小型民用爆炸物品儲(chǔ)存庫(kù)爆炸事故后果分析

陳衛(wèi)紅*，周珣，董玲

（1.湖北寰安康華安全科技發(fā)展有限責(zé)任公司，湖北武漢，430070；2.湖北省安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，湖北武漢 430071）

小型民用爆炸物品儲(chǔ)存庫(kù)爆炸事故后果分析

陳衛(wèi)紅1*，周珣2，董玲1

（1.湖北寰安康華安全科技發(fā)展有限責(zé)任公司，湖北武漢，430070；2.湖北省安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，湖北武漢 430071）

我國(guó)現(xiàn)有數(shù)萬(wàn)座民用爆炸物品儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)，本文通過(guò)對(duì)民爆物品儲(chǔ)存庫(kù)5噸硝酸銨炸藥爆炸沖擊波傷害、爆炸振動(dòng)和爆炸飛散物距離的計(jì)算，提出爆炸對(duì)人員和建（構(gòu)）筑物的傷害和損壞程度，指導(dǎo)民爆物品安全管理和防控。

爆炸物品；儲(chǔ)存庫(kù)；爆炸；防護(hù)屏障；分析

引言

2005年9月12日我國(guó)云南省彌勒縣朋普鎮(zhèn)沈崗村一輛長(zhǎng)廂貨車(chē)滿(mǎn)載18噸硝酸銨發(fā)生爆炸，事故造成13人死亡、50人受傷，導(dǎo)致700m左右的房屋受到損壞，爆炸飛散物最遠(yuǎn)距離達(dá)到1000m。2015年天津港“8.12”特別重大火災(zāi)爆炸事故嚴(yán)重受損區(qū)達(dá)到了直徑 3km范圍，中度受損區(qū)達(dá)到了直徑5.4km范圍，爆炸沖擊波波及北側(cè)最遠(yuǎn)達(dá)13.3公里，第一次爆炸的能量約為15噸TNT當(dāng)量，第二次爆炸的能量約為430噸TNT當(dāng)量。筆者長(zhǎng)期從事民爆物品儲(chǔ)存庫(kù)安全評(píng)估工作，對(duì)湖南、廣東、湖北、河南、四川等省民爆庫(kù)進(jìn)行了大量實(shí)地調(diào)查。民爆庫(kù)普遍存在庫(kù)房選址不當(dāng)、防護(hù)屏障建設(shè)不規(guī)范等問(wèn)題，若發(fā)生民爆物品儲(chǔ)存庫(kù)爆炸事故，后果堪憂(yōu)。

《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）“13 安全允許距離與對(duì)環(huán)境影響的控制”明確要求，爆破地點(diǎn)與人員和其他保護(hù)對(duì)象之間的安全允許距離，應(yīng)按各種爆破有害效應(yīng)(地震波、沖擊波、個(gè)別飛散物等)分別核定，并取最大值。并應(yīng)考慮爆破可能誘發(fā)的滑坡、滾石、雪崩、涌浪、爆堆滑移等次生災(zāi)害的影響，適當(dāng)擴(kuò)大安全允許距離或針對(duì)具體情況劃定附加的危險(xiǎn)區(qū)。我國(guó)小型民用爆炸物品儲(chǔ)存庫(kù)最大可儲(chǔ)存工業(yè)炸藥5t，雷管2萬(wàn)發(fā)。本文按照地震波、沖擊波、個(gè)別飛散物爆炸模型對(duì)一座 5t炸藥庫(kù)發(fā)生爆炸進(jìn)行計(jì)算安全允許距離，并將計(jì)算結(jié)果與《小型民用爆炸物品儲(chǔ)存庫(kù)安全規(guī)范》（GA 838-2009）規(guī)定的外部距離進(jìn)行比較，供民用爆炸物品管理、使用單位參考。

1 爆炸地震波傷害

1.1 爆炸地震波傷害模型

炸藥爆炸后，地震波會(huì)造成爆源附近地面上一切物體產(chǎn)生顛簸或搖晃。當(dāng)爆破振動(dòng)達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，會(huì)造成爆區(qū)周?chē)?構(gòu))筑物的破壞。爆破振動(dòng)計(jì)算可按式(1)進(jìn)行:

式中：R—— 爆破振動(dòng)安全允許距離，m；

Q——炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時(shí)爆破為最大單段藥量，kg；

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

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)，應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定；在無(wú)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的條件下，可參考表1選取。

