某露天銅礦爆破震動(dòng)分析與研究

潘 勇 楊天祥

(1.中鐵資源集團(tuán)綠紗礦業(yè)公司；2.重慶鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)公司)

某露天銅礦爆破震動(dòng)分析與研究

潘 勇1楊天祥2

(1.中鐵資源集團(tuán)綠紗礦業(yè)公司；2.重慶鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)公司)

采用先進(jìn)的測(cè)振設(shè)備對(duì)某露天銅礦采場(chǎng)的5次生產(chǎn)爆破震動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采用Excel軟件對(duì)同時(shí)起爆的最大藥量、監(jiān)測(cè)點(diǎn)至爆區(qū)中心的距離以及震速之間關(guān)系進(jìn)行回歸分析，得到適合該采場(chǎng)生產(chǎn)爆破震動(dòng)的傳播衰減規(guī)律公式。同時(shí)按照采場(chǎng)周邊重要建筑物所允許的安全震速，反推算不同距離下所允許的同時(shí)起爆的最大藥量。上述研究成果對(duì)后續(xù)的生產(chǎn)爆破設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

爆破震動(dòng) Excel 回歸分析 安全震速

1 工程概況

某露天銅礦位于剛果(金)加丹加省盧本巴希市綠紗鎮(zhèn)，設(shè)計(jì)礦石生產(chǎn)量為150萬(wàn)t/a，為凹陷露天礦，礦區(qū)經(jīng)過(guò)多年開(kāi)采，已形成1個(gè)露天大采坑，呈NW—SE向展布，長(zhǎng)約1 200 m，寬約330 m，在現(xiàn)有的采坑內(nèi)廣泛分布多個(gè)小采坑，開(kāi)采深度為50～80 m，在采坑內(nèi)南北端有2處面積較大的采坑積水，水平面標(biāo)高均為1 190 m。

采場(chǎng)周邊環(huán)境比較復(fù)雜，見(jiàn)圖1。爆破作業(yè)的高效率以及低成本使其成為礦山生產(chǎn)廣泛使用的手段，但炸藥在巖體中爆炸，其部分能量以彈性波的形式在地殼中傳播而引起爆區(qū)附近的地層震動(dòng)，稱為爆破地震，這種地震波會(huì)對(duì)教會(huì)學(xué)校以及其他周邊建筑物產(chǎn)生一定的影響，控制不當(dāng)會(huì)破壞礦區(qū)周邊建筑物，給周?chē)用竦纳顜?lái)較大影響。

圖1 某露天采場(chǎng)示意

采用微差控制爆破技術(shù)可減弱生產(chǎn)爆破地震波對(duì)教會(huì)學(xué)校的影響，按照《爆破安全規(guī)程》(GB 6722—2003)規(guī)定的震動(dòng)速度的要求[1]，教會(huì)學(xué)校按毛石房屋考慮，在深孔爆破時(shí)，允許的安全震速為0.7～1.2 cm/s；但考慮到教會(huì)學(xué)校在當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)地位較高，因此，將其作為一般古建筑和古跡考慮，在深孔爆破時(shí)，允許的安全震速為0.2～0.4 cm/s。

2 爆破方案

逐孔起爆技術(shù)孔內(nèi)采用高段位延時(shí)毫秒雷管進(jìn)行起爆，孔外采用低段位延時(shí)毫秒雷管連接，是實(shí)現(xiàn)單孔孔間微差起爆的一種爆破技術(shù)[2]。鑒于逐孔起爆技術(shù)對(duì)降低爆破震動(dòng)，提高爆破作用效果顯著，生產(chǎn)爆破選用地表連接雷管17，25，42 ms，孔底雷管采用500 ms，鉆孔直徑為102 mm，孔距為3 m，排距為3 m，孔深6～10 m，最終生產(chǎn)爆破孔深依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要而定，采用三角形布孔方式，所使用的炸藥為乳化炸藥，線裝藥密度為9.8 kg/m，連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，起爆順序見(jiàn)圖2。

圖2 起爆順序

3 測(cè)振系統(tǒng)

