爆破爆炸的危害作用及预防措施

爆炸的危害作用

炸药爆炸时，人类可利用其化学能转变成的机械功，完成一些人工或机械不能或难以完成的工作。爆炸的同时还将产生爆破地震波、空气冲击波、爆破噪音、个别飞石、爆破毒气等危害作用，这些危害作用亦称危害效应或负面效应。它们对人员、建筑物和设备所造成的危害范围，因爆破规模、性质与周围环境的不同而异。如露天爆破时，地震与飞石的影响范围较大，空气冲击波在加强抛掷时有显著作用，而松动爆破则几乎没有影响。爆破规模较大时，还要考虑爆破毒气的危害问题。为了保证人员和设备的安全，必须正确计算各项安全影响范围，以便采取相应措施。对于建筑物与构筑物必须评价其安全程度。对于重要目标必须保证不受爆破地震、空气冲击波和爆破飞石的破坏，要严格进行安全校核，必要时应减少一次（或一段）的爆破装药量或采取其它安全措施。

1.1 爆破地震波

1.1.1 地震的有关概念

在地底下发生地震的地方，叫震源。地面上与震源相对处，叫震中。地震的大小，在地震学上用震级和烈度来衡量。

1.1.1.1 震级

震级也称地震强度，用以说明某次地震本身的大小。它是直接根据地震释出来的能量大小确定的。用一种特定类型的、放大率为2800倍的地震仪，在距震中100km处，记录图上量得最大振幅值（以1／1000mm计）的普通对数值，称为震级。例如，最大振幅为0.001mm时，震级为“0”级；最大振幅值为1mm时，震级为“3”级；最大振幅值为1m时，震级为“6”级。

地震震级的能量究竟有多大？可用爆炸能量来说明。在坚硬岩石（如花岗岩）中，用2~3×106kg炸药爆炸，相当于一个4级地震。一个8级地震的功率大约相当于100万人口城市的发电厂在20~30年内所发出电力的总和。由此可见，虽然地震仅仅发生于瞬时的变化，但地震释放出来的能量却是巨大的。

1.1.1.2 烈度

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。烈度不是根据地震仪器测定的。判断烈度大小是根据人们的感觉、家具及物品振动情况、房屋及建筑物受破坏的情况，以及地面出现的崩陷、地裂等现象综合考虑确定的。因此，地震烈度只能是一种定性的相对数量概念，且有一定的空间分布关系。

必须强调指出，地震震级与地震烈度是两个不同的概念，不可混淆。如把地震比作装药爆炸，那么，装药量就相当于地震震级，而装药在爆炸时的破坏作用则是地震烈度。一个地震只有一个震级，但在不同地区可以有不同的烈度，因为在一个地震区域内，不同部位的破坏程度是不同的。显然，震中区的烈度（叫震中烈度）就比其他地方的大。所以震中烈度就是最大烈度，用以表示该次地震的破坏程度。

1.1.2 爆破地震的概念

当装药在固体介质中爆炸时，爆炸冲击波和应力波将其附近的介质粉碎、破裂（分别形成压碎圈和破裂圈），当应力波通过破裂圈后，由于它的强度迅速衰减，再也不能引起岩石的破裂而只能引起岩石质点产生弹性振动，这种弹性振动是以弹性波的形式向外传播，与天

然地震一样，也会造成地面的震动，这种弹性波就叫爆破地震波。

图1-1 应力波引起的介质变形

a纵波 b横波 c勒夫波 d瑞利波 e瑞利波质点运动方向

爆破地震波由若干种波组成，它是一种复杂的波系。根据波传播的途径不同，可分为体积波和表面波两类。体积波是在岩体内传播的弹性波，它可以分为纵波(P)和横波(S)两种。P波的特点是周期短、振幅小和传播速度快；S波的特点是周期较长，振幅较大，传播速度仅次于P波。表面波又分为瑞利波(R)和勒夫波(L)。R波的特点是介质质点在垂直面上沿椭圆轨迹作后退式运动，这点与P波相似。它的振幅和周期较大，频率较低，衰减较慢，传播速度比S波稍慢；L波的特点是质点仅在水平方向作剪切变形，这点与S波相似，L波不经常出现，只是在半无限介质上且至少覆盖有一层表面层时，L波才会出现。各种应力波传播过程中引起介质变形的示意图见图1-1。

体积波特别是其中的P波能使岩石产生压缩和拉伸变形。它是爆破时造成岩石破裂的主要原因。表面波特别是其中的R波，由于它的频率低、衰减慢、携带较多的能量，是造成地震破坏的主要原因。

由爆破引起的振动，常常会造成爆源附近的地面以及地面上的一切物体产生颠簸和摇晃，凡是由爆破所引起的这种现象及其后果，叫做爆破地震效应。当爆破地震波的强度达到一定程度时，可以造成爆区周围的地表或建（构）筑物及设施的破坏。因此，为了研究爆破地震效应的破坏规律，找出减小爆破地震强度的措施和确定出爆破地震的安全距离，对爆破地震效应进行系统的观测和研究是非常必要的。

1.1.3 爆破地震波引起地面质点振动参数的确定

爆破引起的振动是一个非常复杂的随机过程。它的振幅、周期和频率常常是随时间变化的，即时间的函数。因此要计算出这些参数每一时刻的值是比较困难的。

为简化对此问题的研究，可近似认为介质是均匀弹性体，其质点作简谐运动。而且对大多数工程来说，最感兴趣的是要找出振动的最大幅值。因此，一般在爆破振动的波谱图上读取振动的最大幅值，并按简谐运动来处理，这样既满足了工程的要求，也简化了计算。

众所周知，质点作简谐运动时，质点运动的力学状态可以用位移X、速度V和加速度a来表示，它们的数学表达式为：

XAsint （1-1）

dX2Asin(t) （1-2） Vdt

d2X2Asin(t) （1-3） a2dt

在确定爆破振动地面质点运动参数时，一般只选取爆破振动的最大幅值，因此得： XA （1-4） VX2fA （1-5） a2X42f2A （1-6）

式中 X—时间为t时的质点振动位移，mm；

A—质点的最大振幅，mm；

V一质点的振动速度，mm／s；

a—质点的振动加速度，mm／s2；

—角频率，其值为2f，s-1；

f一质点振动频率，Hz。

从以上诸式可以看出，如果已知位移、速度和加速度三个参数中的任一个参数，经过积分或微分就可求出其余两个参数。但是，在数值换算中存在着固有的误差，所以在实际观测中最好直接测量所需的参数。

爆破地震波在介质中传播时，实际上每一质点的运动力学参数应由三个互相垂直的分向量（即水平径向X、水平切向Y和垂直向Z）的矢量和R求取，即RXYZ，其大小为：X2Y2X2。

然而许多国家并不采用质点运动的矢量，而采用实测中的最大分向量作为衡量爆破振动的标准。即取Max{X，Y，Z}。由于近区的垂直振动分量往往大于其它两个分量，因此采用最大的垂直振动分量作为衡量爆破振动和划分破坏程度的统一标准。

1.1.4 爆破地震效应的观测

爆破地震效应的观测包括宏观观测和仪器观测两种方法，一般都把这两种方法结合起来使用。

1.1.4.1 宏观观测

宏观观测一般根据观测的目的，在爆破振动影响范围内和仪器观测点附近选择有代表性的建筑物、构筑物、矿山巷道、岩体的裂缝和断层、边坡、个别孤石以及其它标志物。在爆破前后用目测、照相和录像等手段，把观测对象的特征用文字、图片或影视进行记录，用以对比爆破前后被观测对象的变化情况，或估计爆破振动的影响程度。

1.1.4.2 仪器观测

采用仪器观测时，观测系统包括拾震器、记录仪和便于记录而设置的衰减器或放大器。

（1）拾震器 拾震器是测量地面震动的仪器。它将地面的振动转换成电信号输出。一般又将它叫检波器、地震仪和传感器，拾震器按测量的物理量不同而分为位移计、速度计和加速度计。

（2）衰减器和放大器 衰减器和放大器的作用是将输出的电信号衰减或放大的仪器。若地面的振动强度很大和拾震器的灵敏度较高时，其讯号若不经过衰减，将导致部分波形记

录超出记录纸的边界；反之，如果爆破后地面运动强度较小或拾震器灵敏度不够高时，输出信号常常需要经过放大器放大以后才能分辨和判读。

（3）记录装置 过去记录装置是将拾震器测出的地面振动信号记录在记录纸、胶卷或磁带上的设备，现在则普遍采用爆破振动信号自记仪。爆破振动自记仪可直接将速度或加速度等传感器，与仪器一起置于爆破现场的观测点上，自动触发并记录数据，有的则是遥测数据采集系统，实现远距离控制及数据传输。

1.1.4.3 测点的布置

测点的布置需要根据观测的目的和要求不同而采取不同的布置方法。例如，为了研究爆破地震波随距离变化的衰减规律或者为了计算爆破振动强度而需要获得某些系数时，则宜沿着爆破中心的辐射方向布置测线，每条测线按50～l00m的等间距布置测点，一条测线布置4～6个测点。如果为

了观测爆破地震对建

筑物或构筑物的影响

从而确定出破坏判据

时，测点则宜布置在

建筑物或构筑物附近

的地表上。如果想摸

清高层建筑物不同高

度的爆破地震影响，

那么测点就应在不同

高度的位置上布置。

布置测点时，测

点上的拾震器一定要

埋没牢固而且要保持

水平。

1.1.4.4 爆破地震波波形图的分析

实际记录的爆破地震波波形图是比较复杂的。爆破地震波不是振幅和振动周期为常量的简谐运动，而是振幅和振动周期随时间而

变化的振动（如图1-2所示）。在大多数工

程爆破应用中，通常需要知道的是振动的

最大值。即质点振动的最大位移、振速和

振动加速度。因此，在对爆破地震波波形

图的分析中主要量取最大的振幅及其相对

应的振动周期。此外，还要量取主震相的

持续时间和计算波在土岩介质中的传播速

度。

振幅是表示质点在振动时离开平衡位

置可能达到的最大位移。目前量取最大振图1-3 单振幅量取示意图

图1-2 实测震波波形图

幅值时，多数是量取最大单振幅（或称最大半幅值），即零线（或基准线）到最大波峰（或波谷）之间的距离（见图1-3），它标志地震强度的大小。但是，当波形不对称时也可量取最大波峰和波谷之间的距离，取其一半作为最大半幅值（如图1-4所示）。

由于爆破具有瞬时性，因此读取周期比读取频率更为方便和适宜。周期一般是与最大振

幅相对应，其量取方法如图1-4和图1-5所示。振动周期的倒数即频率：

f （1-7） 式中 f—振动频率，Hz；

T—周期，s。

爆破振动持续时间的长短与传播地震波的介质性质，装药爆炸时所释出的能量大小以及传播的距离有关。在读取震动持续时间时，通常将爆震图划分为主震段和尾震段两部分。关于主震段的划分目前有不同意见，其中一种意见认为，从初始波到波的振幅值AAmax（e为自然对数的底）这一段，称为主震段；主震段相应的历时时间为地震的振动持续时间；主震段的振动次数与该段的历时时间之比称为主震段的平均周期（主周期），主周期的倒数称为主频率（用以反映地震中占优势的频率成份）。其读图方法如图1-5所示。

波速是分析波型、波的传播规律和研究岩石性质的一个重要的物理量。一般是在震波图上量取相邻两测点初始波到达之间的时间差。用此时间差去除两测点之间的距离，就得到初始波的传播速度。

图1-4 双振幅量取示意图

图1-5 震动延续时间和波速的测定

1.1.5 爆破地震的特点

爆破地震与天然地震一样，都是由于能量释放，并以地震波形式向外传播，引起地表振动而产生的破坏效应。它们造成的破坏程度又都受地形、地质等因素的影响。但天然地震发生在地层深处，其造成破坏的程度主要决定于地震能量（震级）与距震源的远近。爆破地震的装药则是在地表浅层爆炸的，其造成破坏的程度主要决定于装药量与距震源的远近。

通过对大量爆破地震和天然地震的实测分析，可以得出以下几点认识：

（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。

由上可得重要结论：在其处测得的爆破地震参数值（地面振动的速度或加速度值），是不能套用参数相等的天然地震烈度来估计该处破坏后果的。爆破地震的实际破坏效果要比相同烈度的天然地震小得多。例如，万吨爆破时，在某厂房测得参数值相当天然地震烈度8度，但宏观调查并未发现房屋结构有任何破坏现象。

1.1.6 爆破振动速度与破坏程度的关系

幅相对应，其量取方法如图1-4和图1-5所示。振动周期的倒数即频率：

f （1-7） 式中 f—振动频率，Hz；

T—周期，s。

爆破振动持续时间的长短与传播地震波的介质性质，装药爆炸时所释出的能量大小以及传播的距离有关。在读取震动持续时间时，通常将爆震图划分为主震段和尾震段两部分。关于主震段的划分目前有不同意见，其中一种意见认为，从初始波到波的振幅值AAmax（e为自然对数的底）这一段，称为主震段；主震段相应的历时时间为地震的振动持续时间；主震段的振动次数与该段的历时时间之比称为主震段的平均周期（主周期），主周期的倒数称为主频率（用以反映地震中占优势的频率成份）。其读图方法如图1-5所示。

波速是分析波型、波的传播规律和研究岩石性质的一个重要的物理量。一般是在震波图上量取相邻两测点初始波到达之间的时间差。用此时间差去除两测点之间的距离，就得到初始波的传播速度。

图1-4 双振幅量取示意图

图1-5 震动延续时间和波速的测定

1.1.5 爆破地震的特点

爆破地震与天然地震一样，都是由于能量释放，并以地震波形式向外传播，引起地表振动而产生的破坏效应。它们造成的破坏程度又都受地形、地质等因素的影响。但天然地震发生在地层深处，其造成破坏的程度主要决定于地震能量（震级）与距震源的远近。爆破地震的装药则是在地表浅层爆炸的，其造成破坏的程度主要决定于装药量与距震源的远近。

通过对大量爆破地震和天然地震的实测分析，可以得出以下几点认识：

（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。

由上可得重要结论：在其处测得的爆破地震参数值（地面振动的速度或加速度值），是不能套用参数相等的天然地震烈度来估计该处破坏后果的。爆破地震的实际破坏效果要比相同烈度的天然地震小得多。例如，万吨爆破时，在某厂房测得参数值相当天然地震烈度8度，但宏观调查并未发现房屋结构有任何破坏现象。

1.1.6 爆破振动速度与破坏程度的关系

1.1.6.1 爆破振动强度的衡量标准

爆破地震破坏的强弱程度称为振动强度或振动烈度。振动强度可用地面运动的各种物理量来表示，如质点振动速度、位移、加速度和振动频率等。但是，通过对大量爆破振动量测数据研究后得出，用质点振动速度来衡量爆破振动强度更为合理。理由是：

（1）质点振速与应力成正比，而应力又与爆源能量成正比，因此振速即反映爆源能量的大小。

（2）以质点振速衡量振动强度的规律性较强，且不受频率变化的影响，美国矿业局用回归分析法处理了美国、加拿大和瑞典三国的实测数据，这三组数据是使用不同仪器在不同施工条件下建成的住宅中试验量测所得。结果得出一条质点振速不随频率而变化的等值直线。这充分说明，以质点振速作为安全判据，可适用于不同的测量仪器，不同的测量方法和不同的爆破条件。

（3）质点振动速度与地面运动密切相关。分析大量实测数据表明，结构的破坏与质点振动速度的相关关系比位移或加速度的相关关系更为密切。

（4）质点振动速度不受地面覆盖层类型和厚度的影响，而地面运动的多数参数则都会受到影响。例如在低弹性模量的土壤中，应力波传播速度低；随覆盖层厚度增加，振动频率明显下降，地面质点位移就会增大。在不同类型和不同厚度和覆盖层中进行的试验结果表明，虽然地面运动的多数参数会随着覆盖层厚度的变化而变化，但对于引起结构破坏的质点振动速度却未受到明显影响；因此，将质点振动速度作为衡量爆破振动安全判据是有利的。

1.1.6.2 建筑物允许的爆破振动速度

对于一般的建筑物，许多国家在实际应用中，将“墙壁的抹灰层出现裂缝或脱落”视为“开始破坏”，并以此为标准，规定建筑物允许的振动速度。例如，美国、加拿大、瑞典等国家，将一般建筑物允许的极限振动速度规定为5.1cm／s（2 in／s）、允许的振动加速度为0.1g；前苏联将一般建筑物允许的最大振动速度规定为10cm／s。这是美国、加拿大、瑞典、前苏联等国家的学者据其本国情况早期对完好的砖、石结构房屋进行振动试验的成果。但根据我国房屋建筑的实际情况、建筑材料、结构、新旧状况及破损程度各不相同，抗震能力差别很大，一律采用5cm／s仍会破坏某些房屋。这个规定还没考虑爆破振动对电气设备的影响，国内矿山爆破已多次出现爆破振动引起电闸跳闸的事故。这个规定也没有考虑经常爆破的重复振动对结构的影响。在国外，近几十年来对爆破振动安全判据的规定有越来越严格的趋势。

我国《爆破安全规程》（GB6722-2003）对主要类型的建（构）筑物及新浇注大体积混凝土的爆破振动安全允许标准作了规定，并且规定：地面建筑物的爆破振动判据，采用保护对象所在地质点峰值振动速度和主振频率；水工隧道、交通隧道、矿山巷道、电站（厂）中心控制室设备、新浇大体积混凝土的爆破振动判据，采用保护对象所在地质点峰值振动速度。

1.1.7 爆破振动强度及其安全参数的确定

1.1.7.1 爆破振动速度

（1）集中装药爆破振动速度计算公式

大量实测数据表明，爆破振动速度与装药量、距离、土石特性、爆破方法、爆破参数、地形及方向等因素有关。

将单个集中装药Q埋入平地，爆破时附近地面质点的振动速度V将与装药半径R0、装药埋设深度W（此处为最小抵抗线）及观测点至爆心的距离R有关。利用量纲分析可建立QQ1/3

