城市復(fù)雜環(huán)境場平爆破降塵降噪試驗研究

汪 澤，喻圓圓，吳 霄，劉 桐，歐陽光

(浙江省高能爆破工程有限公司，杭州 310012)

在周邊環(huán)境復(fù)雜、人口較為密集的地區(qū)(如城鎮(zhèn))進行爆破施工作業(yè)，除了爆破振動、飛石等危害效應(yīng)對周邊帶來的直接安全隱患以外，隨著環(huán)保要求和百姓維權(quán)意識的不斷提高，能否將爆破所引起的揚塵、噪音等間接的弱危害效應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)也顯得愈發(fā)重要。爆破工程中噪音的主要來源為炸藥爆炸的爆破聲，其中地表雷管、導(dǎo)爆索產(chǎn)生噪音顯著。土石方爆破工程中揚塵主要來自鉆機鉆鑿炮孔和爆破時土巖破碎拋出，前者可通過在鉆機加裝集塵器得到有效控制，后者則一直沒有便于實施且有效的控制措施。

Haugen S指出綠色爆破技術(shù)將成為國際爆破技術(shù)未來的發(fā)展方向[1]。Hendry M J[2]、Mahmood F N[3]、Villeneuve S A和Karlsson T在實驗中發(fā)現(xiàn)炸藥在使用過程中有不同程度的氮泄漏，排放到環(huán)境中的氨和硝酸鹽會引起當?shù)赝寥浪峄透粻I養(yǎng)化，造成地表地下水污染[4,5]。鄒常富等在水泡泥降塵以及產(chǎn)塵機制上進行了相關(guān)研究[6,7]；李延春在工程中均通過水袋的降塵作用對爆破產(chǎn)塵進行了有效地降低[8]；郭敬中、上官劍茗分別研究了多組份水炮泥降塵技術(shù)、高效水炮泥+聚氨酯發(fā)泡膠新型炮孔堵塞材料在采場爆破防塵方面的應(yīng)用[9,10]；茍倩倩、趙明生等進行了不同裝藥結(jié)構(gòu)下降塵降噪效果的比對試驗，取得了良好的試驗結(jié)果[11]；孫苗等通過一些綜合措施在降噪以及降塵方面有顯著效果[12]；唐小軍等采用深孔、淺孔結(jié)合的方式有效減少了爆破振動[13]。考慮到復(fù)雜環(huán)境城鎮(zhèn)爆破工程逐漸增多，從最實際的角度出發(fā)(即確保工程能夠順利進行)，擬通過對各種措施進行試驗，探討切實可行的降塵、降噪方法，從實踐中逐步積累數(shù)據(jù)與經(jīng)驗。

1 降塵措施試驗研究

1.1 試驗方法選擇

爆破時由土巖破碎拋出帶來的揚塵，影響因素很復(fù)雜，同時可控范圍較小，比如天氣、地質(zhì)情況等不可抗力因素變量難以統(tǒng)一，因此結(jié)合現(xiàn)場實際條件及可操作性，本方案主要從簡單便捷的措施入手，通過試驗觀測探討這些措施能否達到明顯的降塵效果。

初期擬選用的降塵措施有：爆前灑水、彩條布覆蓋、密目網(wǎng)覆蓋和導(dǎo)爆索水幕法四種，密目網(wǎng)覆蓋與彩條布覆蓋原理一致，且網(wǎng)格大效果較低；導(dǎo)爆索產(chǎn)生噪音過大，在城鎮(zhèn)中禁止使用，故排除后兩種方法。

1.2 試驗方法

遵循控制變量試驗原則，兩次降塵試驗分別于兩天在同一區(qū)域進行，并保證幾組試驗有相同的天氣、風速、干濕度與地質(zhì)條件。

1.2.1 爆前灑水降塵試驗

選取兩塊地形地質(zhì)一致的臺階形爆區(qū)，一塊不灑水做對照組，一塊灑水做實驗組，距離爆區(qū)20 m每隔10 m擺放一只共計20只粉塵收集盒。試驗前對每只粉塵采集盒稱重并記錄，起爆后煙塵散盡對粉塵收集盒進行回收并再次稱重，與試驗前的粉塵收集盒重量進行統(tǒng)計處理比對分析，數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表1。

