李連強(qiáng)，林新兵，王燾，盤向軍

(1.兵器工業(yè)衛(wèi)生研究所，西安710065;2.淮海工業(yè)集團(tuán)有限公司，長治046012)

儲存火炸藥黃土洞庫爆炸事故后果模擬

李連強(qiáng)1，林新兵1，王燾1，盤向軍2

(1.兵器工業(yè)衛(wèi)生研究所，西安710065;2.淮海工業(yè)集團(tuán)有限公司，長治046012)

黃土洞庫具有覆蓋層厚，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特點(diǎn)，利于庫房溫濕度的控制，保證儲存危險(xiǎn)品的質(zhì)量和安全;雖然，發(fā)生危險(xiǎn)頻率小，但一旦發(fā)生爆炸后果極為嚴(yán)重;分析了儲存火炸藥的黃土洞庫發(fā)生爆炸事故的原因及爆炸危害形式，并選取存藥量為60 t梯恩梯當(dāng)量的黃土洞庫為對象，模擬分析其發(fā)生爆炸產(chǎn)生的空氣沖擊波、飛散物危害、地震波危害。

黃土洞庫;火炸藥;爆炸;后果模擬

黃土洞庫一般布置在黃土山丘或黃土塬邊溝谷里，沿山體一邊布置、兩邊相對布置、上下布置等。洞庫一般布置為直通式，有的也布置為U形。洞庫洞口設(shè)置裝卸站臺，內(nèi)部由引洞、主洞及通風(fēng)豎井3部分組成［1］。黃土洞庫作為一種儲存火炸藥及其制品的庫房，具有覆蓋層厚，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特點(diǎn)，有利于庫房溫濕度的控制，保證儲存危險(xiǎn)品的質(zhì)量和安全。在軍工、民爆、物資儲備等行業(yè)大量儲存火炸藥及其制品時(shí)較多采用。

1 黃土洞庫發(fā)生爆炸的原因

1.1 儲存過程

黃土洞庫貯存的火炸藥及其制品，一般采取箱式或袋式包裝，處于靜止存放狀態(tài)，若貯存時(shí)間過長或貯存環(huán)境惡劣可導(dǎo)致火炸藥安全性降低而引起自然分解爆炸;當(dāng)通風(fēng)不良引起庫內(nèi)溫濕度超過某范圍時(shí)，會(huì)影響儲存火炸藥的安全性能。洞庫濕度較大，碼高堆放的木制箱體也容易腐蝕變形，給儲存帶來一定的隱患。不合格品與合格品混存、不同組危險(xiǎn)品混存、庫內(nèi)存放的廢品沒有及時(shí)銷毀、堆碼不牢固或過高跌落時(shí)受到撞擊均有可能引發(fā)火藥爆炸。一般來講，庫房內(nèi)的溫度不宜高于30℃，不低宜于－10℃，相對濕度一般保持在50%～80%。

1.2 裝卸過程

在危險(xiǎn)品裝卸時(shí)，若野蠻操作，不輕拿輕放、拖拉、拋擲，均有可能引發(fā)火藥爆炸;裝卸中不慎跌落的危險(xiǎn)品若未采取隔離措施后進(jìn)行檢查及處理，暴雨、雷雨天氣進(jìn)行危險(xiǎn)品裝卸作業(yè)、裝卸危險(xiǎn)品的汽車進(jìn)入庫房、裝卸車在庫區(qū)內(nèi)行駛未戴防火罩、電瓶車無防止火花的措施、各種車輛在裝卸作業(yè)時(shí)排氣管一側(cè)靠近危險(xiǎn)品，均有可能引發(fā)炸藥發(fā)火爆炸［2］。

1.3 雷電

雷電一般不會(huì)直接擊中黃土洞庫庫房主體，但有可能擊中突出庫外的排風(fēng)豎井，使其損壞，甚至爆裂成碎片。若突出的排風(fēng)豎井等設(shè)計(jì)不符合防雷規(guī)范的要求，有引起雷電導(dǎo)致洞庫內(nèi)儲存物質(zhì)發(fā)生火藥爆炸的可能。引洞內(nèi)的金屬管道和設(shè)備、金屬門等導(dǎo)電體，由于雷電感應(yīng)所產(chǎn)生的電位差會(huì)使部件之間產(chǎn)生放電火花。

1.4 靜電

引洞內(nèi)所有導(dǎo)體及人體均會(huì)因感應(yīng)、摩擦等原因產(chǎn)生靜電荷積累而帶電，當(dāng)電荷積累到一定程度時(shí)，就會(huì)發(fā)生靜電放電產(chǎn)生靜電火花。雷電感應(yīng)及靜電放電產(chǎn)生的火花能量超過火炸藥等危險(xiǎn)品的最小引燃能量時(shí)，就會(huì)引起周圍火炸藥危險(xiǎn)品的燃燒爆炸。因此，一般在洞庫內(nèi)設(shè)有環(huán)形接地扁鐵。