) 起下列关系式：Vf(3,RW

右边首项Q/W3实际与炸药品种、介质特性有关，在炸药与介质不变的情况下可视为常数。于是，将函数按泰勒（Tallar）公式展开，得：

Q1/3Q1/3

2Q1/3

3)a2()a3() Va1(RRR

Q1/3

)是“表面波”上式不能有负值，也没有常数项。其中第一项a1(，它顺着地面传R

Q1/3

2)是“体波”播，随深度增加而减弱，衰减很快；第二项a2(，在空间传播，随距离R

Q1/3

3)及以后原则上不存在，近区属塑性波破坏，远区数增大能量不断损耗；第三项a3(R

值小，可以忽略不计。故确定地面振动速度用前二项已足够，于是得集中装药爆破振动速度表达式，即著名的前苏联学者萨道夫斯基（М.А.Садовский）公式：

QmVK() （1-8） R

式中 V―单个集中装药内部爆破质点振动速度，cm／s；

，kg； Q―一次爆破装药量（齐爆时为总装药量，延迟爆破时为最大一段装药量）

R―爆心至观测点的距离，m；

K―与爆破方法、爆破参数、地形及观测方法等因素有关的爆破场地系数，一

般K=30~500；

―与土石地质因素有关的振动波衰减系数，一般α=1.5~2.0；

国内多采用1/3，西方国家对深孔柱形药包采用1/2，m―与装药形状有关的指数，

对硐室集中药包采用1/3。

（2）爆破振动速度经验修正公式

萨道夫斯基公式（1-8）是单个集中装药置于地下较深处爆破后距爆点一定距离处的质点振动速度公式。在实际工程中，一般采用多个装药同时起爆或分段延期起爆的爆破方式，装药数量较多，药量较小，且比较分散，如岩石深孔爆破、结构物拆除时的药孔爆破等，而且结构物拆除爆破时装药位置往往布置在距地面一定距离处的建筑物或基础之上，用式（1-8）计算的值与实际情况相差较大。为克服此缺点，国内有的学者在萨道夫斯基公式的基础上，根据多次工程实测数据和经验，提出了较为符合爆破实际的经验修正公式：

QmVKK() （1-9） R

式中 K―与爆破方法、爆破参数、地形及观测方法等因素有关的爆破场地修正系数，K一般取0.25~1.0，距爆源近、且爆破体临空面较少时取大值，反之取小值。

其它参数含义同前。

1.1.7.2 爆破振动的安全距离

在爆破设计时，为了避免爆破振动对周围建筑物产生破坏性的影响，必须计算爆破振动的安全距离，即危险半径。如果建筑物位于危险半径以内，则需将建筑物拆迁，如果建筑物不允许拆迁，则需要减少一次爆破的装药量，控制一次爆破的规模。因此，爆破前必须确定爆破振动的危险半径，同时计算一次爆破允许的安全装药量。

（1）爆破振动安全距离的一般算式

爆破振动的安全距离可按下式计算：

Rc(K1/m)Q （1-10） Vkp

—次爆破允许的安全装药量可按下式计算：

QmaxR1/m(VkpK)1/m （1-11）

式中 Rc一爆破振动安全距离，m；

Qmax—一次爆破允许的安全装药量，kg；

Vkp一被保护建筑物允许的临界安全振动速度，cm／s。

式中其他符号含义同前。

（2）拆除爆破、药孔爆破振动安全距离的经验公式

爆破振动安全距离：

Rc(KK1/m)Q （1-12） Vkp

1/m —次爆破允许的安全装药量： QmaxR(Vkp

KK)1/m （1-13）

式中符号含义同前。

1.1.8 影响爆破振动强度的因素

通过大量爆破实践观测，得出下列几点认识：

（1）装药的分散性

与单个装药相比，如药量不变，则随着装药个数增多，爆震强度将降低。因此，适当分散配置装药将有利于减弱地震危害。

（2）地形地质条件

地震波传播经过深沟时，常能降低地震效应，但沟底高于爆破点的浅沟则作用不明显。突出的山包、陡坎、甚至斜坡或阶梯处则能增强地震效应。地势比装药高的地方较地势比装药低的地方破坏严重些。地震波传播经过断层，有时能降低地震效应。爆区的断裂带愈宽，延伸愈长，深度愈大，距离愈远，则对地震强度的影响也愈大。

（3）相对位置

飞散爆破产生的振动，在背飞散方向强度最大，可较横向同一距离处大一倍左右。坑道垂直爆破径向的比平行爆破径向的破坏严重些，而迎向装药的坑道壁面的破坏程度将大于背向爆源的一面。

（4）起爆时间间隔

多个装药爆炸时，如采用秒延期爆破，各段相隔时间大于1s，则全部装药产生的爆炸振动强度可按装药时最大的一段来计算。采用毫秒延期爆破，如各段相隔时间25ms，则全部装药产生的爆炸振动强度可按三分之二装药量计算。

（5）地震波的频率

建筑物遭受爆破地震的破坏程度除了与爆破地震波的质点振速（或振幅、或振动加速度）外，还与爆破地震波的频率密切相关。爆破地震波的频率愈高，与建筑物的自振频率相差愈

大，则建筑物的破坏程度愈轻；反之，爆破地震波的频率愈低，则容易与建筑物的自振频率发生谐振，建筑物的破坏程度愈严重。

（6）建筑物情况

建筑物受地震波破坏有两种可能：一是由于地基失效，一是由于建筑物本身结构的破坏。 地基对建筑物破坏有很大影响。建筑物地基为岩石时，岩石走向、节理、裂隙、洞穴等是影响建筑物破坏的主要因素。建筑物在有裂隙岩石上，爆后岩石裂隙增大。则易受破坏。建筑物一部分在基岩、一部分在土基上，爆后地基产生不均匀变形，则易受破坏。另外，地下水位在爆破前后如有升高，这也会使砂土地基液化而易受破坏。

建筑物对地震波的感应与建筑物的部位密切相关。地震波在建筑物中传播，给予建筑物强迫震动和自由震动，使建筑物产生拉、压、剪、切、弯曲等变形，以致建筑物处于复杂的受力状态。由于建筑物下部位置低或部分埋入土中（如基础）。周围介质起着阻碍建筑物下部的变形，起着抑制其自由振动的作用。在建筑物上部，其强迫振动和自由振动就可随意进行，从而产生较大的内应力。因此，许多建筑物受地震波破坏都是发生在上半部。同时，建筑物所受振动荷载的影响，随其本身减小而下降。因此，柔性结构比刚性结构抗震性能要好些。大量爆破振动宏观调查表明：跨度大、空旷房屋及承重结构的建筑物易受破坏。涵洞抗震性能很好。干打垒房屋抗震性能较好。砖房易发生裂缝。高烟囱的抗震性能最差。

1.1.9 降低爆破振动效应的安全措施

为了减小爆破振动对爆区周围建筑物的影响，应根据被保护目标与爆点的相对位置、距离、分布情况，有针对性地采取相应以下一些措施：

（1）采用多段微差起爆技术，变能量一次释放为多次释放，减小每次爆破的能量（转化为爆破地震波的能量则相应减小），将振幅较大的地震波变成多个振幅较小的地震波，从而减小爆破振动的强度。分段越多，振幅越小，爆破振动也越小。实践表明，微差爆破可使爆破地震强度降低30~50%；秒差爆破的地震波强度取决于其中最大的一段药量。

（2）采用分散布药方式，把所有装药同时爆炸产生的大震源分成数个微差延时起爆的小震源，变能量集中释放为分散释放。实践表明，分散装药可降低爆破地震波的振幅，缩短主周期，避免了地震波出现过高的峰值，从而大大削弱爆破振动强度，既达到减震目的，又有利于改善破碎效果和加大一次爆破量。

（3）合理选取微差起爆的间隔时间、起爆顺序和起爆方案，保证爆破后的岩石能得到充分松动，消除夹制爆破的条件，使爆炸能量及时得到有效的逸散，减小转化为爆破地震波的能量。

（4）合理选择爆破的方式。采用飞散爆破，爆炸能量中会有更多的一部分形成空气冲击波，使转化为地震波的能量相对减小，爆破振动强度随之减小。在一定场合下（如地下室内基础爆破）适当使碎块飞散，既有利于目标的破碎也能降低爆破振动的强度。例如，爆破作用指数n=1.5的飞散爆破比n=0.81的松动爆破，地震波强度平均降低4~22%。而且在飞散爆破中，最小抵抗线方向的振动强度最小，反方向最大。

（5）严格按照被保护目标的抗震能力及其与爆点的相对距离等确定的一段(次)最大起爆药量进行装药和分段，把爆破震动引起的地面质点振动速度控制在周围需保护设施所允许的振动速度(即安全震动速度)以下，确保被保护目标的安全。

（6）合理选取爆破参数和单位炸药消耗量。单位炸药消耗量过高会产生强烈的振动和空气冲击波。单位炸药消耗量过低则会造成岩石的破碎和松动不良，大部分能量消耗在振动上。因此，应通过现场的试验来确定合理的爆破参数和单位炸药消耗量。

（7）在露天深孔爆破中，防止采用过大的超深，过大的超深会增加爆破的振动。

（8）利用或创造减振条件。地形和地质条件是影响爆破地震强度的一个重要因素，实践表明，药量、距离和传播介质相同时，低于装药的地面，振动强度小；高于装药的地面振动强度大。爆破地点与被保护目标之间存在的沟、壕、坑以及岩石内部存在的裂隙等都有一定的减振作用。因此，在爆破地点与被保护目标之间可开挖防震沟；在同一爆破体上爆破其中一部分而保留另一部分时，可用预裂爆破首先在两部分之间形成预裂缝；为了防止爆破振动破坏露天的边坡，应采用预裂爆破处理边坡，在进行预裂爆破时，为了防止预裂爆破造成过大的振动，亦应采用分段延时起爆技术，并尽量减少每个分段同时起爆的炮孔数量。

1.1.10 水下爆破地震效应

水下爆破地震效应振动衰减规律可按照下式确定：

Q VK() （1-14） R

式中 V—地表振速，cm/s；

Q—单响药量，kg；

R—距离，m；

K、—由地形地质条件决定的系数和指数，可参照以下实际工程的数据： ①黄浦港水下爆破：水中装药K=94，α=0.84；水底装药K=117.4，α=0.94； 水下钻孔爆破K=25.3，α=0.58。

②连云港软基爆破：触地爆炸K=280，

爆炸排淤填石 K=450， =1.51；平面爆夯K=530， =1.82； =1.65。

1.2 爆炸空气冲击波

无论是结构物的接触爆破（包括岩土裸露装药爆破），还是非接触爆破，装药都是在空气中爆炸，而且会形成空气冲击波。从理论上讲，装药在空气中爆炸时，约有90%的爆炸能量转化为空气冲击波和噪音，留在爆炸产物中的能量不足10%。实际上，传给冲击波和噪音的能量大约占70%。对于岩土内部爆破，由于装填在炮孔、深孔和药室中的装药爆炸产生的高压气体通过岩石中的裂缝或孔口泄漏到大气中，冲击压缩周围的空气也会形成空气冲击波。

空气冲击波一般存在于爆源附近的一定范围内，对建筑物、设备和人员等会造成不同程度的危害，常常会造成爆区附近建筑物的破坏、人类器官的损伤和心理反应。而且当空气冲击波传播时，随着距离的增加，高频成分的能量比低频成分的能量更快地衰减，这种现象常常造成在远离爆炸中心的地方出现较多的低频能量，这是造成远离爆炸中心的建筑物发生破坏的原因。因此，爆破作业时必须确定其危害的距离。

1.2.1 爆炸空气冲击波主要破坏参数的确定

爆炸空气冲击波的主要破坏参数包括超压、冲量和正压作用时间等。

1.2.1.1 装药在岩石中爆炸冲击波参数计算公式

（1）炸药在岩石中爆破时的空气冲击波峰值压力

炸药在岩石中爆破时的空气冲击波峰值压力可以用下式来表示：

Q1/3

) （1-15） PK(R

式中 K—与爆破场地条件有关系数，主要取决于装药的填塞条件和起爆方法，参见表

1-1；

—空气冲击波的衰减指数，见表1-1；

Q—装药量（齐发起爆时为总装药量，延发起爆时为最大一段装药量），kg； R—自爆破中心到测点的距离，m。

表1-1 不同起爆方法的K、值

（2）一端通巷道中裸露药包爆炸

坑道掘进药孔爆破时，其超压为：

Q1/3Q2/3Q3/3P0.181()1.46()8.84() ,(MPa) （1-16） SrSrSr

式中，S―一个方向传播的空气冲击波面积，即坑道截面积，m2。其它参数含义同前。 当r≥6dB（dB—坑道直径，m）时，用此公式计算一端堵死的坑道爆破时空气冲击波峰值超压是正确的。

（3）坑道内药孔爆破或覆土爆破

根据前苏联波克罗夫斯基（г. и. Покровксий）的研究资料，结合我国目前普遍采用2号岩石炸药的实际情况，可用下式计算坑道掘进爆破中空气冲击波峰值超压：

P(3.3(r/dB)kCkC0.8)e，（MPa） （1-17） rSrS

式中，k―炸药能量转变为空气冲击波能量的系数（即药孔中炸药转化为空气冲击波的比率），药孔爆破时： k=0.1~0.2；覆土爆破时： k=0.3~0.6；裸露爆破k=1.0。

Q—药孔爆破的装药量，kg，毫秒微差爆破取一次循环的装药量，秒差爆破取最

大一段的装药量。

—坑道壁面的粗糙性系数，不连续支架和无支架坑道：=0.016~0.05；连续砌筑或光爆喷锚支护的良好坑道：=0.01~0.02。

—空气冲击波经过异常坑道后的衰减系数。经过一个90°弯道时， ＝0.77，

经过一个45°弯道时，＝0.87，经过一个135°弯道时，＝0.59；经过一个90°岔道时：直巷中＝0.63，岔道中＝0.35；经过一个45°岔道时：直巷中＝0.56，岔道中＝0.46；经过一个135°岔道时：直巷中＝0.74，岔道中＝0.17；经过一个十字交岔道时：直巷中α＝0.42，岔道中＝0.23；经过一个丁字岔道时，＝0.49；经过一个扩大断面时，＝（ S/S大）0.8；经过一个缩小断面时，＝2～1.25。

dB、S含义同前。

（4）空气冲击波正压作用时间

空气冲击波正压作用时间可用下式计算：

t1.1(

R0.82) （1-18） 1/3Q

式中，t一冲击波正压作用时间，ms；

其余符号意义同前。

（5）空气冲击波的反射压力

冲击波的传播过程中，如果碰撞到建筑物或其它障碍物的表面时，其传播速度和压力会产生显著变化。若空气冲击波波阵面垂直入射到反射面时，则反射波的峰值超压可按下式计算：

26P1) （1-19） P22P17P0P1

式中，P2—反射波的峰值超压，P2P2P0，Pa；

P1—入射波的峰值超压，P1P1P0，Pa；

P2—反射冲击波的峰值压力，Pa；

P1—入射波的峰值的峰值压力，Pa；

P0—空气中的初始压力，Pa；

若入射波的强度非常弱，即超压大大小于空气中的初始压力时，那么P可忽略不计。此时，P22P1；若入射波的强度非常强，即超压大大超过空气中的初始压力时，那么P28P1。 0可忽略不计。此时，反射压力P

空气冲击波在空气中传播过程中，能量逐渐耗损，波强逐渐下降而变为噪声和亚声。

1.2.1.2 空气冲击波的测定

测量爆炸空气冲击波的仪器分电子测试仪和机械测试仪两大类。前者的测量精度较高，灵敏度较好。后者的结构简单，使用方便，但测量精度较低。

电子测试仪系统一般包括传感器、记录装置和信号放大器。

传感器是接收空气冲击波信号的元件，它又分为压电式、电阻应变式和电容式三种。压电式传感器是利用某些晶体（如石英钛酸钡和锆酸铅等晶体）的压电效应，当某一面上受到空气冲击波的压力作用时就会产生电荷，电荷量与压力成正比。这种效应是无惯性的过程，因此，能将冲击波的压力信号转换为电荷信号，并对外电路的电容充电，从而转换成电压信号。

记录装药是把信号记录下来的装置。可以采用阴极射线示波器、记忆示波器和瞬态波形记录仪。

信号放大器是将传感器输出的信号放大，无泄漏地传输给记录装置的元件。它装置在传感器和记录装置的中间。

1.2.2 爆炸空气冲击波对目标的破坏作用

大规模爆破时，特别是在井下进行大规模爆破时，强烈的爆炸空气冲击波在一定距离内会摧毁设备、管道、建筑物、构筑物和井巷中的支架等，有时还会造成人员伤亡和采空区顶板塌落。例如，1980年12月28日在江西省鹰潭火车站一次深孔开挖爆破中，爆炸空气冲击波对周围建筑物曾造成一次严重的破坏事故。此次爆破的基本条件是：岩石为红色厚层砂岩；深孔间距2.3m；排距2.0m；炸药单耗1.2kg/m3；总装药量22.7t；采用导爆索齐发起爆，共消耗导爆索9600m（地表敷设4000m）；起爆时天阴，气温5℃。爆后的破坏情况如下：

① 离爆区650～700m的鹰潭石油库区（海拔标高比爆区低10～20m），近百扇玻璃窗全部破碎；两层的办公楼和平房住宅的木窗框向室内位移0.5～2.0cm；三座仓库的木大门折断损坏，一座仓库的屋顶桁架坍陷；许多平房天花板抹灰大面积脱落。

