冶炼厂废弃设备的拆除方案及安全防护措施研究

张宝亮

（贵州开源爆破工程有限公司，贵州 贵阳 551400）

1 工程概况

某公司金属冶炼厂部分设备设施进行拆除改建，现厂区内除冶炼相关设施外技术要求较高的拆除设施为一根高约42 m的砖砌烟囱。由于受地震影响，烟囱已经发生偏斜，烟囱顶帽出现明显裂痕，对冶炼厂其他相关设施安全造成严重威胁。目前该烟囱已经废弃，已成为厂区内危险建筑，为排除安全隐患，保护其他冶炼设施，决定对该烟囱实施拆除。烟囱东侧距离2m有深3.5m的废渣储存区，西侧距离9.5m是锅炉房，北侧3m处是废弃的临时储料区，爆破施工时可以对其进行拆除，拆除后北侧可供烟囱倒塌；南侧为厂区内废弃的管道、设备，南侧距烟囱20m处是厂区围墙，围墙外面是村民耕地；东北侧37m处有一个10t容量的液体储存库，西北侧40m处是原料储存区，厂房上距离地面15m处是燃气管线。根据现场具体情况，为保证烟囱安全倒塌且不影响周围环境，选择北侧空旷地带为烟囱倒塌方向。

该烟囱整体结构为砖砌结构。其结构特点为：烟囱高约42m，因年久失修外部显现微腐蚀，烟囱筒体9.6m高处有不锈钢管道和钢架平台与其连接，筒体10m以上每隔1m用钢圈做加固处理。根据烟囱设计规范高42m的烟囱外径为2m，内径为1m，周长为6.28m，壁厚为50cm，具体尺寸参数需根据现场施工钻凿开孔调整。

2 技术分析

对于冶炼相关设施可采取机械拆解方式拆除，目而对于高耸筒体建筑的拆除方式往往采取爆破、机械或者人工方式拆除，针对特定的工程，综合考虑、比较分析选取合适的方式，需要综合考虑施工的安全性、工程进度是否能满足工期要求、工程成本是否经济合理。而对于本工程，由于厂内道路、架设设施等导致大型机械设备作业受限，因此不适用本工程；而烟囱高耸，筒体出现裂缝，人工拆除极其危险，满足不了安全要求，且施工效率低下，施工成本较高。

对烟囱的拆除方式主要有爆破拆除、机械拆除、人工拆除三种方式，选择哪一种拆除方法，主要依据是其安全性，工程进度，施工成本等是否满足工期要求，对于高大烟囱而言，机械拆除受其拆除高度和作功能力的限制，无法对其予以拆除，而采用人工拆除，其危险度相当高，且难度大，工期长，既满足不了工期要求，又保证不了高空作业人员的施工安全。对于高耸建筑采取爆破手段拆除是一种非常高效的方式，爆破拆除原理是根据建构筑物自身结构特点，在特定承重位置布置药包，爆破后破坏其结构稳定性，使其在自重下沿预定方向或预定方式倾倒。就本烟囱而言，周边设施经处理后具备爆破拆除条件，但需对周边的重点保护设施采取一定的保护措施。

3 烟囱爆破方案设计

爆破切口通常有方形、正梯形、倒梯形形式，在倒塌方向要求严格时一般需采取开凿定向窗方式确保倒塌方向，本工程冶炼厂烟囱周围设施众多，在两侧开凿定向窗。切口的圆心角的大小决定了爆破工作量，一般来讲对于不具备抗拉性能的钻砌烟囱，可选择较小的爆破切口，但切口圆心角应大于180°。爆破切口的圆心角大小决定爆破后形成缺口的大小，缺口过小烟囱不易失稳，下部容易留有未倒塌段，缺口过大则烟囱底部在倒塌过程中支撑面积不够，倒塌过程容易发生偏斜。而冶炼厂厂区内该烟囱筒体出现裂缝，周边环境复杂，不允许倾倒初期解体塌落，因而选择较大角度的爆破切口圆心角。根据相关施工经验，爆破切口圆心角选为216°，爆破切口形状采用倒梯形方式，设计烟囱倾倒方向为向正北方向倾倒，爆破前两侧开凿定向窗，从而确保倒塌方向的准确。定向窗形状为三角形，底边长0.6m，高1.5m，沿倒塌中心线两侧对称。切口高度大小一定程度上决定了烟囱倾倒速度，根据类似工程经验爆破切口高度选择为1.0m。

