爆破冲击性低频噪声特性及其控制研究.pdf

第 2 2卷第 1期 2 0 0 5年 3月 爆破 BLAS TI NG V o 1 ． 2 2 No ． 1 Ma r ． 2 0 o 5 文章编号 1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 0 5 0 1 0 0 9 2 0 4 爆破 冲 击性低 频 噪声 特性及 其控 制研 究 纪 ， 十 ， 龙 源 ． 刘 建 青 解放军理工大学工程兵工程学院，江苏 南京 2 1 0 0 0 7 摘要 工程爆破 中产生的噪声直接影响施工人员的身心健康和周围环境安全。为研究和控制爆破噪声， 通过爆破 实验对噪声进行 了现场测试 ， 并对测试结果进行 了分析 。研 究表明， 爆破噪声的危害主要是 由其低 频部分 7 5 9 Hz 引起的。在全面分析爆破 冲击性低频噪声特性的同时， 结合上海宝钢集 团第一钢厂聚能 切割爆破的具体情况 ， 提 出了爆破噪 声控制的工程技术手段 ， 为控制爆破噪声提供科 学和实践依据。 关键词 爆破噪声 ； 控制； 噪声特性； 频率分析 中图分类号 T D 2 3 5 文献标识码 A S t ud y o n t he Pr o pe r t y a n d Co n t r o l M e t ho ds o f Lo w Fr e qu e nc y Bl a s t i n g No i s e J ／Ch o n g， L ONG Y u a n， L I U J i a n q i n g E n g i n e e ri n g I n s t i t u t e o f E n g i n e e ri n g C o r p s ，P I A U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， N a n j i n g 2 1 0 0 0 7 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e b l a s t i n g n o i s e i s h a r mf u l t o h e a l t h o f w o r k m e n a n d e n v i r o n me n t s a f e t y 、I n o r d e r t o s t u d y a n d c o n ． t rol b l ast i n g n o i s e，i t Was me asu r e d t h r o u g h b l a s t i n g e x p e r i me n t s a n d t h e e x p e r i me n t a l d a t a we r e a n a l y z e d．We d r a w a c o n c l u s i o n t h a t t h e l o w e r f r e q u e n c y p o r t i o n 7～5 9 Hz o f b l a s t i n g n o i s e i s a c c o u n t f o r i t s h a r m e ff e c t s 、O n t h e b a s i s o f g e n e r al a n aly s e s o f t h e p rop e r t i e s o f l o w f r e q u e n c y b l ast i n g n o i s e 。i t s c o n t rol me t h o d s a r e p u t f o r w a rd i n a c c o r d anc e w i t h t h e a c t u al s i t u a t i o n o f s h a p e d c h a r g e b l ast i n g i n F i r s t Fa c t o r y o f S h a n g h m I r o n＆ S t e e l Co mp a n y．