表1 不同巖性K、α取值

《中國(guó)地震烈度表》（GB/T 17742-2008），烈度、水平向地面運(yùn)動(dòng)、房屋損害程度見(jiàn)表2。

表2 中國(guó)地震烈度損害一覽表

1.2 地震波傷害模型計(jì)算結(jié)果

國(guó)內(nèi)小型民爆庫(kù)多為地面庫(kù)，考慮到爆炸現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、地形條件，取軟巖石K=350，α=1.8,在總藥量5t條件下進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。（具體爆破作業(yè)或民爆庫(kù)房選址可以根據(jù)地質(zhì)條件選擇參數(shù)）

表3 距爆源振動(dòng)距離與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度計(jì)算結(jié)果一覽表

結(jié)果分析：5t炸藥爆炸后，在距離爆炸中心 28～41m的范圍內(nèi)相當(dāng)于地震烈度10度以上，絕大多數(shù)房屋傾倒；在距離爆炸中心41～60m 范圍內(nèi)產(chǎn)生的振動(dòng)相當(dāng)于地震烈度9度，多數(shù)房屋嚴(yán)重破壞；在距離爆炸中心61～86m范圍內(nèi)產(chǎn)生的振動(dòng)相當(dāng)于地震烈度8度，房屋大多數(shù)嚴(yán)重或中等破壞；在距離爆炸中心89～123m范圍內(nèi)產(chǎn)生的振動(dòng)相當(dāng)于地震烈度7度，房屋多數(shù)中等破壞；在距離爆炸中心130～181m范圍內(nèi)產(chǎn)生的振動(dòng)相當(dāng)于地震烈度6度，房屋多數(shù)輕微破壞；在距離爆炸中心 205～300m范圍內(nèi)產(chǎn)生的振動(dòng)相當(dāng)于地震烈度5度，房屋門(mén)窗、屋頂、屋架顫動(dòng)。

《爆破安全規(guī)程》（GB 6722-2014）第13.2.2款采用保護(hù)對(duì)象所在地基礎(chǔ)質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度和主振頻率給出了地面建筑物、電站（廠(chǎng)）中心控制室設(shè)備、隧道與巷道、巖石高邊坡和新澆大體積混凝土的爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表4。地面炸藥庫(kù)爆炸頻率在40Hz～100 Hz之間，一般民用建筑物安全允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為2.5～3.0cm/s。按照公式1計(jì)算，允許安全距離為240～300m。

表4 爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)

齡期：7d～28d 7.0～8.0 8.0～10.010.0～12.0

根據(jù)《小型民用爆炸物品儲(chǔ)存庫(kù)安全規(guī)范》（GA 838-2009），5t炸藥庫(kù)距離人數(shù)不大于50人的零散住戶(hù)邊緣不小于180m；距離人數(shù)大于50人的居民點(diǎn)邊緣，企業(yè)住宅區(qū)建筑物邊緣、其他單位圍墻不小于300m?？梢?jiàn)，爆炸地震波對(duì)在距離爆炸中心 180～300m的范圍內(nèi)的房屋在爆炸產(chǎn)生的地震波作用下會(huì)發(fā)生門(mén)窗、屋頂、屋架顫動(dòng)，可能造成一定的損壞，但對(duì)于300m范圍外的房屋基本不會(huì)造成損害。按照一般民用建筑物安全允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，240～300m的范圍內(nèi)存在少量零散住戶(hù)是可以接受的。

2 爆炸沖擊波超壓

2.1 爆炸沖擊波超壓模型

炸藥爆炸瞬間釋放出大量高溫、高壓的爆炸產(chǎn)物高速?zèng)_擊周?chē)目諝猓蛊鋲毫?、密度和溫度升高而形成空氣沖擊波?！侗瓢踩?guī)程》( GB67222-2014)第13.3.2條規(guī)定在平坦地形條件下，按式(2)進(jìn)行爆炸沖擊波超壓計(jì)算。空氣沖擊波超壓的安全允許標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)不設(shè)防的非作業(yè)人員為0.02×105Pa。

式中：ΔP——空氣沖擊波超壓值，×105Pa；Q——一次爆破梯恩梯炸藥當(dāng)量，秒延時(shí)爆破為最大一段藥量，毫秒延時(shí)爆破為總藥量，kg；R——爆源至保護(hù)對(duì)象的距離，m。

對(duì)于其他種類(lèi)的炸藥，則按能量相似換算成梯恩梯當(dāng)量即可:

