張莊鐵礦爆破振動規(guī)律和振速安全性研究

汪文良 王南南

（安徽馬鋼張莊礦業(yè)有限責(zé)任公司）

張莊鐵礦為大型鞍山式沉積變質(zhì)鐵礦床，礦體埋藏在厚146～196 m的第四系覆蓋層之下，屬隱伏礦床。礦山生產(chǎn)規(guī)模為500萬t/a，采用大直徑深孔階段空場嗣后充填法，階段高度為85 m，采場寬度為15～20 m，采場長度為礦體厚度。礦山目前回采-390 m中段（-385～-300 m水平），在-385 m水平布置受礦巷，在受礦巷中施工上向扇形深孔，拉底爆破形成采場底部塹溝；在-300 m水平布置鑿巖巷，在鑿巖巷中施工下向垂直深孔，落礦采用VCR爆破法。

礦區(qū)地表分布有數(shù)個村莊，其中張莊村位于礦區(qū)工業(yè)場地的西北側(cè)，與1#副井的最短水平距離約75 m，村莊內(nèi)房屋建筑大多數(shù)為磚混結(jié)構(gòu)的一般民用建筑。為降低礦山生產(chǎn)爆破對村莊的影響，采用薩道夫斯基公式對爆破振動傳播規(guī)律進行回歸分析，判斷礦山生產(chǎn)時，不同爆破規(guī)模和位置對村莊的影響程度，從而計算最大單段藥量［1-5］。

1 礦山測振期間的生產(chǎn)爆破方案

1.1 上向扇形深孔爆破

底部上向扇形孔孔徑為80 mm，最小抵抗線為1.8～2.5 m。按炸藥能在待爆巖體內(nèi)平均分配的原則布孔，采用散裝乳化炸藥耦合裝藥；扇形孔孔底距a=2.1～2.4 m、孔口距b=0.2～0.4 m。起爆時先起爆中間孔，后起爆邊孔，每排6個段發(fā)，一般最大單響不超過220 kg。

1.2 下向垂直深孔爆破

下向垂直深孔孔徑為165 mm，孔深為52 m，每排布置4個主爆孔和2個邊孔，排距為3.5 m，邊孔間距為1.5 m。主爆孔裝140 mm藥卷乳化炸藥，邊孔裝70 mm藥卷乳化炸藥，每2個或3個藥卷間隔1 m。采用倒臺階后退式側(cè)向崩礦爆破，每次爆破2排，每排炮孔分2次爆破，第一次爆破25 m，第二次破頂，采用孔間微差起爆方式，相鄰2孔微差間隔時間為25 ms，一般最大單響藥量不超過270 kg。

2 測點布置

爆破振動傳播（衰減）規(guī)律與震動波傳播途經(jīng)的地質(zhì)條件有關(guān)，根據(jù)監(jiān)測期間地下采場爆破位置及張莊村民房位置，為了更準確地預(yù)測-390 m中段生產(chǎn)爆破振動對張莊村房屋建筑的影響，本次爆破振動監(jiān)測總體以張莊村為中心，沿礦體走向的北線和西、南線布置測點，使測點數(shù)據(jù)更好地反映爆破振動傳播（衰減）規(guī)律。

根據(jù)測振期間的生產(chǎn)采場位置，采場主要分布在張莊村的北側(cè)和中南側(cè)，因較遠的爆區(qū)振動傳播至民房位置時振動信號微弱，儀器難以檢測，因此僅對民房1 km以內(nèi)的爆區(qū)進行測振，實際現(xiàn)場測線總長度一般控制在350～600 m。測點布置在爆區(qū)地表與民房之間（測線），每次爆破布置測點4～5個。根據(jù)采場爆心分布，在單次監(jiān)測過程中利用遠端測點得到了補充數(shù)據(jù)。按測振爆破的時間順序，對爆區(qū)中心（以BX開頭）和測點（以CD開頭）進行編號。礦山與周邊建筑物位置如圖1所示。

3 爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)處理及分析

爆破振動強度受裝藥量、爆心距、高程差、巖性、爆破方法、穿爆參數(shù)、爆破地形和方向等諸多因素的影響，對于該礦的生產(chǎn)爆破，與地層巖性相關(guān)的地質(zhì)影響因素以及爆破地震波的衰減系數(shù)在一定范圍內(nèi)基本保持不變或變動不大，而藥量、爆心距等因素幾乎每一炮都在變動。為確定爆破振動傳播規(guī)律，通過統(tǒng)計實測數(shù)據(jù)，依據(jù)薩道夫斯基經(jīng)驗公式，采用線性回歸分析方法對數(shù)據(jù)進行分析處理。

3.1 爆破振動監(jiān)測原始數(shù)據(jù)

爆破振動監(jiān)測共得到58條監(jiān)測數(shù)據(jù)，其中可用于回歸預(yù)測分析的有效數(shù)據(jù)及波形有52條，按北線和西、南線對數(shù)據(jù)進行歸類統(tǒng)計，分別進行線性擬合分析，北線和西、南線的數(shù)據(jù)相關(guān)度均大于0.9、F檢驗值均大于50，擬合優(yōu)度均大于80%，符合相關(guān)要求。其中北線和西、南線的爆破振動測試原始數(shù)據(jù)（部分展示）見表1和表2。

