某露天礦山爆破地震效應(yīng)及減震措施研究

王 欣，王志恒

(中國平煤神馬建工集團(tuán)建井三處，河南 平頂山 467000)

1 前言

目前，爆破振動效應(yīng)的預(yù)防與控制問題已經(jīng)成為維持礦山正常、安全生產(chǎn)的重要技術(shù)難題。如何降低爆破振動效應(yīng)及其對周圍建(構(gòu))筑物和露天邊坡穩(wěn)定的影響，成為亟待解決的問題。只有充分了解和掌握爆破地震效應(yīng)的產(chǎn)生、發(fā)展和傳播規(guī)律，并在爆破中采取相應(yīng)的技術(shù)措施，才可能將爆破振動控制在允許范圍內(nèi)，有效地保證周圍設(shè)施的安全、露天邊坡的穩(wěn)定和礦山的正常生產(chǎn)。

2 工程概況

露天采場深孔爆破引起的爆破地震效應(yīng)波及到附近的村莊，使礦山正常生產(chǎn)受到影響。因此，需要對露天深孔爆破引起的地震效應(yīng)進(jìn)行觀測，研究其地震波的傳播規(guī)律，并提出合理可行的降震措施。

露天深孔爆破采用毫秒導(dǎo)爆管雷管起爆的逐孔起爆技術(shù)。爆破參數(shù)如表1所示。

炸藥為銨油炸藥，孔內(nèi)連續(xù)裝藥；單位炸藥消耗量：礦石q=0.8～0.9kg/m3，巖石q=0.7～0.8kg/m3；采用高精度導(dǎo)爆管雷管起爆系統(tǒng)，逐孔起爆技術(shù)。孔內(nèi)400ms延時，孔外分別采用25、42、65ms延時。

3 爆破地震波傳播規(guī)律

采用TC- 4850型爆破測振儀對地震波的振動速度進(jìn)行采集，經(jīng)計算機(jī)分析輸出結(jié)果如表2。

表1 臺階爆破參數(shù)

表2 爆破振速觀測值

我國常用的爆破質(zhì)點振動速度計算公式為薩道夫斯基公式：

(1)

式中：V——質(zhì)點峰值振動速度，cm/s；

Q——最大段起爆藥量，kg；

R——測點至爆區(qū)中心距離，m；

K、α——與地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)。

擬合處理結(jié)果如圖1、圖2所示。

露天采場西北部爆破地震傳播規(guī)律：

其中，K=22.07、α=1.07、r2=0.61(r為數(shù)據(jù)擬合的相關(guān)系數(shù))。

露天采場東南部爆破地震傳播規(guī)律：

其中，K=416.96、α=1.84、r2=0.66。

圖1 沿采場西北方向地震波衰減規(guī)律圖

圖2 沿采場東南方向地震波衰減規(guī)律圖

4 減震措施研究

4.1 常用的減震措施

(1)降低單段起爆藥量。目前采用的是逐孔起爆法，降低單段起爆藥量也就是降低單孔裝藥量。降低起爆藥量是控制爆破振動強(qiáng)度的最根本手段。

(2)時差干擾法。各段炸藥爆炸時引起的地震波存在一定的相位差，根據(jù)波的疊加原理，當(dāng)不同相位的爆破地震波在某一點相遇時的振動速度方向正好相反時，兩波疊加，振幅降低，從而實現(xiàn)了由時差不同而引起的干擾降震。

(3)錯開主振相。兩個藥包延期起爆時，引起的地震波會相互疊加，振幅有可能增強(qiáng)或減弱。如果將主振在時間上錯開，則避免了在主振相附近的疊加。

(4)開挖減震帶。人為實現(xiàn)地質(zhì)斷層，在爆破地震傳播方向上開挖減震溝等工程，一定程度上會促使爆破地震振幅的衰減，起到減震作用。一般在特定方向上的某一特定建筑物需要保護(hù)時，可采用挖減震溝的方法，大范圍的爆破很難實現(xiàn)。

