采石場地面炸藥倉庫的防雷設計

李國龍　張康超　邱世善

[摘 要]國家經濟的快速發展，能源及資源的需求量不斷增長，礦山數量也隨之迅速增加，炸藥倉庫作為采石場危險品存放的重級防護倉庫，防雷設計要進行多方面考量，采石場地面炸藥倉庫的安全關系到全廠區的安全，是采石場生產、生存的重中之重。炸藥倉庫存放易燃易爆品，具有非常高的危險性，一旦發生爆炸，會造成大量的人員傷亡和財產損失。防雷設計要做到設計合理安全規范和全面，保證安全可靠.

[關鍵詞]地面炸藥倉庫 直擊雷 閃電感應 閃電靜電感應 接地網

中圖分類號：F274；D631.44 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）01-0006-02

雷擊的危害：

雷電是自然大氣中的一種電荷放電現象，常伴有強烈的閃光和巨大的響聲。當云內、云際、云地間的電場強度達到一定強度時，就會擊穿大氣，形成導電通道，發生閃電放電現象。

雷電的危害主要是指雷云與大地之間放電現象帶來的雷擊事故，采石場地面炸藥倉庫雷擊事故的危害主要來源于二個方面：

一、是直擊雷的危害。直擊雷的危害主要來源于雷電直接擊中地面物體時產生的機械力、熱效應和電效應等對物體產生的危害。

雷電直接擊中物體的一瞬間，強大的雷電流和高電位，會產生巨大的能量，并以機械效應、熱效應和電效應的形式表現出來。雷電的機械效應主要以沖擊波和內壓力，使被擊中物體發生爆破和錯位；熱效應會使雷擊點附近溫度升高，甚至超過6000℃，導致被擊物體燃燒，金屬熔化；雷電的電效應會使雷擊點及附近金屬物體電荷急極升高，使載流導體變形要，甚至折斷。

二、閃電感應：閃電電磁感應、閃電靜電感應危害。是指雷電產生的電磁感應和靜電感應所造成的危害。

由于雷電流非常強大，雷電流的峰值和陡度極大，所以在其周圍產生強大的電磁場感應電動勢。處在放電通道附近的金屬導體、電氣電子設備感應出過高的過電壓和過電流，導致金屬間產生火花、電氣電子設備被擊壞；使附近金屬導體帶上高電位，同時該高電位與大地連接的其它金屬體發生空氣間隙擊穿，形成雷電反擊，從而可能引發多個金屬體之間的一系列反擊，導致與諸連接的金屬體和電氣電子設備被擊圩，甚至危及人員生命安全。

采石場地面炸藥倉庫的環境特點

炸藥倉庫通常具有以下特點：⑴地理位置：炸藥倉庫通常建立在較無人住的郊外等地；⑵實施條件：無論是在郊外還是在山區往往都不具備符合要求的防雷措施；⑶土壤電阻：由于地處山區，土壤電阻率都較大；⑷內部 環境：內部都儲存有大量的炸藥、雷管等易燃易爆物品。

從以上幾個特點不難發現，從雷電防護角度來看，炸藥倉庫一般都運行于高風險環境下，炸藥的妥善存儲是安全生產的頭等大事，雷電防護是炸藥倉庫設計中必須考慮的重要環節。隨著國家經濟的快速發展，能源及資源的需求量不斷增長，金屬及非金屬礦山數量也隨之迅速增加，防雷設計在這一領域的重視程度也達到了一個新的高度。

根據《建筑物防雷設計規范》GB50057-94（2010年版）第3.0.2.1條第一項的規定，采石場的地面炸藥倉庫為第一類防雷建筑物，應設防直擊雷措施、閃電感應、閃電電磁感應、閃電靜電感應措施。

1、直擊雷的防護措施

《建筑物防雷設計規范》規定第一類防雷建筑物應裝設獨立接閃針或架空接閃線（網）。經調查發現，采石場的地面炸藥倉庫均設置在一些偏遠、邊緣地帶，大多為低矮的獨立建筑物。所以采用單支或雙支接閃針保護即可。

根據《建筑物防雷設計規范》，獨立接閃針的支柱及其接地裝置至被保護建筑物的距離不得小于3米。在實際工程中，要實地測量得到倉庫的長、寬、高及四置環境等參數，再計算得出接閃針的高度和保護范圍。