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3.2 爆破振動傳播規(guī)律

基于薩道夫斯基公式，應(yīng)用線性回歸分析法對52個相關(guān)數(shù)據(jù)進行擬合，其中北線統(tǒng)計有效數(shù)據(jù)有18條，西、南線統(tǒng)計有34條。從統(tǒng)計的數(shù)據(jù)來看，所有的監(jiān)測數(shù)據(jù)其豎向振動速度均為最大單向振速，根據(jù)《爆破振動監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》，選擇豎向單向振速進行擬合分析。

擬合得出北線的場地系數(shù)K=383.48，衰減系數(shù)α=1.7297，即北線振動傳播（衰減）規(guī)律為

式中，V為振動速度，m/s；Q為一次起爆最大藥量，kg；R為裝藥中心至目標距離，m。

西、南線的場地系數(shù)K=390.91，衰減系數(shù)α=1.621 3。即西、南線振動傳播（衰減）規(guī)律為

從擬合得出的爆破振動衰減公式中看出，北線和西、南線的場地系數(shù)和衰減系數(shù)基本一致。西、南方向的場地系數(shù)K值較北線略大，說明正對村莊聚居地的正西和偏南方向的采場爆破時，在一定裝藥量的前提下，近爆區(qū)的質(zhì)點振速相對較大；西、南線衰減系數(shù)α較小，說明正西和偏南方向的采場爆破時，其振動波衰減相對較小?？傮w而言，相比其它礦山，該礦爆破振動沿爆區(qū)至民房方向的傳播特點是場地系數(shù)K值偏大，說明在一定的最大段裝藥量的前提下，近爆區(qū)處的質(zhì)點振速幅值相對較大；衰減系數(shù)α較小，表明振動衰減較慢。

3.3 相關(guān)性檢驗

對北線振動回歸分析數(shù)據(jù)進行相關(guān)性檢驗，北線回歸計算的相關(guān)系數(shù)r為0.932 5，顯著程度F檢驗值為106.666 4，標準差為0.145 2，說明擬合數(shù)據(jù)相關(guān)度高，回歸結(jié)果可靠。

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對于西、南線振動回歸分析數(shù)據(jù)進行相關(guān)性檢驗，西、南線回歸計算的相關(guān)系數(shù)r為0.903 2，顯著程度F檢驗值為141.738 9，標準差為0.234 0，說明說明擬合數(shù)據(jù)相關(guān)度高，回歸結(jié)果可靠。

3.4 爆破振動速度預(yù)測及分析

根據(jù)礦山實際生產(chǎn)情況，一般單個礦房在垂直方向按上、中、下3個分層進行爆破落礦，最上分層為垂直深孔破頂落礦、中間分層為垂直深孔側(cè)崩落礦、下分層為扇形孔落礦形成集礦塹溝。為便于計算，取各個分層的中心位置為爆心位置。針對-390 m中段生產(chǎn)爆破，取礦房上分層爆心標高為-315 m，中間分層爆心標高為-345 m，下分層的爆心標高為-375 m。根據(jù)張莊礦爆破生產(chǎn)現(xiàn)狀，對各起爆部位的設(shè)計裝藥量進行統(tǒng)計，見表3。

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根據(jù)統(tǒng)計可知，扇形孔最大單段藥量為246 kg，垂直深孔最大單段藥量為288 kg。按現(xiàn)狀爆破最大單段裝藥量以及對應(yīng)的爆心位置，在-390 m中段正常生產(chǎn)時對村莊聚居地的振動速度進行預(yù)測。根據(jù)測振期間垂直向最大峰值振速的頻率分布，多在10～50 Hz，對于張莊村的一般民用建筑，取下限值2.0 cm/s為質(zhì)點安全振速，張莊村地表標高統(tǒng)一按+34 m考慮。

針對北線采場，以距離張莊村聚居地最近的301X礦房為界，二者之間的最短平面距離為139 m，分別對扇形孔、垂直深孔、切割天井以及擴槽孔爆破進行振速預(yù)測，按照各生產(chǎn)工序最大單段藥量進行計算。對于張莊村聚居地一般民用建筑而言，其預(yù)測振動速度均不超過《爆破安全規(guī)程》規(guī)定。結(jié)果詳見表4。

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針對西、南線方向采場，以距離張莊村聚居地最近的103X礦房為界，二者之間的最短平面距離為113 m，分別對扇形孔、垂直深孔、切割天井以及擴槽孔爆破進行振速預(yù)測，對于張莊村聚居地一般民用建筑而言，其預(yù)測振動速度均不超過《爆破安全規(guī)程》規(guī)定。結(jié)果詳見表5。

4 結(jié)論

（1）基于薩道夫斯基公式，使用線性回歸法對爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)進行回歸分析，得到了適用于該礦地下爆破至村莊聚居地方向的爆破振動傳播規(guī)律，通過相關(guān)性檢驗，擬合相關(guān)度高，回歸結(jié)果可靠。

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（2）預(yù)測結(jié)果顯示，北線振動速度最大為0.38 cm/s、最小為0.16 cm/s；西、南線振動速度最大為0.62 cm/s，最小為0.27 cm/s，振動速度均不超過《爆破安全規(guī)程》中對于一般民用建筑安全允許振速規(guī)定。

（3）考慮農(nóng)村民房建筑結(jié)構(gòu)存在一定的差異性，從安全角度考慮，在后續(xù)生產(chǎn)爆破過程中，實際最大單段裝藥量應(yīng)不超過監(jiān)測期間的最大段藥量288 kg，生產(chǎn)過程中應(yīng)嚴格按爆破設(shè)計裝藥連線起爆。