表 1 粉塵收集盒重量統(tǒng)計表Table 1 Statistical table of dust collection box weight

表 2 粉塵收集盒重量統(tǒng)計表Table 2 Weight statistics

對粉塵的收集采用規(guī)格一致的塑料盒，使用毫克級的電子秤對收集前后的塑料盒稱重，差值即為收集粉塵的質(zhì)量。

1.2.2 試驗過程與數(shù)據(jù)分析

在爆破前對臺階進行灑水處理借以研究灑水工作對爆破粉塵的產(chǎn)生與擴散是否存在影響，設(shè)立對照組數(shù)據(jù)統(tǒng)計與灑水處理后數(shù)據(jù)統(tǒng)計進行比較。爆區(qū)示意圖如圖1。

將對照組與灑水處理組粉塵收集盒重量進行對比處理分析，結(jié)果如圖2所示。

圖 1 爆區(qū)示意圖Fig. 1 Schematic diagram of explosion area

圖 2 粉塵收集盒收集值對比圖Fig. 2 Comparison chart of collected values

由兩次試驗數(shù)據(jù)(灑水與不灑水)可以看出，爆前灑水能有效減少爆破粉塵的產(chǎn)生與擴散。對照組(不灑水)中16、17、18三點收集值激增，可以明顯看出風向，而灑水組中各數(shù)值較平穩(wěn)，沒有激增點，對比得到爆前灑水的降塵率為28.4%。爆破前灑水能使粉塵濕潤并凝結(jié)沉降，起到降低粉塵濃度、難以被氣流吹起的作用，能有效減少由自然風、爆破氣流形成的揚塵。

1.3 彩條布覆蓋降塵試驗研究

在炮孔布置好以后，采用彩條布對爆破面進行覆蓋用以確定彩條布覆蓋對爆破粉塵產(chǎn)生與擴散是否會產(chǎn)生影響，粉塵收集盒的布置在灑水試驗的基礎(chǔ)上增加了一排。爆區(qū)布置如圖3所示，可形成兩種炮孔排數(shù)(5排、2排)條件下彩條布覆蓋的降塵效果對比，增加佐證力度。見圖4。

圖 3 彩條布覆蓋爆破現(xiàn)場示意圖Fig. 3 Coverage diagram

圖 4 爆破過程攝影圖Fig. 4 Photography of blasting process

根據(jù)所收集數(shù)據(jù)，計算降塵率[14]

對數(shù)據(jù)進行分區(qū)計算(5排、2排炮孔區(qū)域分別計算)，5排炮孔彩條布覆蓋降塵率η1

同理可計算得5排炮孔彩條布覆蓋降塵率η2=45%，得出平均降塵率η=41.2%。見圖5。

圖 5 彩條布覆蓋收集值散點圖Fig. 5 Covering collected value scatter

式中：η是降塵率，%；m2是沒有覆蓋彩條布的平均粉塵收集質(zhì)量，mg；m1是覆蓋彩條布的平均粉塵收集質(zhì)量，mg。

本次試驗爆區(qū)形狀為“菜刀”狀，左側(cè)6排炮孔，右側(cè)2排炮孔，彩條布覆蓋區(qū)域為爆區(qū)中間一部分。從攝影圖中看到覆蓋彩條布區(qū)域的爆破揚塵從臺階下方逸出，這樣大大減少了上空的沙塵含量，起到了降塵作用；從散點圖中可以看出：第二排粉塵收集值最大，第一排與第三排較少，說明爆破揚塵由近到遠是個逐漸衰減的過程。在每一排中，5號左右的收集點數(shù)值最大，對應(yīng)爆區(qū)為6排炮孔中開始被彩條布覆蓋的部分，隨后收集點數(shù)值明顯下降，結(jié)合爆破過程圖可以看到被彩條布覆蓋的區(qū)域幾乎不見揚塵。彩條布覆蓋的降塵效果顯著，平均降塵率達41.2%以上。

2 單發(fā)雷管降噪試驗研究

2.1 研究內(nèi)容

孔內(nèi)炸藥爆破由于巖層阻隔產(chǎn)生低音對環(huán)境影響較小，噪音的主要來源為孔外雷管爆破。每次爆破的變量較多：總藥量、一次齊發(fā)藥量、雷管數(shù)、孔網(wǎng)參數(shù)等，對整個爆區(qū)采取措施進行試驗，收集到的噪音分貝數(shù)值不可靠。其他變量難以更改，所以本次試驗針對單發(fā)雷管進行，變量單一，收集到的數(shù)據(jù)具有較強的可分析意義。找到最佳降噪措施，再普及到所有地表雷管上，將取得明顯的降噪效果。

