储存火炸药黄土洞库爆炸事故后果模拟

李连强，林新兵，王焘，盘向军

(1.兵器工业卫生研究所，西安710065;2.淮海工业集团有限公司，长治046012)

储存火炸药黄土洞库爆炸事故后果模拟

李连强1，林新兵1，王焘1，盘向军2

(1.兵器工业卫生研究所，西安710065;2.淮海工业集团有限公司，长治046012)

黄土洞库具有覆盖层厚，结构稳定的特点，利于库房温湿度的控制，保证储存危险品的质量和安全;虽然，发生危险频率小，但一旦发生爆炸后果极为严重;分析了储存火炸药的黄土洞库发生爆炸事故的原因及爆炸危害形式，并选取存药量为60 t梯恩梯当量的黄土洞库为对象，模拟分析其发生爆炸产生的空气冲击波、飞散物危害、地震波危害。

黄土洞库;火炸药;爆炸;后果模拟

黄土洞库一般布置在黄土山丘或黄土塬边沟谷里，沿山体一边布置、两边相对布置、上下布置等。洞库一般布置为直通式，有的也布置为U形。洞库洞口设置装卸站台，内部由引洞、主洞及通风竖井3部分组成［1］。黄土洞库作为一种储存火炸药及其制品的库房，具有覆盖层厚，结构稳定的特点，有利于库房温湿度的控制，保证储存危险品的质量和安全。在军工、民爆、物资储备等行业大量储存火炸药及其制品时较多采用。

1 黄土洞库发生爆炸的原因

1.1 储存过程

黄土洞库贮存的火炸药及其制品，一般采取箱式或袋式包装，处于静止存放状态，若贮存时间过长或贮存环境恶劣可导致火炸药安全性降低而引起自然分解爆炸;当通风不良引起库内温湿度超过某范围时，会影响储存火炸药的安全性能。洞库湿度较大，码高堆放的木制箱体也容易腐蚀变形，给储存带来一定的隐患。不合格品与合格品混存、不同组危险品混存、库内存放的废品没有及时销毁、堆码不牢固或过高跌落时受到撞击均有可能引发火药爆炸。一般来讲，库房内的温度不宜高于30℃，不低宜于－10℃，相对湿度一般保持在50%～80%。

1.2 装卸过程

在危险品装卸时，若野蛮操作，不轻拿轻放、拖拉、抛掷，均有可能引发火药爆炸;装卸中不慎跌落的危险品若未采取隔离措施后进行检查及处理，暴雨、雷雨天气进行危险品装卸作业、装卸危险品的汽车进入库房、装卸车在库区内行驶未戴防火罩、电瓶车无防止火花的措施、各种车辆在装卸作业时排气管一侧靠近危险品，均有可能引发炸药发火爆炸［2］。

1.3 雷电

雷电一般不会直接击中黄土洞库库房主体，但有可能击中突出库外的排风竖井，使其损坏，甚至爆裂成碎片。若突出的排风竖井等设计不符合防雷规范的要求，有引起雷电导致洞库内储存物质发生火药爆炸的可能。引洞内的金属管道和设备、金属门等导电体，由于雷电感应所产生的电位差会使部件之间产生放电火花。

1.4 静电

引洞内所有导体及人体均会因感应、摩擦等原因产生静电荷积累而带电，当电荷积累到一定程度时，就会发生静电放电产生静电火花。雷电感应及静电放电产生的火花能量超过火炸药等危险品的最小引燃能量时，就会引起周围火炸药危险品的燃烧爆炸。因此，一般在洞库内设有环形接地扁铁。

1.5 山火

由于库房外火灾扑救不及时(如山火)，山火通过杂草、树木等蔓延到洞库口，火灾危险性大。若库房使用不防火材料建筑，遇火也有可能引起洞库内炸药爆燃。因此，洞库洞口及周围一般设置有15 m宽的隔火带。

