城市復(fù)雜環(huán)境場(chǎng)平爆破降塵降噪試驗(yàn)研究

汪 澤，喻圓圓，吳 霄，劉 桐，歐陽(yáng)光

(浙江省高能爆破工程有限公司，杭州 310012)

在周邊環(huán)境復(fù)雜、人口較為密集的地區(qū)(如城鎮(zhèn))進(jìn)行爆破施工作業(yè)，除了爆破振動(dòng)、飛石等危害效應(yīng)對(duì)周邊帶來(lái)的直接安全隱患以外，隨著環(huán)保要求和百姓維權(quán)意識(shí)的不斷提高，能否將爆破所引起的揚(yáng)塵、噪音等間接的弱危害效應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)也顯得愈發(fā)重要。爆破工程中噪音的主要來(lái)源為炸藥爆炸的爆破聲，其中地表雷管、導(dǎo)爆索產(chǎn)生噪音顯著。土石方爆破工程中揚(yáng)塵主要來(lái)自鉆機(jī)鉆鑿炮孔和爆破時(shí)土巖破碎拋出，前者可通過(guò)在鉆機(jī)加裝集塵器得到有效控制，后者則一直沒(méi)有便于實(shí)施且有效的控制措施。

Haugen S指出綠色爆破技術(shù)將成為國(guó)際爆破技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向[1]。Hendry M J[2]、Mahmood F N[3]、Villeneuve S A和Karlsson T在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)炸藥在使用過(guò)程中有不同程度的氮泄漏，排放到環(huán)境中的氨和硝酸鹽會(huì)引起當(dāng)?shù)赝寥浪峄透粻I(yíng)養(yǎng)化，造成地表地下水污染[4,5]。鄒常富等在水泡泥降塵以及產(chǎn)塵機(jī)制上進(jìn)行了相關(guān)研究[6,7]；李延春在工程中均通過(guò)水袋的降塵作用對(duì)爆破產(chǎn)塵進(jìn)行了有效地降低[8]；郭敬中、上官劍茗分別研究了多組份水炮泥降塵技術(shù)、高效水炮泥+聚氨酯發(fā)泡膠新型炮孔堵塞材料在采場(chǎng)爆破防塵方面的應(yīng)用[9,10]；茍倩倩、趙明生等進(jìn)行了不同裝藥結(jié)構(gòu)下降塵降噪效果的比對(duì)試驗(yàn)，取得了良好的試驗(yàn)結(jié)果[11]；孫苗等通過(guò)一些綜合措施在降噪以及降塵方面有顯著效果[12]；唐小軍等采用深孔、淺孔結(jié)合的方式有效減少了爆破振動(dòng)[13]?？紤]到復(fù)雜環(huán)境城鎮(zhèn)爆破工程逐漸增多，從最實(shí)際的角度出發(fā)(即確保工程能夠順利進(jìn)行)，擬通過(guò)對(duì)各種措施進(jìn)行試驗(yàn)，探討切實(shí)可行的降塵、降噪方法，從實(shí)踐中逐步積累數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)。

1 降塵措施試驗(yàn)研究

1.1 試驗(yàn)方法選擇

爆破時(shí)由土巖破碎拋出帶來(lái)的揚(yáng)塵，影響因素很復(fù)雜，同時(shí)可控范圍較小，比如天氣、地質(zhì)情況等不可抗力因素變量難以統(tǒng)一，因此結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件及可操作性，本方案主要從簡(jiǎn)單便捷的措施入手，通過(guò)試驗(yàn)觀測(cè)探討這些措施能否達(dá)到明顯的降塵效果。

初期擬選用的降塵措施有：爆前灑水、彩條布覆蓋、密目網(wǎng)覆蓋和導(dǎo)爆索水幕法四種，密目網(wǎng)覆蓋與彩條布覆蓋原理一致，且網(wǎng)格大效果較低；導(dǎo)爆索產(chǎn)生噪音過(guò)大，在城鎮(zhèn)中禁止使用，故排除后兩種方法。

1.2 試驗(yàn)方法

遵循控制變量試驗(yàn)原則，兩次降塵試驗(yàn)分別于兩天在同一區(qū)域進(jìn)行，并保證幾組試驗(yàn)有相同的天氣、風(fēng)速、干濕度與地質(zhì)條件。

1.2.1 爆前灑水降塵試驗(yàn)

選取兩塊地形地質(zhì)一致的臺(tái)階形爆區(qū)，一塊不灑水做對(duì)照組，一塊灑水做實(shí)驗(yàn)組，距離爆區(qū)20 m每隔10 m擺放一只共計(jì)20只粉塵收集盒。試驗(yàn)前對(duì)每只粉塵采集盒稱重并記錄，起爆后煙塵散盡對(duì)粉塵收集盒進(jìn)行回收并再次稱重，與試驗(yàn)前的粉塵收集盒重量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理比對(duì)分析，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表1。

表 1 粉塵收集盒重量統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of dust collection box weight