1.1 單支接閃針保護范圍的計算

參照《建筑物防雷設計規范》附錄四滾球法計算確定接閃器的保護范圍。接閃針在hx高度上的保護半徑（如圖1所示）

AD=rx=√h（2hr-h）-√hx（2hr-hx）。

式中：

rx--------接閃針在hx高度上的保護半徑

hr-----------滾球半徑，取hr=30米

hx--------被保護物高度，即是建筑物高度加一米

h----------接閃針高度

反過去可計算確定接閃針高度。

1.2 雙支等高接閃針的保護范圍的計算

參照《建筑物防雷設計規范》附錄四雙支等高接閃針的保護范圍的計算。當兩針間距離D<2√h（2hr-h）時，

hx=hr-√（hr-h）2+（D/2）2，可計算出接閃針高度h。要確定x平面上的保護范圍，先以單支接閃針的保護半徑rx為半徑，以兩支接閃針為圓心作弧線相交，再以兩交點為圓心，以單支接閃針的（ro-rx）為半徑作弧線與半徑為rx的弧線相切，所圍成的圖形就是雙等高接閃針在hx高度的保護范圍。（ro=√h（2hr-h））

另一種方法是作圖法，如圖2所示：

A、B為接閃針，O為中點，HG=√hx（2hr-hx）

HG=EG=FG=r1，AE=BE=rx

因為三角形AOG是直角三角形，用勾股定律計算出rx，將hr、hx、rx代入公式：h=hr-√hx2-（rx+r1），可求得接閃針的高度。

2、防閃電感應措施

炸藥倉庫雖然安裝了防直擊雷設施，可雷電放電通道的不確定性，不同強度雷電的雷擊點的不同性，所以倉庫還應安裝防閃電感應措施。

地面炸藥倉庫一般為平面或有低矮女兒墻，應沿屋面四圍設置接閃帶，并在屋面設置5m×5m或6m×4m的接閃網格，每不大于12米設置一根引下線與接地裝置相連。炸藥倉庫存放的都是易燃易爆的火工產品，為防止室內溫度過高，要求倉庫通風條件良好，都在倉庫四面墻上設置許多柵格金屬通風窗，分上下兩層。倉庫的門和門套一般也是金屬材料，當發生雷擊或閃電感應時，這些金屬柵格欄、門窗和屋面板筋都會感應帶有很高的電壓，如不及時壓降清零，就會產生火花放電現象，危及庫內炸藥、雷管等，甚至發生爆炸。另外，球形雷也時有發生，隨著氣流的移動，球形雷也會襲擊倉庫，產生的火花放電現象會產生非常嚴重和后果。所以，倉庫的金屬門窗、通風柵格欄和屋面板筋應進行防雷接地。將屋面板筋、金屬柵格欄上下兩層與地網可靠連接，倉庫的門也要與地網可靠連接。接閃網與引下線構成一個法拉第籠，可有效地防止防閃電感應有效地保護炸藥倉庫的安全。

2.1 消除人體靜電措施

人體在活動的過程中，由于各種因素，使人體帶有大量的電荷。在干燥的冬季，衣服上的靜電就更加明顯，可高達幾千伏甚至上萬伏的電壓。人體衣服上的靜電電荷電壓雖然不大，可其產生的電火花放電對倉庫內易燃易爆危險品產生很大的影響，嚴重時會發生爆炸。這樣就必須清除人體身上的靜電，保證安全操作，保證炸藥倉庫的安全。

消除靜電的措施一般為靜電球，設置在倉庫入口旁邊或在進入倉庫的通道邊上。靜電球由不銹鋼金屬球、金屬管與接地網連接組成，當工作人員進入倉庫前用手觸摸靜電球，消除身上的靜電，確保操作安全。

3、接地裝置的設計

一般認為，接地電阻越小，散流越快，地電位升高率越小，對人的危害越小。由于炸藥倉庫大都是獨立低矮的小建筑物，因此一般采用人工接地網，接地網繞建筑物做成環形地網。如山地土壤電阻率偏大，可采用換土或施加降阻劑方法。

接地裝置的設置參照《建筑物防雷設計規范》第4.2.1.8、4.2.1.5及4.2.2.3條規定。炸藥倉庫應具有兩個獨立的接地裝置，即是接閃針和防閃電感應，電磁感應接地網獨立接地網，兩個獨立地網間距應不小于3米。接閃針獨立接地裝置應采用環形人工地網。環形人工地網由水平接地裝置和垂直接地裝置組成。接地網距被保護的建筑物應不3小于米。可圍繞倉庫鋪設，也可在倉庫外鋪設。工頻接地電阻不應大于10Ω。

4、結束語

以上是采石場炸藥倉庫的防雷設計，在施工過程中還要和實際相結合。理論結合實踐，才能做出好工程。

參考文獻：

[1] 《建筑物防雷設計規范》GB50057-94（2010年版）

[2] 蘇邦禮等《雷電與雷電工程》中山大學出版社 1998

[3] 《防止靜電事故通用導則》GB12158-90