② 离爆区1300m某部后勤基地的修理车间，四周的砌石承重墙有1～3mm宽的裂缝多

条；四幢住宅室内抹灰大量脱落，外走廊的砖柱位移1～3mm；俱乐部中的吊灯震落了19盏。

③ 距爆区2～3km的市内房屋的个别玻璃窗被损坏，居民感到强烈振动。

从上述实例可以看出，实施爆破时，特别是大爆破时，关于爆炸空气冲击波对目标的破坏作用必须引起足够的重视。具体见《爆破安全规程》（GB6722-2003）确定的“建筑物的破坏程度与超压的关系”。

1.2.3 爆炸空气冲击波安全距离的确定

1.2.3.1 冲击波对建筑物和设施的安全距离

空气冲击波对建筑物和设施的安全距离可采用下式计算：

RKB （1-20）

式中 R—从装药中心到目标的距离，m；

Q—梯恩梯的装药量，kg；

KB—与目标性质有关的系数，见表1-2。

表1-2 安全系数KB

1.2.3.2 露天爆破冲击波对建筑物和设施的安全距离

露天爆破空气冲击波的安全距离按下式计算：

RKnQ （1-21）

Q—总装药量，kg。 式中 R—空气冲击波安全距离，m； Kn—按爆破作用指数n值选取的系数，见表1-3；

对松动爆破可不考虑空气冲击波的影响。对加强松动爆破，Kn值可按0.5~1.0进行计算。

表1-3 系数K

n值

1.2.3.3 按照建筑物和人员允许的冲击波极限超压P值确定的药室爆破安全距离 爆破作用指数n＜3的爆破作业，对人员和其他保护对象的防护，应首先考虑个别飞散

物和地震安全允许距离。地下爆破时，对人员和其他保护对象的空气冲击波安全允许距离由设计确定。

从考虑建筑物和人员允许的冲击波极限超压P值出发，计算药室爆破空气冲击波安全距离公式是：

（1-22） 当n≥1

：R （1-23） 当n＜1

：R式中 R―空气冲击波安全距离，m；

n―爆破作用指数；

P―冲击波极限超压， MPa；

Q―总装药量，kg。

1.2.3.4 爆炸冲击波对人员的安全距离

（1）空气冲击波对人员的最小安全距离

根据《爆破安全规程》（GB6722-2003）规定：空气冲击波超压的安全允许标准；对人员为0.02×105Pa。还可按照下式确定空气冲击波对人员的最小安全距离Rmin：

Rmin （1-24）

此时超压不大于0.1×105Pa。

（2）裸露爆破冲击波对掩体内避炮人员的最小安全距离

在爆破设计和施工时，为了防止爆炸空气冲击波对在掩体内避炮的作业人员的伤害，对露天裸露爆破时，其安全距离可按下式来确定：

R （1-25）

式中，R—空气冲击波对掩体内人员的最小安全距离，m；

Q—一次爆破的炸药量（不得超过20kg，秒延期起爆时按最大一段药量计，齐

发起爆时按总药量计），kg。

最后需要说明的是，露天松动爆破的空气冲击波影响范围很小，在距装药中心2.5~4.0倍最小抵抗线范围内，空气冲击波超压实测值已在0.001MPa（小于对人员的安全超压值0.02 MPa）以下。但须注意，若填塞不良形成的空气冲击波在出口方向会出现冲击波加强效应。

1.2.3.5 水下爆炸（水深不大于30m）冲击波的安全距离

（1）水下裸露爆破，当覆盖水厚度小于3倍药包半径时，对水面以上人员或其他保护对象的空气冲击波安全允许距离的计算原则，与地面爆破时相同。

（2）在水深不大于30m的水域内进行水下爆破，水中冲击波的安全允许距离，应遵守《爆破安全规程》。

一次爆破药量大于1000kg时，对人员和施工船舶的水中冲击波安全允许距离可按下式计算：

RK （1-26）式中 R—水中冲击波的最小安全允许距离，m；

Q—一次起爆的炸药量，kg；

K0—系数，按表13-4选取。

表1-4 经验系数Ks值

（3）在水深大于30m的水域内进行水下爆破时，水中冲击波安全允许距离，应通过实测和试验研究确定。试验时，可用库尔公式和柯克伍德公式计算水中冲击波峰值超压：

库尔公式：

PS53.3(Q1/3/R)1.13，MPa （1-27） 柯克伍德公式：

PS52.7Q1/3/R，MPa （1-28） 式中Q、R意义及单位同前。

（4）在重要水工、港口设施附近及水产养殖场或其他复杂环境中进行水下爆破，应通过测试和邀请专家研究确定安全允许距离。

水中冲击波峰值超压与船舶、鱼类的利害关系参见表1-5。

表1-5 水中冲击波峰值超压对船舶、鱼类的损害程度

1.2.4 爆炸冲击波的预防措施

爆炸空气冲击波的危害范围受地形因素的影响。因此，在不同地形条件下其安全距离可适当增减。例如在狭谷地形中爆破时，沿沟的纵深或沟的出口方向，应增大50％～100％；在山坡一侧进行爆破对山后影响较小，在有利的地形下可减少30％～70％。

空气冲击波对野战筑城工事或掩体内人员的杀伤作用会大为减小，试验表明，掩护在堑壕、交通壕内的人员，比暴露在外的人员，空气冲击波的杀伤半径可减小1/3；在掩蔽所或避弹所内的人员比暴露在外的人员，其杀伤半径可减小2/3。因此，战时可利用壕沟、弹坑、掩蔽所等进行隐蔽，以减轻冲击波的杀伤作用。

必须指出：在坑道内，空气冲击波的强度比一般场合下要大的多。在此情况下，人员应尽量离开坑道并避开坑道出口，或根据坑道转向，多转几个弯。炮、炸弹在堑壕、交通壕内爆炸，冲击波作用也有所增强。因此，将壕开挖成折线可削弱冲击波强度，减轻对人员的杀伤作用。

井下深孔爆破时，空气冲击波危害范围的确定要比露天爆破复杂得多。不能采用上述公式计算安全距离。确定安全距离应当考虑药包爆破时爆炸能量转化为空气冲击波能量的百分比、空气冲击波传播途中的条件（如巷道类型、巷道间联接的特征和巷道的阻力等等）和允许的超压峰值大小。在规模较大的爆破必须通过现场的观测试验研究来确定。

为了减少爆炸空气冲击波的破坏作用，可以从两方面采取有效措施：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。

空气冲击波的强弱与药包在岩石中爆破时爆炸能量有多少转化为空气冲击波能量有关。如果能尽量提高爆破时爆炸能量的利用率，减少形成空气冲击波的能量，那么就能最大限度

地降低空气冲击波的强度，若合理确定爆破参数，避免采用过大的最小抵抗线，防止产生冲天炮；选择合理的微差起爆方案和微差间隔时间，保证岩石能充分松动，消除夹制爆破条件；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。这些措施都能有效地防止产生强烈的空气冲击波。对露天爆破来说，除了采取上述措施以外还应大力推广导爆管起爆或电雷管起爆，尽量不采用高能导爆索起爆。在破碎大块时尽量不要采用裸露药包爆破；规定合理的放炮时间，最好不要在早晨、傍晚、云层较低的雨天或雾天放炮。

在井下爆破时，为了削弱空气冲击波的强度，在它流经的巷道中可以使用各种材料（如混凝土、木材、石块、金属、砂袋或充水的袋）砌筑成各种阻波墙或阻波排柱。采取此措施可大大削弱空气冲击波的强度。

水中或水下爆破时，减弱水中冲击波的主要措施之一就是采用气泡帷幕。黄浦港工程用75mm和91mm钢管，其上钻1.5mm双排孔（孔间距50～70mm）成双排（间距2.5m）或单排沉入河底，以2～4×105Pa的压缩空气供风，对坞门进行防护，取得良好效果：门中部振速衰减40~100倍，顶部衰减10倍，门基础亦衰减5～7倍。在距门38.4m处的水中爆炸4kg炸药，门外舷板实测应变为139με，加双道气泡帷幕后，实测应变值只有6με。

1.3 爆破噪音

1.3.1 爆破噪音的概念

爆破噪音是爆破空气冲击波衰减后继续传播形成的一种声波，是指各种不同频率、不同强度的声音无规律地组合在一起所形成的声音。也就是随着空气冲击波传播距离的增加，其强度逐渐下降而变成噪声和亚声。噪声和亚声是空气冲击波的继续。噪声和亚声与空气冲击波的区别在于超压和频率。根据美国矿业局的观点，超压大于7×103Pa的为空气冲击波，超压低于此值的为噪声和亚声。按频谱划分，噪声的频率位于20～20000Hz的可闻阈内，亚声的频率低于20Hz。日本学者明和小太郎解释：冲击波压力小于180dB时为声压。

描述声音强弱的物理量是声压。声波在弹性介质中的传播所引起介质变化的稳态压力称为声压。一般人耳能感觉到的声压范围是0.00002~20Pa。为便于计算和使用，声音的强弱通常不用声压来表示，而采用声压级表示：

Lp20lgP （1-29） P0

式中 Lp―声压级，dB；

P―声压，0.1Pa；

-5 P0―基准声压，等于2×10Pa。

声压级Lp亦称“声压水平”。基准声压P（或听阈），这是正常青年0亦称“参考声压”

人恰好刚能听到的1000HZ声音的声压。并规定：一声音的声压与参考声压之比的常用对数的20倍等于1，则这个声音的声压级为1分贝，用符号dB表示，且规定参考声压为零级，并等于2×10-5Pa。

1.3.2 爆破噪音的测量

噪声可用仪器测量。测量噪声所用的仪器有：声级计、频率分析仪、自动记录仪和优质磁带记录仪。

声级计是由传声器、放大器、计权网络和指示器组成。传声器又叫话筒（麦克风）。它

是把声信号转换成电信号的声电换能器。放大器是解决声级计内部电压放大的装置。

计权网络是根据人耳对声间的频率响应特性而设计的滤波器，它参考等响曲线设置A、

B、C三种频率。测量爆破噪声时，多采用A、C网络。

指示器是声级计的表头，其读数是声压的有效值。

测量瞬时噪声时要采用脉冲声级计。但是测量约束药包产生的爆破低频噪声时，应采用线性或非计权的测量仪器。

1.3.3 爆破噪音的危害作用及安全标准

爆破噪音会对人体健康产生危害作用，它主要是使人产生不愉快感觉，妨碍日常生活，使听力减弱。频繁的噪音使人的交感神经紧张，心脏跳动加快，血压升高，影响睡眠和激素的分泌。目前，我国《爆破安全规程》（GB6722-2003）已明确规定：爆破噪声为间歇性脉冲噪声，在城镇爆破中每一个脉冲噪声应控制在120 dB以下，复杂环境条件下，噪声控制由安全评估确定。即一无明确规定其标准，二是还难以达到准确的定量控制，通常是采取一定的措施将其减弱。

爆破噪音不仅对人员产生危害效应，与空气冲击波类似，对建筑物也会产生一定的破坏作用。

1.3.4 爆破噪音的影响因素

爆破噪音的强度和作用时间受地形、气象等的影响。气象是指温度、风力和气压等。 温度不随高度而变、无风的理想条件下，声波波线呈直线，噪音强度可按式13-29计算。当温度随高度增加时，声速增加，声波波线向下弯曲，直到弯至地表；靠近爆破区域的噪音强度增加，故可传播较远。当温度随高度减小时，声速减小，声波波线向上弯曲，说明声波能量向上方扩散，故传播不会太远。有时还可能出现比较复杂的温度梯度情况，此时声速可能先增加、然后减小，再增加、再减小，波线轨迹就特别复杂且可能出现聚焦。这时距爆破场地很远处可能出现极高的压力带或很强的噪音。同时，由于声波循直线和非直线轨迹在不同时刻到达某一点，使噪音持续时间很长，造成意外危害。在国内爆破实践中曾出现过这类特例事故。

1.3.5 爆破噪音的预防措施

在城镇拆除及岩土爆破，宜采取以下措施控制噪声：

（1）不用导爆索起爆网路，在地表空间不应有裸露导爆索；

（2）不用裸露爆破；

（3）严格控制单位耗药量、单孔药量和一次起爆药量；

（4）实施毫秒爆破；

（5）保证填塞质量和长度；

（6）在爆炸气体易于逸散的部位和方向上实施覆盖或遮挡；

（7）放炮时间尽量避开早晨、傍晚、云层较低的雨天或雾天；

（8）对暴露在外的雷管、导爆索等爆炸品，用松散的土壤进行掩埋等。

（9）选择合理的爆破方式。实验表明，装药内部爆破时，传给空气的爆炸能量受到限制，爆破噪音强度将随装药比例埋深的增加而减少。标准梯段爆破时，同一比例距离的条件下将降低30~40dB。几千克量级的猛炸药爆破时，覆盖土1m厚，噪音可降低20dB。

（10）爆区周围有学校、医院、居民点时，应与各有关单位协商，实施定点、准时爆破。

1.4 爆破破片与爆破飞石

1.4.1 爆破破片

结构物爆破时，伴随着爆体的爆破破碎，爆轰气体往往会推动破碎的破片向四周飞散，如金属破片，砖、石、混凝土的碎块等。此外，对于烟囱（特别是钢筋混凝土烟囱）、水塔等高耸建（构）筑物在定向爆破倾倒时，爆体落地与地面（特别是混凝土、岩石等刚性地面）撞击，还会产生飞溅的碎片，这种碎片飞散距离有时会大于爆破本身产生的碎片，80m以上的钢筋混凝土烟囱落地撞击混凝土地面时，有时可飞散150~200m。因此，无论是爆破本身产生的碎片，还是爆体落地撞击地面产生的飞溅碎片，都会对周围的建筑、设施和人员构成巨大威胁，甚至会导致人员的重大伤亡事故。

1.4.1.1 爆破破片的安全距离

在普通爆破中，飞散破片的安全距离一般根据经验数据确定。不同条件下、用不同方法爆破各种构件材料时，飞散破片的安全距离可参照表13-6确定。

表1-6 飞散破片的安全距离

1.4.1.2 爆破破片的安全防护措施

在城市拆除控制爆破中，虽然从爆破设计方面已经考虑了对混凝土、砖、石碎块的控 制，但由于爆体材料的非均质性，或者受技术水平和其它条件的限制，或施工时未能达到设计要求，还有可能出现碎块飞散超出规定范围的现象。因此，每次爆破都应采取一定的防护措施。特别是在繁华市区内建筑物密集、车辆人员众多以及有可能危及生命财产安全的场合下，更应作好安全防护工作。

实践表明，对爆破破片最有效的防护措施主要是覆盖和遮挡。用于覆盖和遮挡的防护材料应当有较高的强度和韧性、有一定的厚度和重量、易于设置和固定等特点。国外一般使用由工厂生产的橡胶带编制而成的制式“炮被”；国内使用的防护材料一般根据上述要求就地取材，例如废旧的橡胶制品（旧输送带、旧汽车轮胎、旧胶垫等）；编制物（竹笆、竹跳板、荆笆、草袋、草垫等）、钢丝网或厚度约1cm的钢板；圆木或厚度在2cm以上的木板等。

根据爆破目标的特点和周围环境，对爆破破片的防护可采用以下几种方式进行；

（1）厂房内钢筋混凝土实体结构爆破：需要保证附近的机器和设备正常工作时，应对爆体全面覆盖，严格控制碎片，使其不致飞散出来。

（2）厂区内结构物爆破：对距爆破目标较近的建筑物上的门、窗，应考虑重点遮挡；或对爆体的爆破部位进行覆盖。

（3）城市内爆破法开挖沟槽：爆除混凝土路面，应进行全面覆盖；市区拆除建筑物时，应封闭门窗，防止碎片向外飞散；建筑物的外围应酌情进行覆盖或遮挡；靠近街道拆除楼房时，应用圆木、钢丝网、木板等防护材料在重点方向实施加强防护。防护时，防护材料应离

开墙壁一定的距离，其高度应能完全遮挡住飞散的碎块。

（4）钢筋混凝土支柱失稳爆破：因药量较大，一般会有碎块飞散，应加强防护。其防护方法是将竹（荆）笆、竹跳板、旧输送带、草垫等捆包在支柱爆破部位的周围。

设置防护材料应牢固固定，不同构件和部位的防护材料不应连在一起，防止因部分构件倾倒时牵动或破坏其它部位的防护材料。在设置防护材料的过程中，应防止损坏起爆网路。当使用金属防护材料时，导线的接头必须用胶带（布）进行包缠，以免造成短路。

在控制爆破中，虽然对飞散的碎块进行了防护，但具体爆破时仍应规定危险范围（半径）。危险半径的大小应根据爆破的目标、倒塌的方式、破坏的程度、防护的质量等因素确定，一般不应小于50m，此范围内的人员必须撤离。

1.4.1.3 爆体撞击地面飞溅碎片的安全防护措施

（1）在确定爆破位置、起爆段数和起爆顺序时，尽量避免整个爆体一次性落地；

（2）降低烟囱或水塔等高耸构筑物的爆破切口位置；

（3）在烟囱或水塔等高耸构筑物定向爆破倒塌落地的预定撞击点处的地面位置，铺垫一定厚度的缓冲材料（如土袋、煤灰渣袋等）等；

（4）在预定的撞击点处两侧，如果有建筑物、设施需要保护的玻璃等易碎目标，需用竹（荆）笆、竹跳板、旧输送带、草垫等悬挂遮挡；或者在撞击点两侧的近距离处扎脚手架悬挂竹（荆）笆、草垫等，形成遮挡屏障，其高度应大于撞击点以450向外飞散至遮挡屏障处的高度；

（5）爆破的安全半径以及人员参观点、点火站和警戒人员所处的位置，应大于正常爆破所需的安全距离。

1.4.2 爆破飞石

爆破技术是露天采矿、公路建设、水利设施、基础开挖等工程中的最常用和最有效的方法。这种破岩技术在达到施工目的的同时，也带来相应的负面效应。据有关资料统计显示，美国1982～1985年露天爆破事故中，飞石事故占59%；日本在1977年发生的爆破事故中，飞石事故占91%，仅在1988年飞石事故占事故总数的73%。在爆破危害的控制中，飞石和震动的控制是较困难的。因此，如何在保证安全爆破效果的同时，严格控制和减轻飞石和震动的危害，是确保安全、提高效率、节约成本、减少事故的关键。

