論油氣管道與爆破場所的安全距離

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)的各類采石場近距離敷設(shè)。同時隨著城市建設(shè)的發(fā)展，爆破活動越來越頻繁，爆管、穿孔、泄露等一系列事故也經(jīng)常發(fā)生。本文通過對采石場的采礦工藝進行分析，系統(tǒng)計算采石過程中飛石的最大飛散距離、爆破時地震波的振動允許距離、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)時與采石場等爆破場所的安全距離。

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，爆破的一部分能量使炮孔周圍的巖體產(chǎn)生擾動，并以波的形勢向遠處傳播，從而形成爆破地震波。爆破地震波在向遠處傳播時，能量在地層內(nèi)部傳播時成為體波，能量在地層表面?zhèn)鞑r成為面波。體波具有周期短、振幅小、衰減快的特點，面波周期長、振幅大、傳播速度和衰減慢等特點，其中體波是在近區(qū)內(nèi)對管道造成破壞的主要因素。爆破產(chǎn)生的地震波是整個爆破過程中對管道產(chǎn)生危害的最重要危險源。

爆破地震波一方面通過介質(zhì)直接傳遞給管道，容易引起管道發(fā)生往復(fù)式振動，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)炸藥在巖石中瞬時爆破時，爆破產(chǎn)生的沖擊波會在瞬時內(nèi)達到最大值，然后沖擊波破碎巖石后，強度變?nèi)踔饾u衰減為爆破地震波，同時引起周邊巖石的強烈振動并沿介質(zhì)向周圍傳播，直至爆破能量被周圍介質(zhì)吸收。當(dāng)爆破地震波到達管道時會引起管道的振動甚至破壞。

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，對管道的破壞越大。從振動物理學(xué)角度分析，速度是單位時間內(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，反而振動速度可以作為管道受損情況的判據(jù)。針對爆破地震波作用下埋地管道的安全標(biāo)準(zhǔn)問題，通過大量研究確定了客觀合適的振動波速14 cm/s為安全判據(jù)[2]。因此下面主要針對巖石地段爆破時，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算。

地震波危害的安全距離計算如下。

式中：

R——爆破時地震波振動允許距離（m）;

Q——最大一段炸藥量（kg），根據(jù)上述的爆破方法，Q取287kg;

V——保護對象所在地安全允許質(zhì)點振速，V取14cm/s;

m——藥量系數(shù)，m取1/3;

K、α——與爆破點至保護對象間的地形、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)過計算，在中硬巖石進行爆破時，爆破地震波傳遞到管道上的波速不大于14 cm/s情況下，爆破點距離管道的地震波振動允許距離為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，因此在爆破過程中會產(chǎn)生大小不一的飛石，飛石的飛散距離計算如下。

式中：

R飛——個別飛石的飛散距離（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。

通過計算，爆破時產(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，飛石對管道的破壞性極小，同時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埋地管道的破壞影響。但對于新建管道，管道在施工過程中需要考慮飛石對施工設(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間決定的。沖擊波超壓就是沖擊波壓強與空氣靜止時的氣壓的壓強差，當(dāng)壓強差達到一定限值時就會對建筑物或人員造成破壞。沖擊波的安全距離計算如下。

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K取1，當(dāng)考慮人員時K取10。

經(jīng)過計算爆炸沖擊波對建構(gòu)筑物的安全距離為17m，對人員的安全距離為170m。爆破沖擊波對建構(gòu)筑物的安全距離只有17m，且管道上方一般都有1m以上保護覆蓋層，因此爆破沖擊波不會影響埋地管道安全。但對于新建管道，管道在施工過程中需要考慮爆破沖擊波對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和無機的硝銨化合物，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)，對支氣管和肺組織產(chǎn)生強烈的刺激和腐蝕作用。因此爆破時有毒氣體對施工人員的影響不可小覷。有毒氣體的影響范圍計算如下。

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)驗平均取160;

Q——裝藥量，Q取兩排藥量575kg。

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

2 結(jié)論

經(jīng)過以上計算爆破產(chǎn)生的地震波、沖擊波等有害因素進行分析，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對管道建設(shè)和運行產(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，施工時應(yīng)有效控制地震波的影響范圍及傳播強度。

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

3）若管道為新建管道，在管道施工時應(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，在開闊空間管道與爆破場所的距離應(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具的安全，管道施工與爆破作業(yè)不能同一時間段內(nèi)進行。

參考文獻：

[1] 中長期油氣管網(wǎng)規(guī)劃：6。

[2] 輸氣管道工程設(shè)計規(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。