(5)采用不耦合裝藥。露天深孔爆破可采用軸向不耦合裝藥，即間隔裝藥，此方法既能延長爆生氣體的作用時間，又能取得一定的降震作用。

4.2 減震措施研究

4.2.1 合理延期時間

從爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，主振頻率在10～50Hz范圍內(nèi)，其中25～35Hz占大多數(shù)，即地震波周期在30～40ms。要使主振相錯開，避免主振幅正向疊加，地震波相位至少應(yīng)錯開半個周期，即15～20ms，因此合理的延期時間應(yīng)大于15～20ms。

4.2.2 降低單段起爆藥量

(1)孔底間隔裝藥爆破。露天臺階爆破為了消除根底，炮孔必須有超深，超深中的裝藥也就是孔底部分的炸藥，主要作用是破碎孔底到臺階坡底線部分的巖石，因而其能量利用率非常低，造成了炸藥的浪費。采用孔底空氣間隔裝藥，炸藥爆炸后作用于炮孔壁上的峰值壓力低于連續(xù)耦合裝藥方式，但它可以通過氣體的膨脹作用產(chǎn)生的準(zhǔn)靜態(tài)壓力作用于孔壁破碎巖石。準(zhǔn)靜態(tài)壓力作用持續(xù)時間長，只要間隔長度合理，其壓力值就能保持一定的高度，從而達(dá)到消除根底的目的。

根據(jù)現(xiàn)有研究成果，采用孔底空氣間隔裝藥，間隔長度一般可取孔徑的3～6倍，考慮到實際情況，先取小值，再逐漸加大。目前，對于無水炮孔間隔長度為0.5m，可適增加至1.0m。在有水炮孔，孔底間隔長度取1.0m，然后適當(dāng)加大，最大不超過1.5m。

(2)分段裝藥爆破。采用分段裝藥，一方面適當(dāng)提高裝藥高度，使填塞長度適當(dāng)縮小，提高孔口巖石的破碎效果，另一方面可適當(dāng)減少裝藥長度，減少單孔裝藥量。

根據(jù)經(jīng)驗，分段裝藥間隔長度一般取最小抵抗線的1/3。臺階爆破底盤抵抗線為6.5m，頂盤抵抗線為4.6m，平均為5m，間隔長度可取1.5m。

(3)單孔裝藥量。設(shè)孔底間隔長度為1.0m，分段間隔長度1.5m，裝藥位置提高1.0m，即填塞長度由7.5m降低到6.5m，總裝藥長度由8m降至6.5m，按照底部裝藥為2/3，頂部1/3的原則，底部裝藥長度4.5m，頂部裝藥長度為2m?？傃b藥量由480kg降至390kg。

(4)孔網(wǎng)參數(shù)及單位炸藥消耗量。當(dāng)單位炸藥消耗量不變時，孔網(wǎng)參數(shù)可改為：礦石a×b=6.0m×6.0m，巖石a×b=(6.5～7.0)m×(6.5～7.0)m；采用孔底間隔裝藥和分段裝藥，單孔裝藥量為390kg，單位炸藥消耗量為：礦石q=0.9kg/m3，巖石q=0.67～0.77kg/m3。

5 結(jié)論

(1)采場西北部與東南部爆破地震波傳播分別遵循以下規(guī)律：

計算采場北部和東南部的爆破地震安全距離可分別按此公式計算。

(2)在采場邊界距離民房較近處爆破時，可采取一定的減振措施。采用合理的起爆網(wǎng)路，將延期時間控制在大于15～20ms，可有效地減少不同炮孔爆破產(chǎn)生的地震波的疊加。采用孔底間隔裝藥和分段裝藥，可減少單孔裝藥量，在一定程度上降低爆破振速。

[1] 呂淑然，楊 軍，劉振國.露天礦爆破地震效應(yīng)及降震技術(shù)研究[J].有色金屬，2003，(5).

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[4] 周 楠，王德勝，吳應(yīng)天.降低中深孔爆破炸藥單耗方法的研究[J].現(xiàn)代礦業(yè),2011,28(4):18-21.

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