个别飞石的产生，主要是因为炸药爆炸能破碎土石后，还有较多剩余气体能量继续作用于碎石，使之获得很大动能及初速，如遇有岩体构造上的薄弱面（断层、裂隙、软夹层等），强大的气体能量即从该处集中冲出，使该部分碎石获得极大的动能并以很高的初速（有时大于岩体鼓包运动的速度几倍）向外飞出。由于爆破条件非常复杂，要从理论上计算出个别飞石的飞散距离是十分困难的，—般常用经验公式或根据施工经验来确定。

1.4.2.1 爆破飞石距离的确定

（1）爆破飞石距离的理论公式

飞石抛落距离取决于抛射角、初速和地形、风向等各种因素，飞石本身形状和尺寸也有很大影响。当忽略空气阻力时，飞石最大抛落距离可由下式计算：

RmaxV02sin2 （1-30） g

山区爆破要考虑地形影响，沿山坡下方抛散时飞石抛落距离为：

2V02cos2(tgtg) Rmax （1-31） g

式中，V0―飞石初速度，m/s；

―飞石抛射角，0；

―山体坡角，0；

g―重力加速度，9.81m／s2。

抛射角α=45°时飞散最远。大量测试数据表明，松动爆破时飞石初速约为10~20m/s，抛掷爆破时飞石初速约为30~100m／s。但个别飞石的初速值还难于用理论解析方法确定。

（2）集中装药内部爆破飞石距离经验公式

集中装药爆破包括药室（硐室）爆破、药壶法爆破、装药较少且集中的药孔爆破和拆除控制爆破。虽然拆除控制爆破时多采用药孔法装药，但其装药量较小，在孔内比较集中，可近似视为集中装药。集中装药内部爆破的飞石距离可按下式进行估算：

RF20KFn2W （1-32） 式中 RF—个别飞石（土）的安全距离，m；

n—最大一个装药的爆破作用指数；

W —最大一个装药的最小抵抗线，m；

KF—安全系数，一般取1.0～1.5，根据地形与不同方向上可能产生飞石的条件而定。爆破法开挖防坦克壕时，轴向取KF =1.0，壕的侧向取KF =2.0；爆破法开挖平底坑亦取2。

公式（1-32）对于山坡单侧硐室抛掷爆破和最小抵抗线小于25m的硐室爆破，计算的结果与实际情况比较接近。而对双侧抛掷爆破或土石爆破时，计算值偏大，KF可取0.5～0.8。

由于地形高差的影响，飞石向下坠落后会蹦跳一段距离，这段距离可用下式来确定：

2 XRF[2cos(tgtg)1] （1-33）

式中 X—蹦跳距离，m；

RF—个别飞石的飞散距离，m；

—最小抵抗线与水平线的夹角，0；

—山坡坡面角，0。

在高山地区进行硐室大爆破时，尚须考虑爆破后岩块沿山沟滚滑的范围。如某地在山区进行松动爆破，岩块沿山坡滚滑的距离达700m。当山沟坡度较大而又有较厚的积雪时，爆破后的岩块将滚滑很远。如某矿一次抛掷大爆破，岩块沿两侧山沟滚动形成岩石流，流动的距离达4km。

总结几次硐室爆破飞石事故后得出，造成飞石抛散过远原因是：

① 装药洞口填塞质量差，冲出的高压气体夹有许多石块，飞散较远；

② 岩体不均质，从软弱夹层方向冲出飞石；

③ 装药最小抵抗线不准，因过量装药产生飞石；

④ 鼓包破裂后，沿最小抵抗线方向获得较大初速的个别飞石。

（3）药孔爆破飞石距离经验公式

① 按照炸药单耗、药孔直径和爆破的统计规律给出的公式

根据Lundborg的统计规律，结合我们的工程实践经验，深孔爆破飞石距离可由下式计算：

RfmaxKTqD （1-34）

式中 KT—与爆破方式、填塞长度、地质和地形条件有关的系数，垂孔台阶爆破：

KT=1.0～1.5；水平孔台阶爆破：KT=1.5～2.5；

q—炸药单耗，kg/m3；

D—药孔直径，mm。

② 露天台阶爆破按照药孔直径给出的公式

瑞典德汤尼克研究基金会对露天台阶爆破的飞石问题进行研究，提出下面的经验公式来估算台阶深孔爆破的飞石距离：

RFmaxKD （1-35）

K—安全系数，取15~16；

D—药孔直径，cm。 式中，RFmax—飞石的飞散距离，m；

该经验公式适用于单位炸药消耗量达到0.5kg/m3的爆破条件。

实践证明，正常台阶爆破的飞石一般不会太远（多数小于按式(1-35)计算的距离）。但是，当填塞长度过小或最小抵抗线过大而形成爆破漏斗效应，以及岩石中含有软弱夹层，或梯段深孔爆破由于过量装药、穿孔位置错误、工作面局部超挖、介质不均匀性、岩体有薄弱面、起爆顺序错误等种种原因，个别飞石距离可能大于200m，甚至个别飞石飞散得很远，有时可能飞出1km。最坏的情况是采用大直径的药孔爆破。

1.4.2.2 爆破飞石的预防措施

对于爆破飞石效应，可采取以下预防措施：

（1）布孔前详细测量爆体尺寸，确保实际最小抵抗线不小于设计值；

（2）使最小抵抗线方向避开重点保护目标，指向开阔区；

（3）根据岩石性质和具体的地质条件确定合理的装药量、装药集中度和单耗药量；

（4）加强填塞质量，填塞长度应大于最小抵抗线或30倍孔径；

（5）严格执行钻孔测量验收制度；对不利的地质条件应在装药量、装药结构与布孔方面采取相应措施；

（6）尽量避免多药包同时起爆，采用微差起爆方式，并保证前后排延时间隔大于或等于50ms；

（7）当临近建筑物爆破时，可调整爆破开采的作业面方向及采用覆盖工作面等措施；

（8）所有人员撤至设计的或爆破安全规程规定的安全距离以外。

1.5 爆破对环境的有害影响

1.5.1 爆破毒气（有害气体）

炸药不良的爆炸反应会生成一定量的一氧化碳和氮的氧化物。此外，在含硫矿床中进行爆破作业，还可能出现硫化氢和二氧化硫（本节不作重点介绍）。上述四种气体都是有毒气体，凡炸药爆炸以后含有上述四种中的一种或一种以上的气体叫做炮烟，或称之为爆破毒气。人体吸入炮烟，轻则中毒，重则死亡。据我国部分冶金矿山爆破事故统计，炮烟中毒的死亡事故占整个爆破事故的28.3％。

1.5.1.1 爆破毒气的组分与毒性

炸药一般是含有不同成分的氧、氮、氢、碳原子为基础的化合物，按理想的爆炸反应是：碳氧化为二氧化碳，氮还原为单体氮。但实际反应并非如此简单，而是产生一定数量的氮氧化合物和一氧化碳，这就是主要的爆破毒气。

（1）一氧化碳

一氧化碳（CO）是在供氧不足情况下产生的无色无味气体。标准状态下密度为

1.185g/dm3（是空气密度的0.967倍），比空气轻些。故总是游离在坑道顶部，易用加强通风驱散。在相同条件下它在水中的溶解度比氧小。

一氧化碳的毒性在于它与血液中的血红蛋白能合成碳氧血红蛋白，达到一定浓度就会阻碍血液输氧，造成人体组织缺氧而中毒。血液吸收一氧化碳达到20％饱和状态就发生昏迷、呼吸短促与困难；达到50％饱和就很难站立，稍用力即昏迷，接近死亡。

（2）氮的氧化物

爆破气体中氮的氧化物主要包括NO、N2O3、NO2／N2O4等，一般假定以NO2／N2O4为代表。

NO2／N2O4与N2O3易溶于水，当吸入人体肺部时，就在肺的表面粘膜上产生腐蚀，并有强烈刺激性。这些气体会引起刺激鼻、辣眼睛、咳嗽及胸口痛。低浓度时导致头痛与胸闷，浓度较高时可引起肺部浮肿而致命。这些气体具有潜伏期与延迟特性，开始吸入时不会感到任何征候，但几个小时（常达12h）后剧烈咳嗽并吐出大量带血丝痰液，常因肺水肿死亡。 NO难溶于水，故不是刺激性的，其毒性是与红血球结合成一种血的自然分解物，损害血红蛋白吸收氧的能力，导致产生缺氧的萎黄病。最近的研究表明，NO毒性虽稍逊于NO2，但它常常有可能氧化为NO2，故认为两者都是具有潜在剧毒性的气体。

根据我国煤炭部门测试记录，离巷道工作面5~10m范围内、爆破后尚未通风的条件下，爆破气体中氮氧化合物浓度约为0.1%，在这样高浓度下呼吸，很短时间即可致命。浓度超过0.01%，即100PPM（Parts Per Million的缩写）时，只要呼吸几小时，对人体就很有害。 由于氮氧化合物的刺激作用，其含量浓度虽低于毒性水平，但若长期呼吸，也可造成慢性中毒。

大量事实证明，呼吸带有矽尘的氮氧化合物气体能加速产生矽肺病；反复呼吸微量氮氧化合物会产生一种粘膜炎病症，它会由于矿尘的存在而加剧；或使已存在的矽肺病加速发展。

爆炸气体除对肺的作用外，大量吸收还能使细胞组织中微发状运动停止，从而破坏了由肺部清除尘埃的防护功能。

1.5.1.2 产生爆破毒气的原因

根据试验及理论分析，爆破气体中产生有毒成分的原因如下：

（1）炸药组分

凡是较易达到安全爆轰的炸药，如含有高感度成分的硝化甘油，黑索金等类炸药，爆后产生的CO较多，NO2较少；含有氧化剂KNO3、NaNO3的炸药也比含NH4NO3者较易爆炸完全，产生的NO较少。

炸药中含有碱金属硝酸盐类时，将在爆炸过程中起接触作用，促进如下的完全氧化反应：NH4NO3＝N2＋2H2O＋0.5O2；或者加速氮、氧化合物与可燃气体间的二次反应，显著降低了NO2成份；但对CO成份则影响很小。为此，前苏联曾在硝铵炸药中加入8~10%KNO3。我国煤碳部门试验得知，在2号岩石硝铵炸药中加入KNO3，爆后取样时不用防毒面具，巷道内能见度明显提高，分析NO2含量只有不加KNO3时的1/3～1/4。

（2）炸药氧平衡

炸药的氧平衡影响CO的生成是明显的，愈是缺氧，就愈是增加爆炸气体中CO成份。零氧平衡或正氧平衡的炸药，虽然减少爆后CO成份，但氧并未被完全吸收，而是与氮结合成氮氧化合物，或还有一部分成为游离状态氧。

（3）起爆能

一般说来，起爆药卷质量越大和威力越大，生成的有毒气体也越少；反之，如起爆能不足，则易导致爆轰不完全而产生更多的有毒气体。

实验得知，无论是正氧平衡或负氧平衡炸药，随起爆能增大，爆后NO2成份随之降低。但CO成份则不同，对负氧平衡炸药，起爆能增大则爆后CO成份也大；对正氧平衡与零氧平衡炸药影响并不明显。

（4）炸药作用条件

研究证明，①药孔中有水会使NO2的生成量增加；②岩层有裂隙和封闭性差时，产生爆后有毒气体量比坚硬均质的岩体要多，如果药孔较浅，情况更加恶化；③如果药孔中岩粉未吹净，这些惰性物质也会使炸药爆炸反应不完全或减慢速度，增加NO2生成量；④增加所爆岩石和地下空气潮湿度将迅速减低NO2浓度；⑤装药与孔壁间是否存在空隙，对爆后有毒气体含量也有很大影响，试验说明，采用一般药卷与散装药爆破时，由于散装药完全填满药孔，爆后有毒气体浓度就会显著降低。

1.5.1.3 预防措施

在实际爆破作业中，单位质量炸药爆后生成的气体约为300～500l/kg，其中有毒气体约占20～100 l/kg。根据以上所述，降低有毒气体的危害程度，可采用以下措施。

（1）使用合格炸药或选定炸药合理配方

从理论上设计接近零氧平衡的炸药，供地下爆破专用。根据我国煤炭部门研究提出，矿用炸药的有毒气体含量不能超过80 l/kg。

（2）增大起爆能

起爆能不足会产生大量有毒气体，故选用感度较高、威力较大的炸药作为起爆药包，对感度较低的炸药（如铵油类、不含梯恩梯或含梯恩梯较少的硝铵类炸药等）尤为重要。同时，做好爆破器材防水处理，确保装药和填塞质量，避免半爆和爆燃。

（3）选定合理装药形式

装药前必须将药孔内水及岩粉吹干净。根据情况采用散装药（耦合系数为1），将会显著降低有毒气体浓度。此外，装药密度、起爆药包的位置、填塞物种类、堵塞质量等，对有毒气体的产生都有一定影响。

（4）加强通风与洒水

爆后通风，可驱散比重较小的CO。我国《煤矿和油母岩规程》曾规定：按单位质量炸药爆后产生CO量为100 l/kg（包括将氮氧化合物成份折算为6.5倍CO量）计算，通风20min即可将有毒气体浓度冲淡到0.02%以下。因此，爆破后要加强通风，一切人员必需等到有毒气体稀释至爆破安全规程中允许的浓度以下时，才准返回工作面；地下爆破中必须坚决执行《煤矿安全规程》，爆后至少通风20min才准进入工作面。按一般经验，爆破烟尘可在几分至十几钟内扩散干净。

井下爆破前后加强通风，应采取措施向死角盲区引入风流。

洒水一方面可将溶解度较高的NO2/N2O4·N2O3转变为亚硝酸与硝酸；另一方面可将难溶于水的氮氧化合物（如NO）从碎石堆或裂隙中驱赶出来便于随风流出工作面。在水中加入一定浓度的碱液，如加入Ca（OH）2、Na2CO3等则效果更好。

（5）加强炸药的质量管理，定期检验炸药的质量，注意防水和防潮，不要使用过期变质的炸药；避免炸药产生不完全的爆炸反应而产生过多的毒气。

（6）露天爆破选定点火站和观测站时，应考虑爆破当天的风向和地形条件，点火站和观测站要尽量避免设在下风方向。若须在有毒气体影响范围内工作时，应采取有效的个人防护措施。

1.5.2 爆破对环境的其它危害影响

爆破对环境的危害影响，除前述爆破有害气体、爆破噪音外，尚有爆破对养殖业和水中生物及涌浪、饱和砂基的振动液化、爆炸灰（粉）尘等问题。对这些方面的影响问题，目前研究尚不够深入，在此仅作简单介绍。

1.5.2.1 爆破飞石、水中冲击波和涌浪对水中生物的影响

在靠近有养殖业水产资源的水域实施岩土爆破或水中爆破时，爆破飞石、水中冲击波和涌浪会对养殖业、水中生物等产生不利影响。因此，爆破前应事先对其影响程度进行评估，并提出可行的安全保护措施：

（1）尽量减少向水域抛落爆岩总量和一次抛落量；需向水域大量抛人岩土时，应事先评估其对水中生态环境的影响，提出可行性报告，经环保和生物保护管理部门批准，方可实施；

（2）水下爆破应控制一次起爆药量和采用削减水中冲击波的措施，计算水中冲击波峰值超压值，并按照表1-26的标准确定药量；

（3）起爆前应驱赶受影响水域内的水生物；

（4）受影响水域内有重点保护生物时，应与生物保护管理单位协商保护措施。

1.5.2.2 爆破涌浪的影响

在海边或湖边进行大型石方爆破时，爆岩落水后会产生涌浪，涌浪冲至岸上会影响傍岸建筑物和设施的安全。涌浪高度可按照下式估算：

H0.45LT/B

h2/3R （1-36）

式中 —抛体前沿宽，m；

T—抛体厚，m；

L—抛体滑距，m；

B—抛堆水面宽，m；

h—水深，m；

R—距离，m。

爆破的涌浪控制措施有：靠近水域实施岩土爆破时，应调查岸滩的坡度、长度、坡底及水深情况；提出涌浪对岸边建筑物、设施以及水上船舶、设施的影响程度和范围，并于爆前会同各有关单位协商提出保证安全的措施。

1.5.2.3 饱和砂基的振动液化问题

根据实验资料，饱和沙土的液化范围R为：

R(2.15~3.2)Q （1-36）

式中，R—液化范围，m；

Q—单药包药量，kg。

相应液化区边缘的钻孔水中冲击波超压为25～45MPa。

金堆城钼矿尾矿坝加固大爆破，实测砂坝V水平13=5.08cm/s，V垂直=4.84cm/s，均未出现液化问题。

对爆破振动液化问题，主要从两个方面进行控制：一是在饱和砂(土)地基附近进行爆破作业时，应邀请专家评估爆破引起地基振动液化的可能性和危害程度；提出预防土层受爆破振动压密、孔隙水压力骤升的措施；评估因土体“液化”对建筑物及其基础产生的损害。二是实施爆破前，应查明可能产生液化土层的分布范围，并采取相应的处理措施，如：增加土体相对密度，降低浸润线，加强排水，减小饱和程度；控制爆破规模，降低爆破振动强度，增大振动频率、缩短振动持续时间。

1.5.2.4 爆炸灰（粉）尘

城镇楼房等建（构）筑物用爆破法拆除时，城镇楼房等建（构）筑物在爆破过程及落地后会产生大量灰（粉）尘，这些灰尘将会对环境产生一定的污染。因此，爆破工程中在确保爆破作业安全的条件下宜采取以下措施，减少粉尘污染：