表 2 粉塵收集盒重量統(tǒng)計(jì)表Table 2 Weight statistics

對(duì)粉塵的收集采用規(guī)格一致的塑料盒，使用毫克級(jí)的電子秤對(duì)收集前后的塑料盒稱重，差值即為收集粉塵的質(zhì)量。

1.2.2 試驗(yàn)過(guò)程與數(shù)據(jù)分析

在爆破前對(duì)臺(tái)階進(jìn)行灑水處理借以研究灑水工作對(duì)爆破粉塵的產(chǎn)生與擴(kuò)散是否存在影響，設(shè)立對(duì)照組數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與灑水處理后數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)進(jìn)行比較。爆區(qū)示意圖如圖1。

將對(duì)照組與灑水處理組粉塵收集盒重量進(jìn)行對(duì)比處理分析，結(jié)果如圖2所示。

圖 1 爆區(qū)示意圖Fig. 1 Schematic diagram of explosion area

圖 2 粉塵收集盒收集值對(duì)比圖Fig. 2 Comparison chart of collected values

由兩次試驗(yàn)數(shù)據(jù)(灑水與不灑水)可以看出，爆前灑水能有效減少爆破粉塵的產(chǎn)生與擴(kuò)散。對(duì)照組(不灑水)中16、17、18三點(diǎn)收集值激增，可以明顯看出風(fēng)向，而灑水組中各數(shù)值較平穩(wěn)，沒(méi)有激增點(diǎn)，對(duì)比得到爆前灑水的降塵率為28.4%。爆破前灑水能使粉塵濕潤(rùn)并凝結(jié)沉降，起到降低粉塵濃度、難以被氣流吹起的作用，能有效減少由自然風(fēng)、爆破氣流形成的揚(yáng)塵。

1.3 彩條布覆蓋降塵試驗(yàn)研究

在炮孔布置好以后，采用彩條布對(duì)爆破面進(jìn)行覆蓋用以確定彩條布覆蓋對(duì)爆破粉塵產(chǎn)生與擴(kuò)散是否會(huì)產(chǎn)生影響，粉塵收集盒的布置在灑水試驗(yàn)的基礎(chǔ)上增加了一排。爆區(qū)布置如圖3所示，可形成兩種炮孔排數(shù)(5排、2排)條件下彩條布覆蓋的降塵效果對(duì)比，增加佐證力度。見(jiàn)圖4。

圖 3 彩條布覆蓋爆破現(xiàn)場(chǎng)示意圖Fig. 3 Coverage diagram

圖 4 爆破過(guò)程攝影圖Fig. 4 Photography of blasting process

根據(jù)所收集數(shù)據(jù)，計(jì)算降塵率[14]

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)計(jì)算(5排、2排炮孔區(qū)域分別計(jì)算)，5排炮孔彩條布覆蓋降塵率η1

同理可計(jì)算得5排炮孔彩條布覆蓋降塵率η2=45%，得出平均降塵率η=41.2%。見(jiàn)圖5。

圖 5 彩條布覆蓋收集值散點(diǎn)圖Fig. 5 Covering collected value scatter

式中：η是降塵率，%；m2是沒(méi)有覆蓋彩條布的平均粉塵收集質(zhì)量，mg；m1是覆蓋彩條布的平均粉塵收集質(zhì)量，mg。

本次試驗(yàn)爆區(qū)形狀為“菜刀”狀，左側(cè)6排炮孔，右側(cè)2排炮孔，彩條布覆蓋區(qū)域?yàn)楸瑓^(qū)中間一部分。從攝影圖中看到覆蓋彩條布區(qū)域的爆破揚(yáng)塵從臺(tái)階下方逸出，這樣大大減少了上空的沙塵含量，起到了降塵作用；從散點(diǎn)圖中可以看出：第二排粉塵收集值最大，第一排與第三排較少，說(shuō)明爆破揚(yáng)塵由近到遠(yuǎn)是個(gè)逐漸衰減的過(guò)程。在每一排中，5號(hào)左右的收集點(diǎn)數(shù)值最大，對(duì)應(yīng)爆區(qū)為6排炮孔中開(kāi)始被彩條布覆蓋的部分，隨后收集點(diǎn)數(shù)值明顯下降，結(jié)合爆破過(guò)程圖可以看到被彩條布覆蓋的區(qū)域幾乎不見(jiàn)揚(yáng)塵。彩條布覆蓋的降塵效果顯著，平均降塵率達(dá)41.2%以上。

2 單發(fā)雷管降噪試驗(yàn)研究

2.1 研究?jī)?nèi)容

孔內(nèi)炸藥爆破由于巖層阻隔產(chǎn)生低音對(duì)環(huán)境影響較小，噪音的主要來(lái)源為孔外雷管爆破。每次爆破的變量較多：總藥量、一次齊發(fā)藥量、雷管數(shù)、孔網(wǎng)參數(shù)等，對(duì)整個(gè)爆區(qū)采取措施進(jìn)行試驗(yàn)，收集到的噪音分貝數(shù)值不可靠。其他變量難以更改，所以本次試驗(yàn)針對(duì)單發(fā)雷管進(jìn)行，變量單一，收集到的數(shù)據(jù)具有較強(qiáng)的可分析意義。找到最佳降噪措施，再普及到所有地表雷管上，將取得明顯的降噪效果。