T h e t h e o r y an d p r a c t i c e r e f e ren c e a r e pr o d e d ． Ke y wo r d s b l ast i n g n o i s e ；c o n t r o l me t h o d s ； p r o p e r t y o f n o i s e ；f r e que n c y analy s e s 1 引 言 噪声属于三大国际污染源之一 ， 它对周围人员 和环境产生 4个方面的效应 ， 即听力损伤效应 、 噪声 生理效应、 噪声心理效应以及对建筑物的破坏效应。 位于上海市宝山区长江西路的宝钢集团第一钢厂为 进行不锈钢工程的建设 ， 需将原二炼钢的厂房用控 制爆破方法拆除。由于爆破对象是钢结构 ， 需要用 到聚能切割器对钢结构实施切割爆破。聚能切割器 收稿 日期 2 0 0 4 1 01 3 ． 作者简介 纪冲 1 9 8 1 一 ， 男 ； 南京 解放军理工大学工程兵工程 学院博士生． 这种裸露形式的装药在空气 中爆炸时由于装药爆速 高威力大 、 爆炸时间短 。 爆破噪声声压级高 峰值可 达 1 7 01 8 0 d B ， 使得爆破 噪声危害大幅度增大， 将直接影响施工人员的身心健康和安全生产。按照 我国法令规定， 本次爆破时应采取有效的爆破噪声 控制技术。在此背景下 ， 初步研究 了爆破噪声特性 及控制爆破噪声的重要措施 ， 并在工程实际中取得 了良好的降噪效果。 2 爆破噪声特性研究 2 ． 1 爆破噪声的产生 爆破噪声属于空气动力性噪声 ． 其实质是炸药 维普资讯 第 2 2卷第 1 期 纪冲等爆破冲击性低频噪声特性及其控制研究 9 3 在介质中爆炸所产生的能量向四周传播时形成的爆 炸声 。炸药爆炸后在 一定体积 内瞬间产生大量高温 高压的气体产物并以超音速向周围膨胀， 在离爆源 较近的地方 ， 空气 中产生的波动表现为冲击波； 在离 爆源某一距离的地方， 就衰减 以声波形式传播 。 国外学者认为空气冲击波压力降至 1 8 0 d B以下时 才 可以称 为爆破 噪声 。 2 ． 2 爆破噪声的频率特 性 为了研究进而控制爆破噪声 ， 必须对噪声进行 测量与分析。噪声不是纯音 ， 而是 由强度和频率都 不相同的声音组合而成的， 在各个频率段上的能量 分布是不相同的。因此噪声的频率分析是研究噪声 特性的重要 手 段 之 一 。为 表 示 爆 破 噪声 这 一 特 性 ， 把噪声频率与峰值的对应关 系用图形表示来进 行爆破噪声的频谱分析。本次爆破采用的聚能切割 器主装药为 R 8 5 2炸药 ， 炸药爆速为 8 3 9 0 m ／ s ， 密度 为 1 7 2 0 k g ／ m ， 猛度为 1 2 2 ， 威力 1 5 1 。本次爆破分 为 3个阶段 ， 其最大一次齐爆药量 已换算为 T N T 当量 分别为 1 4 ． 2 k g 、 2 4 ． 1 k g 、 3 0 ． 5 k g 。图 1 为 3 种药量爆炸实验后对爆破噪声进行监测得到的傅里 叶变换频谱图。 从测试 结 果 可 以 看 出 ，N o ． 1实 验 在 2 0 0 m、 2 5 0 m测点处爆破 噪声峰值频率 分别 为 5 8 ． 1 3 H z 及 1 5 ． 0 o H z ； N o ． 2实验在 2 0 0 m、 2 5 0 m测点爆破噪 声峰值频率分别为 1 O ． 3 8 H z 及 7 ． 2 5 H z ；N o ． 3实 验在 2 0 0 m、 2 5 0 m测点爆破噪声峰值频率分别为 4 6 ． 2 5 H z 及 4 6 ． 8 3 H z 。因此可 以推断爆破噪声 的 峰值频率在 7 5 9 H z 之间， 其主要能量集中在此较 低频程宽度内， 这与 日本学者提供 的爆破噪声对人 和建筑物危害情况历史资料相符合， 证实 了爆破噪 声的危害主要由其低频部分引起 。爆破噪声频谱中 各峰值对应某一频率 程 ， 这为进行声学设计解决 噪声控制问题提供了重要依据。 2 ． 3 爆破噪声的强度特性 2 ． 3 ． 1 爆破噪声声压级理论计算公式 如果爆破噪声产生的声压较高， 其所涉及到的影 响范围就较广。控制爆破噪声的目的是根据实际需 要和可能经济的方法把噪声限制在某种合理的范围 内。究竟应当把噪声限制在什么范围内比较合适 ， 这 就必须有一个足够准确的计算爆破噪声声压级的公 式， 以确定其安全距离。首先来研究爆破噪声传播特 征。以 N o ． 2实验测得的波形图为例进行说明。 图 2显示了装药为 2 4 ． 1 k g 在距爆源水平距离 2 0 0 m及 2 5 0 m处测定的声压波形图。从图 2可以 看出， 在聚能切割器起爆后 ， 声压急剧上升至峰值。 