1.5 山火

由于庫房外火災(zāi)撲救不及時(shí)(如山火)，山火通過雜草、樹木等蔓延到洞庫口，火災(zāi)危險(xiǎn)性大。若庫房使用不防火材料建筑，遇火也有可能引起洞庫內(nèi)炸藥爆燃。因此，洞庫洞口及周圍一般設(shè)置有15 m寬的隔火帶。

1.6 消防

發(fā)生爆炸事故后，當(dāng)庫房周圍消防水源、水壓、管網(wǎng)、消火栓、消防車等設(shè)施、設(shè)備不完善、不可靠時(shí)，不能及時(shí)撲滅初期火災(zāi)和實(shí)施災(zāi)后滅火，均有可能造成事故損失的擴(kuò)大。

1.7 惡意破壞

惡意破壞主要發(fā)生在破壞分子從通風(fēng)豎井扔下爆炸物或在庫房門口引爆爆炸物等，引爆洞庫內(nèi)的爆炸品。歷史上，我國某處火炸藥儲備庫洞庫曾發(fā)生爆炸事故，參與爆炸的梯恩梯炸藥多達(dá)620.4 t，造成兩個(gè)洞庫和半邊山體被掀開，警衛(wèi)營房全被摧毀，事故死亡39人。事故原因確定為內(nèi)部人員有意破壞［3］。

1.8 管理

洞庫庫區(qū)日常管理不到位，庫房有蟲、蛇、鼠、鳥等，也有可能引發(fā)火藥爆炸。

2 爆炸危害形式

洞庫一般容量較大，因而爆炸威力很大。炸藥爆炸后會(huì)產(chǎn)生爆轟產(chǎn)物、飛散物、地震波、沖擊波4種破壞效應(yīng)［4］。一旦爆炸后，高溫、高壓的爆轟產(chǎn)物立即迅速向周圍膨脹，對周圍介質(zhì)產(chǎn)生很大的破壞作用。洞庫爆炸時(shí)，相當(dāng)于條形藥包大空腔敞口爆破，爆破效應(yīng)(沖擊波、飛散物)在洞主向比較集中。

爆轟產(chǎn)物的作用范圍大約在10～15倍裝藥半徑范圍之內(nèi)。爆炸所掀起的破片、磚石等固體飛散物也會(huì)對周圍介質(zhì)造成破壞。爆炸引起的地震效應(yīng)以地震波的形式向周圍傳播，使鄰近建筑物遭到破壞。洞庫爆炸后，洞體所在山體上部地表面可產(chǎn)生掀頂和凹陷。

爆炸對周圍建筑物和人員等目標(biāo)的破壞主要考慮爆炸空氣沖擊波作用，與地面爆炸相比，洞庫內(nèi)爆會(huì)在洞庫內(nèi)部產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間很短且峰值壓力很高的爆炸沖擊波［5］。沖擊波會(huì)對周圍人員和建筑物造成很大破壞和傷害。在無掩蔽的情況下，人員無法承受0.2×105Pa以上的沖擊波超壓。

3 爆炸事故后果模擬分析

在此選取存藥量為60 t梯恩梯的黃土洞庫為對象，模擬分析其發(fā)生爆炸產(chǎn)生的空氣沖擊波、飛散物危害、地震波危害。

3.1 洞庫爆炸空氣沖擊波危害

根據(jù)大量試驗(yàn)結(jié)果，黃土洞庫內(nèi)爆炸空氣沖擊波波峰值超壓(ΔPm)衰減規(guī)律適用式(1)。

ΔPm為沖擊波峰值超壓(105Pa);ω為梯恩梯當(dāng)量(t);r為到爆炸中心的距離(m);為稱為對比距離(m/t1/3); a、b、c為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。式(1)適用條件為θ=0～75°(θ為測壓點(diǎn)與洞口原點(diǎn)間連線與洞庫軸線的夾角)，a、b、c取值依θ的不同而異。

黃土洞庫爆炸沖擊波作用的方向性較弱，作用的主要區(qū)域?yàn)棣取?0°，本事故模擬取θ=0°、15°、30°、45°4種情形。式(1)中經(jīng)驗(yàn)系數(shù)值及對比距離R的適用范圍見表1。