爆炸的危害作用

炸药爆炸时，人类可利用其化学能转变成的机械功，完成一些人工或机械不能或难以完成的工作。爆炸的同时还将产生爆破地震波、空气冲击波、爆破噪音、个别飞石、爆破毒气等危害作用，这些危害作用亦称危害效应或负面效应。它们对人员、建筑物和设备所造成的危害范围，因爆破规模、性质与周围环境的不同而异。如露天爆破时，地震与飞石的影响范围较大，空气冲击波在加强抛掷时有显著作用，而松动爆破则几乎没有影响。爆破规模较大时，还要考虑爆破毒气的危害问题。为了保证人员和设备的安全，必须正确计算各项安全影响范围，以便采取相应措施。对于建筑物与构筑物必须评价其安全程度。对于重要目标必须保证不受爆破地震、空气冲击波和爆破飞石的破坏，要严格进行安全校核，必要时应减少一次（或一段）的爆破装药量或采取其它安全措施。

1.1 爆破地震波

1.1.1 地震的有关概念

在地底下发生地震的地方，叫震源。地面上与震源相对处，叫震中。地震的大小，在地震学上用震级和烈度来衡量。

1.1.1.1 震级

震级也称地震强度，用以说明某次地震本身的大小。它是直接根据地震释出来的能量大小确定的。用一种特定类型的、放大率为2800倍的地震仪，在距震中100km处，记录图上量得最大振幅值（以1／1000mm计）的普通对数值，称为震级。例如，最大振幅为0.001mm时，震级为“0”级；最大振幅值为1mm时，震级为“3”级；最大振幅值为1m时，震级为“6”级。

地震震级的能量究竟有多大？可用爆炸能量来说明。在坚硬岩石（如花岗岩）中，用2~3×106kg炸药爆炸，相当于一个4级地震。一个8级地震的功率大约相当于100万人口城市的发电厂在20~30年内所发出电力的总和。由此可见，虽然地震仅仅发生于瞬时的变化，但地震释放出来的能量却是巨大的。

1.1.1.2 烈度

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。烈度不是根据地震仪器测定的。判断烈度大小是根据人们的感觉、家具及物品振动情况、房屋及建筑物受破坏的情况，以及地面出现的崩陷、地裂等现象综合考虑确定的。因此，地震烈度只能是一种定性的相对数量概念，且有一定的空间分布关系。

必须强调指出，地震震级与地震烈度是两个不同的概念，不可混淆。如把地震比作装药爆炸，那么，装药量就相当于地震震级，而装药在爆炸时的破坏作用则是地震烈度。一个地震只有一个震级，但在不同地区可以有不同的烈度，因为在一个地震区域内，不同部位的破坏程度是不同的。显然，震中区的烈度（叫震中烈度）就比其他地方的大。所以震中烈度就是最大烈度，用以表示该次地震的破坏程度。

1.1.2 爆破地震的概念

当装药在固体介质中爆炸时，爆炸冲击波和应力波将其附近的介质粉碎、破裂（分别形成压碎圈和破裂圈），当应力波通过破裂圈后，由于它的强度迅速衰减，再也不能引起岩石的破裂而只能引起岩石质点产生弹性振动，这种弹性振动是以弹性波的形式向外传播，与天

然地震一样，也会造成地面的震动，这种弹性波就叫爆破地震波。

图1-1 应力波引起的介质变形

a纵波 b横波 c勒夫波 d瑞利波 e瑞利波质点运动方向

爆破地震波由若干种波组成，它是一种复杂的波系。根据波传播的途径不同，可分为体积波和表面波两类。体积波是在岩体内传播的弹性波，它可以分为纵波(P)和横波(S)两种。P波的特点是周期短、振幅小和传播速度快；S波的特点是周期较长，振幅较大，传播速度仅次于P波。表面波又分为瑞利波(R)和勒夫波(L)。R波的特点是介质质点在垂直面上沿椭圆轨迹作后退式运动，这点与P波相似。它的振幅和周期较大，频率较低，衰减较慢，传播速度比S波稍慢；L波的特点是质点仅在水平方向作剪切变形，这点与S波相似，L波不经常出现，只是在半无限介质上且至少覆盖有一层表面层时，L波才会出现。各种应力波传播过程中引起介质变形的示意图见图1-1。

体积波特别是其中的P波能使岩石产生压缩和拉伸变形。它是爆破时造成岩石破裂的主要原因。表面波特别是其中的R波，由于它的频率低、衰减慢、携带较多的能量，是造成地震破坏的主要原因。

由爆破引起的振动，常常会造成爆源附近的地面以及地面上的一切物体产生颠簸和摇晃，凡是由爆破所引起的这种现象及其后果，叫做爆破地震效应。当爆破地震波的强度达到一定程度时，可以造成爆区周围的地表或建（构）筑物及设施的破坏。因此，为了研究爆破地震效应的破坏规律，找出减小爆破地震强度的措施和确定出爆破地震的安全距离，对爆破地震效应进行系统的观测和研究是非常必要的。

1.1.3 爆破地震波引起地面质点振动参数的确定

爆破引起的振动是一个非常复杂的随机过程。它的振幅、周期和频率常常是随时间变化的，即时间的函数。因此要计算出这些参数每一时刻的值是比较困难的。

为简化对此问题的研究，可近似认为介质是均匀弹性体，其质点作简谐运动。而且对大多数工程来说，最感兴趣的是要找出振动的最大幅值。因此，一般在爆破振动的波谱图上读取振动的最大幅值，并按简谐运动来处理，这样既满足了工程的要求，也简化了计算。

众所周知，质点作简谐运动时，质点运动的力学状态可以用位移X、速度V和加速度a来表示，它们的数学表达式为：

XAsint （1-1）

dX2Asin(t) （1-2） Vdt

d2X2Asin(t) （1-3） a2dt

在确定爆破振动地面质点运动参数时，一般只选取爆破振动的最大幅值，因此得： XA （1-4） VX2fA （1-5） a2X42f2A （1-6）

式中 X—时间为t时的质点振动位移，mm；

A—质点的最大振幅，mm；

V一质点的振动速度，mm／s；

a—质点的振动加速度，mm／s2；

—角频率，其值为2f，s-1；

f一质点振动频率，Hz。

从以上诸式可以看出，如果已知位移、速度和加速度三个参数中的任一个参数，经过积分或微分就可求出其余两个参数。但是，在数值换算中存在着固有的误差，所以在实际观测中最好直接测量所需的参数。

爆破地震波在介质中传播时，实际上每一质点的运动力学参数应由三个互相垂直的分向量（即水平径向X、水平切向Y和垂直向Z）的矢量和R求取，即RXYZ，其大小为：X2Y2X2。

然而许多国家并不采用质点运动的矢量，而采用实测中的最大分向量作为衡量爆破振动的标准。即取Max{X，Y，Z}。由于近区的垂直振动分量往往大于其它两个分量，因此采用最大的垂直振动分量作为衡量爆破振动和划分破坏程度的统一标准。

1.1.4 爆破地震效应的观测

爆破地震效应的观测包括宏观观测和仪器观测两种方法，一般都把这两种方法结合起来使用。

1.1.4.1 宏观观测

宏观观测一般根据观测的目的，在爆破振动影响范围内和仪器观测点附近选择有代表性的建筑物、构筑物、矿山巷道、岩体的裂缝和断层、边坡、个别孤石以及其它标志物。在爆破前后用目测、照相和录像等手段，把观测对象的特征用文字、图片或影视进行记录，用以对比爆破前后被观测对象的变化情况，或估计爆破振动的影响程度。

1.1.4.2 仪器观测

采用仪器观测时，观测系统包括拾震器、记录仪和便于记录而设置的衰减器或放大器。

（1）拾震器 拾震器是测量地面震动的仪器。它将地面的振动转换成电信号输出。一般又将它叫检波器、地震仪和传感器，拾震器按测量的物理量不同而分为位移计、速度计和加速度计。

（2）衰减器和放大器 衰减器和放大器的作用是将输出的电信号衰减或放大的仪器。若地面的振动强度很大和拾震器的灵敏度较高时，其讯号若不经过衰减，将导致部分波形记

录超出记录纸的边界；反之，如果爆破后地面运动强度较小或拾震器灵敏度不够高时，输出信号常常需要经过放大器放大以后才能分辨和判读。

（3）记录装置 过去记录装置是将拾震器测出的地面振动信号记录在记录纸、胶卷或磁带上的设备，现在则普遍采用爆破振动信号自记仪。爆破振动自记仪可直接将速度或加速度等传感器，与仪器一起置于爆破现场的观测点上，自动触发并记录数据，有的则是遥测数据采集系统，实现远距离控制及数据传输。

1.1.4.3 测点的布置

测点的布置需要根据观测的目的和要求不同而采取不同的布置方法。例如，为了研究爆破地震波随距离变化的衰减规律或者为了计算爆破振动强度而需要获得某些系数时，则宜沿着爆破中心的辐射方向布置测线，每条测线按50～l00m的等间距布置测点，一条测线布置4～6个测点。如果为

了观测爆破地震对建

筑物或构筑物的影响

从而确定出破坏判据

时，测点则宜布置在

建筑物或构筑物附近

的地表上。如果想摸

清高层建筑物不同高

度的爆破地震影响，

那么测点就应在不同

高度的位置上布置。

布置测点时，测

点上的拾震器一定要

埋没牢固而且要保持

水平。

1.1.4.4 爆破地震波波形图的分析

实际记录的爆破地震波波形图是比较复杂的。爆破地震波不是振幅和振动周期为常量的简谐运动，而是振幅和振动周期随时间而

变化的振动（如图1-2所示）。在大多数工

程爆破应用中，通常需要知道的是振动的

最大值。即质点振动的最大位移、振速和

振动加速度。因此，在对爆破地震波波形

图的分析中主要量取最大的振幅及其相对

应的振动周期。此外，还要量取主震相的

持续时间和计算波在土岩介质中的传播速

度。

振幅是表示质点在振动时离开平衡位

置可能达到的最大位移。目前量取最大振图1-3 单振幅量取示意图

图1-2 实测震波波形图

幅值时，多数是量取最大单振幅（或称最大半幅值），即零线（或基准线）到最大波峰（或波谷）之间的距离（见图1-3），它标志地震强度的大小。但是，当波形不对称时也可量取最大波峰和波谷之间的距离，取其一半作为最大半幅值（如图1-4所示）。

由于爆破具有瞬时性，因此读取周期比读取频率更为方便和适宜。周期一般是与最大振

幅相对应，其量取方法如图1-4和图1-5所示。振动周期的倒数即频率：

f （1-7） 式中 f—振动频率，Hz；

T—周期，s。

爆破振动持续时间的长短与传播地震波的介质性质，装药爆炸时所释出的能量大小以及传播的距离有关。在读取震动持续时间时，通常将爆震图划分为主震段和尾震段两部分。关于主震段的划分目前有不同意见，其中一种意见认为，从初始波到波的振幅值AAmax（e为自然对数的底）这一段，称为主震段；主震段相应的历时时间为地震的振动持续时间；主震段的振动次数与该段的历时时间之比称为主震段的平均周期（主周期），主周期的倒数称为主频率（用以反映地震中占优势的频率成份）。其读图方法如图1-5所示。

波速是分析波型、波的传播规律和研究岩石性质的一个重要的物理量。一般是在震波图上量取相邻两测点初始波到达之间的时间差。用此时间差去除两测点之间的距离，就得到初始波的传播速度。

图1-4 双振幅量取示意图

图1-5 震动延续时间和波速的测定

1.1.5 爆破地震的特点

爆破地震与天然地震一样，都是由于能量释放，并以地震波形式向外传播，引起地表振动而产生的破坏效应。它们造成的破坏程度又都受地形、地质等因素的影响。但天然地震发生在地层深处，其造成破坏的程度主要决定于地震能量（震级）与距震源的远近。爆破地震的装药则是在地表浅层爆炸的，其造成破坏的程度主要决定于装药量与距震源的远近。

通过对大量爆破地震和天然地震的实测分析，可以得出以下几点认识：

（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。

由上可得重要结论：在其处测得的爆破地震参数值（地面振动的速度或加速度值），是不能套用参数相等的天然地震烈度来估计该处破坏后果的。爆破地震的实际破坏效果要比相同烈度的天然地震小得多。例如，万吨爆破时，在某厂房测得参数值相当天然地震烈度8度，但宏观调查并未发现房屋结构有任何破坏现象。

1.1.6 爆破振动速度与破坏程度的关系

幅相对应，其量取方法如图1-4和图1-5所示。振动周期的倒数即频率：

f （1-7） 式中 f—振动频率，Hz；

T—周期，s。

爆破振动持续时间的长短与传播地震波的介质性质，装药爆炸时所释出的能量大小以及传播的距离有关。在读取震动持续时间时，通常将爆震图划分为主震段和尾震段两部分。关于主震段的划分目前有不同意见，其中一种意见认为，从初始波到波的振幅值AAmax（e为自然对数的底）这一段，称为主震段；主震段相应的历时时间为地震的振动持续时间；主震段的振动次数与该段的历时时间之比称为主震段的平均周期（主周期），主周期的倒数称为主频率（用以反映地震中占优势的频率成份）。其读图方法如图1-5所示。

波速是分析波型、波的传播规律和研究岩石性质的一个重要的物理量。一般是在震波图上量取相邻两测点初始波到达之间的时间差。用此时间差去除两测点之间的距离，就得到初始波的传播速度。

图1-4 双振幅量取示意图

图1-5 震动延续时间和波速的测定

1.1.5 爆破地震的特点

爆破地震与天然地震一样，都是由于能量释放，并以地震波形式向外传播，引起地表振动而产生的破坏效应。它们造成的破坏程度又都受地形、地质等因素的影响。但天然地震发生在地层深处，其造成破坏的程度主要决定于地震能量（震级）与距震源的远近。爆破地震的装药则是在地表浅层爆炸的，其造成破坏的程度主要决定于装药量与距震源的远近。

通过对大量爆破地震和天然地震的实测分析，可以得出以下几点认识：

（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。

由上可得重要结论：在其处测得的爆破地震参数值（地面振动的速度或加速度值），是不能套用参数相等的天然地震烈度来估计该处破坏后果的。爆破地震的实际破坏效果要比相同烈度的天然地震小得多。例如，万吨爆破时，在某厂房测得参数值相当天然地震烈度8度，但宏观调查并未发现房屋结构有任何破坏现象。

1.1.6 爆破振动速度与破坏程度的关系

1.1.6.1 爆破振动强度的衡量标准

爆破地震破坏的强弱程度称为振动强度或振动烈度。振动强度可用地面运动的各种物理量来表示，如质点振动速度、位移、加速度和振动频率等。但是，通过对大量爆破振动量测数据研究后得出，用质点振动速度来衡量爆破振动强度更为合理。理由是：

（1）质点振速与应力成正比，而应力又与爆源能量成正比，因此振速即反映爆源能量的大小。

（2）以质点振速衡量振动强度的规律性较强，且不受频率变化的影响，美国矿业局用回归分析法处理了美国、加拿大和瑞典三国的实测数据，这三组数据是使用不同仪器在不同施工条件下建成的住宅中试验量测所得。结果得出一条质点振速不随频率而变化的等值直线。这充分说明，以质点振速作为安全判据，可适用于不同的测量仪器，不同的测量方法和不同的爆破条件。

（3）质点振动速度与地面运动密切相关。分析大量实测数据表明，结构的破坏与质点振动速度的相关关系比位移或加速度的相关关系更为密切。

（4）质点振动速度不受地面覆盖层类型和厚度的影响，而地面运动的多数参数则都会受到影响。例如在低弹性模量的土壤中，应力波传播速度低；随覆盖层厚度增加，振动频率明显下降，地面质点位移就会增大。在不同类型和不同厚度和覆盖层中进行的试验结果表明，虽然地面运动的多数参数会随着覆盖层厚度的变化而变化，但对于引起结构破坏的质点振动速度却未受到明显影响；因此，将质点振动速度作为衡量爆破振动安全判据是有利的。

1.1.6.2 建筑物允许的爆破振动速度

对于一般的建筑物，许多国家在实际应用中，将“墙壁的抹灰层出现裂缝或脱落”视为“开始破坏”，并以此为标准，规定建筑物允许的振动速度。例如，美国、加拿大、瑞典等国家，将一般建筑物允许的极限振动速度规定为5.1cm／s（2 in／s）、允许的振动加速度为0.1g；前苏联将一般建筑物允许的最大振动速度规定为10cm／s。这是美国、加拿大、瑞典、前苏联等国家的学者据其本国情况早期对完好的砖、石结构房屋进行振动试验的成果。但根据我国房屋建筑的实际情况、建筑材料、结构、新旧状况及破损程度各不相同，抗震能力差别很大，一律采用5cm／s仍会破坏某些房屋。这个规定还没考虑爆破振动对电气设备的影响，国内矿山爆破已多次出现爆破振动引起电闸跳闸的事故。这个规定也没有考虑经常爆破的重复振动对结构的影响。在国外，近几十年来对爆破振动安全判据的规定有越来越严格的趋势。

我国《爆破安全规程》（GB6722-2003）对主要类型的建（构）筑物及新浇注大体积混凝土的爆破振动安全允许标准作了规定，并且规定：地面建筑物的爆破振动判据，采用保护对象所在地质点峰值振动速度和主振频率；水工隧道、交通隧道、矿山巷道、电站（厂）中心控制室设备、新浇大体积混凝土的爆破振动判据，采用保护对象所在地质点峰值振动速度。

1.1.7 爆破振动强度及其安全参数的确定

1.1.7.1 爆破振动速度

（1）集中装药爆破振动速度计算公式

大量实测数据表明，爆破振动速度与装药量、距离、土石特性、爆破方法、爆破参数、地形及方向等因素有关。

将单个集中装药Q埋入平地，爆破时附近地面质点的振动速度V将与装药半径R0、装药埋设深度W（此处为最小抵抗线）及观测点至爆心的距离R有关。利用量纲分析可建立QQ1/3