0 F o u r i e r An a l g s i s A p l i t l l d e S p e c t r u m Ac o us t i c 频率／ H z a N o 1 爆炸实验2 0 0 m测点爆破 噪声频谱图 2 0 1 2 8 2 5 6 38 4 51 2 频率／ Hz b N o ． 1 爆炸实验2 5 0 m 测点爆破噪声频谱图 O 1 2 8 2 56 3 8 4 51 2 频率／ Hz c N o ． 2 爆炸实验2 0 0 m 测点爆破噪声频谱图 0 1 2 8 2 5 6 3 8 4 51 2 频率／ Hz d N o ． 2 爆炸实验2 5 0 m 测 点爆破噪声频谱图 0 1 28 2 5 6 3 8 4 51 2 频率／ Hz e N o ． 3 爆炸实验2 0 0 m 测 点爆破噪声频谱 图 IlIIIl ．． 0 1 28 2 5 6 38 4 5 1 2 频率／ H z f N o ． 3 爆 炸实验2 5 0 m 测点爆破噪声频谱图 图 1 爆破噪声傅里叶变换频谱图 之后声压开始降低 ， 并向负压方向变化。这时 ， 与保 持上升的正声压的时间比较， 负的声压持续的时间 方面变得稍长一些 ， 与典型的爆炸 冲击波在空气中 衰减特性极为相似。因此爆破噪声声压差值△P可 利用空气中集团装药爆炸时冲击波峰值超压公式得 _ _ ～ “L■ 一 维普资讯 爆破 2 0 0 5年 3月 0． 0 0 S 1 ． 0 0 S 2． 0 0 S 3． 0 0 S a 2 0 0 m测点波形 图 0． 0 0 S 1 ． 0 0 S 2． 0 0 S 3． 0 0 S b 2 5 0 m测 点波形 图 图2 N o ． 2爆炸实验爆破噪声波形图 到爆破噪声的声压公式， 并依此计算爆破噪声的声 压级 S △ 尸 o． 1 。． 譬 Q 7 譬 1 S2 0 l g 2 l r 0 式中， △尸， 爆破 噪 声声 压 1 0 P a ； S ， 声 压级 别 d B ； P o ， 声压有效值 ， 在噪声测量 中通常取 2 X 1 0 一P a ； C为装药 的 T N T当量 k g ； 尺为距爆心的 距离 m 。表 1 为 3次爆炸试验时声压级的测量值 与计算值的比较。从表 1中可以看出在距爆心一定 距离上爆破噪声声压级的计算值与实测值误差最大 不超过 5 ％ ， 说明推导的爆破噪声声压级的计算公 式有足够的准确度。 表 1 爆破噪音声压级实测数据与计算值 2 ． 3 ． 2 爆破噪声声压级一 距离衰减关系 本次爆破须确保南侧 9 0 m的吴淞煤气厂制气 车间、 北侧 1 0 0 m高炉锅炉房和化学水处理站以及 厂区人员的安全。以 3次爆破的最大一次齐爆药量 3 0 ． 5 k g T N T当量 为研究对象 ， 根据公式 1 、 式 2 绘出在此齐爆药量下爆破噪声声压级一 距离衰减 曲线， 如图 3 所示 。从图 3中可以看出， 如果爆破时 不采取任何控制噪声的措施 ， 装药爆炸后声压峰值 在6 0 m处将达到 1 6 4 d B ， 这将直接影响吴淞煤气厂 生产安全及厂区人员的身心健康。 图 3 爆 破 噪声 声 压级 S 一 距 离衰 减 R 关系 曲线 3 爆破噪声的控 制技术 针对爆破噪声特性的研究结果 ， 在爆破噪声控 制中必须考虑声源 、 传播途径和接受者 3个基本环 节组成的声学系统 3 I 。下面介绍一下本次爆破控 制爆破噪声的方法。 3 ． 1 从声源上加以控制 降低声源噪声是控制噪声最有效和最直接的措 施。本次爆破对象 的是钢立柱 ， 若仍然采用与普通 爆破同样的装药方式 ， 必然会增大一次齐爆药量， 使 得爆破噪声在声源上就得到了较大的能量， 为以后 的降噪增加了困难。本着预防噪声和提高钢立柱爆 破效果这个原则 ， 装药采用 了定制的聚能切割器。 这种切割器增大了装药 的有效利用率， 使得爆破所 需的总药量和最大一次齐爆药量都大为减小 ， 从而 降低了爆破噪声的初始能量 ， 达到了从声源上控制 爆 破噪声 的 目的。 3 ． 2 从传播途径上加以控制 聚能切割器爆炸属于裸露装药在空气中爆炸， 如不采取其他措施 ， 爆炸时产生的噪声危害还将是 严重的， 所 以还必须在噪声传播途径上采取适当的 措施。故采取在装药上方放置降噪箱的方法。 降噪箱由罩板 、 阻尼材料和吸声材料层构成。罩 板采用密度较大的木质纤维板， 厚度约为 5 in n l ， 各点 连结方式为胶结 ， 降噪箱内部装填吸声材料。