3.1 監(jiān)測(cè)儀器

選擇合理的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將直接影響到測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性，選擇測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)地形條件、爆破參數(shù)，預(yù)測(cè)被測(cè)信號(hào)的幅值范圍，測(cè)試系統(tǒng)的幅值范圍上限應(yīng)高于被測(cè)信號(hào)最大預(yù)估值的20%[3]。爆破采用的測(cè)振儀是由成都中科測(cè)控有限公司生產(chǎn)，型號(hào)為T(mén)C-4850。該型爆破測(cè)振儀為一款專為工程爆破設(shè)計(jì)的便攜式振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀,儀器體積小、重量輕、耐壓抗擊、可靠易用，配接相應(yīng)的傳感器能完成加速度、速度、位移、壓力、溫度、濕度等動(dòng)態(tài)過(guò)程的監(jiān)測(cè)、記錄、報(bào)警和分析，儀器性能穩(wěn)定，頻響特性好，監(jiān)測(cè)震速幅值為0.01～30 cm/s，滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)的需要。

3.2 測(cè)點(diǎn)布置

測(cè)點(diǎn)布置直接影響爆破測(cè)試效果及測(cè)試數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值：①測(cè)點(diǎn)布置少，觀測(cè)的數(shù)據(jù)不足以說(shuō)明問(wèn)題；②測(cè)點(diǎn)布置多，測(cè)試工程量大；③測(cè)點(diǎn)布置不合理，觀測(cè)的數(shù)據(jù)無(wú)價(jià)值。根據(jù)測(cè)試要求，測(cè)點(diǎn)采用固定點(diǎn)與移動(dòng)點(diǎn)相結(jié)合的方式，對(duì)胡樂(lè)購(gòu)辦公室、教會(huì)學(xué)校、學(xué)校校舍、綠紗鎮(zhèn)采用固定點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在沿著教會(huì)學(xué)校與爆區(qū)中心連線方向上采用移動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.3 傳感器安裝

測(cè)試效果的優(yōu)劣程度與傳感器的安裝關(guān)系較大，固定點(diǎn)采用澆筑混凝土墩的方式布設(shè)，首先預(yù)埋固定螺栓，然后采用壓板將傳感器地板與預(yù)埋螺栓緊固相連，移動(dòng)點(diǎn)使用石膏將傳感器與巖體表面緊密粘合，從而減少由傳感器造成的震動(dòng)數(shù)據(jù)誤差。南部教會(huì)學(xué)校主建筑是監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)，為了確保數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，在后3次爆破過(guò)程中，在南側(cè)同一地點(diǎn)布置2臺(tái)儀器。

4 爆破震動(dòng)結(jié)果及分析

4.1 爆破震動(dòng)測(cè)試結(jié)果

使用6臺(tái)爆破測(cè)振儀對(duì)采場(chǎng)5次生產(chǎn)爆破震動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，爆區(qū)位于采場(chǎng)北部以及中部，標(biāo)高1 200 m 以上，共取得30組有效的測(cè)震數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。

表1 爆破震動(dòng)測(cè)試結(jié)果

4.2 測(cè)試結(jié)果分析

質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度的大小與裝藥量、監(jiān)測(cè)點(diǎn)至爆區(qū)中心的距離、介質(zhì)特性、裝藥結(jié)構(gòu)、炸藥性質(zhì)等因素有關(guān)，目前普遍采用爆破界公認(rèn)的薩達(dá)夫斯基經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算

(1)

式中，K為地質(zhì)、爆破方法等因素有關(guān)的系數(shù)；α為與地質(zhì)條件有關(guān)的地震波衰減系數(shù)；其他符號(hào)意義同上。

對(duì)所采集的數(shù)據(jù)采用Excel軟件進(jìn)行線性擬合，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 數(shù)據(jù)線性回歸圖

由圖3可知，衰減系數(shù)α為1.445，場(chǎng)地系數(shù)K為84，相關(guān)性系數(shù)為0.883 2，當(dāng)相關(guān)性系數(shù)大于0.8時(shí)滿足回歸精確性的要求[4]，即生產(chǎn)爆破地震波的傳播衰減規(guī)律經(jīng)驗(yàn)公式為

(2)

4.3 允許藥量

根據(jù)上述回歸得到的生產(chǎn)爆破震動(dòng)衰減規(guī)律公式，反推算在確保學(xué)校主建筑安全時(shí)不同距離下所允許的同時(shí)起爆的最大藥量計(jì)算公式為