2.2 降噪試驗方案及設(shè)備

選取空曠場地，周圍無樓房、山丘等能反射聲波的障礙物。將雷管平放在地面上，加上覆蓋物，在10m處放置分貝儀與測振儀，在安全距離外起爆雷管，采用噪音計MAX模式與測振儀讀數(shù)后進行下一組試驗。采用AR-824噪音計、TC-4850測振儀、激光測距儀作為試驗手段進行噪音及振動的收集，每組雷管放置在同一位置。

噪音主要以波的形式傳播：聲波、振動波，我們可以利用波在傳播到相鄰介質(zhì)的臨界面時會發(fā)生反射、折射而衰減的這一性質(zhì)來達到降噪的目的。

2.3 試驗過程

(1)制作覆蓋袋：挑選合適規(guī)格的密封袋，用同一小碗盛出相同體積的水、沙、碎石，并裝入密封袋中。

(2)選取試驗地點：用激光測距儀測距(10 m)。

按照實驗組內(nèi)容(不同覆蓋物)與順序，在標定雷管起爆點逐一起爆雷管，并在10 m外的數(shù)據(jù)采集點采集數(shù)據(jù)。

2.4 試驗結(jié)果與分析

見圖6，表3。

圖 6 部分數(shù)據(jù)采集圖Fig. 6 Partial data acquisition diagram

將表3中各因素與所對應(yīng)的試驗結(jié)果用效應(yīng)曲線圖表示出來。

表 3 試驗數(shù)據(jù)表Table 3 Test data sheet

由圖7(a)中可以看出覆蓋碎石袋的降噪效果最好，平均降噪率達到13.6%，這是因為噪音是聲波，以波的形式傳播，服從波的傳播規(guī)律：在兩種介質(zhì)的交界面上會發(fā)生反射與折射，從而使波的能量產(chǎn)生衰減，且兩種介質(zhì)的密度差距越大，衰減越大。在本次試驗中，碎石的密度比沙、水與空氣的密度差距大，而且碎石袋中碎石數(shù)量多，交界面也多，進一步加強了對噪音的削弱作用。最后一次試驗為施加三種覆蓋物(水、沙、碎石)，降噪效果最佳，達21.2%，對現(xiàn)場具有重要的指導(dǎo)意義。

圖 7 數(shù)據(jù)散點圖Fig. 7 Data scatter

由圖7(b)中可以看出，覆蓋沙袋的降振效果最好，細沙粒徑小，在降振過程中起到緩沖的作用，有效吸收了雷管爆破產(chǎn)生的振動，平均減震率達35.2%。

3 結(jié)論

基于對復(fù)雜環(huán)境城鎮(zhèn)爆破降塵降噪的研究，在景德鎮(zhèn)某場平工程中進行了現(xiàn)場試驗并對比了爆前灑水與覆蓋彩條布的降塵效果、地表雷管覆蓋不同介質(zhì)的降噪、減震效果，得出以下結(jié)論：

(1)爆前灑水能使粉塵濕潤并凝結(jié)沉降，起到降低粉塵濃度、難以被氣流吹起的作用，能有效減少由自然風、爆破氣流形成的揚塵，降塵率為28.4%。

(2)覆蓋彩條布能改變爆破揚塵擴散方向，使之從臺階下方橫向逸出，大大減少了上空的沙塵含量，起到了降塵作用，彩條布覆蓋的降塵效果顯著，平均降塵率達41.2%以上。但該方法所需人力物力較大，準備時間較長。

(3)地表雷管覆蓋單介質(zhì)為碎石時降噪效果最好，降噪率達到13.6%，覆蓋單介質(zhì)為沙時，降振效果最好，減震率達35.2%。覆蓋介質(zhì)為水、沙、碎石時，平均減震率達35.2%。

綜上所述，在對粉塵、噪音要求較高的特殊時期，如創(chuàng)建衛(wèi)生文明城市中，建議使用彩條布覆蓋法降塵，在地表雷管上覆蓋碎石降噪，有條件的可覆蓋水、沙、碎石的混合袋。