基于爆破振動速度的露天轉(zhuǎn)坑采礦體隔離層安全厚度確定

馬俊榮 劉建兵 李 文 馬 亮(.天津華冶工程設(shè)計(jì)有限公司；.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院；.金堆城鉬業(yè)汝陽有限責(zé)任公司)

基于爆破振動速度的露天轉(zhuǎn)坑采礦體隔離層安全厚度確定

馬俊榮1劉建兵1李 文2馬 亮3(1.天津華冶工程設(shè)計(jì)有限公司；2.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院；3.金堆城鉬業(yè)汝陽有限責(zé)任公司)

為了確定江西某露天—地下聯(lián)合開采銅礦隔離層安全厚度，采用TC-4850振動記錄儀對不同炸藥量級爆破下的爆破振動進(jìn)行了監(jiān)測?；诒普駝颖O(jiān)測數(shù)據(jù)擬合出適用于該礦區(qū)的薩道夫斯基公式，并據(jù)此計(jì)算了不同最大單響藥量下的隔離層安全厚度。結(jié)果表明：該礦區(qū)水平徑向、切向以及豎向的場地系數(shù)(K)、衰減系數(shù)(α)分別為：(129.14，1.459 7),(120.71，1.463 3)和(96.46，1.404 3)，表明該礦區(qū)巖石屬于堅(jiān)硬巖石。當(dāng)最大單響藥量分別為400，450，500 kg時，露天與地下聯(lián)合開采間隔離層的安全厚度應(yīng)分別不小于32.3，33.5，34.7 m，可作為露天—地下聯(lián)合開采礦山隔離層安全厚度確定的有效方法之一。

爆破振動監(jiān)測 露天—地下聯(lián)合開采 隔離層安全厚度

江西某銅礦山1984年建成投產(chǎn)，至今已有近30 a，目前，礦山正處于露天與地下聯(lián)合開采階段。礦山露天開采日爆破炸藥量15～30 t/次，爆破地震效應(yīng)十分強(qiáng)烈。隨著露天開采水平的進(jìn)一步下降，露天開采與地下開采間隔離層的厚度減小，勢必影響地下開采巷道或硐室的穩(wěn)定性，給礦山生產(chǎn)安全造成威脅。因此，應(yīng)確定安全合理的隔離層厚度。

為了確定露天—地下聯(lián)合開采礦山隔離層的安全厚度[1-2]，通過在爆區(qū)附近布置監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測不同炸藥量級爆破下的質(zhì)點(diǎn)振動速度?；诒普駝颖O(jiān)測數(shù)據(jù)，根據(jù)薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式[3-4]回歸，擬合出適用于該礦區(qū)的場地系數(shù)(K)和衰減系數(shù)(α)[5]，依據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2011)[6]中規(guī)定的安全允許振動速度，以及擬合的薩道夫斯基公式,計(jì)算出不同最大單響藥量下的隔離層安全厚度。

1 爆破振動監(jiān)測系統(tǒng)

采用成都中科動態(tài)儀器有限公司生產(chǎn)的TC-4850爆破測振儀[7]及配套的速度傳感器進(jìn)行爆破振動監(jiān)測,記錄、分析爆破引起的地震波形信號。儀器直接與速度傳感器相連，在露天采場爆區(qū)附近布置監(jiān)測點(diǎn)，將本儀器放置于測試點(diǎn)附近，每臺儀器可自動記錄128 M大小的振動事件文件及其采集時刻，通過RS232接口將波形傳給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2 露轉(zhuǎn)坑礦山隔離層安全厚度確定

2.1 爆破振動監(jiān)測結(jié)果

采用TC-4850爆破測振儀對不同炸藥量級的露天爆破振動進(jìn)行監(jiān)測，測點(diǎn)3個方向的振動監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1。

表1 爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)

2.2 擬合薩道夫斯基公式

目前，我國多采用薩道夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行震動評價[8]。按照大量實(shí)測數(shù)據(jù)和相似原理得到經(jīng)驗(yàn)公式[3-4]：

(1)

式中,V為爆破振動速度，cm/s；K、α分別為與爆破點(diǎn)至介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減系數(shù)；Q為最大一段裝藥量,kg；R為測點(diǎn)與爆心距離,m。

由于工程爆破的地質(zhì)條件、裝藥設(shè)計(jì)條件變化，式(1)中的K與α系數(shù)要在具體的工程條件下確定。通常使用小藥量試爆，根據(jù)測試數(shù)據(jù)V、R、Q值進(jìn)行線性回歸，計(jì)算得出a0，a1的數(shù)值[5]：

將式(1)變換得：

(2)

y=a0+a1x.

(3)

圖1 測點(diǎn)不同方向lnV與ln(Q(1/3)/R)關(guān)系曲線

通過線性回歸分析，得出的K、α值如下：①水平徑向：K=ea0=129.14,α=a1=1.459 7；②水平切向：K=ea0=120.71,α=a1=1.443 3，③豎向：K=ea0=96.46,α=a1=1.404 3.

根據(jù)以上計(jì)算所得的K、α值，參照《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2011)[6]中相關(guān)規(guī)定,可判斷該礦區(qū)巖性屬于堅(jiān)硬巖石。由爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)擬合出適用于該礦區(qū)的薩道夫斯基公式：

(4)

2.3 隔離層安全厚度的確定

隨著露天開采水平的進(jìn)一步下降，露天爆破作用井下巷道或硐室的質(zhì)點(diǎn)振動速度增大，基于巷道或硐室的臨界質(zhì)點(diǎn)振動速度以及最大單響藥量，可以推算出露天—地下聯(lián)合開采下隔離層的安全厚度。對式(4)做變換，得R、V、Q的函數(shù)表達(dá)式：

(5)

(6)

(7)

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722—2011)[6]對礦山巷道的安全允許質(zhì)點(diǎn)振動速度的要求，取V=15 cm/s，對不同最大單響藥量下的隔離層安全厚度進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果列于表2。

表2 不同最大單響藥量下的隔離層安全厚度

3 結(jié) 論

隨著露天開采水平的進(jìn)一步下降，露天—地下聯(lián)合開采間隔離層的厚度將逐漸減小?；诓煌考壜短焐a(chǎn)爆破的振動監(jiān)測數(shù)據(jù)，擬合出適用于該礦區(qū)的薩道夫斯基公式，計(jì)算出最大單響藥量下的不同隔離層安全厚度：①該礦區(qū)水平徑向、切向、豎向的K、α值分別為：(129.14，1.4597),(120.71，1.4633)和(96.46，1.4043)，該礦區(qū)巖石屬于堅(jiān)硬巖石；②當(dāng)最大單響藥量分別為400，450，500 kg時，露天與地下聯(lián)合開采間隔離層的安全厚度應(yīng)分別不小于32.3，33.5，34.7 m,綜合礦山爆破的生產(chǎn)實(shí)際，可取安全厚度為35 m;③基于爆破振動速度確定露天—地下聯(lián)合開采礦山隔離層安全厚度是可行的，也是有效方法之一。

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2014-06-03)

馬俊榮(1987—)，女，碩士，300270 天津市濱海新區(qū)大港世紀(jì)大道(東)166號。