) 起下列关系式：Vf(3,RW

右边首项Q/W3实际与炸药品种、介质特性有关，在炸药与介质不变的情况下可视为常数。于是，将函数按泰勒（Tallar）公式展开，得：

Q1/3Q1/3

2Q1/3

3)a2()a3() Va1(RRR

Q1/3

)是“表面波”上式不能有负值，也没有常数项。其中第一项a1(，它顺着地面传R

Q1/3

2)是“体波”播，随深度增加而减弱，衰减很快；第二项a2(，在空间传播，随距离R

Q1/3

3)及以后原则上不存在，近区属塑性波破坏，远区数增大能量不断损耗；第三项a3(R

值小，可以忽略不计。故确定地面振动速度用前二项已足够，于是得集中装药爆破振动速度表达式，即著名的前苏联学者萨道夫斯基（М.А.Садовский）公式：

QmVK() （1-8） R

式中 V―单个集中装药内部爆破质点振动速度，cm／s；

，kg； Q―一次爆破装药量（齐爆时为总装药量，延迟爆破时为最大一段装药量）

R―爆心至观测点的距离，m；

K―与爆破方法、爆破参数、地形及观测方法等因素有关的爆破场地系数，一

般K=30~500；

―与土石地质因素有关的振动波衰减系数，一般α=1.5~2.0；

国内多采用1/3，西方国家对深孔柱形药包采用1/2，m―与装药形状有关的指数，

对硐室集中药包采用1/3。

（2）爆破振动速度经验修正公式

萨道夫斯基公式（1-8）是单个集中装药置于地下较深处爆破后距爆点一定距离处的质点振动速度公式。在实际工程中，一般采用多个装药同时起爆或分段延期起爆的爆破方式，装药数量较多，药量较小，且比较分散，如岩石深孔爆破、结构物拆除时的药孔爆破等，而且结构物拆除爆破时装药位置往往布置在距地面一定距离处的建筑物或基础之上，用式（1-8）计算的值与实际情况相差较大。为克服此缺点，国内有的学者在萨道夫斯基公式的基础上，根据多次工程实测数据和经验，提出了较为符合爆破实际的经验修正公式：

QmVKK() （1-9） R

式中 K―与爆破方法、爆破参数、地形及观测方法等因素有关的爆破场地修正系数，K一般取0.25~1.0，距爆源近、且爆破体临空面较少时取大值，反之取小值。

其它参数含义同前。

1.1.7.2 爆破振动的安全距离

在爆破设计时，为了避免爆破振动对周围建筑物产生破坏性的影响，必须计算爆破振动的安全距离，即危险半径。如果建筑物位于危险半径以内，则需将建筑物拆迁，如果建筑物不允许拆迁，则需要减少一次爆破的装药量，控制一次爆破的规模。因此，爆破前必须确定爆破振动的危险半径，同时计算一次爆破允许的安全装药量。

（1）爆破振动安全距离的一般算式

爆破振动的安全距离可按下式计算：

Rc(K1/m)Q （1-10） Vkp

—次爆破允许的安全装药量可按下式计算：

QmaxR1/m(VkpK)1/m （1-11）

式中 Rc一爆破振动安全距离，m；

Qmax—一次爆破允许的安全装药量，kg；

Vkp一被保护建筑物允许的临界安全振动速度，cm／s。

式中其他符号含义同前。

（2）拆除爆破、药孔爆破振动安全距离的经验公式

爆破振动安全距离：

Rc(KK1/m)Q （1-12） Vkp

1/m —次爆破允许的安全装药量： QmaxR(Vkp

KK)1/m （1-13）

式中符号含义同前。

1.1.8 影响爆破振动强度的因素

通过大量爆破实践观测，得出下列几点认识：

（1）装药的分散性

与单个装药相比，如药量不变，则随着装药个数增多，爆震强度将降低。因此，适当分散配置装药将有利于减弱地震危害。

（2）地形地质条件

地震波传播经过深沟时，常能降低地震效应，但沟底高于爆破点的浅沟则作用不明显。突出的山包、陡坎、甚至斜坡或阶梯处则能增强地震效应。地势比装药高的地方较地势比装药低的地方破坏严重些。地震波传播经过断层，有时能降低地震效应。爆区的断裂带愈宽，延伸愈长，深度愈大，距离愈远，则对地震强度的影响也愈大。

（3）相对位置

飞散爆破产生的振动，在背飞散方向强度最大，可较横向同一距离处大一倍左右。坑道垂直爆破径向的比平行爆破径向的破坏严重些，而迎向装药的坑道壁面的破坏程度将大于背向爆源的一面。

（4）起爆时间间隔

多个装药爆炸时，如采用秒延期爆破，各段相隔时间大于1s，则全部装药产生的爆炸振动强度可按装药时最大的一段来计算。采用毫秒延期爆破，如各段相隔时间25ms，则全部装药产生的爆炸振动强度可按三分之二装药量计算。

（5）地震波的频率

建筑物遭受爆破地震的破坏程度除了与爆破地震波的质点振速（或振幅、或振动加速度）外，还与爆破地震波的频率密切相关。爆破地震波的频率愈高，与建筑物的自振频率相差愈

大，则建筑物的破坏程度愈轻；反之，爆破地震波的频率愈低，则容易与建筑物的自振频率发生谐振，建筑物的破坏程度愈严重。

（6）建筑物情况

建筑物受地震波破坏有两种可能：一是由于地基失效，一是由于建筑物本身结构的破坏。 地基对建筑物破坏有很大影响。建筑物地基为岩石时，岩石走向、节理、裂隙、洞穴等是影响建筑物破坏的主要因素。建筑物在有裂隙岩石上，爆后岩石裂隙增大。则易受破坏。建筑物一部分在基岩、一部分在土基上，爆后地基产生不均匀变形，则易受破坏。另外，地下水位在爆破前后如有升高，这也会使砂土地基液化而易受破坏。

建筑物对地震波的感应与建筑物的部位密切相关。地震波在建筑物中传播，给予建筑物强迫震动和自由震动，使建筑物产生拉、压、剪、切、弯曲等变形，以致建筑物处于复杂的受力状态。由于建筑物下部位置低或部分埋入土中（如基础）。周围介质起着阻碍建筑物下部的变形，起着抑制其自由振动的作用。在建筑物上部，其强迫振动和自由振动就可随意进行，从而产生较大的内应力。因此，许多建筑物受地震波破坏都是发生在上半部。同时，建筑物所受振动荷载的影响，随其本身减小而下降。因此，柔性结构比刚性结构抗震性能要好些。大量爆破振动宏观调查表明：跨度大、空旷房屋及承重结构的建筑物易受破坏。涵洞抗震性能很好。干打垒房屋抗震性能较好。砖房易发生裂缝。高烟囱的抗震性能最差。

1.1.9 降低爆破振动效应的安全措施

为了减小爆破振动对爆区周围建筑物的影响，应根据被保护目标与爆点的相对位置、距离、分布情况，有针对性地采取相应以下一些措施：

（1）采用多段微差起爆技术，变能量一次释放为多次释放，减小每次爆破的能量（转化为爆破地震波的能量则相应减小），将振幅较大的地震波变成多个振幅较小的地震波，从而减小爆破振动的强度。分段越多，振幅越小，爆破振动也越小。实践表明，微差爆破可使爆破地震强度降低30~50%；秒差爆破的地震波强度取决于其中最大的一段药量。

（2）采用分散布药方式，把所有装药同时爆炸产生的大震源分成数个微差延时起爆的小震源，变能量集中释放为分散释放。实践表明，分散装药可降低爆破地震波的振幅，缩短主周期，避免了地震波出现过高的峰值，从而大大削弱爆破振动强度，既达到减震目的，又有利于改善破碎效果和加大一次爆破量。

（3）合理选取微差起爆的间隔时间、起爆顺序和起爆方案，保证爆破后的岩石能得到充分松动，消除夹制爆破的条件，使爆炸能量及时得到有效的逸散，减小转化为爆破地震波的能量。

（4）合理选择爆破的方式。采用飞散爆破，爆炸能量中会有更多的一部分形成空气冲击波，使转化为地震波的能量相对减小，爆破振动强度随之减小。在一定场合下（如地下室内基础爆破）适当使碎块飞散，既有利于目标的破碎也能降低爆破振动的强度。例如，爆破作用指数n=1.5的飞散爆破比n=0.81的松动爆破，地震波强度平均降低4~22%。而且在飞散爆破中，最小抵抗线方向的振动强度最小，反方向最大。

（5）严格按照被保护目标的抗震能力及其与爆点的相对距离等确定的一段(次)最大起爆药量进行装药和分段，把爆破震动引起的地面质点振动速度控制在周围需保护设施所允许的振动速度(即安全震动速度)以下，确保被保护目标的安全。

（6）合理选取爆破参数和单位炸药消耗量。单位炸药消耗量过高会产生强烈的振动和空气冲击波。单位炸药消耗量过低则会造成岩石的破碎和松动不良，大部分能量消耗在振动上。因此，应通过现场的试验来确定合理的爆破参数和单位炸药消耗量。

（7）在露天深孔爆破中，防止采用过大的超深，过大的超深会增加爆破的振动。

（8）利用或创造减振条件。地形和地质条件是影响爆破地震强度的一个重要因素，实践表明，药量、距离和传播介质相同时，低于装药的地面，振动强度小；高于装药的地面振动强度大。爆破地点与被保护目标之间存在的沟、壕、坑以及岩石内部存在的裂隙等都有一定的减振作用。因此，在爆破地点与被保护目标之间可开挖防震沟；在同一爆破体上爆破其中一部分而保留另一部分时，可用预裂爆破首先在两部分之间形成预裂缝；为了防止爆破振动破坏露天的边坡，应采用预裂爆破处理边坡，在进行预裂爆破时，为了防止预裂爆破造成过大的振动，亦应采用分段延时起爆技术，并尽量减少每个分段同时起爆的炮孔数量。

1.1.10 水下爆破地震效应

水下爆破地震效应振动衰减规律可按照下式确定：

Q VK() （1-14） R

式中 V—地表振速，cm/s；

Q—单响药量，kg；

R—距离，m；

K、—由地形地质条件决定的系数和指数，可参照以下实际工程的数据： ①黄浦港水下爆破：水中装药K=94，α=0.84；水底装药K=117.4，α=0.94； 水下钻孔爆破K=25.3，α=0.58。

②连云港软基爆破：触地爆炸K=280，

爆炸排淤填石 K=450， =1.51；平面爆夯K=530， =1.82； =1.65。

1.2 爆炸空气冲击波

无论是结构物的接触爆破（包括岩土裸露装药爆破），还是非接触爆破，装药都是在空气中爆炸，而且会形成空气冲击波。从理论上讲，装药在空气中爆炸时，约有90%的爆炸能量转化为空气冲击波和噪音，留在爆炸产物中的能量不足10%。实际上，传给冲击波和噪音的能量大约占70%。对于岩土内部爆破，由于装填在炮孔、深孔和药室中的装药爆炸产生的高压气体通过岩石中的裂缝或孔口泄漏到大气中，冲击压缩周围的空气也会形成空气冲击波。

空气冲击波一般存在于爆源附近的一定范围内，对建筑物、设备和人员等会造成不同程度的危害，常常会造成爆区附近建筑物的破坏、人类器官的损伤和心理反应。而且当空气冲击波传播时，随着距离的增加，高频成分的能量比低频成分的能量更快地衰减，这种现象常常造成在远离爆炸中心的地方出现较多的低频能量，这是造成远离爆炸中心的建筑物发生破坏的原因。因此，爆破作业时必须确定其危害的距离。

1.2.1 爆炸空气冲击波主要破坏参数的确定

爆炸空气冲击波的主要破坏参数包括超压、冲量和正压作用时间等。

1.2.1.1 装药在岩石中爆炸冲击波参数计算公式

（1）炸药在岩石中爆破时的空气冲击波峰值压力

炸药在岩石中爆破时的空气冲击波峰值压力可以用下式来表示：

Q1/3

) （1-15） PK(R

式中 K—与爆破场地条件有关系数，主要取决于装药的填塞条件和起爆方法，参见表

1-1；

—空气冲击波的衰减指数，见表1-1；

Q—装药量（齐发起爆时为总装药量，延发起爆时为最大一段装药量），kg； R—自爆破中心到测点的距离，m。

表1-1 不同起爆方法的K、值

（2）一端通巷道中裸露药包爆炸

坑道掘进药孔爆破时，其超压为：

Q1/3Q2/3Q3/3P0.181()1.46()8.84() ,(MPa) （1-16） SrSrSr

式中，S―一个方向传播的空气冲击波面积，即坑道截面积，m2。其它参数含义同前。 当r≥6dB（dB—坑道直径，m）时，用此公式计算一端堵死的坑道爆破时空气冲击波峰值超压是正确的。

（3）坑道内药孔爆破或覆土爆破

根据前苏联波克罗夫斯基（г. и. Покровксий）的研究资料，结合我国目前普遍采用2号岩石炸药的实际情况，可用下式计算坑道掘进爆破中空气冲击波峰值超压：

P(3.3(r/dB)kCkC0.8)e，（MPa） （1-17） rSrS

式中，k―炸药能量转变为空气冲击波能量的系数（即药孔中炸药转化为空气冲击波的比率），药孔爆破时： k=0.1~0.2；覆土爆破时： k=0.3~0.6；裸露爆破k=1.0。

Q—药孔爆破的装药量，kg，毫秒微差爆破取一次循环的装药量，秒差爆破取最

大一段的装药量。

—坑道壁面的粗糙性系数，不连续支架和无支架坑道：=0.016~0.05；连续砌筑或光爆喷锚支护的良好坑道：=0.01~0.02。

—空气冲击波经过异常坑道后的衰减系数。经过一个90°弯道时， ＝0.77，

经过一个45°弯道时，＝0.87，经过一个135°弯道时，＝0.59；经过一个90°岔道时：直巷中＝0.63，岔道中＝0.35；经过一个45°岔道时：直巷中＝0.56，岔道中＝0.46；经过一个135°岔道时：直巷中＝0.74，岔道中＝0.17；经过一个十字交岔道时：直巷中α＝0.42，岔道中＝0.23；经过一个丁字岔道时，＝0.49；经过一个扩大断面时，＝（ S/S大）0.8；经过一个缩小断面时，＝2～1.25。

dB、S含义同前。

（4）空气冲击波正压作用时间

空气冲击波正压作用时间可用下式计算：

t1.1(

R0.82) （1-18） 1/3Q

式中，t一冲击波正压作用时间，ms；

其余符号意义同前。

（5）空气冲击波的反射压力

冲击波的传播过程中，如果碰撞到建筑物或其它障碍物的表面时，其传播速度和压力会产生显著变化。若空气冲击波波阵面垂直入射到反射面时，则反射波的峰值超压可按下式计算：

26P1) （1-19） P22P17P0P1

式中，P2—反射波的峰值超压，P2P2P0，Pa；

P1—入射波的峰值超压，P1P1P0，Pa；

P2—反射冲击波的峰值压力，Pa；

P1—入射波的峰值的峰值压力，Pa；

P0—空气中的初始压力，Pa；

若入射波的强度非常弱，即超压大大小于空气中的初始压力时，那么P可忽略不计。此时，P22P1；若入射波的强度非常强，即超压大大超过空气中的初始压力时，那么P28P1。 0可忽略不计。此时，反射压力P

空气冲击波在空气中传播过程中，能量逐渐耗损，波强逐渐下降而变为噪声和亚声。

1.2.1.2 空气冲击波的测定

测量爆炸空气冲击波的仪器分电子测试仪和机械测试仪两大类。前者的测量精度较高，灵敏度较好。后者的结构简单，使用方便，但测量精度较低。

电子测试仪系统一般包括传感器、记录装置和信号放大器。

传感器是接收空气冲击波信号的元件，它又分为压电式、电阻应变式和电容式三种。压电式传感器是利用某些晶体（如石英钛酸钡和锆酸铅等晶体）的压电效应，当某一面上受到空气冲击波的压力作用时就会产生电荷，电荷量与压力成正比。这种效应是无惯性的过程，因此，能将冲击波的压力信号转换为电荷信号，并对外电路的电容充电，从而转换成电压信号。

记录装药是把信号记录下来的装置。可以采用阴极射线示波器、记忆示波器和瞬态波形记录仪。

信号放大器是将传感器输出的信号放大，无泄漏地传输给记录装置的元件。它装置在传感器和记录装置的中间。

1.2.2 爆炸空气冲击波对目标的破坏作用

大规模爆破时，特别是在井下进行大规模爆破时，强烈的爆炸空气冲击波在一定距离内会摧毁设备、管道、建筑物、构筑物和井巷中的支架等，有时还会造成人员伤亡和采空区顶板塌落。例如，1980年12月28日在江西省鹰潭火车站一次深孔开挖爆破中，爆炸空气冲击波对周围建筑物曾造成一次严重的破坏事故。此次爆破的基本条件是：岩石为红色厚层砂岩；深孔间距2.3m；排距2.0m；炸药单耗1.2kg/m3；总装药量22.7t；采用导爆索齐发起爆，共消耗导爆索9600m（地表敷设4000m）；起爆时天阴，气温5℃。爆后的破坏情况如下：

① 离爆区650～700m的鹰潭石油库区（海拔标高比爆区低10～20m），近百扇玻璃窗全部破碎；两层的办公楼和平房住宅的木窗框向室内位移0.5～2.0cm；三座仓库的木大门折断损坏，一座仓库的屋顶桁架坍陷；许多平房天花板抹灰大面积脱落。

