持续时间多在10～40s间。

震中烈度与震级的大致对应关系

不同级别地震释放能量相当于的TNT当量

爆破振动监测系统：传感器、中间适配放大器和记录存储分析处理仪器设备。

为保证振动测试结果的可靠性和满足规定的精度要求，必须对传感器和测试系统根据相关规程规范要求，在合格的计量设备上进行校准，校准的主要指标有：

1.传感器灵敏度：即输出量与被测输入量之间的比值；

2.频率特性：即在工作频带内幅值对频率的变化；

3.线性度：即幅值变化的线性度以百分比表示；

4.横向灵敏度：即与传感器主轴垂直方向的灵敏度；

5.特殊环境条件：即指传感器处于高温、严寒、压力场等特定环境下的灵敏度变化检查。

仪器的频率响应

任何一种动态测试仪器都有一定的频率响应范围，当所测信号的频率超过仪器频率响应范围时，通过测试系统所测得的信号将产生严重的失真，不能正确反映原信号的特性。因此，在爆破振动测试中应特别注意所选仪器频率响应是否满足要求。在爆破近区、远区，不同的爆破方式，不同地质条件，爆破振动波的频率都是不同的。因此，在选用仪器时，应首先对所测信号的频率有所了解，然后有针对性地选用合适的仪器。

对爆破振动测试，应根据施工现场地质地形条件和爆破参数，预估被测信号的幅值范围和频率范围，选择测试系统的工作频带应满足爆破振动波的频域特性。

仪器的动态范围

传感器和记录设备的测量幅值范围应满足被测物理量的预估幅值要求。测试系统量程的估算，应使预计的测试值在系统可测范围的30%~70%之间，其上限应高于被测信号最大预估值的20%。

爆破测振的特殊要求

对于爆破振动自动记录仪，由于目前一般选择自动内启动方式，因此要求启动设置可靠，并有负延时设置，以形成完整的记录波形，一般负延时记录应达到0.25s左右。拆除爆破振动监测应包括记录爆破及建筑物塌落所产生的振动，但通常只进行一次测量，记录爆破及塌落振动的全过程，在设置记录时必须考虑这一点。

测试方案及测点布置

测试方案应根据爆破振动效应监测目的和要求来设计。

一类是对重点防护对象在爆破施工作业中进行全程监测，监测数据用做评价防护对象的安全状况，也是为可能引起诉讼或索赔提供科学的数据资料；二类是针对重大爆破工程在现场条件下进行的小型爆破试验，通过测试了解和掌握爆破振动波的特征、传播规律以及对建筑物的影响等，比如测定现场爆破条件下的k值和a值。

测点布置

测点布置要根据测试目的和要求进行，如监测振动对建筑物的影响，则测点应布置在建筑物的基础或附近地表上，当监测对象为高层建筑物时，为了了解建筑物的振动反应，还应沿建筑物不同高度布置监测点。如测试时是为了研究爆破振动波的衰减规律，或为了求该岩石条件下的k值和a值，则通常应沿爆破中心的径向布置一条或几条测线。由于地震波的强度随距离的增加按指数规律衰减，为了处理数据时测点在坐标上均匀分布，测点的距离分布也应按近密远疏的对数关系布置。一条观测线上的测点，一般不能少于5个。在监测或测试时，一些必须取得数据的重要测点，应布置重复点。

另外，在不同地貌、地质条件下也应布置测点，以便了解这些条件对爆破振动效应的影响。在布点中，还要考虑传感器和测振仪的安全，防止堆积体或个别飞石将测点覆盖或使仪器损坏，必要时可采取一些保护措施。

爆破振动数据的处理

爆破振动波和结构爆破振动效应的测试结果是反映各种振动信息的曲线，即振动波形图。爆破振动波和结构动力响应信号都属随机信号，在记录到的波形图上，它的频率、幅值都是随时间不规则变化的，信号分析和数据处理就是去伪存真的过程。进行波形分析和处理时，都应保证分析的原始波形正确，否则将会导致错误的结果。爆破振动波形是复杂的，尤其是现场测试中会受到各种干扰的影响。如测试系统的漂移、漏电、干扰，高频干扰，波形溢出等种种。

数据处理过程，实质上是从测试波形中提取有用信息的过程。对于爆破振动监测，最重要的数据是爆破振动最大幅值及振动主频率。

典型振动波形图

各段波形振动的峰值和频率

振动监测结论

从振动频率来看，撞地振动主频率最小，约为3Hz，爆破主频率最大，下坐和切口闭合主频率介于两者之间，振动频率从大到小的排列次序与振速峰值排列顺序相反。

振动峰值来看，烟囱的撞地振动最大，烟囱下坐和切口闭合波形次之，爆破振动最小，而振动频率的大小则正好相反。

爆破振动与塌落振动相差很大，振动安全距离计算时需按实际情况分别选取不同的距离来计算。爆破振动安全校核的距离应从烟囱切口处计算，而塌落振动安全校核的距离应从烟囱顶部着地点计算。

监测结果分析