式中:Qi為某種炸藥的炸藥量，kg；qi為某種炸藥的爆熱，kJ/kg；qT為梯恩梯炸藥的爆熱，kJ/kg。

沖擊波超壓對(duì)人損傷程度見(jiàn)表5，對(duì)建(構(gòu)) 筑物的破壞程度如表6所示。

表5 沖擊波超壓對(duì)人體的傷害作用

0.3～0.5 聽(tīng)覺(jué)器官或骨折0.5～1.0 內(nèi)臟嚴(yán)重?fù)p傷或死亡＞1.0 大部分人員死亡

表6 沖擊波超壓對(duì)建筑物的破壞程度

2.2 爆炸沖擊波計(jì)算結(jié)果

表7 沖擊波超壓與距離關(guān)系計(jì)算結(jié)果一覽表

1kgTNT 炸藥爆炸所放出的爆熱為4230～4836kJ/kg ，一般取其平均爆熱為4500kJ/kg；以硝銨炸藥為參考進(jìn)行計(jì)算，硝銨炸藥爆熱取為4000kJ/kg，則Q=（4000/4500）×5000=4444.4kg。在上述條件下，按公式(2) 計(jì)算的沖擊波超壓與距離的關(guān)系計(jì)算結(jié)果如表7:

人體傷害計(jì)算結(jié)果分析：5t 硝銨炸藥爆炸后在距離爆炸中心57m范圍內(nèi)，沖擊波超壓值都在1.0×105Pa以上，表明在57m范圍內(nèi)人員會(huì)因沖擊波超壓而造成死亡。在距離 57～83m 范圍內(nèi)，沖擊波超壓值在(0.5～10)×105Pa范圍內(nèi)的人員會(huì)造成內(nèi)臟嚴(yán)重挫傷，可引起死亡。在距離爆源 83～112m范圍內(nèi)，沖擊波超壓在(0.3～0.5)×105Pa ，人員會(huì)造成耳膜損傷、中等挫傷、骨折等傷害。在距離爆源112～145m范圍內(nèi)，沖擊波超壓在(0.2～0.3)×105Pa ，人員會(huì)輕微損傷；對(duì)不設(shè)防的非作業(yè)人員沖擊波超壓為0.02×105Pa，空氣沖擊波超壓的安全允許標(biāo)準(zhǔn)為距離爆源950m。

建筑物破壞程度分析結(jié)果：在距爆炸中心66m 范圍內(nèi)，沖擊波超壓大于 0.76×105Pa，建筑物完全破壞，大部分倒塌。66～78m 范圍內(nèi)，沖擊波超壓為(0.55～0.76)×105Pa，建筑物屬?lài)?yán)重破壞，部分倒塌。78～94m 范圍內(nèi)，沖擊波超壓為(0.40～0.55)×105Pa，屬次嚴(yán)重破壞，建筑物門(mén)窗摧毀，墻體出現(xiàn)大的開(kāi)裂。94～125m 范圍內(nèi)，沖擊波超壓為(0.25～0.40)×105Pa，屬中等破壞，建筑物門(mén)窗大量破損，墻體出現(xiàn)較大裂縫。125～260m范圍內(nèi)，沖擊波超壓為(0.09～0.25)×105Pa，屬輕度破壞，建筑物門(mén)窗破壞，墻體出現(xiàn)小的裂縫。通過(guò)計(jì)算表明在260m 范圍內(nèi)的房屋在沖擊波作用下會(huì)受到不同程度的破壞。

根據(jù)《小型民用爆炸物品儲(chǔ)存庫(kù)安全規(guī)范》（GA 838-2009），值班室無(wú)防護(hù)屏障距離炸藥庫(kù)應(yīng)大于90m，值班室有防護(hù)屏障距離炸藥庫(kù)應(yīng)大于65m。炸藥庫(kù)四周應(yīng)設(shè)置防護(hù)屏障。若炸藥庫(kù)無(wú)防護(hù)屏障，值班室在次嚴(yán)重破壞范圍內(nèi)，建筑物出現(xiàn)大裂縫，值守人員會(huì)造成耳膜損傷、中等挫傷、骨折等傷害。GA 838-2009規(guī)定，5t炸藥庫(kù)距離人數(shù)不大于50人的零散住戶(hù)邊緣不小于180m；距離人數(shù)大于50人的居民點(diǎn)邊緣，企業(yè)住宅區(qū)建筑物邊緣、其他單位圍墻不小于300m?？梢?jiàn)，180～300m范圍的零散住戶(hù)建筑物，玻璃、窗扇、墻體均會(huì)受到破壞。300m范圍外的房屋只會(huì)受到次輕度影響。

《小型民用爆炸物品儲(chǔ)存庫(kù)安全規(guī)范》（GA 838-2009）第8.7條規(guī)定工業(yè)炸藥庫(kù)防護(hù)土堤、鋼筋混凝土擋墻等形式應(yīng)符合《民用爆破器材工程設(shè)計(jì)安全規(guī)范》GB50089的要求。防護(hù)土堤建造要求見(jiàn)下圖。炸藥庫(kù)按照規(guī)范設(shè)置防護(hù)土堤，可以有效阻擋爆炸沖擊波的影響，可以執(zhí)行GA 838-2009的要求，但如果未按照規(guī)范設(shè)置防護(hù)土堤，值班室和周邊零散住戶(hù)會(huì)受到輕度至嚴(yán)重的破壞。

