小型民用爆炸物品儲存庫爆炸事故后果分析

陳衛紅*，周珣，董玲

（1.湖北寰安康華安全科技發展有限責任公司，湖北武漢，430070；2.湖北省安全生產監督管理局，湖北武漢 430071）

小型民用爆炸物品儲存庫爆炸事故后果分析

陳衛紅1*，周珣2，董玲1

（1.湖北寰安康華安全科技發展有限責任公司，湖北武漢，430070；2.湖北省安全生產監督管理局，湖北武漢 430071）

我國現有數萬座民用爆炸物品儲存倉庫，本文通過對民爆物品儲存庫5噸硝酸銨炸藥爆炸沖擊波傷害、爆炸振動和爆炸飛散物距離的計算，提出爆炸對人員和建（構）筑物的傷害和損壞程度，指導民爆物品安全管理和防控。

爆炸物品；儲存庫；爆炸；防護屏障；分析

引言

2005年9月12日我國云南省彌勒縣朋普鎮沈崗村一輛長廂貨車滿載18噸硝酸銨發生爆炸，事故造成13人死亡、50人受傷，導致700m左右的房屋受到損壞，爆炸飛散物最遠距離達到1000m。2015年天津港“8.12”特別重大火災爆炸事故嚴重受損區達到了直徑 3km范圍，中度受損區達到了直徑5.4km范圍，爆炸沖擊波波及北側最遠達13.3公里，第一次爆炸的能量約為15噸TNT當量，第二次爆炸的能量約為430噸TNT當量。筆者長期從事民爆物品儲存庫安全評估工作，對湖南、廣東、湖北、河南、四川等省民爆庫進行了大量實地調查。民爆庫普遍存在庫房選址不當、防護屏障建設不規范等問題，若發生民爆物品儲存庫爆炸事故，后果堪憂。

《爆破安全規程》（GB6722-2014）“13 安全允許距離與對環境影響的控制”明確要求，爆破地點與人員和其他保護對象之間的安全允許距離，應按各種爆破有害效應(地震波、沖擊波、個別飛散物等)分別核定，并取最大值。并應考慮爆破可能誘發的滑坡、滾石、雪崩、涌浪、爆堆滑移等次生災害的影響，適當擴大安全允許距離或針對具體情況劃定附加的危險區。我國小型民用爆炸物品儲存庫最大可儲存工業炸藥5t，雷管2萬發。本文按照地震波、沖擊波、個別飛散物爆炸模型對一座 5t炸藥庫發生爆炸進行計算安全允許距離，并將計算結果與《小型民用爆炸物品儲存庫安全規范》（GA 838-2009）規定的外部距離進行比較，供民用爆炸物品管理、使用單位參考。

1 爆炸地震波傷害

1.1 爆炸地震波傷害模型

炸藥爆炸后，地震波會造成爆源附近地面上一切物體產生顛簸或搖晃。當爆破振動達到一定強度時，會造成爆區周圍建(構)筑物的破壞。爆破振動計算可按式(1)進行:

式中：R—— 爆破振動安全允許距離，m；

Q——炸藥量，齊發爆破為總藥量，延時爆破為最大單段藥量，kg；

V——保護對象所在地安全允許質點振速，cm/s；

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，應通過現場試驗確定；在無試驗數據的條件下，可參考表1選取。

表1 不同巖性K、α取值

《中國地震烈度表》（GB/T 17742-2008），烈度、水平向地面運動、房屋損害程度見表2。

表2 中國地震烈度損害一覽表

1.2 地震波傷害模型計算結果

國內小型民爆庫多為地面庫，考慮到爆炸現場地質、地形條件，取軟巖石K=350，α=1.8,在總藥量5t條件下進行計算，計算結果見表3。（具體爆破作業或民爆庫房選址可以根據地質條件選擇參數）

表3 距爆源振動距離與質點振動速度計算結果一覽表

結果分析：5t炸藥爆炸后，在距離爆炸中心 28～41m的范圍內相當于地震烈度10度以上，絕大多數房屋傾倒；在距離爆炸中心41～60m 范圍內產生的振動相當于地震烈度9度，多數房屋嚴重破壞；在距離爆炸中心61～86m范圍內產生的振動相當于地震烈度8度，房屋大多數嚴重或中等破壞；在距離爆炸中心89～123m范圍內產生的振動相當于地震烈度7度，房屋多數中等破壞；在距離爆炸中心130～181m范圍內產生的振動相當于地震烈度6度，房屋多數輕微破壞；在距離爆炸中心 205～300m范圍內產生的振動相當于地震烈度5度，房屋門窗、屋頂、屋架顫動。

