“頭頂庫(kù)”風(fēng)險(xiǎn)量化分析模型研究及實(shí)例應(yīng)用*

梁玉霞，覃璇，李振濤

(1.中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院，北京 100012;2.礦山采空區(qū)災(zāi)害防治國(guó)家安全監(jiān)管總局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012)

0 引言

尾礦庫(kù)“頭頂庫(kù)”(指下游1 km距離內(nèi)有居民或重要設(shè)施的尾礦庫(kù))數(shù)量多，安全基礎(chǔ)薄弱，易誘發(fā)重特大事故。自新中國(guó)成立以來(lái)，“頭頂庫(kù)”發(fā)生潰壩事故21起，占尾礦庫(kù)潰壩事故總數(shù)的55%左右，其中重特大事故13起、死亡707人[1]。2008年山西襄汾新塔礦業(yè)公司“9·8”特別重大尾礦庫(kù)潰壩事故[2]，造成281人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)9 619.2萬(wàn)元，社會(huì)影響極為惡劣?！邦^頂庫(kù)”潰壩時(shí)間短、泥砂流速大，從壩腳到下游1 km處往往只有幾分鐘，應(yīng)急時(shí)間非常短，下游居民撤離和設(shè)施轉(zhuǎn)移難度大。“頭頂庫(kù)”對(duì)下游居民、設(shè)施存在較大威脅，影響了當(dāng)?shù)氐暮椭C穩(wěn)定[3]。遏制尾礦庫(kù)“頭頂庫(kù)”重特大事故的發(fā)生十分必要[4]。

“頭頂庫(kù)”尾礦庫(kù)潰壩事故后果嚴(yán)重，亟需量化分析其風(fēng)險(xiǎn)程度。目前尾礦庫(kù)潰壩研究主要集中于潰壩機(jī)理和潰后泥石流的演進(jìn)特性[5]，在潰后下泄泥石流的演進(jìn)規(guī)律研究方面，當(dāng)前多數(shù)研究都是依靠數(shù)值模擬或者借鑒土石壩和泥石流中的經(jīng)驗(yàn)公式等方法進(jìn)行。為了分析尾礦庫(kù)“頭頂庫(kù)”潰決區(qū)域內(nèi)建構(gòu)筑物的相互影響，本文首先基于假定和邊界條件構(gòu)建了下游危險(xiǎn)性較大的天然氣長(zhǎng)輸管道穿越的“頭頂庫(kù)”尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)分析模型，通過(guò)引入相關(guān)規(guī)范得出潰壩對(duì)下游管道沖擊力計(jì)算公式，從而構(gòu)建了尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)量化分析模型。然后，基于文獻(xiàn)查閱選定管道泄漏模型，在此基礎(chǔ)上引入爆炸沖擊波和爆破地震烈度法來(lái)計(jì)算分析管道爆炸對(duì)尾礦庫(kù)影響效應(yīng)。最后以福建龍巖某頭頂尾礦庫(kù)為例，應(yīng)用本文模型，分析了尾礦庫(kù)潰壩后對(duì)天然氣管道的影響，并基于管道爆炸風(fēng)險(xiǎn)量化分析公式，分析了完全泄漏后爆炸沖擊波和爆炸振動(dòng)對(duì)尾礦庫(kù)的影響。以上研究對(duì)分析“頭頂庫(kù)”的潰壩風(fēng)險(xiǎn)提供了一種定量的方法。

1 尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)量化分析模型

1.1 基本假定

尾礦庫(kù)潰壩后尾礦砂下泄屬于滑坡或泥砂流，而滑坡、泥砂流等引起的土體流動(dòng)可以假定為介于“流體”和“散粒體”之間的一種特殊的運(yùn)動(dòng)形式，用類似于流體流動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)力方程和連續(xù)方程來(lái)描述。因此，本文尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)量化分析模型基于以下假設(shè)：1)尾礦砂是各向同性的連續(xù)介質(zhì)體；2)尾礦砂的流動(dòng)符合賓漢流動(dòng)模式，其剪應(yīng)力與剪應(yīng)變之間關(guān)系為線性但未通過(guò)原點(diǎn)，存在一定屈服應(yīng)力[6]。

基于Boussinesq和流體靜壓假定的二維不可壓雷諾平均N-S方程的解決方案，考慮到基本假定，本文潰壩模型的平面二維深度平均方程組連續(xù)方程為：

(1)