钻孔使用40mm孔径，由于烟囱外壁厚度为50cm，炮孔深度一般设计为2/3倍的壁厚，因此这里炮孔深度为33cm，根据32mm直径药卷做功能力，孔距、排距均取30cm，炸药单耗取0.95kg/m³，则单孔药量约45g。使用梅花形炮孔布孔，爆破切口内已开凿定向窗，经布孔，共计28个炮孔，总药量约1.26kg。孔内使用双发导爆管雷管，孔内管累计约56发，孔内使用MS1段雷管，孔外每14发雷管进行簇连。爆破切口如图1，簇连网路如图1。

图1 爆破切口示意图

图2 起爆网路图

4 安全校核及措施

4.1 爆破振动校核

爆破振动是炸药爆炸后能量传播所致，由于爆破点附近冶炼设施较多，必须对振动加以校核。对于爆破振动一般通过萨道夫斯基公式进行校核：

其中：V为校核点介质质点的振动速度，cm/s。对于本工程参照按照GB6722—2014《爆破安全规程》及相关的爆破振动安全阀值研究，取周边设备、设施最大允许的振动速度取为1.5cm/s。

R为校核点与爆破中心的最短距离，烟囱附近的锅炉房为较近保护建筑，取9.5m；

K、a—与传播途径有关的系数，根据爆破拆除经验，经过类比，取K=80，a=2.5；

Q为最大单响药量，kg，本工程中为采取分段起爆技术，取总药量值1.26kg；

k1为修正系数，跟爆破方式有关的系数，根据经验K1取为0.2。

即：V=0.2×80×[1.261/3/9.5]2.5≈0.07cm/s，远小于安全允许值1.5cm/s

4.2 塌落振动校核及飞溅物的控制

对于大质量的高耸建筑，由于重力势能较大，在拆除时塌落触地造成的振动和飞溅极易损毁周边冶炼设施，必须采取相关措施。当前对于塌落振动控制，主要采取爆破解体延时控制和设置柔性缓冲层控制方式。爆破解体延时控制是通过起爆时间的控制使建构筑物有序倒塌、解体，避免结构物整体冲撞地面；而设置柔性垫层控制，则是在倒塌范围内铺设砂、土等柔性垫层，避免高程坠落的结构直接刚性撞击硬质地面。

针对本工程，由于待拆结构为高耸筒体，不宜于控制不同部位结构的触地时间，因此采取在倒塌区域铺设缓冲垫层方式缓冲结构体触地。由此，在倒塌方向垂直方向铺设2条缓冲堤，分别举例烟囱底部25m、30m，缓冲堤高度分别为1.5m、2.0m，缓冲堤的使用沙袋堆积而成。

4.3 飞石的防护措施

首先采用弱松动爆破，既保证爆破效果，同时减小传递给地面多余能量。其次，通过爆破部位覆盖减少飞石对烟囱爆破切口布孔部位采用“胶皮网—草垫”三层防护。先对布孔部位采用单层草毡包裹捆扎，然后在外侧悬挂单层草垫。

4.4 爆破粉尘防护

爆破前对爆破烟囱爆破部位做喷水湿式处理，悬挂的草毡上喷水打湿控制爆破后粉尘扩散；同时对倒塌区域内地面喷洒少量水，防止触地产生过大灰尘。

4.5 周围重要设施安全防护

对拟爆破烟囱倒塌方向东北侧储存库内的危险物品，在爆破前由业主单位全部搬离，关闭西北侧40m厂房上方的燃气管道，禁止爆破期间通气。同时对锅炉房的玻璃采用覆盖防护，对倒塌方向的厂区道路铺垫柔性材料防护，对燃气管道进行包裹防护。在施工中，使用全站仪全程监测烟囱整体的稳定性。

5 爆破效果评价分析

（1）随着起爆，烟囱整体沿着预定方向倾倒，在倾倒工程中烟囱结构整体发生解体，对地面未造成刚性冲击，产生的塌落振动较小，振动未对周边冶炼设施造成不良影响。

（2）由于爆破前对烟囱和部分地面采取了湿化处理，并且在容易产生灰尘的爆破切口处悬挂的草毡喷水，爆破扬尘得到了较好的控制。

（3）作为柔性垫层，缓冲堤的设置对烟囱触地时刻的冲击能起到了缓冲作用，有效降低了触地瞬间的振动和触地飞溅，有效保护了冶炼相关配套设施。