(3)

出于偏安全的考慮，將教會(huì)學(xué)校主建筑允許的安全震速確定為0.2 cm/s，得到不同距離下所允許的同時(shí)起爆的最大藥量，見(jiàn)表2。

表2 安全震速小于0.2 cm/s允許的同時(shí)起爆的最大藥量

5 討 論

(1)教會(huì)學(xué)校附近監(jiān)測(cè)的震動(dòng)數(shù)據(jù)均未超過(guò)其安全允許震速，通過(guò)觀察學(xué)校建筑以及周邊其他建筑的破損情況，未發(fā)現(xiàn)新的裂痕，說(shuō)明震動(dòng)數(shù)據(jù)是可靠的。在本測(cè)試時(shí)的條件下進(jìn)行的生產(chǎn)爆破，其引起的爆破震動(dòng)效應(yīng)對(duì)該教會(huì)學(xué)校主建筑不會(huì)造成損傷。但考慮到礦區(qū)生產(chǎn)爆破施工期限長(zhǎng)，爆破次數(shù)多，從結(jié)構(gòu)力學(xué)的角度分析，多次重復(fù)爆破震動(dòng)可能會(huì)對(duì)建筑物造成疲勞損傷。由監(jiān)測(cè)到的測(cè)震數(shù)據(jù)可知，爆破地震波由近及遠(yuǎn)呈現(xiàn)衰減的趨勢(shì)，符合震動(dòng)衰減的一般規(guī)律。

(2)對(duì)震動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到適合該礦山的爆破震動(dòng)傳播衰減規(guī)律公式，得到衰減系數(shù)以及場(chǎng)地系數(shù)，通過(guò)反推算，得到不同距離下所允許的同時(shí)起爆的最大藥量，可用于指導(dǎo)和優(yōu)化后續(xù)爆破參數(shù)設(shè)計(jì)與爆破施工。

(3)5次爆破均集中于采場(chǎng)中部和北部，距教會(huì)學(xué)校主建筑較遠(yuǎn)，傳播路線上有運(yùn)輸平臺(tái)以及斷層，節(jié)理裂隙尤其是南部標(biāo)高較低的水坑，為了確保南部教會(huì)學(xué)校主建筑絕對(duì)安全，后續(xù)爆破工作隨著自北部向南部的進(jìn)行以及爆破標(biāo)高的逐漸降低，有必要進(jìn)一步加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

(4)通過(guò)嚴(yán)格控制單孔藥量，采用逐孔起爆技術(shù)，可以將爆破震動(dòng)控制在規(guī)定范圍之內(nèi)，南部的爆區(qū)可以考慮間隔裝藥，孔內(nèi)采用475，500 ms 2種雷管，通過(guò)孔底間隔裝藥，有利于減小同時(shí)起爆的最大藥量，進(jìn)一步控制爆破震動(dòng)。

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 6722—2003 爆破安全規(guī)程[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

[2] 程 平.逐孔起爆技術(shù)及其應(yīng)用研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2008.

[3] 孟吉復(fù)，惠鴻斌.爆破測(cè)試技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1990.

[4] 廖大學(xué)，史秀志.井下爆破振動(dòng)的衰減規(guī)律研究[J].采礦技術(shù)，2007(2)：92-93.

Analysis and Research of Blasting Vibration in a Copper Open-pit

Pan Yong1Yang Tianxiang2

(1. Lvsha Mining Company of China Railway Resource Group;2. Mining Company of Chongqing Iron and Steel Group)

Vibration tests are carried during five production blasts in a copper open-pit by using advanced vibration machines, the relationship among the biggest quantity of explosive initiating instantaneously,the distance between blasting area center and monitor point and vibration velocity is regressed and analyzed by using Excel software, the empirical formula of blasting seismic wave propagation is obtained.Besides that,according to the permitted safety vibrating velocity of important buildings and structures nearby the open-pit, the permitted quantity of explosive initiating instantaneously of different distance is calculated.The above research results have a certain reference value for later production blasting design.

Blasting vibration, Excel, Regression analysis, Safety vibration velocity

2015-01-04)

潘 勇(1988—)，男，碩士，100045 北京市西城區(qū)南禮士路5號(hào)院。