由于各 种吸声材料和结构的吸声系数是频率的函数， 依据爆 破噪声频率特性的分析结果， 针对常用的几种多孔性 吸声材料在 7 5 9 H z 频率下的吸声系数进行对比， 发现超细玻璃棉吸声系数最大 0 ． 8 5 ， 决定将其作为 吸声材料。爆破时测得噪声级降低 了约 2 3 d B ， 取得 了良好的降噪效果。降噪箱的结构见图4 ， 图 4中阴 维普资讯 第 2 2卷第 1 期 纪冲等爆破冲击性低频噪声特性及其控制研究 9 5 影部分为降噪材料超细玻璃棉。 ] 图 4降 噪箱 结 构 图 单 位 m m 3 ． 3 在噪声接受点进 行防护 控制爆破噪声的最后一环是在接受点进行防 护。由于噪声对人体危害的主要侵袭途径是人耳， 可以对人员发放预模式耳塞来阻挡噪声传人人耳。 预模式耳塞具有 隔声性能好 、 佩戴舒适方便 、 无毒 性、 不影响通话和经济耐用等特点。本次爆破实践 证明， 佩戴耳塞后 的人员在爆破后没有出现耳鸣等 不适现象 ， 防护效果良好。 结合本次爆破遇到的一些实际情况 ， 对于爆破 噪声的预防控制还须注意以下几个问题 1 某些特殊 的延期 时间会在某些特殊 的地点 产生声波叠加、 增强现象 ， 在实际工程中应引起足够 的重视 。 2 建筑物或凸出地面的有利地形条件会对噪声 产生阻隔作用， 实际工程中若情况允许应加以利用。 3 气象条件对声压大小和声波的传播距离也 有很大的影响， 这是由于声速本身随气象条件而变。 如资料认为声压及其持续时间， 在高气压下 比低气 压低 。 4 结 语 以实际测试实验为基础 ， 进行了爆破噪声 的特 性分析。研究发现爆破噪声的能量主要集中在这一 频程之间， 并推导 了爆破噪声声 压级 的计算公式。 以此为依据在工程爆破实践中采取了相应的控制技 术 ， 取得了良好的效果。 爆破噪声低频成分对人和建筑物危害的评价方 法 、 爆破噪声的控制方法等方面有必要今后去更深 入地研究 ， 以期望取得更大的环境效益和社会效益。 参考 文献 [ 1 ] 林大泽． 爆破噪声及其控制 [ J ] ． 中国安全科学学报 ， 1 9 9 8， 6 2 6 2 9 ． [ 2 ] 陆世 鑫 ， 叶孔 懋 ， 崔 玉 亭．噪声 和振 动 的 系统测试 [ M] ．北京 机械工业出版社， 1 9 8 5 ． 5 2 5 3 ． [ 3 ] 张沛商 ， 姜亢 ．噪声控制工程 [ M] ． 北京 北京经济 学院出版社 ， 1 9 9 1 ． 1 3 31 3 8 ． [ 4 ] 熊宜栋．长江三峡 坝区爆破噪声 的控制与 防护研究 [ J ] ． 水利水电技术 ， 1 9 9 5 ， 5 5 0 5 3 ． 上接第 9 1页 免导火索受力折断， 造成盲炮 。 3 ． 4 起爆 施工人员撤离现场， 点燃导火索起爆 ， 施工人员 待爆破炮烟排散后方能进入施工现场。对于多孔爆 破布置 ， 其爆破要从一侧到另一侧依次起爆， 一般是 从爆破对象外边缘开始的起爆顺序。 3 ． 5 盲炮处理 如果爆破材料合格， 爆破对象没有漏气空隙， 在 装药封孔时不出现导火索折断破裂 ， 则都能够稳定 传爆 ， 爆破不会出现盲炮。 在实际施工 中， 由施工原因或对爆破对象有无 裂缝判断失误 ， 出现盲炮后 ， 采用水淘方式进行处 理 ， 即加水洗并人工捣松 ， 由于没使用雷管并且起爆 药包仅是一段导火索， 在处理的时候是很安全的。 如果是施工原因造成 的盲炮 ， 则按施工流程重 新进行一遍即可 ， 但如是由于有裂缝 ， 则只有放弃 ， 采用其它方式进行爆破。 4 结 语 无管爆破主要是应用在开采条石 、 石板材 、 建筑 物附近的石方爆破及其它不能采用雷管爆破的部位 等， 现在在公路、 堤防、 房建等工程开山取石过程中 应用较多 ， 其爆破无飞石 、 开采的条石整齐、 开采面 平整光洁 ， 其效果可达到 比光面爆破和预裂爆破效 果还好的程度。 在使用合格材料的前提下 ， 无管爆破成败的关 键是制作符合要求的起爆药包 、 爆破对象没有漏气 缝隙和堵塞封孑 L 要紧密不漏气。 由于在农村条件有限 ， 无管爆破施工基本上都 是根据石匠施工经验进行 ， 难 以根据爆破对象的强 度、 硬度、 体积大小等指标， 确定施工爆破参数。 参考文献 [ 1 ] 水利水电工程施工手册 编委会． 水利水电工程施工 手册 第 2 卷 [ M] ． 北京 中国电力出版社 ， 2 0 0 2 ． 2 8 ． 维普资讯