② 离爆区1300m某部后勤基地的修理车间，四周的砌石承重墙有1～3mm宽的裂缝多

条；四幢住宅室内抹灰大量脱落，外走廊的砖柱位移1～3mm；俱乐部中的吊灯震落了19盏。

③ 距爆区2～3km的市内房屋的个别玻璃窗被损坏，居民感到强烈振动。

从上述实例可以看出，实施爆破时，特别是大爆破时，关于爆炸空气冲击波对目标的破坏作用必须引起足够的重视。具体见《爆破安全规程》（GB6722-2003）确定的“建筑物的破坏程度与超压的关系”。

1.2.3 爆炸空气冲击波安全距离的确定

1.2.3.1 冲击波对建筑物和设施的安全距离

空气冲击波对建筑物和设施的安全距离可采用下式计算：

RKB （1-20）

式中 R—从装药中心到目标的距离，m；

Q—梯恩梯的装药量，kg；

KB—与目标性质有关的系数，见表1-2。

表1-2 安全系数KB

1.2.3.2 露天爆破冲击波对建筑物和设施的安全距离

露天爆破空气冲击波的安全距离按下式计算：

RKnQ （1-21）

Q—总装药量，kg。 式中 R—空气冲击波安全距离，m； Kn—按爆破作用指数n值选取的系数，见表1-3；

对松动爆破可不考虑空气冲击波的影响。对加强松动爆破，Kn值可按0.5~1.0进行计算。

表1-3 系数K

n值

1.2.3.3 按照建筑物和人员允许的冲击波极限超压P值确定的药室爆破安全距离 爆破作用指数n＜3的爆破作业，对人员和其他保护对象的防护，应首先考虑个别飞散

物和地震安全允许距离。地下爆破时，对人员和其他保护对象的空气冲击波安全允许距离由设计确定。

从考虑建筑物和人员允许的冲击波极限超压P值出发，计算药室爆破空气冲击波安全距离公式是：

（1-22） 当n≥1

：R （1-23） 当n＜1

：R式中 R―空气冲击波安全距离，m；

n―爆破作用指数；

P―冲击波极限超压， MPa；

Q―总装药量，kg。

1.2.3.4 爆炸冲击波对人员的安全距离

（1）空气冲击波对人员的最小安全距离

根据《爆破安全规程》（GB6722-2003）规定：空气冲击波超压的安全允许标准；对人员为0.02×105Pa。还可按照下式确定空气冲击波对人员的最小安全距离Rmin：

Rmin （1-24）

此时超压不大于0.1×105Pa。

（2）裸露爆破冲击波对掩体内避炮人员的最小安全距离

在爆破设计和施工时，为了防止爆炸空气冲击波对在掩体内避炮的作业人员的伤害，对露天裸露爆破时，其安全距离可按下式来确定：

R （1-25）

式中，R—空气冲击波对掩体内人员的最小安全距离，m；

Q—一次爆破的炸药量（不得超过20kg，秒延期起爆时按最大一段药量计，齐

发起爆时按总药量计），kg。

最后需要说明的是，露天松动爆破的空气冲击波影响范围很小，在距装药中心2.5~4.0倍最小抵抗线范围内，空气冲击波超压实测值已在0.001MPa（小于对人员的安全超压值0.02 MPa）以下。但须注意，若填塞不良形成的空气冲击波在出口方向会出现冲击波加强效应。

1.2.3.5 水下爆炸（水深不大于30m）冲击波的安全距离

（1）水下裸露爆破，当覆盖水厚度小于3倍药包半径时，对水面以上人员或其他保护对象的空气冲击波安全允许距离的计算原则，与地面爆破时相同。

（2）在水深不大于30m的水域内进行水下爆破，水中冲击波的安全允许距离，应遵守《爆破安全规程》。

一次爆破药量大于1000kg时，对人员和施工船舶的水中冲击波安全允许距离可按下式计算：

RK （1-26）式中 R—水中冲击波的最小安全允许距离，m；

Q—一次起爆的炸药量，kg；

K0—系数，按表13-4选取。

表1-4 经验系数Ks值

（3）在水深大于30m的水域内进行水下爆破时，水中冲击波安全允许距离，应通过实测和试验研究确定。试验时，可用库尔公式和柯克伍德公式计算水中冲击波峰值超压：

库尔公式：

PS53.3(Q1/3/R)1.13，MPa （1-27） 柯克伍德公式：

PS52.7Q1/3/R，MPa （1-28） 式中Q、R意义及单位同前。

（4）在重要水工、港口设施附近及水产养殖场或其他复杂环境中进行水下爆破，应通过测试和邀请专家研究确定安全允许距离。

水中冲击波峰值超压与船舶、鱼类的利害关系参见表1-5。

表1-5 水中冲击波峰值超压对船舶、鱼类的损害程度

1.2.4 爆炸冲击波的预防措施

爆炸空气冲击波的危害范围受地形因素的影响。因此，在不同地形条件下其安全距离可适当增减。例如在狭谷地形中爆破时，沿沟的纵深或沟的出口方向，应增大50％～100％；在山坡一侧进行爆破对山后影响较小，在有利的地形下可减少30％～70％。

空气冲击波对野战筑城工事或掩体内人员的杀伤作用会大为减小，试验表明，掩护在堑壕、交通壕内的人员，比暴露在外的人员，空气冲击波的杀伤半径可减小1/3；在掩蔽所或避弹所内的人员比暴露在外的人员，其杀伤半径可减小2/3。因此，战时可利用壕沟、弹坑、掩蔽所等进行隐蔽，以减轻冲击波的杀伤作用。

必须指出：在坑道内，空气冲击波的强度比一般场合下要大的多。在此情况下，人员应尽量离开坑道并避开坑道出口，或根据坑道转向，多转几个弯。炮、炸弹在堑壕、交通壕内爆炸，冲击波作用也有所增强。因此，将壕开挖成折线可削弱冲击波强度，减轻对人员的杀伤作用。

井下深孔爆破时，空气冲击波危害范围的确定要比露天爆破复杂得多。不能采用上述公式计算安全距离。确定安全距离应当考虑药包爆破时爆炸能量转化为空气冲击波能量的百分比、空气冲击波传播途中的条件（如巷道类型、巷道间联接的特征和巷道的阻力等等）和允许的超压峰值大小。在规模较大的爆破必须通过现场的观测试验研究来确定。

为了减少爆炸空气冲击波的破坏作用，可以从两方面采取有效措施：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。

空气冲击波的强弱与药包在岩石中爆破时爆炸能量有多少转化为空气冲击波能量有关。如果能尽量提高爆破时爆炸能量的利用率，减少形成空气冲击波的能量，那么就能最大限度

地降低空气冲击波的强度，若合理确定爆破参数，避免采用过大的最小抵抗线，防止产生冲天炮；选择合理的微差起爆方案和微差间隔时间，保证岩石能充分松动，消除夹制爆破条件；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。这些措施都能有效地防止产生强烈的空气冲击波。对露天爆破来说，除了采取上述措施以外还应大力推广导爆管起爆或电雷管起爆，尽量不采用高能导爆索起爆。在破碎大块时尽量不要采用裸露药包爆破；规定合理的放炮时间，最好不要在早晨、傍晚、云层较低的雨天或雾天放炮。

在井下爆破时，为了削弱空气冲击波的强度，在它流经的巷道中可以使用各种材料（如混凝土、木材、石块、金属、砂袋或充水的袋）砌筑成各种阻波墙或阻波排柱。采取此措施可大大削弱空气冲击波的强度。

水中或水下爆破时，减弱水中冲击波的主要措施之一就是采用气泡帷幕。黄浦港工程用75mm和91mm钢管，其上钻1.5mm双排孔（孔间距50～70mm）成双排（间距2.5m）或单排沉入河底，以2～4×105Pa的压缩空气供风，对坞门进行防护，取得良好效果：门中部振速衰减40~100倍，顶部衰减10倍，门基础亦衰减5～7倍。在距门38.4m处的水中爆炸4kg炸药，门外舷板实测应变为139με，加双道气泡帷幕后，实测应变值只有6με。

1.3 爆破噪音

1.3.1 爆破噪音的概念

爆破噪音是爆破空气冲击波衰减后继续传播形成的一种声波，是指各种不同频率、不同强度的声音无规律地组合在一起所形成的声音。也就是随着空气冲击波传播距离的增加，其强度逐渐下降而变成噪声和亚声。噪声和亚声是空气冲击波的继续。噪声和亚声与空气冲击波的区别在于超压和频率。根据美国矿业局的观点，超压大于7×103Pa的为空气冲击波，超压低于此值的为噪声和亚声。按频谱划分，噪声的频率位于20～20000Hz的可闻阈内，亚声的频率低于20Hz。日本学者明和小太郎解释：冲击波压力小于180dB时为声压。

描述声音强弱的物理量是声压。声波在弹性介质中的传播所引起介质变化的稳态压力称为声压。一般人耳能感觉到的声压范围是0.00002~20Pa。为便于计算和使用，声音的强弱通常不用声压来表示，而采用声压级表示：

Lp20lgP （1-29） P0

式中 Lp―声压级，dB；

P―声压，0.1Pa；

-5 P0―基准声压，等于2×10Pa。

声压级Lp亦称“声压水平”。基准声压P（或听阈），这是正常青年0亦称“参考声压”

人恰好刚能听到的1000HZ声音的声压。并规定：一声音的声压与参考声压之比的常用对数的20倍等于1，则这个声音的声压级为1分贝，用符号dB表示，且规定参考声压为零级，并等于2×10-5Pa。

1.3.2 爆破噪音的测量

噪声可用仪器测量。测量噪声所用的仪器有：声级计、频率分析仪、自动记录仪和优质磁带记录仪。

声级计是由传声器、放大器、计权网络和指示器组成。传声器又叫话筒（麦克风）。它

是把声信号转换成电信号的声电换能器。放大器是解决声级计内部电压放大的装置。

计权网络是根据人耳对声间的频率响应特性而设计的滤波器，它参考等响曲线设置A、

B、C三种频率。测量爆破噪声时，多采用A、C网络。

指示器是声级计的表头，其读数是声压的有效值。

测量瞬时噪声时要采用脉冲声级计。但是测量约束药包产生的爆破低频噪声时，应采用线性或非计权的测量仪器。

1.3.3 爆破噪音的危害作用及安全标准

爆破噪音会对人体健康产生危害作用，它主要是使人产生不愉快感觉，妨碍日常生活，使听力减弱。频繁的噪音使人的交感神经紧张，心脏跳动加快，血压升高，影响睡眠和激素的分泌。目前，我国《爆破安全规程》（GB6722-2003）已明确规定：爆破噪声为间歇性脉冲噪声，在城镇爆破中每一个脉冲噪声应控制在120 dB以下，复杂环境条件下，噪声控制由安全评估确定。即一无明确规定其标准，二是还难以达到准确的定量控制，通常是采取一定的措施将其减弱。

爆破噪音不仅对人员产生危害效应，与空气冲击波类似，对建筑物也会产生一定的破坏作用。

1.3.4 爆破噪音的影响因素

爆破噪音的强度和作用时间受地形、气象等的影响。气象是指温度、风力和气压等。 温度不随高度而变、无风的理想条件下，声波波线呈直线，噪音强度可按式13-29计算。当温度随高度增加时，声速增加，声波波线向下弯曲，直到弯至地表；靠近爆破区域的噪音强度增加，故可传播较远。当温度随高度减小时，声速减小，声波波线向上弯曲，说明声波能量向上方扩散，故传播不会太远。有时还可能出现比较复杂的温度梯度情况，此时声速可能先增加、然后减小，再增加、再减小，波线轨迹就特别复杂且可能出现聚焦。这时距爆破场地很远处可能出现极高的压力带或很强的噪音。同时，由于声波循直线和非直线轨迹在不同时刻到达某一点，使噪音持续时间很长，造成意外危害。在国内爆破实践中曾出现过这类特例事故。

1.3.5 爆破噪音的预防措施

在城镇拆除及岩土爆破，宜采取以下措施控制噪声：

（1）不用导爆索起爆网路，在地表空间不应有裸露导爆索；

（2）不用裸露爆破；

（3）严格控制单位耗药量、单孔药量和一次起爆药量；

（4）实施毫秒爆破；

（5）保证填塞质量和长度；

（6）在爆炸气体易于逸散的部位和方向上实施覆盖或遮挡；

（7）放炮时间尽量避开早晨、傍晚、云层较低的雨天或雾天；

（8）对暴露在外的雷管、导爆索等爆炸品，用松散的土壤进行掩埋等。

（9）选择合理的爆破方式。实验表明，装药内部爆破时，传给空气的爆炸能量受到限制，爆破噪音强度将随装药比例埋深的增加而减少。标准梯段爆破时，同一比例距离的条件下将降低30~40dB。几千克量级的猛炸药爆破时，覆盖土1m厚，噪音可降低20dB。

（10）爆区周围有学校、医院、居民点时，应与各有关单位协商，实施定点、准时爆破。

1.4 爆破破片与爆破飞石

1.4.1 爆破破片

结构物爆破时，伴随着爆体的爆破破碎，爆轰气体往往会推动破碎的破片向四周飞散，如金属破片，砖、石、混凝土的碎块等。此外，对于烟囱（特别是钢筋混凝土烟囱）、水塔等高耸建（构）筑物在定向爆破倾倒时，爆体落地与地面（特别是混凝土、岩石等刚性地面）撞击，还会产生飞溅的碎片，这种碎片飞散距离有时会大于爆破本身产生的碎片，80m以上的钢筋混凝土烟囱落地撞击混凝土地面时，有时可飞散150~200m。因此，无论是爆破本身产生的碎片，还是爆体落地撞击地面产生的飞溅碎片，都会对周围的建筑、设施和人员构成巨大威胁，甚至会导致人员的重大伤亡事故。

1.4.1.1 爆破破片的安全距离

在普通爆破中，飞散破片的安全距离一般根据经验数据确定。不同条件下、用不同方法爆破各种构件材料时，飞散破片的安全距离可参照表13-6确定。

表1-6 飞散破片的安全距离

1.4.1.2 爆破破片的安全防护措施

在城市拆除控制爆破中，虽然从爆破设计方面已经考虑了对混凝土、砖、石碎块的控 制，但由于爆体材料的非均质性，或者受技术水平和其它条件的限制，或施工时未能达到设计要求，还有可能出现碎块飞散超出规定范围的现象。因此，每次爆破都应采取一定的防护措施。特别是在繁华市区内建筑物密集、车辆人员众多以及有可能危及生命财产安全的场合下，更应作好安全防护工作。

实践表明，对爆破破片最有效的防护措施主要是覆盖和遮挡。用于覆盖和遮挡的防护材料应当有较高的强度和韧性、有一定的厚度和重量、易于设置和固定等特点。国外一般使用由工厂生产的橡胶带编制而成的制式“炮被”；国内使用的防护材料一般根据上述要求就地取材，例如废旧的橡胶制品（旧输送带、旧汽车轮胎、旧胶垫等）；编制物（竹笆、竹跳板、荆笆、草袋、草垫等）、钢丝网或厚度约1cm的钢板；圆木或厚度在2cm以上的木板等。

根据爆破目标的特点和周围环境，对爆破破片的防护可采用以下几种方式进行；

（1）厂房内钢筋混凝土实体结构爆破：需要保证附近的机器和设备正常工作时，应对爆体全面覆盖，严格控制碎片，使其不致飞散出来。

（2）厂区内结构物爆破：对距爆破目标较近的建筑物上的门、窗，应考虑重点遮挡；或对爆体的爆破部位进行覆盖。

（3）城市内爆破法开挖沟槽：爆除混凝土路面，应进行全面覆盖；市区拆除建筑物时，应封闭门窗，防止碎片向外飞散；建筑物的外围应酌情进行覆盖或遮挡；靠近街道拆除楼房时，应用圆木、钢丝网、木板等防护材料在重点方向实施加强防护。防护时，防护材料应离

开墙壁一定的距离，其高度应能完全遮挡住飞散的碎块。

（4）钢筋混凝土支柱失稳爆破：因药量较大，一般会有碎块飞散，应加强防护。其防护方法是将竹（荆）笆、竹跳板、旧输送带、草垫等捆包在支柱爆破部位的周围。

设置防护材料应牢固固定，不同构件和部位的防护材料不应连在一起，防止因部分构件倾倒时牵动或破坏其它部位的防护材料。在设置防护材料的过程中，应防止损坏起爆网路。当使用金属防护材料时，导线的接头必须用胶带（布）进行包缠，以免造成短路。

在控制爆破中，虽然对飞散的碎块进行了防护，但具体爆破时仍应规定危险范围（半径）。危险半径的大小应根据爆破的目标、倒塌的方式、破坏的程度、防护的质量等因素确定，一般不应小于50m，此范围内的人员必须撤离。

1.4.1.3 爆体撞击地面飞溅碎片的安全防护措施

（1）在确定爆破位置、起爆段数和起爆顺序时，尽量避免整个爆体一次性落地；

（2）降低烟囱或水塔等高耸构筑物的爆破切口位置；

（3）在烟囱或水塔等高耸构筑物定向爆破倒塌落地的预定撞击点处的地面位置，铺垫一定厚度的缓冲材料（如土袋、煤灰渣袋等）等；

（4）在预定的撞击点处两侧，如果有建筑物、设施需要保护的玻璃等易碎目标，需用竹（荆）笆、竹跳板、旧输送带、草垫等悬挂遮挡；或者在撞击点两侧的近距离处扎脚手架悬挂竹（荆）笆、草垫等，形成遮挡屏障，其高度应大于撞击点以450向外飞散至遮挡屏障处的高度；

（5）爆破的安全半径以及人员参观点、点火站和警戒人员所处的位置，应大于正常爆破所需的安全距离。

1.4.2 爆破飞石

爆破技术是露天采矿、公路建设、水利设施、基础开挖等工程中的最常用和最有效的方法。这种破岩技术在达到施工目的的同时，也带来相应的负面效应。据有关资料统计显示，美国1982～1985年露天爆破事故中，飞石事故占59%；日本在1977年发生的爆破事故中，飞石事故占91%，仅在1988年飞石事故占事故总数的73%。在爆破危害的控制中，飞石和震动的控制是较困难的。因此，如何在保证安全爆破效果的同时，严格控制和减轻飞石和震动的危害，是确保安全、提高效率、节约成本、减少事故的关键。