《爆破安全規程》（GB 6722-2014）第13.2.2款采用保護對象所在地基礎質點峰值振動速度和主振頻率給出了地面建筑物、電站（廠）中心控制室設備、隧道與巷道、巖石高邊坡和新澆大體積混凝土的爆破振動安全允許標準，見表4。地面炸藥庫爆炸頻率在40Hz～100 Hz之間，一般民用建筑物安全允許質點振動速度為2.5～3.0cm/s。按照公式1計算，允許安全距離為240～300m。

表4 爆破振動安全允許標準

齡期：7d～28d 7.0～8.0 8.0～10.010.0～12.0

根據《小型民用爆炸物品儲存庫安全規范》（GA 838-2009），5t炸藥庫距離人數不大于50人的零散住戶邊緣不小于180m；距離人數大于50人的居民點邊緣，企業住宅區建筑物邊緣、其他單位圍墻不小于300m。可見，爆炸地震波對在距離爆炸中心 180～300m的范圍內的房屋在爆炸產生的地震波作用下會發生門窗、屋頂、屋架顫動，可能造成一定的損壞，但對于300m范圍外的房屋基本不會造成損害。按照一般民用建筑物安全允許質點振動速度，240～300m的范圍內存在少量零散住戶是可以接受的。

2 爆炸沖擊波超壓

2.1 爆炸沖擊波超壓模型

炸藥爆炸瞬間釋放出大量高溫、高壓的爆炸產物高速沖擊周圍的空氣，使其壓力、密度和溫度升高而形成空氣沖擊波。《爆破安全規程》( GB67222-2014)第13.3.2條規定在平坦地形條件下，按式(2)進行爆炸沖擊波超壓計算。空氣沖擊波超壓的安全允許標準：對不設防的非作業人員為0.02×105Pa。

式中：ΔP——空氣沖擊波超壓值，×105Pa；Q——一次爆破梯恩梯炸藥當量，秒延時爆破為最大一段藥量，毫秒延時爆破為總藥量，kg；R——爆源至保護對象的距離，m。

對于其他種類的炸藥，則按能量相似換算成梯恩梯當量即可:

式中:Qi為某種炸藥的炸藥量，kg；qi為某種炸藥的爆熱，kJ/kg；qT為梯恩梯炸藥的爆熱，kJ/kg。

沖擊波超壓對人損傷程度見表5，對建(構) 筑物的破壞程度如表6所示。

表5 沖擊波超壓對人體的傷害作用

0.3～0.5 聽覺器官或骨折0.5～1.0 內臟嚴重損傷或死亡＞1.0 大部分人員死亡

表6 沖擊波超壓對建筑物的破壞程度

2.2 爆炸沖擊波計算結果

表7 沖擊波超壓與距離關系計算結果一覽表

1kgTNT 炸藥爆炸所放出的爆熱為4230～4836kJ/kg ，一般取其平均爆熱為4500kJ/kg；以硝銨炸藥為參考進行計算，硝銨炸藥爆熱取為4000kJ/kg，則Q=（4000/4500）×5000=4444.4kg。在上述條件下，按公式(2) 計算的沖擊波超壓與距離的關系計算結果如表7:

人體傷害計算結果分析：5t 硝銨炸藥爆炸后在距離爆炸中心57m范圍內，沖擊波超壓值都在1.0×105Pa以上，表明在57m范圍內人員會因沖擊波超壓而造成死亡。在距離 57～83m 范圍內，沖擊波超壓值在(0.5～10)×105Pa范圍內的人員會造成內臟嚴重挫傷，可引起死亡。在距離爆源 83～112m范圍內，沖擊波超壓在(0.3～0.5)×105Pa ，人員會造成耳膜損傷、中等挫傷、骨折等傷害。在距離爆源112～145m范圍內，沖擊波超壓在(0.2～0.3)×105Pa ，人員會輕微損傷；對不設防的非作業人員沖擊波超壓為0.02×105Pa，空氣沖擊波超壓的安全允許標準為距離爆源950m。

建筑物破壞程度分析結果：在距爆炸中心66m 范圍內，沖擊波超壓大于 0.76×105Pa，建筑物完全破壞，大部分倒塌。66～78m 范圍內，沖擊波超壓為(0.55～0.76)×105Pa，建筑物屬嚴重破壞，部分倒塌。78～94m 范圍內，沖擊波超壓為(0.40～0.55)×105Pa，屬次嚴重破壞，建筑物門窗摧毀，墻體出現大的開裂。94～125m 范圍內，沖擊波超壓為(0.25～0.40)×105Pa，屬中等破壞，建筑物門窗大量破損，墻體出現較大裂縫。125～260m范圍內，沖擊波超壓為(0.09～0.25)×105Pa，屬輕度破壞，建筑物門窗破壞，墻體出現小的裂縫。通過計算表明在260m 范圍內的房屋在沖擊波作用下會受到不同程度的破壞。