1.6 消防

发生爆炸事故后，当库房周围消防水源、水压、管网、消火栓、消防车等设施、设备不完善、不可靠时，不能及时扑灭初期火灾和实施灾后灭火，均有可能造成事故损失的扩大。

1.7 恶意破坏

恶意破坏主要发生在破坏分子从通风竖井扔下爆炸物或在库房门口引爆爆炸物等，引爆洞库内的爆炸品。历史上，我国某处火炸药储备库洞库曾发生爆炸事故，参与爆炸的梯恩梯炸药多达620.4 t，造成两个洞库和半边山体被掀开，警卫营房全被摧毁，事故死亡39人。事故原因确定为内部人员有意破坏［3］。

1.8 管理

洞库库区日常管理不到位，库房有虫、蛇、鼠、鸟等，也有可能引发火药爆炸。

2 爆炸危害形式

洞库一般容量较大，因而爆炸威力很大。炸药爆炸后会产生爆轰产物、飞散物、地震波、冲击波4种破坏效应［4］。一旦爆炸后，高温、高压的爆轰产物立即迅速向周围膨胀，对周围介质产生很大的破坏作用。洞库爆炸时，相当于条形药包大空腔敞口爆破，爆破效应(冲击波、飞散物)在洞主向比较集中。

爆轰产物的作用范围大约在10～15倍装药半径范围之内。爆炸所掀起的破片、砖石等固体飞散物也会对周围介质造成破坏。爆炸引起的地震效应以地震波的形式向周围传播，使邻近建筑物遭到破坏。洞库爆炸后，洞体所在山体上部地表面可产生掀顶和凹陷。

爆炸对周围建筑物和人员等目标的破坏主要考虑爆炸空气冲击波作用，与地面爆炸相比，洞库内爆会在洞库内部产生持续时间很短且峰值压力很高的爆炸冲击波［5］。冲击波会对周围人员和建筑物造成很大破坏和伤害。在无掩蔽的情况下，人员无法承受0.2×105Pa以上的冲击波超压。

3 爆炸事故后果模拟分析

在此选取存药量为60 t梯恩梯的黄土洞库为对象，模拟分析其发生爆炸产生的空气冲击波、飞散物危害、地震波危害。

3.1 洞库爆炸空气冲击波危害

根据大量试验结果，黄土洞库内爆炸空气冲击波波峰值超压(ΔPm)衰减规律适用式(1)。

ΔPm为冲击波峰值超压(105Pa);ω为梯恩梯当量(t);r为到爆炸中心的距离(m);为称为对比距离(m/t1/3); a、b、c为经验系数。式(1)适用条件为θ=0～75°(θ为测压点与洞口原点间连线与洞库轴线的夹角)，a、b、c取值依θ的不同而异。

黄土洞库爆炸冲击波作用的方向性较弱，作用的主要区域为θ≤50°，本事故模拟取θ=0°、15°、30°、45°4种情形。式(1)中经验系数值及对比距离R的适用范围见表1。

表1 公式经验系数值及R的取值范围

将洞库存药量60 t梯恩梯，代入式(1)得到

由式(2)～式(5)计算，炸药库爆炸时空气中冲击波的峰值超压与建式物破坏等级的关系见表2。

表2 空气冲击波ΔPm、作用距离与建筑物破坏等级关系表

由表2可知，60 t TNT炸药洞库一旦发生爆炸，将对周围建筑物产生严重破坏，测线角为0°时43 m距离处的建筑物将受到七级以上破坏，76 m距离处的建筑物将受到四级以上破坏，147m距离处的建筑物将受到二级以上破坏，随着θ值的增加，在离洞口原点相同距离处的冲击波超压ΔPm衰减速度增大，如在θ=45°时造成四级以上破坏的作用距离比θ=0°时要降低15%。同时，由于火炸药量较大，冲击波作用距离远，在θ=0°～45°时，76 m范围处的建筑物仍将受到四级以上破坏，136 m范围处的建筑物将受到三级及以上的破坏。

由表2可知，60 t TNT炸药洞库爆炸空气冲击波对建筑物相同破坏等级区近似呈扇形分布，对人员伤害区域也遵循相同的规律，因此爆炸效应对人员伤害区域只选取θ=0°时这一特例进行计算分析。