動(dòng)量方程為：

(2)

(3)

(4)

(5)

控制方程的空間離散采用有限體積法(基于網(wǎng)格中心)。水平面采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格(可采用三角形、四邊形的混合網(wǎng)格)。

1.2 模型條件選取

1)潰壩壩體條件

連續(xù)洪水條件是尾礦庫(kù)潰壩非常嚴(yán)重的工況，當(dāng)尾礦庫(kù)遭遇特大洪水，會(huì)發(fā)生洪水漫頂，甚至潰壩。因此進(jìn)行尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)量化分析模型考慮的是由洪水漫頂所引起的潰壩。

壩的潰決[7]型式從規(guī)模上一般分為全潰和局部潰，從時(shí)間上分為瞬時(shí)潰壩和逐漸潰壩。同時(shí)，還應(yīng)考慮決口的可能型式和大小。

由于降雨會(huì)影響壩體的穩(wěn)定性，因此在洪水漫頂潰壩時(shí)加上洪水運(yùn)行條件，考慮洪水因素對(duì)尾礦庫(kù)潰壩的影響。

2)下游條件

尾礦庫(kù)下游1 km距離內(nèi)有天然氣長(zhǎng)輸管道(含裸露和地面管道)等重要設(shè)施。

1.3 風(fēng)險(xiǎn)后果計(jì)算模型構(gòu)建

1.3.1 潰壩對(duì)管道地表的沖刷深度計(jì)算

大流量和高流速的尾砂泥砂流會(huì)對(duì)下游的管道敷設(shè)地表造成沖刷、侵蝕，當(dāng)沖刷深度大于管道的埋深時(shí)，管道就會(huì)受到尾砂泥砂流的沖擊。根據(jù)《河道整治設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50707-2011)附錄B[8]關(guān)于水流平行于防護(hù)工程產(chǎn)生的沖刷深度的計(jì)算公式，管道敷設(shè)地表受潰壩泥砂流的沖刷深度為：

(6)

式中：ΔhB為局部沖刷深度，m；hP為沖刷處沖刷前的水深，m；Vcp為平均流速，m/s；V允為河床面上允許不沖流速，m/s，粘性土渠道的允許不沖流速取值見(jiàn)表1，V允的取值按表1確定；n與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，可取n=1/4。

表1 粘性土渠道的允許不沖流速Table 1 Allowable non-rushing flow rate of cohesive soil channels

注：表中所列允許不沖流速值為水力半徑R=1.0 m的情況。當(dāng)R≠1.0 m時(shí)，表中所列數(shù)值應(yīng)乘以Rα。指數(shù)α值可按下列情況采用：①疏松的壤土、粘土，α=1/3～1/4；②中等密實(shí)的和密實(shí)的壤土、粘土，α=1/4～1/5。

1.3.2 潰壩對(duì)管道的整體沖擊力計(jì)算

尾礦庫(kù)潰壩產(chǎn)生的泥砂流沖擊(撞)可以是泥砂流體直接作用于其下游的天然氣管道，也可以是泥砂流龍頭掀起的泥漿飛濺起來(lái)砸向管道。泥砂流整體沖擊力計(jì)算方法如下[9]：

(7)

式中：δ為泥砂流體整體沖擊壓力，Pa；g為重力加速度，m/s2，取g=9.8 m/s2；a為建筑物受力面與泥砂流沖壓力方向的夾角，(°)；Vc為泥砂流流速，m/s；γc為泥砂流重度，t/m3；λ為建筑物形狀系數(shù)，圓形建筑物λ=1.0，矩形建筑物λ=1.33，方形建筑物λ=1.47。

泥砂流流經(jīng)天然氣管道時(shí)，λ取值為1.0，泥砂流為稀釋泥砂流，參照《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T 0220-2006)里稀釋泥砂流重度為1.30～1.60 t/m3，取最大值為1.60 t/m3。

1.3.3 管道受沖擊力最大處變形量

輸氣管道徑向穩(wěn)定校核按下列公式計(jì)算[10]：

Δx≤0.03D

(8)

(9)

W=W1+W2

(10)

(11)

