论油气管道与爆破场所的安全距离

王振刚

摘要：随着油气管道及管道周边城市的建设发展，油气长输管道通常需要在地形复杂的山区或丘陵地段敷设，因此管道不可避免的与山区的各类采石场近距离敷设。同时随着城市建设的发展，爆破活动越来越频繁，爆管、穿孔、泄露等一系列事故也经常发生。本文通过对采石场的采礦工艺进行分析，系统计算采石过程中飞石的最大飞散距离、爆破时地震波的振动允许距离、冲击波及爆破噪音危害的安全距离以及有害气体的影响范围等参数，从而确定油气管道敷设时与采石场等爆破场所的安全距离。

关键词：油气管道;爆破;距离;地震波

1 爆破对管道的影响

1.1 地震波的影响

当硝铵炸药在岩石中爆破时，爆破的一部分能量使炮孔周围的岩体产生扰动，并以波的形势向远处传播，从而形成爆破地震波。爆破地震波在向远处传播时，能量在地层内部传播时成为体波，能量在地层表面传播时成为面波。体波具有周期短、振幅小、衰减快的特点，面波周期长、振幅大、传播速度和衰减慢等特点，其中体波是在近区内对管道造成破坏的主要因素。爆破产生的地震波是整个爆破过程中对管道产生危害的最重要危险源。

爆破地震波一方面通过介质直接传递给管道，容易引起管道发生往复式振动，造成管道变形应力破坏;另一方面爆破地震波可能间接扰动周边附近的地形环境，容易诱发滑坡、地面崩塌等次生灾害，同样造成管道破坏。当炸药在岩石中瞬时爆破时，爆破产生的冲击波会在瞬时内达到最大值，然后冲击波破碎岩石后，强度变弱逐渐衰减为爆破地震波，同时引起周边岩石的强烈振动并沿介质向周围传播，直至爆破能量被周围介质吸收。当爆破地震波到达管道时会引起管道的振动甚至破坏。

爆破产生的地震波在地层中的能量传播同样受到地质条件的影响。粉质粘土地层对地震波具有缓冲吸收作用，因此同样距离条件下粘土地层对管道破坏较小。同样岩土硬度越高，越有助于地震波的传递，对管道的破坏越大。从振动物理学角度分析，速度是单位时间内位移量的大小，反应位移的快慢程度，而加速度只是反应速度变化快慢的参数，不能具体反应位移值，因此不能具体体现管道的受破坏情况，反而振动速度可以作为管道受损情况的判据。针对爆破地震波作用下埋地管道的安全标准问题，通过大量研究确定了客观合适的振动波速14 cm/s为安全判据[2]。因此下面主要针对岩石地段爆破时，爆破地震波传递到管道上的波速不大于14 cm/s情况下的安全距离计算。

地震波危害的安全距离计算如下。

式中：

R——爆破时地震波振动允许距离（m）;

Q——最大一段炸药量（kg），根据上述的爆破方法，Q取287kg;

V——保护对象所在地安全允许质点振速，V取14cm/s;

m——药量系数，m取1/3;

K、α——与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，一般中硬岩石k取200，α取1.7。

经过计算，在中硬岩石进行爆破时，爆破地震波传递到管道上的波速不大于14 cm/s情况下，爆破点距离管道的地震波振动允许距离为32m。

1.2 飞石等飞溅物的影响

矿体通常由不同成分的岩石组成，各种岩石的硬度、完整性以及裂隙发育程度不尽相同，因此在爆破过程中会产生大小不一的飞石，飞石的飞散距离计算如下。

式中：

R飞——个别飞石的飞散距离（m）;

n——爆破作用指数1～1.5，n取1.2;

W——最小抵抗线，W=（25～45）D，D为炮孔直径，D取2m;

k飞——系数1.5～2，山坡爆破取2。

通过计算，爆破时产生飞石的飞散距离为115m。油气管道通常采用埋地方式敷设，管顶覆土大于1m，因此飞石落到管道上方由于受到管道上方覆盖层的缓冲作用，飞石对管道的破坏性极小，同时飞石飞溅到线性管道正上方的几率极低，因此一般不考虑飞石对埋地管道的破坏影响。但对于新建管道，管道在施工过程中需要考虑飞石对施工设备及施工人员的安全影响。

1.3 冲击波及爆破噪音的影响

爆炸冲击波在爆炸的瞬间产生高速高压形成冲击波。冲击波的破坏作用主要是由冲击波超压和冲击波作用时间决定的。冲击波超压就是冲击波压强与空气静止时的气压的压强差，当压强差达到一定限值时就会对建筑物或人员造成破坏。冲击波的安全距离计算如下。

R=KQ0.5

式中：

R——冲击波的安全距离（m）;

Q——最大一段炸药量（kg），Q取287kg;

K——系数，当考虑建筑物时K取1，当考虑人员时K取10。

经过计算爆炸冲击波对建构筑物的安全距离为17m，对人员的安全距离为170m。爆破冲击波对建构筑物的安全距离只有17m，且管道上方一般都有1m以上保护覆盖层，因此爆破冲击波不会影响埋地管道安全。但对于新建管道，管道在施工过程中需要考虑爆破冲击波对施工人员的安全影响。

1.4 有毒气体的影响

目前炸药主要为有机和无机的硝铵化合物，硝基化合物和各种含碳化合物爆炸容易生成CO、NO2等有毒气体。CO主要降低血液的输氧能力，使人体产生缺氧现象，产生窒息中毒甚至死亡。NO2主要影响人的呼吸系统，对支气管和肺组织产生强烈的刺激和腐蚀作用。因此爆破时有毒气体对施工人员的影响不可小觑。有毒气体的影响范围计算如下。

R毒=KQ1/3

式中：

R毒——爆破有毒气体的影响范围（m）;

K——系数，根据经验平均取160;

Q——装药量，Q取两排药量575kg。

经过计算爆破产生有毒气体的影响范围为134m。有毒气体对于埋地管道不会造成安全影响。但对于新建管道，管道在施工过程中需要考虑爆破有毒气体对施工人员的健康影响。

2 结论

经过以上计算爆破产生的地震波、冲击波等有害因素进行分析，得出以下结论：

1）爆破产生的地震波、飞溅物、冲击波和有毒气体都会对管道建设和运行产生影响。其中爆破产生的地震波是造成埋地管道破坏的主要因素，施工时应有效控制地震波的影响范围及传播强度。

2）若管道已经建设完成，在保证爆破产生的振动波速不大于14 cm/s的情况下，管道与爆破场所的距离应大于32m。

3）若管道为新建管道，在管道施工时应考虑爆破产生的飞溅物、冲击波及噪音和有毒气体的影响，在开阔空间管道与爆破场所的距离应大于170m;在受限空间二者间距可以缩小为32m，但是为了保证施工人员和机具的安全，管道施工与爆破作业不能同一时间段内进行。

参考文献：

[1] 中长期油气管网规划：6。

[2] 输气管道工程设计规范（GB50251-2015）：134。

[3] 爆破安全规程（GB6722-2014）：42。

[4] 爆破安全规程（GB6722-2014）：47。