参照相关资料，空气冲击波对暴露人员的损伤程度见表3。根据表3冲击波超压数据进行计算，得出冲击波超压对人体伤害半径预测数据，见表4。

表3 空气冲击波对暴露人员损伤程度表

表4 冲击波超压对人体的伤害半径预测表

由表4可知，60 t TNT炸药洞库一旦发生爆炸，将对周围人员造成伤害，37 m范围内人员会死亡，68 m范围内人员将受中等损伤以上的伤害，85 m范围内人员将会受到轻微损伤以上的伤害。

3.2 洞库爆炸地震波对周围建筑物的影响

洞库整体爆炸时其地震波峰值震速适用于经验公式(6)

表5 建筑结构与安全地震波震速峰值及作用距离关系

由表5可知，60 t TNT炸药洞库爆炸地震波不会对距爆心227.9 m以外的土坯砖木结构建筑物造成危害。

3.3 火炸药洞库爆炸造成的飞散物危害

黄土洞库爆炸时，室内衬彻等产生的个别飞散物也会对周围人员造成伤害，伤害区域分为飞散物稍多的范围和个别飞散物的范围。60 t TNT炸药洞库爆炸后，飞散物稍多的范围按公式201ω0.3175计算，飞散距离为737.5 m，个别飞散物范围按公式977ω0.0541计算，飞散距离为1 219 m。

4 结论

火药爆炸事故产生的空气冲击波、飞散物危害、地震波危害以60 t TNT炸药洞库整体爆炸为对象，对其爆炸事故后果进行模拟评价，经过模拟计算，得出地震波对建筑物的影响范围，冲击波超压对建筑物破坏区域、对人体的伤害半径预测值，以及火炸药洞库爆炸造成的飞散物危害距离范围，供参考。

［1］GB 50154—2009，地下及覆土火药炸药仓库设计安全规范［S］.

［2］卢宝亮，王丰，张剑芳.仓库安全管理与技术［M］.北京:中国物资出版社，2004.

［3］张国顺，王泽溥.火炸药及其制品燃烧爆炸事故及其预防措施［M］.北京:兵器工业出版社，2009.

［4］张国顺.燃烧爆炸危险与安全技术［M］.北京:中国电力出版社，2003.

［5］刘国庆，蔡军锋，易建政，等.洞库内爆炸冲击波流场的数值模拟［J］.四川兵工学报，2008(6):5－7.

(责任编辑周江川)

Simulation Analysis of Underground M agazine of Powders and Explosives Exp losion Accident

LILian－qiang1，LIN Xin－bing1，WANG Tao1，PAN Xiang－jun2
(1.Institute of Occupational Health of Ordnance Industry，Xi’an 710065，China; 2.Huaihai Industries Group Co.，Ltd，Changzhi046012，China)

Underground magazine has the characteristics of thick covering，structural stability，and can control temperature and humidity，ensure the quality and safety.Although the risk of low frequency，but once the explosion happens，the consequence is very serious.This paper analyzed the causes and explosion hazards in underground magazine of powders and explosives explosion accident and selected the storage quantity which is60t TNT equivalent as the object.Simulation analysis of the explosion of air shock wave，flying hazards，earthquake hazard was carried.

underground magazine;powders and explosives;explosion accident;consequence simulation

:A

1006－0707(2014)07－0040－04

format:LI Lian－qiang，LIN Xin－bing，WANG Tao，et al.Simulation Analysis of Underground Magazine of Powders and Explosives Explosion Accident［J］.Journal of Sichuan Ordnance，2014(7):40－42.

本文引用格式:李连强，林新兵，王焘，等.储存火炸药黄土洞库爆炸事故后果模拟［J］.四川兵工学报，2014(7):40－42.

10.11809/scbgxb2014.07.012

2014－01－27

李连强(1981—)，男，工程师，主要从事军工武器弹药制造行业安全评价研究。

TJ55