式中：Δx為鋼管水平方向最大變形量，m；D為鋼管外徑，m；Z為鋼管變形滯后系數(shù)，宜取1.5；K為基床系數(shù)，宜按《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50251-2015)附錄D的規(guī)定選取；W為作用在單位管長(zhǎng)上的總豎向荷載，N/m；Dm為鋼管平均直徑，m；E為鋼材彈性模量，N/m2；I為單位管長(zhǎng)截面慣性矩，m4/m；Es為土壤變形模量，N/m2，Es值采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)，當(dāng)無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí)，可按《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50251-2015)附錄D的規(guī)定選??；W1為單位管長(zhǎng)上的豎向永久荷載，N/m；W2為地面可變荷載傳遞到管道上的荷載，N/m；δn為鋼管公稱壁厚，m。

2 管道爆炸風(fēng)險(xiǎn)量化分析

2.1 管道泄漏模型選取

天然氣管道泄漏率的計(jì)算是進(jìn)行泄漏事故后果分析的基礎(chǔ)。計(jì)算泄漏速率是泄漏分析的重要內(nèi)容，根據(jù)泄漏速率可以進(jìn)一步研究泄漏物質(zhì)的情況。發(fā)生泄漏時(shí)，如果泄漏設(shè)備的裂口是規(guī)則的，而且裂口尺寸及泄漏物質(zhì)的有關(guān)熱力學(xué)、物理化學(xué)性質(zhì)的參數(shù)已知時(shí)，可以根據(jù)流體力學(xué)中的有關(guān)方程式計(jì)算泄漏量。當(dāng)裂口不規(guī)則時(shí)，則可采取等效尺寸替代；當(dāng)遇到泄漏過(guò)程中壓力變化等情況時(shí)，可以采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。一般泄漏孔徑小于管徑的20%認(rèn)為小孔泄漏，當(dāng)管道由于某種原因發(fā)生完全斷裂時(shí)，可用管道模型進(jìn)行計(jì)算[11]。

2.2 事故后果傷害準(zhǔn)則

常見(jiàn)的準(zhǔn)則[12]有：超壓準(zhǔn)則、沖量準(zhǔn)則、壓力―沖量準(zhǔn)則等。本次主要采用超壓模型，計(jì)算沖擊波造成的死亡區(qū)、重傷區(qū)、輕傷區(qū)等半徑。

死亡區(qū)內(nèi)人員如缺少防護(hù)，則被認(rèn)為將無(wú)例外地蒙受嚴(yán)重傷害或死亡；重傷區(qū)內(nèi)人員則絕大多數(shù)將遭受嚴(yán)重傷害，極少數(shù)人可能死亡或受輕傷；輕傷區(qū)內(nèi)人員則絕大多數(shù)人員將遭受輕微傷害，少數(shù)人將受重傷或平安無(wú)事，死亡的可能性極小。

2.3 爆炸沖擊波影響分析

天然氣從管線內(nèi)泄漏，與空氣混合形成可燃蒸氣云團(tuán)，并隨風(fēng)漂移，遇火源發(fā)生爆炸或爆轟，能引起較大范圍的破壞。

等效TNT當(dāng)量的換算公式：

(12)

式中：QTNT為標(biāo)準(zhǔn)爆源的爆熱值，取4 500 kJ/kg；Qd為天然氣爆轟時(shí)放出的總能量，可以用甲烷的燃燒熱來(lái)表示，即5.56×107J/kg。

參與爆炸的可燃?xì)怏w的百分比，一般取3%或4%。通常把參加爆轟的體積所占整個(gè)蒸氣云體積的百分?jǐn)?shù)稱為TNT收率。由于爆轟的危害遠(yuǎn)大于混合燃燒，根據(jù)危害最大化原則，取TNT收率為4%進(jìn)行危害分析。

采用G.M萊克霍夫計(jì)算砂質(zhì)土壤中的沖擊波超壓有：

(13)

式中：P為爆炸沖擊波超壓，MPa；R為爆破振動(dòng)安全允許距離，m；mTNT為蒸氣云的TNT當(dāng)量，。

根據(jù)沖擊波超壓準(zhǔn)則中對(duì)應(yīng)沖擊波對(duì)建筑物的破壞結(jié)果，可計(jì)算出相應(yīng)的破壞范圍。

2.4 爆炸振動(dòng)影響分析

1)計(jì)算參數(shù)

