复杂环境下齐次定向爆破拆除四座烟囱的实践_袁翊硕.pdf

第 40 卷第 2 期2023 年 6 月爆破BLASTINGVol 40No 2Jun 2023doi:10 3963/j issn 1001 487X 2023 02 016复杂环境下齐次定向爆破拆除四座烟囱的实践*袁翊硕1a，1b，罗宁1a，1b，杨振2，王结飞2，柴亚博1a，1b，韩涛1b，曹祺3(1 中国矿业大学 a 力学与土木工程学院;b 爆炸力学与智能工程爆破研究中心，徐州 221116;2 洛阳市宇航爆破工程有限公司，洛阳 471000;3 淮南职业技术学院 能源工程学院，淮南 232001)摘要:为成功爆破拆除复杂环境下位于同一厂区的两座砖烟囱和两座钢筋混凝土烟囱，通过分析周边环境条件以及烟囱结构特点，确定“单切口，定向倒塌”的总体爆破方案对四座烟囱进行齐次拆除。根据工程经验确定烟囱切口底边位置为标高+0 5 m 处，切口角度为 215，切口高度、切口长度以及相关爆破参数通过理论公式计算得到具体数值，切口形式采用类梯形切口，起爆网路采用精准度更高的数码电子雷管起爆系统以顺发齐爆的方式进行起爆。考虑四座烟囱不同的结构组成分别制定对应的预处理方案，并通过对烟囱的倒塌可靠性、爆破振动、倒塌振动进行安全校核以及对爆后飞溅碎片和爆破飞石的有效控制，从而确保四座烟囱按设计方向倒塌，防止对周围保护目标造成危害。通过使用有限元软件 LS-DYNA 对四座烟囱的倒塌过程进行模拟，结果表明模拟倒塌过程与实际过程几乎一致，倒塌完成时间均在 14 s 左右，并且通过分析顶部节点的位移与速度规律可以判断烟囱倒塌效果充分，达到预期目标，进一步表明了数值模拟对工程实践的指导意义，可为类似工程提供参考。关键词:爆破拆除;定向倒塌;安全校核;数值模拟中图分类号:TD235 3文献标识码:A文章编号:1001 487X(2023)02 0109 08收稿日期:2023 01 06作者简介:袁翊硕(1998 )，男，硕士研究生，从事爆破技术的研究，(E-mail)896097785 qq com。通讯作者:罗宁(1980 )，男，教授、博士研究生导师，从事力学及工程爆破教学研究工作，(E-mail)nluo cumt edu cn。基金项目:国家自然科学基金(12072363);精细爆破重点实验室开放基金重点项目(BL2021-03);安徽高校自然科学研究重点项目(KJ2020A1160)Practice on Demolition of Four Chimneys by HomogeneousDirectional Blasting in Complex EnvironmentYUAN Yi-shuo1a，1b，LUO Ning1a，1b，YANG Zhen2，WANG Jie-fei2，CHAI Ya-bo1a，1b，HAN Tao1b，CAO Qi3(1 a School of Mechanics and Civil Engineering;b Explosion Mechanics and IntelligentEngineering Blasting esearch Center，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116，China;2 Luoyang Yuhang Blasting Engineering Co，Ltd，Luoyang 471000，China;3 School of Energy Engineering，HuainanVocational and Technical College，Huainan 232001，China)Abstract:In order to successfully demolish two brick chimneys and two reinforced concrete chimneys located inthe same plant area where is a complex environment by blasting The overall blasting scheme of“single cut，direc-tional collapse”is determined to demolish the four chimneys at one time，by analyzing the surrounding environmentalconditions and the structural characteristics According to the engineering experience，it is determined that the bottomedge of the chimney cut is at the elevation of+0 5 m，the cut angle is 215，the cut height，cut length and relevantblasting parameters are calculated by theoretical formula The cut form is trapezoid like，and the initiation network u-ses the digital electronic detonator initiation system with higher accuracy to initiate in the way of parallel firing Con-sidering the different structural composition of the four chimneys，corresponding pretreatment schemes are formulatedrespectively Through the safety check