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發展，油氣長輸管道通常需要在地形復雜的山區或丘陵地段敷設，因此管道不可避免的與山區的各類采石場近距離敷設。同時隨著城市建設的發展，爆破活動越來越頻繁，爆管、穿孔、泄露等一系列事故也經常發生。本文通過對采石場的采礦工藝進行分析，系統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，從而確定油氣管道敷設時與采石場等爆破場所的安全距離。

關鍵詞：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，能量在地層內部傳播時成為體波，能量在地層表面傳播時成為面波。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，其中體波是在近區內對管道造成破壞的主要因素。爆破產生的地震波是整個爆破過程中對管道產生危害的最重要危險源。

爆破地震波一方面通過介質直接傳遞給管道，容易引起管道發生往復式振動，造成管道變形應力破壞;另一方面爆破地震波可能間接擾動周邊附近的地形環境，容易誘發滑坡、地面崩塌等次生災害，同樣造成管道破壞。當炸藥在巖石中瞬時爆破時，爆破產生的沖擊波會在瞬時內達到最大值，然后沖擊波破碎巖石后，強度變弱逐漸衰減為爆破地震波，同時引起周邊巖石的強烈振動并沿介質向周圍傳播，直至爆破能量被周圍介質吸收。當爆破地震波到達管道時會引起管道的振動甚至破壞。

爆破產生的地震波在地層中的能量傳播同樣受到地質條件的影響。粉質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。從振動物理學角度分析，速度是單位時間內位移量的大小，反應位移的快慢程度，而加速度只是反應速度變化快慢的參數，不能具體反應位移值，因此不能具體體現管道的受破壞情況，反而振動速度可以作為管道受損情況的判據。針對爆破地震波作用下埋地管道的安全標準問題，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[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），根據上述的爆破方法，Q取287kg;

V——保護對象所在地安全允許質點振速，V取14cm/s;

m——藥量系數，m取1/3;

K、α——與爆破點至保護對象間的地形、地質條件有關的系數和衰減指數，一般中硬巖石k取200，α取1.7。

經過計算，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、完整性以及裂隙發育程度不盡相同，因此在爆破過程中會產生大小不一的飛石，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1.5～2，山坡爆破取2。

通過計算，爆破時產生飛石的飛散距離為115m。油氣管道通常采用埋地方式敷設，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，當考慮建筑物時K取1，當考慮人員時K取10。

經過計算爆炸沖擊波對建構筑物的安全距離為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，使人體產生缺氧現象，產生窒息中毒甚至死亡。NO2主要影響人的呼吸系統，對支氣管和肺組織產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，根據經驗平均取160;

Q——裝藥量，Q取兩排藥量575kg。

經過計算爆破產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 結論

經過以上計算爆破產生的地震波、沖擊波等有害因素進行分析，得出以下結論：

1）爆破產生的地震波、飛濺物、沖擊波和有毒氣體都會對管道建設和運行產生影響。其中爆破產生的地震波是造成埋地管道破壞的主要因素，施工時應有效控制地震波的影響范圍及傳播強度。

2）若管道已經建設完成，在保證爆破產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大于32m。

3）若管道為新建管道，在管道施工時應考慮爆破產生的飛濺物、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不能同一時間段內進行。

參考文獻：

[1] 中長期油氣管網規劃：6。

[2] 輸氣管道工程設計規范（GB50251-2015）：134。

[3] 爆破安全規程（GB6722-2014）：42。

[4] 爆破安全規程（GB6722-2014）：47。