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》[13]的規(guī)定，爆破振動(dòng)安全允許距離為：

(14)

式中：R為爆破振動(dòng)安全允許距離，m；Q為最大單段爆破藥量，kg；v為保護(hù)對(duì)象所在地安全允許質(zhì)點(diǎn)振速，cm/s；k，α分別為與爆破點(diǎn)至保護(hù)對(duì)象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

2)爆炸地震安全分析

11-5lgr≤I≤12-5lgr

(15)

S′=315r-1.5

(16)

(17)

r=R/Q1/3

(18)

式中：r為折算距離，m/kg1/3；R為測(cè)點(diǎn)至爆心的距離，m。

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 實(shí)例基本情況

1)尾礦庫(kù)現(xiàn)狀

本文以福建龍巖某“頭頂庫(kù)”為例，該尾礦庫(kù)屬于增容擴(kuò)建工程，目前，該尾礦庫(kù)已達(dá)服務(wù)年限，停止排放尾礦。根據(jù)尾礦庫(kù)相關(guān)資料，一期尾礦庫(kù)于2002年8月設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)總庫(kù)容為5.0×104m3，設(shè)計(jì)初期壩為土壩，土壩高14.8 m。二期尾礦庫(kù)于2006年3月設(shè)計(jì)，二期尾礦庫(kù)第一級(jí)土壩壩高19.5 m，堆積壩高度26 m。按照《尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50863-2013)[15]該尾礦庫(kù)屬四等庫(kù)，但因尾礦庫(kù)下游約200 m處有1家人造板廠，按規(guī)定提高1個(gè)等別即為三等庫(kù)。

2)管道現(xiàn)狀

該段穿越尾礦庫(kù)管道，區(qū)等級(jí)為三級(jí)，設(shè)計(jì)壓力10 MPa，管徑1 219 mm，采用22 mm壁厚的L555(X80)級(jí)鋼管。管道埋深1.3～5 m。主要成分為甲烷，約占94%，還含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氫等。管道天然氣密度為0.700 kg/m3。

3)相互位置關(guān)系

管道穿越尾礦庫(kù)下游，管道線位沿尾礦庫(kù)南側(cè)通過(guò)。距離北側(cè)增容尾礦庫(kù)(二期尾礦庫(kù))約470 m，與尾礦庫(kù)舊庫(kù)(一期尾礦庫(kù))相距約285 m，尾礦庫(kù)與管道位置如圖1所示。

圖1 尾礦庫(kù)與管道位置Fig.1 Location of tailings pond and pipeline

3.2 潰壩對(duì)天然氣管道影響分析

1)數(shù)值模擬工況設(shè)置

在洪水漫頂潰壩時(shí)加上洪水運(yùn)行條件，依據(jù)《尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50863-2013)，三等庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)為200～500 a一遇，本次按500 a一遇的洪水規(guī)模模擬洪水條件。

假定尾礦庫(kù)潰壩模擬是在堆積壩壩頂標(biāo)高591.8 m的條件下發(fā)生，壩上水位為壩頂標(biāo)高591.8 m，且伴隨500 a一遇的洪水，降雨量402 mm/d，此時(shí)尾礦壩漫頂水位所對(duì)應(yīng)的尾礦壩內(nèi)蓄水量最大，潰壩模擬時(shí)形成的泥砂流量也最大。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及可能存在的潰壩風(fēng)險(xiǎn)，選取542 m以上瞬間全潰即尾礦庫(kù)初期壩和堆積壩全潰工況進(jìn)行模擬。泄砂總量取542 m以上的初期壩和全庫(kù)容。

2)網(wǎng)格與地形圖

尾礦庫(kù)潰壩模擬分析采用無(wú)結(jié)構(gòu)三角形對(duì)尾礦庫(kù)影響地區(qū)進(jìn)行剖分，無(wú)結(jié)構(gòu)三角形具有復(fù)雜區(qū)域適應(yīng)性好、局部加密靈活和便于自適應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，能很好地模擬自然邊界及復(fù)雜的水下地形，提高邊界模擬精度。根據(jù)尾礦庫(kù)壩體影響區(qū)的地形數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格剖分。