of the collapse reliability，blasting vibration and collapse vibration of the chim-neys and the effective control of the flying debris and flying stones after blasting，the four chimneys collapse in thedesign direction and prevent harm to the surrounding protection targets By using the finite element software LS-DY-NA to simulate the collapse process of four chimneys，the results show that the simulated collapse process is almostthe same as the actual process，and the collapse completion time is around 14 s Moreover，by analyzing the displace-ment and velocity law of the top node，it can be judged that the chimney collapse effect is sufficient and the expectedgoal is achieved，which further shows a guiding significance of the numerical simulation for engineering practice andcan provide reference for similar projectsKey words:blasting demolition;directional collapse;safety check;numerical simulation近些年来，随着环境保护的要求越来越高，烟囱、冷却塔等传统化工产业的产物会产生极大的碳排放量，为积极响应政府节能减排的号召，亟须对部分老旧建(构)筑物实施拆除工作，加快相关产业进行改造和升级，这对达到碳中和目标具有积极的意义。对于这类通常处于复杂环境中高耸构筑物的拆除，拆除是最常用的方法，早在 20 世纪 80 年代，我国便有了对钢筋混凝土烟囱实施爆破拆除的成功案例1，并且这种方法已经在工程实践中得到大量的应用。随着拆除的烟囱越来越高，拆除环境越来越复杂，对拆除技术的要求也越来越高2，3。程楠等对一座厂区内 210 m 高烟囱实施定向爆破拆除4，通过优化开凿工艺、爆破参数以及起爆网路等控制措施，顺利拆除这座高耸烟囱。任江等人同时对两座 150 m 高钢筋混凝土烟囱进行拆除工作5，结合烟囱的结构特征选择切口位置以及钻孔方式，并且设置多层减振方式，最终取得良好的爆破效果。徐顺香等人在对三座相邻的烟囱进行拆除时6，考虑到烟囱倒塌空间的因素，制定出高位切口，分次爆破的总体方案，成功实现拆除。并且随着技术的进步，使用数值模拟的方法有效模拟出烟囱的爆破倒塌过程，对爆破方案的设计有很大的指导意义。高文乐等人利用有限元软件 ANSYS/LS-DYNA 对钢筋混凝土排气塔的爆破失稳破坏过程以及对钢筋混凝土烟囱双向切口爆破的最优延时起爆时差进行研究7，8，数值模拟计算的结果与工程实际结果均高度吻合。杨辉等对一座复杂环境下 180 m 高烟囱实施拆除工作时9，采用数值模拟对拆除爆破方案进行指导设计，倒塌结果达到预期目标。以位于平顶山市卫东区的中国平煤神马集团天宏焦化有限公司厂区内四座烟囱的拆除工作为研究背景，为确保工程可靠安全，拟采取定向控制爆破方法予以拆除，并结合数值模拟对爆破方案进行设计指导。1工程概况1 1周边环境需要爆破拆除的四座烟囱位于中国平煤神马集团天宏焦化有限公司厂区内。周边环境极其复杂，通过使用大疆无人机实地分区域采集四座烟囱及周边环境的实时数据进行三维构图，智能化构筑四座烟囱与周围保护目标的三维立体方位图，具体示意图如图 1 所示。1#烟囱南侧距离运煤专线 189 m，西侧距离田庄村最近民房 48 m，北侧距离公交车停车场188 m;2#烟囱东侧距离厂房49 m，南侧距离运煤专线 293 m，西侧距离田庄村最近民房 357 m，西北侧距离公交车停车场 112 m，东北侧距离驾校85 m;3#烟囱南侧距离运煤专线 57 m、选煤厂137 m，西侧距离田庄村最近民房 184 m，北侧距离公交车停车场 304 m，东北侧距离驾校 339 m;4#烟囱南侧距离运煤专线 56 m、选煤厂143 m，西侧距离田庄村最近民房 49 m，北侧距离公交车停车场305 m。具体周边环境平面示意图见图 1。图 1待拆除烟囱周边环境Fig 1Surrounding environment of chimney to be demolished1 2工程结构工程共需拆除四座烟囱。1#烟囱为砖烟囱，高64 m，顶部外径2 5 m，内径2 1 m，底部外径5 4 m，011爆破2023 年 6 月壁厚 0 62 m;2#烟囱为砖烟囱，高 64 m，顶部外径25 m，内径 2 2 m，底部外径 5 4 m，壁厚 0 7 m，耐火砖厚 0 26 m，隔热层 0 05 m;3#烟囱为钢筋混凝土烟囱，高 98 m，顶部外径 4 7 m，内径 4 m，底部外径 8 2 m，壁厚 0 3 m，耐火砖厚 0 32 m，隔热层 003 m;4#烟囱为钢筋混凝土烟囱，高 98 m，顶部外径4 7 m，内径 4 m，底部外径 8 2 m，壁厚 0 32 m，耐火砖厚 0 32 m，隔热层 0 03 m。1 3工程重难点分析结合待拆除烟囱的结构特点及周围环境条件，对本工程的重难点进行详细分析，总结为以下三个方面:(1