根據《小型民用爆炸物品儲存庫安全規范》（GA 838-2009），值班室無防護屏障距離炸藥庫應大于90m，值班室有防護屏障距離炸藥庫應大于65m。炸藥庫四周應設置防護屏障。若炸藥庫無防護屏障，值班室在次嚴重破壞范圍內，建筑物出現大裂縫，值守人員會造成耳膜損傷、中等挫傷、骨折等傷害。GA 838-2009規定，5t炸藥庫距離人數不大于50人的零散住戶邊緣不小于180m；距離人數大于50人的居民點邊緣，企業住宅區建筑物邊緣、其他單位圍墻不小于300m。可見，180～300m范圍的零散住戶建筑物，玻璃、窗扇、墻體均會受到破壞。300m范圍外的房屋只會受到次輕度影響。

《小型民用爆炸物品儲存庫安全規范》（GA 838-2009）第8.7條規定工業炸藥庫防護土堤、鋼筋混凝土擋墻等形式應符合《民用爆破器材工程設計安全規范》GB50089的要求。防護土堤建造要求見下圖。炸藥庫按照規范設置防護土堤，可以有效阻擋爆炸沖擊波的影響，可以執行GA 838-2009的要求，但如果未按照規范設置防護土堤，值班室和周邊零散住戶會受到輕度至嚴重的破壞。

圖1 防護土堤建造示意圖

3 個別飛散物傷害

露天爆破個別飛散物的距離可按經驗公式確定：

式中：RF為個別飛散物的安全距離，m；n為最大一個藥包的爆破作用指數，一般取0.5～1.5；W是最大一個藥包的最小抵抗線，m；KF是安全系數，一般取1.0～1.5，根據地形不同與方向上產生飛散物的條件而定。

炸藥庫參數取值n=1.5,W=5m，KF=1.5，RF=337.5m。

炸藥庫屋頂采用現澆鋼筋混凝土屋面，屬于整體防爆結構。周邊墻體為24cm實體磚墻，爆炸后磚墻會產生大量飛散物，按照《民用爆破器材工程設計安全規范》GB50089建造防護屏障，對飛散物將起到良好的阻擋作用。若未建造防護屏障，則個別飛散物對人員的安全允許距離應按照337.5m確定。

4 結束語

民用爆炸物品儲存庫發生 5t炸藥爆炸，地震波導致在距離爆炸中心 130～181m范圍內房屋多數輕微破壞；205～300m范圍內的房屋門窗、屋頂、屋架顫動。爆炸沖擊波會導致在距離爆源 112～145m范圍內的人員輕微損傷，爆炸沖擊波對180～300m范圍的零散住戶建筑物，玻璃、窗扇、墻體均會受到破壞。爆炸個別飛散物對人員的安全允許距離為337.5m。民用爆炸物品儲存庫應根據規范要求建設防護屏障，以減小《小型民用爆炸物品儲存庫安全規范》（GA 838-2009）規定對180～300m范圍內零散住戶的危害。

[1]民用爆炸物品儲存庫公共安全行業標準釋義與實務指南.閆正斌主編.北京:中國人民公安大學出版社,2009:90-93.

[2]爆炸物品安全監管執法手冊.閆正斌主編.北京:群眾出版社,2016:107-114.

[3]天津港“8?12”瑞海公司危險品倉庫特別重大火災爆炸事故調查報告.國務院天津港“8?12”瑞海公司特別重大火災爆炸事故調查組,2016:3-7.

[4]王國華,廟延鋼,段希祥,等.一起硝酸銨爆炸事故的爆炸后果評價[J].工程爆破,1006-7051(2008)01-0078-04.

[5]張海濤.關于露天礦中深孔爆破最小抵抗線的探討及藥量計算[J].非金屬礦,1987.02.

Analysis on the Consequences of Explosion Accident of Small Civil Explosives

CHEN Weihong1*,ZHOU Xun2,Dong Ling1
(1..Hubei Huanan Kanghua security technology development CO.,LTD,Hubei Wuhan,430070 ,China; 2.The Bureau of Safety Supervision and Management of Hubei Province,Hubei Wuhan,430071,China)

There are thousands of civil explosives repositories in China.According to the measurement of blast wave,blast vibration,and the distance of explosive flying debris from 5 tons ammonium nitrate ,this article analyses the casualties and property losses and gives guidance about the safety management of civil explosives..

explosive goods repositories protective construction analysis

TP560

B

1672-9129(2017)04-0209-05

陳衛紅,周珣,董玲.小型民用爆炸物品儲存庫爆炸事故后果分析[J].數碼設計,2017,6(4):209-213.

Cite：CHEN Weihong,ZHOU Xun,Dong Ling.Analysis on the Consequences of Explosion Accident of Small Civil Explosives[J].Peak Data Science,2017,6(4):209-213.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.04.053