表1 公式經(jīng)驗(yàn)系數(shù)值及R的取值范圍

將洞庫存藥量60 t梯恩梯，代入式(1)得到

由式(2)～式(5)計(jì)算，炸藥庫爆炸時(shí)空氣中沖擊波的峰值超壓與建式物破壞等級的關(guān)系見表2。

表2 空氣沖擊波ΔPm、作用距離與建筑物破壞等級關(guān)系表

由表2可知，60 t TNT炸藥洞庫一旦發(fā)生爆炸，將對周圍建筑物產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，測線角為0°時(shí)43 m距離處的建筑物將受到七級以上破壞，76 m距離處的建筑物將受到四級以上破壞，147m距離處的建筑物將受到二級以上破壞，隨著θ值的增加，在離洞口原點(diǎn)相同距離處的沖擊波超壓ΔPm衰減速度增大，如在θ=45°時(shí)造成四級以上破壞的作用距離比θ=0°時(shí)要降低15%。同時(shí)，由于火炸藥量較大，沖擊波作用距離遠(yuǎn)，在θ=0°～45°時(shí)，76 m范圍處的建筑物仍將受到四級以上破壞，136 m范圍處的建筑物將受到三級及以上的破壞。

由表2可知，60 t TNT炸藥洞庫爆炸空氣沖擊波對建筑物相同破壞等級區(qū)近似呈扇形分布，對人員傷害區(qū)域也遵循相同的規(guī)律，因此爆炸效應(yīng)對人員傷害區(qū)域只選取θ=0°時(shí)這一特例進(jìn)行計(jì)算分析。

參照相關(guān)資料，空氣沖擊波對暴露人員的損傷程度見表3。根據(jù)表3沖擊波超壓數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出沖擊波超壓對人體傷害半徑預(yù)測數(shù)據(jù)，見表4。

表3 空氣沖擊波對暴露人員損傷程度表

表4 沖擊波超壓對人體的傷害半徑預(yù)測表

由表4可知，60 t TNT炸藥洞庫一旦發(fā)生爆炸，將對周圍人員造成傷害，37 m范圍內(nèi)人員會(huì)死亡，68 m范圍內(nèi)人員將受中等損傷以上的傷害，85 m范圍內(nèi)人員將會(huì)受到輕微損傷以上的傷害。

3.2 洞庫爆炸地震波對周圍建筑物的影響

洞庫整體爆炸時(shí)其地震波峰值震速適用于經(jīng)驗(yàn)公式(6)

表5 建筑結(jié)構(gòu)與安全地震波震速峰值及作用距離關(guān)系

由表5可知，60 t TNT炸藥洞庫爆炸地震波不會(huì)對距爆心227.9 m以外的土坯磚木結(jié)構(gòu)建筑物造成危害。

3.3 火炸藥洞庫爆炸造成的飛散物危害

黃土洞庫爆炸時(shí)，室內(nèi)襯徹等產(chǎn)生的個(gè)別飛散物也會(huì)對周圍人員造成傷害，傷害區(qū)域分為飛散物稍多的范圍和個(gè)別飛散物的范圍。60 t TNT炸藥洞庫爆炸后，飛散物稍多的范圍按公式201ω0.3175計(jì)算，飛散距離為737.5 m，個(gè)別飛散物范圍按公式977ω0.0541計(jì)算，飛散距離為1 219 m。

4 結(jié)論

火藥爆炸事故產(chǎn)生的空氣沖擊波、飛散物危害、地震波危害以60 t TNT炸藥洞庫整體爆炸為對象，對其爆炸事故后果進(jìn)行模擬評價(jià)，經(jīng)過模擬計(jì)算，得出地震波對建筑物的影響范圍，沖擊波超壓對建筑物破壞區(qū)域、對人體的傷害半徑預(yù)測值，以及火炸藥洞庫爆炸造成的飛散物危害距離范圍，供參考。

［1］GB 50154—2009，地下及覆土火藥炸藥倉庫設(shè)計(jì)安全規(guī)范［S］.

［2］盧寶亮，王豐，張劍芳.倉庫安全管理與技術(shù)［M］.北京:中國物資出版社，2004.

［3］張國順，王澤溥.火炸藥及其制品燃燒爆炸事故及其預(yù)防措施［M］.北京:兵器工業(yè)出版社，2009.

［4］張國順.燃燒爆炸危險(xiǎn)與安全技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2003.

［5］劉國慶，蔡軍鋒，易建政，等.洞庫內(nèi)爆炸沖擊波流場的數(shù)值模擬［J］.四川兵工學(xué)報(bào)，2008(6):5－7.

(責(zé)任編輯周江川)

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:李連強(qiáng)，林新兵，王燾，等.儲存火炸藥黃土洞庫爆炸事故后果模擬［J］.四川兵工學(xué)報(bào)，2014(7):40－42.

10.11809/scbgxb2014.07.012

2014－01－27

李連強(qiáng)(1981—)，男，工程師，主要從事軍工武器彈藥制造行業(yè)安全評價(jià)研究。

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