3)潰壩范圍

瞬時(shí)潰壩歷時(shí)時(shí)間較短，瞬時(shí)潰壩最大流量出現(xiàn)在潰壩初瞬，本次模擬60 min內(nèi)潰壩范圍情況。潰壩模擬的影響范圍如圖2所示，其中尾礦庫(kù)下游的天然氣管道和鐵路位置用黑色線條標(biāo)出。

圖2 全潰最大范圍淹沒(méi)(60 min)Fig.2 Maximum inundation range of full collapse(60 minutes)

4)泥砂流流經(jīng)天然氣管道地表的敏感點(diǎn)

泥砂流流經(jīng)下游區(qū)域最大淹沒(méi)深度分布圖如圖3所示，根據(jù)尾礦庫(kù)潰壩數(shù)值模擬結(jié)果，潰壩后的泥砂流最先在A點(diǎn)接觸到管道敷設(shè)地表，在B點(diǎn)處的流速最大，在C點(diǎn)淹沒(méi)深度最大。

圖3 尾礦庫(kù)下游管道地表敏感點(diǎn)Fig.3 Surface sensitive points of pipeline downstream tailings pond

5)潰壩對(duì)管道地表的沖刷深度計(jì)算

根據(jù)式(6)可知局部沖刷深度與沖刷處沖刷前的水深和平均流速正相關(guān)，故選取尾礦庫(kù)下游天然氣管道地表敏感點(diǎn)A(泥砂流最早接觸點(diǎn))、B(泥砂流流速最大點(diǎn))、C(泥砂流淹沒(méi)深度最大點(diǎn))進(jìn)行局部沖刷深度計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。由于穿越尾礦庫(kù)下游的這段管道埋深1.3～5 m，故A，B處局部沖刷深度分別為1.34，1.39 m，均大于1.3m，有可能沖刷掉管道的覆土，對(duì)管道進(jìn)行沖擊作用。

表2 天然氣管道地表敏感點(diǎn)的沖刷深度計(jì)算Table 2 Calculation of scouring depths for surface sensitive points of natural gas pipeline

6)潰壩對(duì)管道的整體沖擊力計(jì)算

根據(jù)公式(7)和相關(guān)參數(shù)，計(jì)算得到全潰工況下泥砂流對(duì)天然氣管道A，B處的沖擊壓力δ的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 泥砂流對(duì)天然氣管道的沖擊壓力δ計(jì)算結(jié)果Table 3 Calculation results of impact pressure δ of mud and sand flow on natural gas pipeline

7)管道受沖擊力最大處變形量

根據(jù)尾礦庫(kù)下游天然氣管道基本參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)情況，輸氣管道徑向穩(wěn)定校核的參數(shù)取值如表4所示。

表4 輸氣管道徑向穩(wěn)定校核參數(shù)取值Table 4 Values of radial stability check parameters of gas pipelines

根據(jù)式(11)可知，I=8.87×10-7m4/m。

尾礦庫(kù)潰壩模擬泥砂流的沖擊力作用于下游天然氣管道上的豎向荷載在B點(diǎn)最大，W=pl/2=11 925×3.14×1.219/2=23 849.28 N/m，其中p為尾礦沖擊力，取值見(jiàn)表3的B點(diǎn)，l為天然氣管道周長(zhǎng)，將I，W和表4中參數(shù)代入式(9)，計(jì)算得出天然氣管道在潰壩模擬沖擊作用下的徑向變形：Δx=0.004 m。

Δx=0.004 m<0.03×1.219=0.036 57 m。

按照現(xiàn)狀高度的尾礦庫(kù)潰壩后對(duì)天然氣管道產(chǎn)生的沖擊力造成的形變不會(huì)超過(guò)管道的容許應(yīng)變，即按500 a一遇的洪水條件下，尾礦庫(kù)潰壩下泄的泥砂流對(duì)該穿越管道造成的沖擊力不會(huì)造成管道斷裂。

3.3 管道爆炸對(duì)尾礦庫(kù)影響分析

1)管道泄漏模型選取

選取泄漏事故情景為管道完全斷裂，選取管道模型進(jìn)行計(jì)算。泄漏壓力為天然氣管道設(shè)計(jì)壓力，其值為10.0 MPa，管道設(shè)計(jì)管徑1 219 mm，因此模擬泄漏選取1 219 mm泄漏規(guī)模和孔徑。在管道運(yùn)行中，由于采取了壓力和流量檢測(cè)與控制、設(shè)置緊急截?cái)嚅y等措施，泄漏持續(xù)時(shí)間一般較短，將泄漏持續(xù)時(shí)間假定為10 min。