个别飞石的产生，主要是因为炸药爆炸能破碎土石后，还有较多剩余气体能量继续作用于碎石，使之获得很大动能及初速，如遇有岩体构造上的薄弱面（断层、裂隙、软夹层等），强大的气体能量即从该处集中冲出，使该部分碎石获得极大的动能并以很高的初速（有时大于岩体鼓包运动的速度几倍）向外飞出。由于爆破条件非常复杂，要从理论上计算出个别飞石的飞散距离是十分困难的，—般常用经验公式或根据施工经验来确定。

1.4.2.1 爆破飞石距离的确定

（1）爆破飞石距离的理论公式

飞石抛落距离取决于抛射角、初速和地形、风向等各种因素，飞石本身形状和尺寸也有很大影响。当忽略空气阻力时，飞石最大抛落距离可由下式计算：

RmaxV02sin2 （1-30） g

山区爆破要考虑地形影响，沿山坡下方抛散时飞石抛落距离为：

2V02cos2(tgtg) Rmax （1-31） g

式中，V0―飞石初速度，m/s；

―飞石抛射角，0；

―山体坡角，0；

g―重力加速度，9.81m／s2。

抛射角α=45°时飞散最远。大量测试数据表明，松动爆破时飞石初速约为10~20m/s，抛掷爆破时飞石初速约为30~100m／s。但个别飞石的初速值还难于用理论解析方法确定。

（2）集中装药内部爆破飞石距离经验公式

集中装药爆破包括药室（硐室）爆破、药壶法爆破、装药较少且集中的药孔爆破和拆除控制爆破。虽然拆除控制爆破时多采用药孔法装药，但其装药量较小，在孔内比较集中，可近似视为集中装药。集中装药内部爆破的飞石距离可按下式进行估算：

RF20KFn2W （1-32） 式中 RF—个别飞石（土）的安全距离，m；

n—最大一个装药的爆破作用指数；

W —最大一个装药的最小抵抗线，m；

KF—安全系数，一般取1.0～1.5，根据地形与不同方向上可能产生飞石的条件而定。爆破法开挖防坦克壕时，轴向取KF =1.0，壕的侧向取KF =2.0；爆破法开挖平底坑亦取2。

公式（1-32）对于山坡单侧硐室抛掷爆破和最小抵抗线小于25m的硐室爆破，计算的结果与实际情况比较接近。而对双侧抛掷爆破或土石爆破时，计算值偏大，KF可取0.5～0.8。

由于地形高差的影响，飞石向下坠落后会蹦跳一段距离，这段距离可用下式来确定：

2 XRF[2cos(tgtg)1] （1-33）

式中 X—蹦跳距离，m；

RF—个别飞石的飞散距离，m；

—最小抵抗线与水平线的夹角，0；

—山坡坡面角，0。

在高山地区进行硐室大爆破时，尚须考虑爆破后岩块沿山沟滚滑的范围。如某地在山区进行松动爆破，岩块沿山坡滚滑的距离达700m。当山沟坡度较大而又有较厚的积雪时，爆破后的岩块将滚滑很远。如某矿一次抛掷大爆破，岩块沿两侧山沟滚动形成岩石流，流动的距离达4km。

总结几次硐室爆破飞石事故后得出，造成飞石抛散过远原因是：

① 装药洞口填塞质量差，冲出的高压气体夹有许多石块，飞散较远；

② 岩体不均质，从软弱夹层方向冲出飞石；

③ 装药最小抵抗线不准，因过量装药产生飞石；

④ 鼓包破裂后，沿最小抵抗线方向获得较大初速的个别飞石。

（3）药孔爆破飞石距离经验公式

① 按照炸药单耗、药孔直径和爆破的统计规律给出的公式

根据Lundborg的统计规律，结合我们的工程实践经验，深孔爆破飞石距离可由下式计算：

RfmaxKTqD （1-34）

式中 KT—与爆破方式、填塞长度、地质和地形条件有关的系数，垂孔台阶爆破：

KT=1.0～1.5；水平孔台阶爆破：KT=1.5～2.5；

q—炸药单耗，kg/m3；

D—药孔直径，mm。

② 露天台阶爆破按照药孔直径给出的公式

瑞典德汤尼克研究基金会对露天台阶爆破的飞石问题进行研究，提出下面的经验公式来估算台阶深孔爆破的飞石距离：

RFmaxKD （1-35）

K—安全系数，取15~16；

D—药孔直径，cm。 式中，RFmax—飞石的飞散距离，m；

该经验公式适用于单位炸药消耗量达到0.5kg/m3的爆破条件。

实践证明，正常台阶爆破的飞石一般不会太远（多数小于按式(1-35)计算的距离）。但是，当填塞长度过小或最小抵抗线过大而形成爆破漏斗效应，以及岩石中含有软弱夹层，或梯段深孔爆破由于过量装药、穿孔位置错误、工作面局部超挖、介质不均匀性、岩体有薄弱面、起爆顺序错误等种种原因，个别飞石距离可能大于200m，甚至个别飞石飞散得很远，有时可能飞出1km。最坏的情况是采用大直径的药孔爆破。

1.4.2.2 爆破飞石的预防措施

对于爆破飞石效应，可采取以下预防措施：

（1）布孔前详细测量爆体尺寸，确保实际最小抵抗线不小于设计值；

（2）使最小抵抗线方向避开重点保护目标，指向开阔区；

（3）根据岩石性质和具体的地质条件确定合理的装药量、装药集中度和单耗药量；

（4）加强填塞质量，填塞长度应大于最小抵抗线或30倍孔径；

（5）严格执行钻孔测量验收制度；对不利的地质条件应在装药量、装药结构与布孔方面采取相应措施；

（6）尽量避免多药包同时起爆，采用微差起爆方式，并保证前后排延时间隔大于或等于50ms；

（7）当临近建筑物爆破时，可调整爆破开采的作业面方向及采用覆盖工作面等措施；

（8）所有人员撤至设计的或爆破安全规程规定的安全距离以外。

1.5 爆破对环境的有害影响

1.5.1 爆破毒气（有害气体）

炸药不良的爆炸反应会生成一定量的一氧化碳和氮的氧化物。此外，在含硫矿床中进行爆破作业，还可能出现硫化氢和二氧化硫（本节不作重点介绍）。上述四种气体都是有毒气体，凡炸药爆炸以后含有上述四种中的一种或一种以上的气体叫做炮烟，或称之为爆破毒气。人体吸入炮烟，轻则中毒，重则死亡。据我国部分冶金矿山爆破事故统计，炮烟中毒的死亡事故占整个爆破事故的28.3％。

1.5.1.1 爆破毒气的组分与毒性

炸药一般是含有不同成分的氧、氮、氢、碳原子为基础的化合物，按理想的爆炸反应是：碳氧化为二氧化碳，氮还原为单体氮。但实际反应并非如此简单，而是产生一定数量的氮氧化合物和一氧化碳，这就是主要的爆破毒气。

（1）一氧化碳

一氧化碳（CO）是在供氧不足情况下产生的无色无味气体。标准状态下密度为

1.185g/dm3（是空气密度的0.967倍），比空气轻些。故总是游离在坑道顶部，易用加强通风驱散。在相同条件下它在水中的溶解度比氧小。

一氧化碳的毒性在于它与血液中的血红蛋白能合成碳氧血红蛋白，达到一定浓度就会阻碍血液输氧，造成人体组织缺氧而中毒。血液吸收一氧化碳达到20％饱和状态就发生昏迷、呼吸短促与困难；达到50％饱和就很难站立，稍用力即昏迷，接近死亡。

（2）氮的氧化物

爆破气体中氮的氧化物主要包括NO、N2O3、NO2／N2O4等，一般假定以NO2／N2O4为代表。

NO2／N2O4与N2O3易溶于水，当吸入人体肺部时，就在肺的表面粘膜上产生腐蚀，并有强烈刺激性。这些气体会引起刺激鼻、辣眼睛、咳嗽及胸口痛。低浓度时导致头痛与胸闷，浓度较高时可引起肺部浮肿而致命。这些气体具有潜伏期与延迟特性，开始吸入时不会感到任何征候，但几个小时（常达12h）后剧烈咳嗽并吐出大量带血丝痰液，常因肺水肿死亡。 NO难溶于水，故不是刺激性的，其毒性是与红血球结合成一种血的自然分解物，损害血红蛋白吸收氧的能力，导致产生缺氧的萎黄病。最近的研究表明，NO毒性虽稍逊于NO2，但它常常有可能氧化为NO2，故认为两者都是具有潜在剧毒性的气体。

根据我国煤炭部门测试记录，离巷道工作面5~10m范围内、爆破后尚未通风的条件下，爆破气体中氮氧化合物浓度约为0.1%，在这样高浓度下呼吸，很短时间即可致命。浓度超过0.01%，即100PPM（Parts Per Million的缩写）时，只要呼吸几小时，对人体就很有害。 由于氮氧化合物的刺激作用，其含量浓度虽低于毒性水平，但若长期呼吸，也可造成慢性中毒。

大量事实证明，呼吸带有矽尘的氮氧化合物气体能加速产生矽肺病；反复呼吸微量氮氧化合物会产生一种粘膜炎病症，它会由于矿尘的存在而加剧；或使已存在的矽肺病加速发展。

爆炸气体除对肺的作用外，大量吸收还能使细胞组织中微发状运动停止，从而破坏了由肺部清除尘埃的防护功能。

1.5.1.2 产生爆破毒气的原因

根据试验及理论分析，爆破气体中产生有毒成分的原因如下：

（1）炸药组分

凡是较易达到安全爆轰的炸药，如含有高感度成分的硝化甘油，黑索金等类炸药，爆后产生的CO较多，NO2较少；含有氧化剂KNO3、NaNO3的炸药也比含NH4NO3者较易爆炸完全，产生的NO较少。

炸药中含有碱金属硝酸盐类时，将在爆炸过程中起接触作用，促进如下的完全氧化反应：NH4NO3＝N2＋2H2O＋0.5O2；或者加速氮、氧化合物与可燃气体间的二次反应，显著降低了NO2成份；但对CO成份则影响很小。为此，前苏联曾在硝铵炸药中加入8~10%KNO3。我国煤碳部门试验得知，在2号岩石硝铵炸药中加入KNO3，爆后取样时不用防毒面具，巷道内能见度明显提高，分析NO2含量只有不加KNO3时的1/3～1/4。

（2）炸药氧平衡

炸药的氧平衡影响CO的生成是明显的，愈是缺氧，就愈是增加爆炸气体中CO成份。零氧平衡或正氧平衡的炸药，虽然减少爆后CO成份，但氧并未被完全吸收，而是与氮结合成氮氧化合物，或还有一部分成为游离状态氧。

（3）起爆能

一般说来，起爆药卷质量越大和威力越大，生成的有毒气体也越少；反之，如起爆能不足，则易导致爆轰不完全而产生更多的有毒气体。

实验得知，无论是正氧平衡或负氧平衡炸药，随起爆能增大，爆后NO2成份随之降低。但CO成份则不同，对负氧平衡炸药，起爆能增大则爆后CO成份也大；对正氧平衡与零氧平衡炸药影响并不明显。

（4）炸药作用条件

研究证明，①药孔中有水会使NO2的生成量增加；②岩层有裂隙和封闭性差时，产生爆后有毒气体量比坚硬均质的岩体要多，如果药孔较浅，情况更加恶化；③如果药孔中岩粉未吹净，这些惰性物质也会使炸药爆炸反应不完全或减慢速度，增加NO2生成量；④增加所爆岩石和地下空气潮湿度将迅速减低NO2浓度；⑤装药与孔壁间是否存在空隙，对爆后有毒气体含量也有很大影响，试验说明，采用一般药卷与散装药爆破时，由于散装药完全填满药孔，爆后有毒气体浓度就会显著降低。

1.5.1.3 预防措施

在实际爆破作业中，单位质量炸药爆后生成的气体约为300～500l/kg，其中有毒气体约占20～100 l/kg。根据以上所述，降低有毒气体的危害程度，可采用以下措施。

（1）使用合格炸药或选定炸药合理配方

从理论上设计接近零氧平衡的炸药，供地下爆破专用。根据我国煤炭部门研究提出，矿用炸药的有毒气体含量不能超过80 l/kg。

（2）增大起爆能

起爆能不足会产生大量有毒气体，故选用感度较高、威力较大的炸药作为起爆药包，对感度较低的炸药（如铵油类、不含梯恩梯或含梯恩梯较少的硝铵类炸药等）尤为重要。同时，做好爆破器材防水处理，确保装药和填塞质量，避免半爆和爆燃。

（3）选定合理装药形式

装药前必须将药孔内水及岩粉吹干净。根据情况采用散装药（耦合系数为1），将会显著降低有毒气体浓度。此外，装药密度、起爆药包的位置、填塞物种类、堵塞质量等，对有毒气体的产生都有一定影响。

（4）加强通风与洒水

爆后通风，可驱散比重较小的CO。我国《煤矿和油母岩规程》曾规定：按单位质量炸药爆后产生CO量为100 l/kg（包括将氮氧化合物成份折算为6.5倍CO量）计算，通风20min即可将有毒气体浓度冲淡到0.02%以下。因此，爆破后要加强通风，一切人员必需等到有毒气体稀释至爆破安全规程中允许的浓度以下时，才准返回工作面；地下爆破中必须坚决执行《煤矿安全规程》，爆后至少通风20min才准进入工作面。按一般经验，爆破烟尘可在几分至十几钟内扩散干净。

井下爆破前后加强通风，应采取措施向死角盲区引入风流。

洒水一方面可将溶解度较高的NO2/N2O4·N2O3转变为亚硝酸与硝酸；另一方面可将难溶于水的氮氧化合物（如NO）从碎石堆或裂隙中驱赶出来便于随风流出工作面。在水中加入一定浓度的碱液，如加入Ca（OH）2、Na2CO3等则效果更好。

（5）加强炸药的质量管理，定期检验炸药的质量，注意防水和防潮，不要使用过期变质的炸药；避免炸药产生不完全的爆炸反应而产生过多的毒气。

（6）露天爆破选定点火站和观测站时，应考虑爆破当天的风向和地形条件，点火站和观测站要尽量避免设在下风方向。若须在有毒气体影响范围内工作时，应采取有效的个人防护措施。

1.5.2 爆破对环境的其它危害影响

爆破对环境的危害影响，除前述爆破有害气体、爆破噪音外，尚有爆破对养殖业和水中生物及涌浪、饱和砂基的振动液化、爆炸灰（粉）尘等问题。对这些方面的影响问题，目前研究尚不够深入，在此仅作简单介绍。

1.5.2.1 爆破飞石、水中冲击波和涌浪对水中生物的影响

在靠近有养殖业水产资源的水域实施岩土爆破或水中爆破时，爆破飞石、水中冲击波和涌浪会对养殖业、水中生物等产生不利影响。因此，爆破前应事先对其影响程度进行评估，并提出可行的安全保护措施：

（1）尽量减少向水域抛落爆岩总量和一次抛落量；需向水域大量抛人岩土时，应事先评估其对水中生态环境的影响，提出可行性报告，经环保和生物保护管理部门批准，方可实施；

（2）水下爆破应控制一次起爆药量和采用削减水中冲击波的措施，计算水中冲击波峰值超压值，并按照表1-26的标准确定药量；

（3）起爆前应驱赶受影响水域内的水生物；

（4）受影响水域内有重点保护生物时，应与生物保护管理单位协商保护措施。

1.5.2.2 爆破涌浪的影响

在海边或湖边进行大型石方爆破时，爆岩落水后会产生涌浪，涌浪冲至岸上会影响傍岸建筑物和设施的安全。涌浪高度可按照下式估算：

H0.45LT/B

h2/3R （1-36）

式中 —抛体前沿宽，m；

T—抛体厚，m；

L—抛体滑距，m；

B—抛堆水面宽，m；

h—水深，m；

R—距离，m。

爆破的涌浪控制措施有：靠近水域实施岩土爆破时，应调查岸滩的坡度、长度、坡底及水深情况；提出涌浪对岸边建筑物、设施以及水上船舶、设施的影响程度和范围，并于爆前会同各有关单位协商提出保证安全的措施。

1.5.2.3 饱和砂基的振动液化问题

根据实验资料，饱和沙土的液化范围R为：

R(2.15~3.2)Q （1-36）

式中，R—液化范围，m；

Q—单药包药量，kg。

相应液化区边缘的钻孔水中冲击波超压为25～45MPa。

金堆城钼矿尾矿坝加固大爆破，实测砂坝V水平13=5.08cm/s，V垂直=4.84cm/s，均未出现液化问题。

对爆破振动液化问题，主要从两个方面进行控制：一是在饱和砂(土)地基附近进行爆破作业时，应邀请专家评估爆破引起地基振动液化的可能性和危害程度；提出预防土层受爆破振动压密、孔隙水压力骤升的措施；评估因土体“液化”对建筑物及其基础产生的损害。二是实施爆破前，应查明可能产生液化土层的分布范围，并采取相应的处理措施，如：增加土体相对密度，降低浸润线，加强排水，减小饱和程度；控制爆破规模，降低爆破振动强度，增大振动频率、缩短振动持续时间。

1.5.2.4 爆炸灰（粉）尘

城镇楼房等建（构）筑物用爆破法拆除时，城镇楼房等建（构）筑物在爆破过程及落地后会产生大量灰（粉）尘，这些灰尘将会对环境产生一定的污染。因此，爆破工程中在确保爆破作业安全的条件下宜采取以下措施，减少粉尘污染：