圖1 防護(hù)土堤建造示意圖

3 個(gè)別飛散物傷害

露天爆破個(gè)別飛散物的距離可按經(jīng)驗(yàn)公式確定：

式中：RF為個(gè)別飛散物的安全距離，m；n為最大一個(gè)藥包的爆破作用指數(shù)，一般取0.5～1.5；W是最大一個(gè)藥包的最小抵抗線(xiàn)，m；KF是安全系數(shù)，一般取1.0～1.5，根據(jù)地形不同與方向上產(chǎn)生飛散物的條件而定。

炸藥庫(kù)參數(shù)取值n=1.5,W=5m，KF=1.5，RF=337.5m。

炸藥庫(kù)屋頂采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土屋面，屬于整體防爆結(jié)構(gòu)。周邊墻體為24cm實(shí)體磚墻，爆炸后磚墻會(huì)產(chǎn)生大量飛散物，按照《民用爆破器材工程設(shè)計(jì)安全規(guī)范》GB50089建造防護(hù)屏障，對(duì)飛散物將起到良好的阻擋作用。若未建造防護(hù)屏障，則個(gè)別飛散物對(duì)人員的安全允許距離應(yīng)按照337.5m確定。

4 結(jié)束語(yǔ)

民用爆炸物品儲(chǔ)存庫(kù)發(fā)生 5t炸藥爆炸，地震波導(dǎo)致在距離爆炸中心 130～181m范圍內(nèi)房屋多數(shù)輕微破壞；205～300m范圍內(nèi)的房屋門(mén)窗、屋頂、屋架顫動(dòng)。爆炸沖擊波會(huì)導(dǎo)致在距離爆源 112～145m范圍內(nèi)的人員輕微損傷，爆炸沖擊波對(duì)180～300m范圍的零散住戶(hù)建筑物，玻璃、窗扇、墻體均會(huì)受到破壞。爆炸個(gè)別飛散物對(duì)人員的安全允許距離為337.5m。民用爆炸物品儲(chǔ)存庫(kù)應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求建設(shè)防護(hù)屏障，以減小《小型民用爆炸物品儲(chǔ)存庫(kù)安全規(guī)范》（GA 838-2009）規(guī)定對(duì)180～300m范圍內(nèi)零散住戶(hù)的危害。

[1]民用爆炸物品儲(chǔ)存庫(kù)公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)釋義與實(shí)務(wù)指南.閆正斌主編.北京:中國(guó)人民公安大學(xué)出版社,2009:90-93.

[2]爆炸物品安全監(jiān)管執(zhí)法手冊(cè).閆正斌主編.北京:群眾出版社,2016:107-114.

[3]天津港“8?12”瑞海公司危險(xiǎn)品倉(cāng)庫(kù)特別重大火災(zāi)爆炸事故調(diào)查報(bào)告.國(guó)務(wù)院天津港“8?12”瑞海公司特別重大火災(zāi)爆炸事故調(diào)查組,2016:3-7.

[4]王國(guó)華,廟延鋼,段希祥,等.一起硝酸銨爆炸事故的爆炸后果評(píng)價(jià)[J].工程爆破,1006-7051(2008)01-0078-04.

[5]張海濤.關(guān)于露天礦中深孔爆破最小抵抗線(xiàn)的探討及藥量計(jì)算[J].非金屬礦,1987.02.

Analysis on the Consequences of Explosion Accident of Small Civil Explosives

CHEN Weihong1*,ZHOU Xun2,Dong Ling1
(1..Hubei Huanan Kanghua security technology development CO.,LTD,Hubei Wuhan,430070 ,China; 2.The Bureau of Safety Supervision and Management of Hubei Province,Hubei Wuhan,430071,China)

There are thousands of civil explosives repositories in China.According to the measurement of blast wave,blast vibration,and the distance of explosive flying debris from 5 tons ammonium nitrate ,this article analyses the casualties and property losses and gives guidance about the safety management of civil explosives..

explosive goods repositories protective construction analysis

TP560

B

1672-9129(2017)04-0209-05

陳衛(wèi)紅,周珣,董玲.小型民用爆炸物品儲(chǔ)存庫(kù)爆炸事故后果分析[J].數(shù)碼設(shè)計(jì),2017,6(4):209-213.

Cite：CHEN Weihong,ZHOU Xun,Dong Ling.Analysis on the Consequences of Explosion Accident of Small Civil Explosives[J].Peak Data Science,2017,6(4):209-213.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.04.053