根據(jù)管道泄漏模型，由于氣體從裂口泄漏速度與其流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，泄漏速率等于管道運(yùn)行流速。設(shè)計(jì)輸量150×108m3/a=475.65 m3/s，因已知天然氣密度0.700 kg/m3，因?yàn)榇斯艿涝O(shè)計(jì)流速為332.96 kg/s。管道運(yùn)行流速最大為設(shè)計(jì)流速，因此管道完全破裂，泄漏為設(shè)計(jì)流速。

2)管道爆炸對(duì)尾礦庫(kù)人員影響范圍分析

計(jì)算管道完全破裂，泄漏10 min的爆炸對(duì)人員影響范圍。經(jīng)中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院《CASSTQRA重大危險(xiǎn)源區(qū)域定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件》2.1版進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入和計(jì)算，得到蒸氣云爆炸影響范圍如圖4所示。區(qū)域②內(nèi)為死亡區(qū)、區(qū)域③內(nèi)為重傷區(qū)、區(qū)域④內(nèi)為輕傷區(qū)。管道完全破裂，泄漏10 min的爆炸對(duì)人員影響范圍為輕傷影響。

圖4 管道完全破裂，泄漏10min后爆炸影響范圍Fig.4 Impact range of explosion after 10 minutes of leakage in completely broken pipeline

3)管道完全破裂爆炸沖擊波對(duì)尾礦庫(kù)的影響分析

根據(jù)沖擊波超壓準(zhǔn)則中對(duì)應(yīng)沖擊波對(duì)建筑物的破壞結(jié)果，可計(jì)算出相應(yīng)的破壞范圍，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

從表5可知，管道完全破裂，泄漏10 min，因距離一期尾礦庫(kù)約285 m，距離二期尾礦庫(kù)約為470 m，爆炸沖擊波對(duì)尾礦庫(kù)壩體結(jié)構(gòu)沒(méi)有影響。

3.4 爆炸振動(dòng)影響分析

1)計(jì)算參數(shù)

根據(jù)管道工程地質(zhì)及現(xiàn)場(chǎng)情況：

表5 沖擊波超壓對(duì)建筑物的破壞作用Table 5 Destructive effect of shock wave overpressure on buildings

Q為管道完全破裂，泄漏10 min，等效TNT當(dāng)量98 730 kg；v取值為0.15 cm/s(取最小極限值)；k為管道所在地的巖石屬中堅(jiān)硬巖石，取值240；α為衰減指數(shù)，取值1.8。

由式(14)可知爆破振動(dòng)安全允許距離R=2 785.37 m。因此尾礦庫(kù)在等效爆破振動(dòng)安全允許距離內(nèi)。

2)爆炸地震安全分析

由計(jì)算結(jié)果可以看出，尾礦庫(kù)所處位置產(chǎn)生的等效爆破地震烈度為大于尾礦庫(kù)的抗震設(shè)防烈度6度。

4 結(jié)論

1)通過(guò)設(shè)置尾礦庫(kù)潰壩的基本假定和邊界條件，構(gòu)建了下游有天然氣長(zhǎng)輸管道穿越的“頭頂庫(kù)”尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)分析模型，通過(guò)引入相關(guān)規(guī)范得出潰壩對(duì)下游管道沖擊力計(jì)算公式，從而構(gòu)建了尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)量化分析模型。

2)選定管道泄漏模型，引入爆炸沖擊波和爆破地震烈度法，構(gòu)建了下游有天然氣長(zhǎng)輸管道穿越的“頭頂庫(kù)”尾礦管道爆炸風(fēng)險(xiǎn)量化分析計(jì)算公式。

3)以福建龍巖某頭頂尾礦庫(kù)為例，基于本文模型研究，分析出在500 a一遇的洪水條件下，尾礦庫(kù)潰壩下泄的泥砂流對(duì)該穿越管道造成的沖擊力不會(huì)造成管道斷裂；管道泄漏10 min爆炸沖擊波對(duì)尾礦庫(kù)壩體結(jié)構(gòu)沒(méi)有影響，產(chǎn)生的等效爆炸地震烈度大于尾礦庫(kù)的抗震設(shè)防烈度6度。