2.2 降噪試驗(yàn)方案及設(shè)備

選取空曠場(chǎng)地，周圍無(wú)樓房、山丘等能反射聲波的障礙物。將雷管平放在地面上，加上覆蓋物，在10m處放置分貝儀與測(cè)振儀，在安全距離外起爆雷管，采用噪音計(jì)MAX模式與測(cè)振儀讀數(shù)后進(jìn)行下一組試驗(yàn)。采用AR-824噪音計(jì)、TC-4850測(cè)振儀、激光測(cè)距儀作為試驗(yàn)手段進(jìn)行噪音及振動(dòng)的收集，每組雷管放置在同一位置。

噪音主要以波的形式傳播：聲波、振動(dòng)波，我們可以利用波在傳播到相鄰介質(zhì)的臨界面時(shí)會(huì)發(fā)生反射、折射而衰減的這一性質(zhì)來(lái)達(dá)到降噪的目的。

2.3 試驗(yàn)過(guò)程

(1)制作覆蓋袋：挑選合適規(guī)格的密封袋，用同一小碗盛出相同體積的水、沙、碎石，并裝入密封袋中。

(2)選取試驗(yàn)地點(diǎn)：用激光測(cè)距儀測(cè)距(10 m)。

按照實(shí)驗(yàn)組內(nèi)容(不同覆蓋物)與順序，在標(biāo)定雷管起爆點(diǎn)逐一起爆雷管，并在10 m外的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)采集數(shù)據(jù)。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

見(jiàn)圖6，表3。

圖 6 部分?jǐn)?shù)據(jù)采集圖Fig. 6 Partial data acquisition diagram

將表3中各因素與所對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果用效應(yīng)曲線圖表示出來(lái)。

表 3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)表Table 3 Test data sheet

由圖7(a)中可以看出覆蓋碎石袋的降噪效果最好，平均降噪率達(dá)到13.6%，這是因?yàn)樵胍羰锹暡?，以波的形式傳播，服從波的傳播?guī)律：在兩種介質(zhì)的交界面上會(huì)發(fā)生反射與折射，從而使波的能量產(chǎn)生衰減，且兩種介質(zhì)的密度差距越大，衰減越大。在本次試驗(yàn)中，碎石的密度比沙、水與空氣的密度差距大，而且碎石袋中碎石數(shù)量多，交界面也多，進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)噪音的削弱作用。最后一次試驗(yàn)為施加三種覆蓋物(水、沙、碎石)，降噪效果最佳，達(dá)21.2%，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)具有重要的指導(dǎo)意義。

圖 7 數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖Fig. 7 Data scatter

由圖7(b)中可以看出，覆蓋沙袋的降振效果最好，細(xì)沙粒徑小，在降振過(guò)程中起到緩沖的作用，有效吸收了雷管爆破產(chǎn)生的振動(dòng)，平均減震率達(dá)35.2%。

3 結(jié)論

基于對(duì)復(fù)雜環(huán)境城鎮(zhèn)爆破降塵降噪的研究，在景德鎮(zhèn)某場(chǎng)平工程中進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)并對(duì)比了爆前灑水與覆蓋彩條布的降塵效果、地表雷管覆蓋不同介質(zhì)的降噪、減震效果，得出以下結(jié)論：

(1)爆前灑水能使粉塵濕潤(rùn)并凝結(jié)沉降，起到降低粉塵濃度、難以被氣流吹起的作用，能有效減少由自然風(fēng)、爆破氣流形成的揚(yáng)塵，降塵率為28.4%。

(2)覆蓋彩條布能改變爆破揚(yáng)塵擴(kuò)散方向，使之從臺(tái)階下方橫向逸出，大大減少了上空的沙塵含量，起到了降塵作用，彩條布覆蓋的降塵效果顯著，平均降塵率達(dá)41.2%以上。但該方法所需人力物力較大，準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)。

(3)地表雷管覆蓋單介質(zhì)為碎石時(shí)降噪效果最好，降噪率達(dá)到13.6%，覆蓋單介質(zhì)為沙時(shí)，降振效果最好，減震率達(dá)35.2%。覆蓋介質(zhì)為水、沙、碎石時(shí)，平均減震率達(dá)35.2%。

綜上所述，在對(duì)粉塵、噪音要求較高的特殊時(shí)期，如創(chuàng)建衛(wèi)生文明城市中，建議使用彩條布覆蓋法降塵，在地表雷管上覆蓋碎石降噪，有條件的可覆蓋水、沙、碎石的混合袋。